臭氧基礎(chǔ)理論講座

臭氧基礎(chǔ)理論講座第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的基本性質(zhì)基礎(chǔ)理論講座之一

氧和臭氧的主要性質(zhì)

氧氣臭氧分子式O2O3分子量3248一般情況下的形態(tài)氣態(tài)氣態(tài)氣味無腥臭味氣體顏色無色淡藍色液體顏色淡藍色暗藍色1個大氣壓，0℃時的溶解度（mg/L）49.16401個大氣壓，0℃時的密度（g/L）1.4292.144穩(wěn)定性穩(wěn)定易分解以空氣為基準時的密度1.1031.658一、臭氧的分子結(jié)構(gòu)與特點臭氧是由三個氧原子構(gòu)成的分子，分子式為O3，是O2的同素異性體.其中一個氧原子與另外兩個氧原子分別以單鍵相連接，性質(zhì)活潑，單鍵易斷裂，生成一個氧分子和一個單原子氧。二、臭氧的性質(zhì)1、臭氧與氧氣性質(zhì)的比較第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的基本性質(zhì)基礎(chǔ)理論講座之一由上表不難看出，與氧氣比較，臭氧比重大、有腥臭味、易溶于水、易分解。臭氧是由三個氧原子組成，即一個氧分子攜帶一個氧原子，這個氧原子極為活躍，決定了臭氧只是一種暫存狀態(tài)，攜帶的氧原子由于氧化用掉外，剩余的又組合為氧氣，進入穩(wěn)定狀態(tài)。所以臭氧在與氧氣的轉(zhuǎn)化過程中沒有二次污染物產(chǎn)生，這是臭氧用于環(huán)保、食品加工、醫(yī)療等領(lǐng)域最大的優(yōu)越性。2、臭氧的強氧化特性臭氧的強氧化性使其可迅速滅菌消毒，并具有超強的脫色、除臭能力。臭氧的強氧化性取決于臭氧有高的氧化還原電位，下表列出常見的消毒物質(zhì)還原電位與臭氧的比較.表2氧化還原電位比較

名稱分子式標準電極電位氟F22.87臭氧O32.07過氧化氫H2O21.78高錳酸鉀離子MnO41.67二氧化氯ClO21.50氯Cl21.36

臭氧的化學(xué)性質(zhì)是它的氧化性，其氧化還原電位僅次于氟F2。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的基本性質(zhì)基礎(chǔ)理論講座之一臭氧O3由三個氧原子組成僅次于氟的強氧化性比氯還強的殺菌力無二次公害脫色給水排水印染廢水殺菌給水排水游泳池水族館半導(dǎo)體生產(chǎn)氧化紙漿漂白去除氧化氮、COD自來水去鐵香料生產(chǎn)除臭污水處理廠畜牧養(yǎng)殖廠牲畜屠宰場廁所3、臭氧的四大功效第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的基本性質(zhì)基礎(chǔ)理論講座之一

4、傳統(tǒng)消毒、氧化方法的特點和臭氧的優(yōu)越性

紫外線沒有殘留和污染、投資少，廣泛被食品和飲料等行業(yè)所采用。但殺菌能力較弱，沒有穿透能力；燈管壽命短，更換過于頻繁，運行費用高；紫外線在對水的消毒過程中有催化氧化的作用，容易產(chǎn)生亞硝酸鹽超標。

化學(xué)試劑如高錳酸鉀溶液、甲醛、次氯酸鈉、氯、二氧化氯、硝酸等，有二次污染物，有殘留物。

臭氧能力強，速度快，無殘留，無二次污染。5、臭氧的計量單位及換算關(guān)系產(chǎn)量單位：g/hkg/h1kg/h=1000g/h產(chǎn)量≈濃度X流量氣體濃度單位：mg/Lg/m3mg/m3ppmx%1ppm=2.14mg/m3(空氣中）1%=13.5mg/L（空氣中）1%=14.8mg/L（氧氣中）水溶濃度單位：mg/Lg/m3ppm1ppm=1mg/L第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的基本性質(zhì)基礎(chǔ)理論講座之一4、臭氧的消毒原理臭氧在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很快自行分解在氧氣（02）和單個氧原子（0）；后者具有很強的活性，對細菌有極強的氧化作用。氧化細菌的細胞壁，使細胞內(nèi)的細胞質(zhì)流出；殺死細胞內(nèi)的活性酶；分解遺傳物質(zhì)DNA和RNA。從而致死病原菌。臭氧屬于廣譜殺菌，對大腸桿菌、沙門氏菌、金色葡萄球菌、乙肝病毒、痢疾菌、霉菌、枯草桿菌等都具有強力的殺滅作用。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的產(chǎn)生機理基礎(chǔ)理論講座之二臭氧的發(fā)生技術(shù)主要是通過自然界產(chǎn)生臭氧的方法模擬而來的，伴隨不斷的研究和科技的發(fā)展，臭氧的發(fā)生技術(shù)已具備相當高的水平，其主要方法有以下幾種。一、光化學(xué)法光波中紫外光會使氧分子O2分解并聚合為臭氧O3，大氣上空的臭氧層即是由此產(chǎn)生，人工生產(chǎn)臭氧即采用光電法，產(chǎn)生出波長λ=185nm（10-9m）的紫外光譜，這種光最容易被O2吸收到產(chǎn)生臭氧的效果。光化學(xué)法生產(chǎn)臭氧的優(yōu)點是純度高，對濕度溫度不敏感，具有很好的重復(fù)性。這些特點對于臭氧用于人體治療用作為儀器的臭氧標準原是非常合適的。缺點是能耗高

。

二、電化學(xué)法利用直流電源電解含氧電解質(zhì)的水產(chǎn)生臭氧氣體的方法。八十年代以前，電解液多為水內(nèi)填加酸鹽類電解質(zhì)，電解面積小，臭氧產(chǎn)量低，由于人們在電極材料、電解液與電解機理過程方面大量的研究，生產(chǎn)技術(shù)取得了很大進步，現(xiàn)在已能夠利用純水電解等到高濃度臭氧。電解法生產(chǎn)臭氧具有濃度高、成份純凈、水中溶解度高的優(yōu)勢，但臭氧的產(chǎn)量低。

第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧的產(chǎn)生機理基礎(chǔ)理論講座之二三、電暈放電法電暈放電法是模仿自然界雷電產(chǎn)生臭氧的方法，通過人為的交變高壓電場在氣體中產(chǎn)生電暈，電暈中的自由高能離子離解O2分子，經(jīng)碰撞聚合為O3分子。電暈放電型臭氧發(fā)生器是目前應(yīng)用最廣泛、相對能耗較低、單機臭氧產(chǎn)量最大、市場占有率最高的臭氧發(fā)生裝置。電暈放電法生產(chǎn)臭氧的裝置基礎(chǔ)是高壓電極、地電極、介電體與放電氣隙四部分，

高濃度的臭氧發(fā)生裝置還要同時配備冷卻、氣源預(yù)處理等技術(shù)。

圖1管式臭氧發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的分類基礎(chǔ)理論講座之三常見的臭氧發(fā)生器多為電暈放電型的臭氧發(fā)生器，臭氧的產(chǎn)生是一個效率很低的熱反應(yīng)過程，需要良好的冷卻。該類型的臭氧發(fā)生器有多種不同方式的分類，具體如下。一、以產(chǎn)品規(guī)格分類臭氧產(chǎn)量?100g/h為小型臭氧發(fā)生器，臭氧產(chǎn)量在100-1000g/h之間的為中型臭氧發(fā)生器，臭氧產(chǎn)量≥1000g/h的為大型臭氧發(fā)生器。二、以放電電源分類按臭氧放電電源分為工頻(50/60Hz)、中頻（60/1000Hz）、高頻（大于1000Hz）。在放電頻率一定的情況下，臭氧產(chǎn)量隨著放電電壓的升高而增加；在放電電壓一定的情況下，臭氧產(chǎn)量和效率隨著放電頻率的提高而增加。工頻（50/60Hz）臭氧發(fā)生器效率低、耗電大，臭氧濃度低、氣體流量大，設(shè)備體積大，產(chǎn)品規(guī)格小。目前國內(nèi)仍有上海、泰興等地企業(yè)生產(chǎn)這種類型的設(shè)備，規(guī)格都在1kg/h左右。高頻（?1000Hz）臭氧發(fā)生器的特點與工頻臭氧發(fā)生器相反，國內(nèi)外的中小型臭氧發(fā)生器多采用高頻技術(shù)。中頻（100—1000Hz）臭氧發(fā)生器性能指標接近高頻臭氧發(fā)生器，且性能更穩(wěn)定，國外大中型設(shè)備多采用此技術(shù)。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的分類基礎(chǔ)理論講座之三三、以放電裝置是否密閉分類

標準型臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧的過程都是在有壓力的封閉系統(tǒng)中進行，有完備的空氣干燥處理系統(tǒng)，臭氧濃度高，一般在10mg/L以上，這類臭氧設(shè)備被稱為標準型臭氧發(fā)生器。該類臭氧發(fā)生器一般采用氣隙放電，其發(fā)展歷史中都以水處理和化學(xué)氧化應(yīng)用為主，標準型臭氧發(fā)生器的構(gòu)成主要有空氣處理系統(tǒng)（冷卻、干燥）、放電系統(tǒng)（電源、放電室）、控制系統(tǒng)、構(gòu)架。

開放式臭氧發(fā)生器由于其放電裝置與環(huán)境是直接相通的，因此稱為“開放式”臭氧發(fā)生器,一般采用沿面放電。應(yīng)用臭氧對空氣消毒、除味及對食品、水果防霉保鮮，標準型發(fā)生器就顯得復(fù)雜，其臭氧濃度還需稀釋擴散才能應(yīng)用。這種發(fā)生器放置在使用空間內(nèi)，利用環(huán)境空氣直接放電產(chǎn)生臭氧后立即擴散出去。這發(fā)生器放電較弱，臭氧濃度低，濃度約100mg/m3，產(chǎn)量在5g/h以內(nèi)。

四、其它分類按電暈放電器件形狀分為管式和板式兩種；按冷卻方式分為液冷與氣冷。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

臭氧發(fā)生器盡管有很多種類，但廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的還是標準型的臭氧發(fā)生器，本節(jié)僅對此作詳細介紹。一、空氣源臭氧發(fā)生器1、空氣源臭氧發(fā)生器系統(tǒng)構(gòu)成圖系統(tǒng)控制裝置升壓變壓器整流變頻器低溫冷卻水或其他冷媒空氣壓縮機冷干裝置油水過濾無熱干燥熱交換器粉塵過濾電源系統(tǒng)熱交換器冷卻循環(huán)泵冷卻系統(tǒng)氣源及處理系統(tǒng)臭氧放電室冷卻系統(tǒng)臭氧配電空氣第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

壓縮機冷卻儲氣罐過濾器冷干機過濾器過濾器過濾器無熱再生干燥調(diào)節(jié)裝置冷卻水出冷卻水進FFFF流量計高壓變壓器變壓器配電柜臭氧接觸槽冷卻水出冷卻水進凈水出原水進FFFF

2、空氣源臭氧發(fā)生器系統(tǒng)連接圖第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

3、國林大型空氣源臭氧發(fā)生器技術(shù)參數(shù)輸入電源380V/3ph/50Hz臭氧濃度16-22mg/L電源頻率800-1000Hz進氣流量40-60m3/hkgO3

電源電壓4.5kV氣源露點-45℃主機功耗16-18kW/kgO3h進氣溫度15-20℃冷卻水流量3-5T/hkgO3冷卻水溫度≤30℃第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

二、氧氣源臭氧發(fā)生器1、氧氣源臭氧發(fā)生器系統(tǒng)構(gòu)成圖03配電系統(tǒng)控制裝置升壓變壓器整流變頻器液態(tài)氧或氣態(tài)氧液態(tài)氧氣化器熱交換器減壓裝置電源系統(tǒng)氣源系統(tǒng)低溫冷卻水或其他冷媒熱交換器冷卻循環(huán)泵冷卻系統(tǒng)臭氧放電室第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

臭氧O32、氧氣源臭氧發(fā)生器系統(tǒng)連接圖

FFFF流量計變壓器變壓器控制板臭氧接觸槽冷卻水出冷卻水進凈水出原水進FFFF液氧儲罐汽化器第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的構(gòu)成基礎(chǔ)理論講座之四

3、國林大型氧氣源臭氧發(fā)生器技術(shù)參數(shù)輸入電源380V/50Hz臭氧濃度50-80mg/L電源頻率800-1000Hz進氣流量12.5-20m3/hkgO3電源電壓4.5kV氣源露點-45℃主機功耗8kW/kgO3h進氣溫度15-20℃冷卻水流量1.5-2.5T/hkgO3冷卻水溫度≤28℃汽化器臭氧出口檢測與控制點PLC觸摸屏第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五

一、DTA非玻璃放電體我公司研制成功的DTA非玻璃放電體（專利號：ZL01268920.3），集放電電極與介質(zhì)于一體。專利DTA放電體臭氧產(chǎn)量大、臭氧濃度高，能最大程度的發(fā)揮電源系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的功能，是大產(chǎn)量高濃度臭氧發(fā)生器的技術(shù)關(guān)鍵，適用頻率400—3000Hz，電壓3.7—4.5kV，介電常數(shù)ε=6.19，擊穿強度大于9kV，其結(jié)構(gòu)如圖所示。DTA非玻璃放電體DTA非玻璃放電體結(jié)構(gòu)圖第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五DTA放電極的技術(shù)特點：●集放電電極與介質(zhì)于一體，安裝連接方便●強度、壽命比玻璃管大大提高●使用純氧放電更加可靠●多級放電極串聯(lián)和并聯(lián)組裝，可靈活調(diào)節(jié)臭氧的濃度和產(chǎn)量●放電極耐沖擊電壓增強，且每根放電管有單獨保險絲保護，提高設(shè)備的可靠性第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五

二、熔斷器為了保證臭氧系統(tǒng)的有效工作，當放電極出現(xiàn)擊穿故障時，保險絲在短時間內(nèi)熔斷，以保證不因電流過大而影響系統(tǒng)工作。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五

三、放電室臭氧放電室是高壓電暈放電和臭氧產(chǎn)生的場所，以下臭氧放電室是我公司的專利技術(shù)（專利號：ZL01269045.7），由放電室罐體、放電體、高壓保險等部件組成。高壓電極冷卻水O2O3冷卻水第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五

四、電源大型臭氧發(fā)生器電源一般根據(jù)適用介質(zhì)和放電室結(jié)構(gòu)來設(shè)計與之相匹配的高壓電源?？煽毓鑼俅蠊β势骷ぷ鲏航档?，過載特性好，輸出功率大，用于大功率電源時的性價比較高，能很好地滿足大型臭氧發(fā)生器對電源的要求。（1）可控硅全控整流橋電路

用于控制調(diào)節(jié)整流器的輸出電壓，實現(xiàn)高壓輸出電壓與臭氧產(chǎn)量的平滑調(diào)節(jié)。該電路能避免放電室在起輝和工作放電時由于負載變動產(chǎn)生過高的電壓，從而保證了電源與放電室的可靠性。（2）中頻逆變包括可控硅關(guān)斷電路，因可控硅是半開關(guān)器件，它必須在自身電流過零時才能關(guān)斷，而可控硅又接在電源與負載之間作為開關(guān)使用，可控硅一旦打開，就失去了控制電流大小的作用。因此電流的大小和相位受前級和負載影響，為保證可控硅正常關(guān)斷，要求在可控硅自身電流過零時其兩端電壓為零或已變負值，這在阻性或感性負載條件下是容易達到的要求，但臭氧放電室這一負載不僅與前面不同，而且在起輝、正常工作、瞬時跳火或局部跳火時負載特性變化很大，這極大地影響了可控硅的正常關(guān)斷，為此專門研制了相應(yīng)的受負載影響較小的關(guān)斷電路，用來保證了可控硅的關(guān)斷。（3）控制電路由同步脈沖觸發(fā)電路、電流電壓反饋電路、比較器等組成PID控制回路，使工作頻率和輸出電壓可調(diào)，從而實現(xiàn)主電路的協(xié)調(diào)穩(wěn)定工作，并具有電路保護功能。

第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五臭氧發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)理論講座之五

五、變壓器用于傳遞功率和使電子功率電路的輸出與放電室匹配，對其參數(shù)的要求與普通變壓器有所區(qū)別。由于放電室在整個工作過程中，負載不僅在數(shù)值上變化很大，其特性也隨著起輝或正常工作時的狀態(tài)不同而改變，從而要求變壓器有一定的漏感來平衡上述變化，保護電子元器件。同時，漏感又容易引起電路損耗和換相時產(chǎn)生瞬時高電壓，因此需要根據(jù)電子電路的情況選擇其大小。第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外臭氧行業(yè)狀況基礎(chǔ)理論講座之五六一、國外臭氧技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1、國外臭氧的發(fā)展歷史臭氧技術(shù)的發(fā)展已有一百多年的歷史。1840年法國科學(xué)家舒貝因（Schonbein）向慕尼黑科學(xué)院提出的報告里宣布發(fā)現(xiàn)了臭氧。1868年德·格貝斯（de.Gerbeth）獲得了臭氧應(yīng)用技術(shù)的第一項專利——使用臭氧將煤焦油氧化為涂料和油漆。1873年報道了臭氧在食糖精煉和棉麻漂白的生產(chǎn)應(yīng)用。早在1893年，荷蘭第一次建立應(yīng)用臭氧處理的水廠。

1902年在德國帕德博恩建立第一個大規(guī)模水廠以來，世界上已有數(shù)千個臭氧水廠，在歐洲已達到普及程度，美國、加拿大、日本等國家都在大力發(fā)展臭氧處理飲水工程。2、國外臭氧行業(yè)的現(xiàn)狀在上百年的發(fā)展中，技術(shù)水平不斷進步，在臭氧產(chǎn)生機理、發(fā)生器材料、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、驅(qū)動電源、氣源處理技術(shù)、檢測，以及不同領(lǐng)域臭氧的應(yīng)用等方面都建立了完善的理論與規(guī)范。

第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外臭氧行業(yè)狀況基礎(chǔ)理論講座之六

國外生產(chǎn)臭氧發(fā)生器的知名廠家有：?瑞士OZONIA總部設(shè)在蘇黎士，該公司起源于瑞士BBC電氣公司臭氧發(fā)生部，由法國DEGREMONT（得利滿）公司和瑞士BBC電氣公司發(fā)起成立，目前由法國DEGREMONT（得利滿）公司和法國AIRLIQUID（液態(tài)空氣）公司控股。OZONIA公司在美國、英國、瑞士、法國、韓國和中國分別設(shè)立公司和辦事機構(gòu)，產(chǎn)品銷往世界各地，目前單機產(chǎn)量大于100g/h的發(fā)生器有7000kg/h的發(fā)生量。在中國市場目前已銷售580kg/h的發(fā)生量的市場。目前大中型臭氧設(shè)備的核心技術(shù)采用AT非玻璃放電體和中頻電源。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外臭氧行業(yè)狀況基礎(chǔ)理論講座之六?德國WEDECO

德國WEDECO（威德高）環(huán)保工程公司是MESSERGROUP（梅塞爾集團）控股的子公司，成立于1975年?，F(xiàn)將法國TYILIGAZ臭氧公司合并，成為世界上最大的臭氧公司。目前在世界范圍內(nèi)銷售的大型臭氧發(fā)生器的每小時發(fā)生量可達10000余公斤，其中飲用水行業(yè)10kg/h機器的發(fā)生量可達4630kg/h，在中國銷售達170kg/h。大型臭氧發(fā)生器采用玻璃管技術(shù)和中頻電源技術(shù)。?德國KAUFMANN

?德國GRIESHEIM

?德國ANSEROS?日本三菱第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外臭氧行業(yè)狀況基礎(chǔ)理論講座之六3、國外臭氧的應(yīng)用領(lǐng)域※自來水處理※瓶裝水處理※城市污水及工業(yè)廢水處理※電子芯片工藝水處理※含油廢水※冷卻循環(huán)水處理※游泳池水處理※海洋館水循環(huán)和回用※紙漿漂白※化工產(chǎn)品的生產(chǎn)第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)外臭氧行業(yè)狀況基礎(chǔ)理論講座之六三、國內(nèi)臭氧技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀1、國內(nèi)臭氧的發(fā)展歷史七十年代中期，最初由清華大學(xué)、華東化工學(xué)院、北京環(huán)保所的水處理技術(shù)人員借鑒國外技術(shù)，進行試驗性研究并在北京、上海建立了用于水處理的發(fā)生器的生產(chǎn)企業(yè)。八十年代，邯鄲718所、寧夏大學(xué)、清華大學(xué)等單位在蛋果蔬易腐食品防霉保鮮、食品加工殺菌凈化領(lǐng)域應(yīng)用臭氧技術(shù)并開發(fā)了“開放式”