臭氧應(yīng)用技術(shù)

臭氧應(yīng)用技術(shù)林萬晌臭氧基本特性在自然條件下,他是淡藍(lán)色氣體,但在常溫下,并不明顯在標(biāo)準(zhǔn)壓力和常溫下,它的溶解度是氧氣的13倍比空氣重,是空氣的1.658倍具有強(qiáng)氧化性在正常情況下,臭氧不穩(wěn)定,容易分解為氧氣臭氧分子是逆磁性,容易結(jié)合一個(gè)電子成為負(fù)離子分子臭氧在空氣中半衰期為20-50min,隨溫度和濕度的升高而加快臭氧在水中的半衰期約為35min,隨水質(zhì)和水溫不同而有異臭氧在冰中穩(wěn)定,半衰期達(dá)2000年.臭氧在水中溶解度臭氧和其他氣體一樣，在水中的溶解度符合亨利定律，即在一定溫度下，任何氣體溶解于已知液體中的質(zhì)量，將與該氣體作用在液體上的分壓成正比，而亨利常數(shù)的大小只是溫度的函數(shù)，與濃度無關(guān)。C=KHP

(1-1)式中C－臭氧在水中的溶解度，mg/L；P－臭氧化空氣中臭氧的分壓，kPa；(質(zhì)量比*空氣壓力)KH－亨利常數(shù)，mg/（L·kPa）。低濃度臭氧在水中溶解度低濃度臭氧在水中的溶解度(mg/L)氣體質(zhì)量百分比含量%溫度05101520253018.317.396.55.64.293.532.71.512.4711.099.758.46.435.094.04216.6415.791311.198.577.055.39324.9222.1819.516.7912.8610.588.09臭氧的分解

臭氧的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，在空氣和水中都會(huì)慢慢分解成氧氣，其反應(yīng)式為：

2O3→3O2＋285kJ

臭氧在空氣中和水中都很容易分解,一般在空氣中20-50分鐘可分解完,在水中分解會(huì)比空氣中快,如下圖所示:臭氧氧化性與無機(jī)物的氧化反應(yīng)

臭氧與亞鐵的反應(yīng)臭氧與Mn2+的反應(yīng)臭氧與硫化物的反應(yīng)臭氧與硫氰化物的反應(yīng)

臭氧與氰化物的反應(yīng)臭氧與氯的反應(yīng)與無機(jī)物的氧化反應(yīng)

臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng)臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)對核蛋白（氨基酸）系的反應(yīng)對有機(jī)氨的氧化臭氧的毒性和腐蝕性臭氧屬于有害氣體，臭氧在空氣中濃度的允許值定為:

4.46×10-9mol/L(0.1ppm)8h;(美國和IOA標(biāo)準(zhǔn))

臭氧在水中的濃度允許值為:0.01mg/L臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，除了金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會(huì)被強(qiáng)烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕。基于這一點(diǎn)，生產(chǎn)上常使用含25％Cr的鉻鐵合金（不銹鋼）來制造臭氧發(fā)生設(shè)備和加注設(shè)備中與臭氧直接接觸的部件。臭氧應(yīng)用臭氧應(yīng)用特點(diǎn):氧化能力強(qiáng),反應(yīng)速度快對細(xì)菌,病毒,芽孢,軟體微生物等極強(qiáng)殺滅作用氧化農(nóng)藥毒素,降低水中BOD,COD可還原成O2,無二次污染(在水中存在20分鐘，在空氣中4-12小時(shí))改善水的理化性能,可脫色,除臭,除異味控制藻類助凝臭氧應(yīng)用:

飲用水深度處理工業(yè)循環(huán)冷卻水工業(yè)廢水游泳池水處理城市污水醫(yī)院污水半導(dǎo)體芯片OLED養(yǎng)殖農(nóng)業(yè)化工中間體合成

印染廢水臭氧在游泳池中的應(yīng)用臭氧技術(shù)處理游泳池水氯技術(shù)對比:優(yōu)點(diǎn):殺菌,消毒速度快(是氯的600-3000倍,例如,殺滅糞型大腸桿菌,臭氧只需5秒,氯需要15000秒)無二次污染(用氯會(huì)產(chǎn)生三氯甲烷,氯仿等有毒物質(zhì),并有刺鼻性氣味)無腐蝕(氯為產(chǎn)生酸性物質(zhì),腐蝕游泳池設(shè)施)分解微小有機(jī)物,是池水保持清澈.管理,維護(hù)方便.運(yùn)行成本低缺點(diǎn):初期投資較大游泳池來水換熱器循環(huán)泵濾桶泄水管游泳池臭氧發(fā)生器壓力水游泳池臭氧處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)游泳池CT值:1.6(歐洲和加拿大國家標(biāo)準(zhǔn))CT=C(臭氧濃度)*T(時(shí)間)(0.4mg/L*4min)—推薦臭氧發(fā)生器選擇:臭氧發(fā)生器產(chǎn)量(g/h)=循環(huán)水流量(m3/h)×臭氧投加濃度(g/m3)。反應(yīng)罐反應(yīng)罐容積(m3)=循環(huán)水流量(m3/h)×旁流水百分比(%)×反應(yīng)時(shí)間(h)。臭氧在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用循環(huán)冷卻水在使用之后，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等離子，溶解固體和懸浮物相應(yīng)增加，空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及換熱器物料泄露等，均可進(jìn)入循環(huán)冷卻水，所有這些都容易造成管路腐蝕，結(jié)垢，甚至產(chǎn)生細(xì)菌并形成生物膜臭氧在循環(huán)冷卻水中的作用臭氧是強(qiáng)大的生物殺滅劑：冷卻水中有0.1mg/l的時(shí)候，3小時(shí)后可以破壞70-80%生物膜，當(dāng)水中有0.4mg/l時(shí)，2-3分鐘可以100%破壞生物膜．防腐蝕：在低濃度含臭氧的水中PH值為8～9，這一條件不利于化學(xué)腐蝕的發(fā)生；其次，由于臭氧分解產(chǎn)生的氧原子能與鐵離子反應(yīng)，使鐵管表面形成致密的γ-氧化鐵鈍化膜，對系統(tǒng)產(chǎn)生保護(hù)作用；第三，臭氧能有效殺滅噬硫噬鐵等微生物，切斷了腐蝕源．阻垢：臭氧不能直接攻擊垢的主要成分如碳酸鈣，但臭氧在氧化過程中會(huì)生成（OH）、（HO2）、（O3-）、（H2O2）等自由基中間產(chǎn)物，氧化垢基質(zhì)中的有機(jī)物，使垢變松并脫落與傳統(tǒng)加藥處理工藝相比，臭氧技術(shù)不但效果好，而且?guī)缀跏橇愠杀具\(yùn)作．臭氧在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用冷卻塔臭氧處理系統(tǒng)的基本構(gòu)成臭氧在食品行業(yè)的應(yīng)用臭氧在食品行業(yè)應(yīng)用主要有三個(gè)目的:冷庫消毒食品加工車間殺菌凈化更衣室和工作服消毒蔬菜水果貯藏防霉保鮮臭氧發(fā)生器的選用根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，間斷使用臭氧，食品加工車間按500m3空間選用一臺(tái)3g/h產(chǎn)量臭氧發(fā)生器；果蔬菜貯藏庫容選用一臺(tái)15g/h臭氧發(fā)生器；冷庫消毒要求濃度高，可集中多臺(tái)發(fā)生器連續(xù)開機(jī)48小時(shí)以上臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用氯消毒,紫外線消毒和臭氧消毒比較:臭氧無二次污染,不會(huì)像氯一樣產(chǎn)生氯仿等有毒物質(zhì)不同的細(xì)菌對紫外線的照射量要求不同,而且紫外線在水中穿透能力有限,所以效果不夠理想,但臭氧沒有這些限制.臭氧不僅可以殺菌,而且可以去除重金屬離子和各種有機(jī)物等雜質(zhì),并且脫色,達(dá)到凈化水質(zhì)的效果.國際瓶裝水協(xié)會(huì)（IBWA）建議采用臭氧處理。工藝流程礦泉水工藝流程圖純凈水工藝流程圖臭氧消毒系統(tǒng)參數(shù)選擇消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

國外經(jīng)驗(yàn)飲用水CT值為1.6(0.4mg/L*4min);我國瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時(shí)瓶內(nèi)水臭氧濃度0.3mg/L,臭氧投加量一般為1-2mg/L.主要設(shè)備的選擇

a．臭氧發(fā)生器

臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量及臭氧投加量來確定。

W=0.001×Q×P

W---

臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量（g/h）;Q---

設(shè)計(jì)水量（L/h）

P---

臭氧投加量，一般采用1-2mg/L;0.001---

單位換算系數(shù)

b．接觸氧化罐

接觸氧化罐的尺寸應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)流量及流速來確定。

S=Q/V

S---

罐體截面積（m2）;V---

流速，一般采用8-10m/h

D=

（4S/3.14）1/2;D---

罐體直徑（m）

罐體高度的確定：

H=V×t+0.2

H---

罐體高度（m）;t---

接觸時(shí)間，一般采用4-10min;0.2---

布水空間高度（m）臭氧在醫(yī)療廢水行業(yè)中應(yīng)用臭氧在醫(yī)療廢水行業(yè)主要起到殺菌,消毒,去味,除色等作用,相對于其他幾種處理方法,具有更好的作用,以下是幾種方案的對比.臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用特點(diǎn):應(yīng)用臭氧可降解水中的有機(jī)物、氨氮、亞硝酸鹽等物質(zhì)，并殺滅水中的致病菌和浮游生物。大大提高魚、蝦、貝類育苗和養(yǎng)殖的成活率。明顯提高飼料的轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)生長，提高產(chǎn)量。避免水質(zhì)污染，如赤潮、工業(yè)廢水、生活污水等。避免因周邊養(yǎng)殖池的污染、病毒而造成的交叉感染。避免水質(zhì)惡化和池底污染。降低消耗，降低生產(chǎn)成本。臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)處理工藝淡水養(yǎng)殖中的臭氧殺菌飼育用水的處理模式圖:(臭氧投加量:每立方水投加1-2克）圖中所示先以0.1-0.3mg/L濃度處理5-10分鐘，再曝氣到臭氧濃度0.003mg/L以下方可用作飼育水。海水養(yǎng)殖中臭氧殺菌飼育用水的處理模式圖:(臭氧投加量:每立方水投加1-3克）圖中所示先以0.1-0.5mg/L濃度處理5-10分鐘，再經(jīng)活性炭槽到臭氧濃度0.003mg/L以下方可用作飼育水。

注意：海水養(yǎng)殖需經(jīng)活性炭槽等將臭氧氣體及所生成的強(qiáng)氧化劑去除，不能等同于淡水養(yǎng)殖工系。

臭氧在養(yǎng)魚水處理中的處理工藝臭氧在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用臭氧在半導(dǎo)體行業(yè)主要用于SACVD部門,主要臭氧同TEOS反應(yīng)在晶圓表面生成氧化膜.在半導(dǎo)體行業(yè)中,臭氧濃度要求較高,通常需要達(dá)到12.5%濃度.臭氧也可用在半導(dǎo)體清洗領(lǐng)域，用來去除晶圓表面的有機(jī)物和顆粒物臭氧發(fā)生器組成氣源:O2(>85%)/空氣選用O2作為氣源比起空氣來能產(chǎn)生更高濃度的臭氧,功耗也越少．選用空氣作為氣源，不但產(chǎn)生臭氧濃度低，功耗，并容易產(chǎn)生氮化物．放電電源：工頻(50-60Hz);中頻(400-1000Hz);高頻(>1000Hz)臭氧發(fā)生桶(關(guān)鍵元件)控制及電氣元件：好的臭氧發(fā)生器一般采用PLC控制，具有遠(yuǎn)程控制，短路保護(hù)，冷卻水保護(hù)，變壓器過溫保護(hù)，機(jī)柜開關(guān)保護(hù)，和各項(xiàng)連鎖功能．臭氧與水混合方法及比較鼓泡法：

大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小(幾個(gè)微米到幾十微米孔徑)的孔徑以增加臭氧的比表面積，而且要求孔徑布?xì)饩鶆?，以使水、氣全面接觸，尤其是在鼓泡池中用多個(gè)布?xì)馄鲿r(shí)，同時(shí)一般要求從水面到布?xì)馄鞅砻?，水深不小?-5m，以利于氣、水充分接觸。

優(yōu)點(diǎn)：操作方便，可以很容易改變運(yùn)行參數(shù)而不影響投加效果和工作的穩(wěn)定，動(dòng)力消耗少，鼓泡塔結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。

缺點(diǎn):但其體積過于龐大，池式占地面積大，塔式要求較高廠房成本較高

水射器(文丘里管)是利用高速水流在變徑管道中流動(dòng)造成的負(fù)壓區(qū)吸入臭氧氣，并形成湍流起到混合效果.而在文丘里管后設(shè)置固定螺旋混合器則可進(jìn)一步起攪拌水、氣作用，在較長的距離內(nèi)保持湍流狀態(tài)以加強(qiáng)吸收。這種裝置由于混合時(shí)間很短，所以在其輸出管道后常常還需加設(shè)貯水罐，以增加水氣接觸時(shí)間，并使水流速降低以使尾氣析出。它的結(jié)構(gòu)比鼓泡塔大大減小，生產(chǎn)成本低，但需加設(shè)水泵以保證水的噴射速度，而且工藝參數(shù)不易掌握，處理水量不能隨意調(diào)節(jié)，否則將發(fā)生氣、液兩相分離，影響吸收效果。

攪拌法早期生產(chǎn)的攪拌器類似單缸洗衣機(jī)，只是電機(jī)上置、外筒做成多角型，利用攪拌造成的渦流使氣泡打碎，溶入液體。此類攪拌法效果差，動(dòng)力消耗大，比鼓泡法體積小但成本并不低，由于有機(jī)械運(yùn)動(dòng)及臭氧腐蝕，所以機(jī)器壽命低，維修費(fèi)用高。

近年有渦輪泵上市，混合效果很好，而且體積小巧，工r藝參數(shù)操作容易，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，動(dòng)力消耗大，維修復(fù)雜，在它的管路后而也需設(shè)置貯水罐。臭氧濃度測試碘量法過去最經(jīng)典的測量方法，用臭氧化氣使碘化鉀溶液中的碘游離出來而顯色，然后用硫代硫酸鈉滴定還原至無色，以消耗的硫代硫酸鈉數(shù)量計(jì)算臭氧濃度。此法顯色直觀，設(shè)備便宜，但要用各種藥品、洗瓶、量筒、天平、滴定管等化學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，使用不方便，且易受其它氧化劑(如N0、CL等)干擾，I比法目前仍為我國的標(biāo)準(zhǔn)測量方法紫外吸收法利用臭氧對波長入=254nm紫外光的最大吸收值，使紫外光在臭氧氣氛中衰減，再經(jīng)光電元件、電子電路(比較電路，數(shù)據(jù)處理，數(shù)模轉(zhuǎn)換)得到數(shù)據(jù)輸出，此方法精確，可連續(xù)在線量測。己被美國等工業(yè)先進(jìn)國家選為標(biāo)準(zhǔn)方法，但該儀器價(jià)格較貴，一般作為檢測單位與生產(chǎn)、科研單位使用。電化學(xué)法利用水中臭氧在電活化表面產(chǎn)生的電化學(xué)還原作用，電化回路中電流變化曲線與溶液中臭氧濃度成正比，這種儀器具有數(shù)據(jù)輸出功能，可在線測量而且能實(shí)現(xiàn)對臭氧發(fā)生器的閉環(huán)反饋控制，價(jià)格比紫外法便宜，體積也較小。目前在大型水處理工程中應(yīng)用。比色法

與碘量法同為化學(xué)法，是利用臭氧對化學(xué)試劑反應(yīng)發(fā)生的顯色或脫色現(xiàn)象確定臭氧濃度。它可用碘化鉀、鄰聯(lián)甲苯胺或靛蘭染料等多種化學(xué)物質(zhì)，可直接肉眼觀察與標(biāo)準(zhǔn)色管或比色盤比較，也可用分光光度計(jì)檢測，此法簡單易行，成本不高，在我國目前水平適于推廣，但測試藥品是一次性消耗品。臭氧制取技術(shù)光化學(xué)法–紫外線臭氧發(fā)生器

此方法是光波中的紫外光會(huì)使氧氣分子O2分解并聚合成臭氧O3，大氣上空的臭氧層即是由此產(chǎn)生的。優(yōu)點(diǎn)紫外法產(chǎn)生臭氧的優(yōu)點(diǎn)是對濕度、溫度不敏感，具有很好的重復(fù)性；同時(shí)，可以通過燈功率線性控制臭氧濃度、產(chǎn)量。這兩個(gè)特性對于臭氧用于人體治療與作為儀器的臭氧標(biāo)準(zhǔn)源是非常合適的缺點(diǎn)紫外線燈的電光轉(zhuǎn)換率低,大概只有0.6%-1.5%耗電量大,高達(dá)600kwh/kgO3不適合工業(yè)用電化學(xué)法–電解純水臭氧發(fā)生器利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧氣體優(yōu)點(diǎn):

電解法臭氧發(fā)生器具有臭氧濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優(yōu)勢，在醫(yī)療、食品加工與養(yǎng)殖業(yè)及家庭方面具有廣泛應(yīng)用前景缺點(diǎn)電解液多為水內(nèi)填加酸、鹽類電解質(zhì)，電解面積比較小，臭氧產(chǎn)量很小，運(yùn)行費(fèi)用很高.

但隨著技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)量也有所提供,具報(bào)道,日本有公司可以做到120g/hr.電暈放電法–-臭氧發(fā)生器電暈放電法（無聲放電或輝光發(fā)電法）就是一種干燥的含氧氣體流過電暈放電區(qū)產(chǎn)生臭氧的方法。常用的原料氣體有：氧氣空氣以及含有氮、二氧化碳，或許還有其他惰性稀釋氣體的含氧混合氣體。臭氧的產(chǎn)生機(jī)理：

雖然有若干機(jī)理可能同電暈內(nèi)臭氧的形成有關(guān)，但①式特殊反應(yīng)途徑被認(rèn)為是主要的

e+O2→2O＋e

①

利用高速電子轟擊氧氣，其分解成氧原子。高速電子具有足夠的動(dòng)能（6-7eV)緊接著通過三體碰撞反應(yīng)形成臭氧。

O+O2+M→O3＋M

②

式中M是氣體中任何其它氣體分子，不過與此同時(shí)，原子氧和電子也同樣同臭氧反應(yīng)形成氧氣。

O+O3→2O2

③

e+O3→O+O2+e

④沿面放電–臭氧發(fā)生器

沿面放電型發(fā)生器原理屬于電暈放電，其放電區(qū)發(fā)生在高壓電極邊緣表面，由高壓閃絡(luò)形成。沿面放電區(qū)空氣電暈?zāi)芰考?，功率密度較高，需要良好的冷卻。此型發(fā)生器有充惰性氣體氖（Ne）或（Ar）的玻璃放電管和陶瓷片兩種,結(jié)構(gòu)如下:優(yōu)點(diǎn)電耗低缺點(diǎn)產(chǎn)量小,濃度低氣隙放電–臭氧發(fā)生器氣隙放電臭氧發(fā)生器是目前工業(yè)應(yīng)用最多，單機(jī)產(chǎn)量最大，技術(shù)較成熟臭氧產(chǎn)品。它分為板式結(jié)構(gòu)和管式結(jié)構(gòu)兩種。板式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器

優(yōu)點(diǎn)采用沖壓盤式搪瓷技術(shù)，放電氣隙小，加工精度高，臭氧濃度高，運(yùn)行較穩(wěn)定，工業(yè)己有規(guī)模應(yīng)用。適合中小型臭氧產(chǎn)品缺點(diǎn)大型臭氧需要多個(gè)放電室串聯(lián)和并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)要求較高。管式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器管式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器是目前臭氧市場廣泛采用、最為成熟技術(shù)以奧宗尼亞和威德高兩公司產(chǎn)品為代表.產(chǎn)生的臭氧產(chǎn)量高.

管式臭氧發(fā)生器一般采用玻璃和非玻璃兩種介質(zhì)，電源采用可控硅和IGBT，頻率800hz—5000hz。臭氧測量單位及含義單位含義Volppm臭氧所占容積(cm3)與有臭氧的氣體之容積(m3)(容積比)mg/L臭氧質(zhì)量與有臭氧的氣體容積比Mo/m3臭氧之摩爾數(shù)(mol)同含有臭氧氣體容積比Vol%體積比Wt%質(zhì)量比Pa單位