臭氧濃度測定與發(fā)生器臭氧產(chǎn)量計算

1、臭氧濃度測定與發(fā)生器臭氧產(chǎn)量計算臭氧濃度測定與發(fā)生器臭氧產(chǎn)量計算$丄3臭氧濃度測定與發(fā)生器臭氧產(chǎn)量計算-第五次全國消毒學(xué)學(xué)術(shù)交流會報告李漢忠臭氧作為用物理方法產(chǎn)生的化學(xué)消毒劑， 在我國已應(yīng)用多年。在醫(yī)療 衛(wèi)生、食品、水處理行業(yè)作為殺菌消毒劑，臭氧具有咼效、廣譜、無殘 余污染及應(yīng)用方便變的優(yōu)點，獲得廣泛應(yīng)用。臭氧濃度和產(chǎn)量是發(fā)生裝置一一臭氧發(fā)生器的重要技術(shù)指標(biāo)。在應(yīng)用 中，臭氧濃度是保證消毒效果的直接參數(shù)。 因此，臭氧濃度測定對于消 毒器械的監(jiān)督檢測與實際消毒殺菌應(yīng)用都是重要的技術(shù)手段。一、臭氧濃度的分類與單位目前臭氧濃度檢測分為臭氧源濃度、空氣應(yīng)用濃度、水溶臭氧濃度與 環(huán)境臭氧濃度四類，濃度值

2、差別很大。臭氧源濃度最高。作為水處理應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生器多在 10mg/L(10g/m3) 以上，目前使用氧氣源的最高臭氧濃度已達(dá)到 300mg/L。國際通行用體 積百分比濃度標(biāo)稱臭氧源濃度，如空氣源為1-2%,氧氣源為2-4%。1% 空氣臭氧濃度為12.9mg/L，1%氧氣臭氧濃度為14.3mg/L?？諝鈨艋幚響?yīng)用的“開式”臭氧發(fā)生器臭氧濃度較低，一般在100mg/m3以下?？諝鈶?yīng)用臭氧濃度在1mg/m3-10mg/m3之間。衛(wèi)生消毒界習(xí)慣用pp m作單位，即體積百萬分之一濃度。 對于空氣中的臭氧，1ppm=2 14m g/m3,一般取為 1ppm=2mg/m3。水溶解臭氧，貝U 1ppm=1

3、mg/L。水應(yīng)用中臭氧溶解濃度在0.1mg/L-10mg/L之間。低值作為水消毒凈 化要求的最低濃度，高值是作為“臭氧水消毒劑”可達(dá)到濃度值。環(huán)境臭氧濃度值最低。按 GB3095-82規(guī)定，一、二、三級環(huán)境質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)分別為0.12/0.16/0.20mg/m3衛(wèi)生部規(guī)定我國臭氧工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為 0.30mg/m3。二、臭氧濃度測定方法臭氧應(yīng)用一百年來，發(fā)展了化學(xué)法、光學(xué)法、電化學(xué)法，熱化學(xué)法等 多種臭氧檢測技術(shù)，研制推廣了多種檢測儀器和裝置。根據(jù)濃度范圍、 要求精度與應(yīng)用領(lǐng)域，選擇不同的測定方法。常用方法與儀器、裝置介 紹如下。（一）、化學(xué)法1碘量法最常用的臭氧測定方法是碘量法，我國和許多國家均

4、把此方法作為測 定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法。我國建設(shè)部發(fā)布的臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn) 量、電耗的測量標(biāo)準(zhǔn) CJ/T3028.2-94中及規(guī)定是用碘量法。其原理為強(qiáng)氧化劑臭氧（03）與碘化鉀（KI ）水溶液反應(yīng)生成游離 碘（12），臭氧同時還原為氧氣。反應(yīng)式為：O3+2KI+H2O O2+I2+2KOH游離碘顯色，依在水中濃度由低至高呈淺黃色至棕紅色。利用硫代硫酸鈉（Na2S2O3）標(biāo)準(zhǔn)液滴定，游離I2變?yōu)榈饣c（NaI）, 反應(yīng)終點為完全褪色止。反應(yīng)式為：l2+2Na2S2O3 f 2Nal+Na2S4O6二反應(yīng)式建立起03反應(yīng)量與Na2S2O3消耗量的定量關(guān)系比為：1moIO3:2molNa2S2O

5、3則其臭氧濃度 Co3=ANa*B*24000/V0 (mg/L)式中Co3-臭氧濃度，mg/L ； ANa-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)也用量，mL ； B-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液濃度，moI/L ； VO-臭氧化氣體取樣體積，mL。操作程序及方法參照標(biāo)準(zhǔn)CJ/T3208.2-94。測定標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)生器濃度很方便，臭氧化氣體積用流量計計數(shù)，Na2S2O3濃度一般配制為0.100mol/L,測定精度可達(dá)到 士 1%。測定空氣中臭氧濃度時，應(yīng)用大氣采樣器抽氣定量。為保證測定精度Na2S2O3配為 0.010mol/L。測定水溶臭氧濃度亦可用此公式計算，只是V0代表采水量，取1000mL。Na2S2O3濃度為 0.010

6、mol/L。碘量法優(yōu)點為顯色直觀，不需要貴重儀器。缺點是易受其它氧化劑如 NO、CI2等物質(zhì)干擾。在重要檢測時應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響。2、比色法是根據(jù)臭氧與不同的化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度以確定臭氧濃 度的方法。按比色手段分為人工色樣比色與光度計比色。此方法多用于檢測水溶解臭氧濃度。國內(nèi)檢測瓶裝水臭氧溶解濃度有使用碘化鉀、鄰邦甲苯胺等比色液 的，簡單方式利用檢測樣品顯色液與標(biāo)準(zhǔn)色管比較，確定測樣臭氧溶解 度值(0.05-0.8mg/L),精確些則利用分光光度計檢測吸收率。國外利用此法作成儀器，配備標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場抽樣使用，很 方便。如美國HACH公司、日本荏原公司的 DPD (二乙基

7、對本二胺) 比色盤，范圍為0.05-2.0mg/L。美國HACH公司微型比色儀，利用靛蘭 染料脫色反應(yīng)，600nm波長比色，0.05-0.75mg/L濃度數(shù)字顯示，精度 士 0.01mg/L。比色法同樣受其它氧化劑干擾，靛蘭比色所受干擾較少。3、檢測管將臭氧氧化可變色試劑浸漬在載體上作為反應(yīng)劑封裝內(nèi)徑的玻璃管 內(nèi)做成檢測管，使用時將檢測管兩端切斷，把抽氣器接到檢測管出氣端 吸取定量臭氧氣體，臭氧濃度與檢測管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長度成正比，通過刻度值讀取濃度值。德國Drager公司、日本荏原公司及我國都生產(chǎn)臭氧檢測管，濃度范 圍分為高（lOOOppm）、中（10ppm）、低（3pmm）三種，檢測空氣臭

8、氧 濃度。使用簡便，但精度低，為士 15%，只適用于現(xiàn)場使用。（二）紫外吸收法原理為臭氧對波長入=254nm紫外光具有最大吸收稀疏，在此波長下 紫外光通過臭氧層會產(chǎn)生衰減，符合蘭波特 -比爾（Lambert-Beer）定 律：l=loe-klc :lo-無臭氧存在時入射光強(qiáng)度；I-光束穿透臭氧后的光強(qiáng) 度；L-臭氧樣品池光程長度；C-臭氧濃度；K-臭氧對光波長吸收系數(shù)。根據(jù)該公式，在K、L值已知條件下，通過檢測I/Io值即可測出臭氧 濃度C值來。紫外吸收法已被美國等國家作為臭氧分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。按應(yīng)用分為檢測空氣臭氧與檢測水溶臭氧兩種。均可連續(xù)在線檢測， 數(shù)字顯示并可記錄打印。優(yōu)點為檢測精度高，

9、穩(wěn)定性好，其它氧化劑干 擾小。缺點為價格較高。由于沿面放電型的充氣管與陶瓷片臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生氮氧化物含量較高，應(yīng)采用紫外法檢測其臭氧濃度。臭氧紫外檢測（分析）儀作為現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品，具有完備的起提處理、 光-電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計算、分析及記錄功能。北京分析儀廠生產(chǎn)的8810型臭氧分析議，有0-10ppm、0-100pmm兩種產(chǎn)品。美、日、德等國家都 有多種規(guī)格紫外分析儀生產(chǎn)，檢測量最高為 20mg/L。（三）電化學(xué)法臭氧電化學(xué)法檢測儀器主要用于水溶臭氧濃度在線連續(xù)檢測控制，作為工藝控制裝置即便于調(diào)整臭氧化處理指標(biāo)處于最佳值又可降低運(yùn)行 費(fèi)用。電化學(xué)法測定原理為水中臭氧在電化表面產(chǎn)生電化學(xué)還原作用：03+

10、H2O+2e- O2+2QH-）電化回路中電流特性曲線與溶液中分子臭氧的濃度成正比。較早應(yīng)用的是電位測量，即利用氧化還原（Redox）復(fù)合電極通過檢 測水中氧化還原電位變化而對應(yīng)計算出溶解臭氧濃度。 專用裝置內(nèi)部分 析運(yùn)算處理直接數(shù)字顯示，如德國 SIEMENS公司的OZWSO53P臭氧 溶解測定控制儀；只使用Redox電極可先檢測水的電位，再通過曲線查 出對應(yīng)的臭氧濃度。最近國際廣泛應(yīng)用的“膜電極”溶解臭氧檢測儀，具有更好的臭氧選 擇性與精度，具有0-20ppm的廣量程，是水處理部門在線檢測、控制較 為理想的儀器，價格也比紫外臭氧分析儀便宜。美國ATI公司、瑞士 ROS公司都推出具有程序控制

11、功能的膜電極電 化學(xué)臭氧分析儀。三、臭氧產(chǎn)量計算發(fā)生器的規(guī)格是按每小時或每天產(chǎn)生的臭氧量確定的，每種產(chǎn)品都應(yīng) 準(zhǔn)確真實地標(biāo)明其臭氧產(chǎn)量。一般每小時1克一下應(yīng)以mg/h單位標(biāo)注， 1000克一下以下以g/h單位標(biāo)注，1kg以上以kg/h單位標(biāo)注。英國、美 國等國家多以磅/天（Lbs/Day）為單位標(biāo)注。臭氧產(chǎn)量是通過臭氧濃度測定與氣量測定后計算出的，即Do3=Co3QN(g/h 或 mg/h)Do3-臭氧產(chǎn)量，g/h 或 mg/h; Co3-臭氧濃度，g/m3 或 mg/m3 ; QN- 發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)氣量，m3/h。根據(jù)發(fā)生器輸出臭氧的方式不同應(yīng)按三種類型計算。1標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)生器這類發(fā)生器計算比

12、較簡單，按標(biāo)準(zhǔn) CJ/T3028.2-94進(jìn)行，濃度Co3克 用電量法或紫外濃度儀精確測出，氣量QN由于發(fā)生器裝有流量計與壓 力表，可分別讀出氣量 Qs與壓力PB,根據(jù)轉(zhuǎn)子流量計特性公式，轉(zhuǎn)換 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，20 C )的氣體流量QN為：QN=QS V (PS TN/PN TS )(m3/h )式中 TN-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對溫度，(273+20) ° K;TS-發(fā)生器工作是絕對溫度° K ;PN-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對壓力；PS-發(fā)生器工作時絕對壓力，PS二PN+PB;由于 TN:TS1.0, PN、PB、PS 用 kgs/C 川表示，則 PS： PN1+PB

13、 所以 QN 可簡化為 QN=QS “( 1+PB) (m3/h) 公式Do3X QSXV( 1+PB) (g/h),有足夠精度。2、有氣源開式發(fā)生器此類發(fā)生器多以風(fēng)機(jī)將臭氧從管道或窗口送出。 前者如管道稍長，則 臭氧濃度比較均勻，即可直接測定臭氧濃度 Co3與氣量QS。由于此時 壓力降較小，溫度也不高，QS-QN，臭氧產(chǎn)量即可由Co3X QS計算 出來。對于由窗口吹出臭氧的情況則更復(fù)雜的多。由于窗口各位置風(fēng)速不 同，臭氧濃度也極不均勻，不能根據(jù)某一點數(shù)據(jù)計算。這類發(fā)生器臭氧 產(chǎn)量計算方法目前尚未在國內(nèi)外文獻(xiàn)資料中找到標(biāo)準(zhǔn)或指導(dǎo)規(guī)范。首先，認(rèn)為發(fā)生的臭氧量 Do3為窗口各點臭氧的總和，可表為

14、Do3=Di由于ADir Ci*uiFZ)03 = SCi-ui-AFi=lF «=SCi*ui_ . n j=i|式中F-窗口面積，川；Ci-臭氧濃度，g/m3; ui-風(fēng)速，m/h; n-取檢測點 數(shù)，n=1232。步驟：按窗口面積確定檢測點數(shù)，檢測點應(yīng)均勻分布。在每個點用熱 球風(fēng)速儀測ui，用紫外臭氧分析儀測Ci，按上面公式計算Do3。n值越 大，檢測點越密，結(jié)果越準(zhǔn)確。3、無氣源開式發(fā)生器這類以充氣沿面放電管發(fā)生器為主，采用自然擴(kuò)散方式將產(chǎn)生的臭氧 散不到空氣中去，形成一定臭氧濃度。這類發(fā)生器應(yīng)用的不確定性很大， 因為發(fā)生器產(chǎn)量難以測定，應(yīng)用濃度也缺少手段檢測。有的部門和單位

15、把這類發(fā)生器放在標(biāo)準(zhǔn)體積空間內(nèi)， 通過定時檢測空間平均濃度，利用濃度乘以空間溶劑再進(jìn)行時間換算得出臭氧產(chǎn)量。這種方法由于忽略臭氧自行分解，產(chǎn)量偏小。注意實驗空間內(nèi)溫濕度，溫度越高，濕度越大則誤差越大。建議這類發(fā)生器加裝氣源，對應(yīng)用效果與發(fā)生器壽命都有好處。四、建議根據(jù)衛(wèi)生部發(fā)布的消毒管理辦法規(guī)定，作為醫(yī)療、衛(wèi)生應(yīng)用的消 毒器械的臭氧發(fā)生裝置應(yīng)取得衛(wèi)生許可證。 被授權(quán)的檢驗部門則以消 毒技術(shù)規(guī)范中的消毒藥劑鑒定技術(shù)規(guī)定的試驗菌殺效果作為評定依 據(jù)。國內(nèi)多年實踐證明，各檢驗單位檢測參數(shù)差異很大。臭氧作為高消 毒劑已應(yīng)用一百余年。對常用的消毒、空氣消毒、表面消毒所需的濃度、 時間參數(shù)都有經(jīng)驗數(shù)值可參

16、考。臭氧的消毒效果實際是由其濃度（c）與時間（t）的乘積Ct值決定的。由于臭氧裝置產(chǎn)生的濃度產(chǎn)量不同，因 此很難統(tǒng)一規(guī)定檢測消毒效果的方法、條件與參數(shù)，而對該類裝置產(chǎn)生 臭氧的濃度和產(chǎn)量則是可以統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn)、方法并達(dá)到精確檢測。就如 檢測液氯消毒劑只需檢測有效氯含量一樣，無需檢測其公認(rèn)的消毒效果 了。建議檢驗部門以檢測臭氧裝置產(chǎn)生臭氧的濃度及產(chǎn)量作為發(fā)放許可證的評定方法。同時建議規(guī)定產(chǎn)生臭氧的核心器件最低壽命。 并制定相 應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)。目前臭氧消毒器械行業(yè)存在虛報產(chǎn)量指標(biāo)、 產(chǎn)品壽命太短 及假冒偽劣等嚴(yán)重問題，干擾并影響了我國臭氧消毒技術(shù)的應(yīng)用推廣。通過嚴(yán)格、規(guī)范德檢測評定，對于指導(dǎo)應(yīng)用單位正確選行，保證消毒效 果，凈化消毒產(chǎn)品市場都有重要意義。參考文獻(xiàn)1. M.H0RVATH,L.BILTZKY .OZONE.19852. Rip G.Rice,Aharou Netzer.Ha