臭氧作用原理

關于臭氧作用原理

臭氧略溶于水，標準壓力和溫度下〔STP)，其溶解度比氧大13倍，比空氣大25倍。

臭氧的化學性質極不穩(wěn)定，在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣，由于分解時放出大量熱量．故當其含量在25％以上時，很容易爆炸，但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過10％．在臭氧用于飲用水處理的較長歷史過程中，還沒有一例關于臭氧爆炸的事例。

為了提高臭氧利用率，水處理過程中要求臭氧分解得慢一些．而為了減輕臭氧對環(huán)境的污染，則要求處理后尾氣中的臭氧分解得快一些。第2頁,共33頁，星期六，2024年，5月臭氧的氧化能力臭氧的氧化性極強，其氧化還原電位僅次于氟，在其應用中主要應用這一特性。臭氧的標準電極電位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力最強的。同時，臭氧反應后的生成物是氧氣，所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。第3頁,共33頁，星期六，2024年，5月第4頁,共33頁，星期六，2024年，5月第5頁,共33頁，星期六，2024年，5月臭氧的毒性和腐蝕性

臭氧屬于有害氣體，由于臭氧的臭味很濃，濃度為0.1ppm時，人們就感覺到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的歷史，至今也沒有發(fā)現(xiàn)一例因臭氧中毒而導致死亡的報道。臭氧具有很強的氧化性，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、鉛與臭氧接觸會被強烈氧化，但鉻鐵合金基本不受臭氧腐蝕?；谶@一點，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)生設備和加注設備中與臭氧直接接觸的部件。臭氧對非金屬材料也有了強烈的腐蝕作用，即使是在別處使用得相當穩(wěn)定的聚氯乙烯塑料扳等，在臭氧加注設備中使用不久便見開裂和穿孔等。在臭氧發(fā)生設備和計量設備中，不能用普通橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕能力強的硅橡膠或耐酸橡膠等。第6頁,共33頁，星期六，2024年，5月二、臭氧產(chǎn)生的機理：

目前生產(chǎn)臭氧的方法大致有：無聲放電法、核輻射法、紫外線法、等離子體射流法和電解法等。工業(yè)上大量的臭氧是用專門設計的電暈放電方法制造的。

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、空氣以及含氧混合氣體。第7頁,共33頁，星期六，2024年，5月

下圖是一種典型電暈放電，由充滿氣體的間隙和一塊介電體分開的兩塊金屬扳電極組成。在對電極施加高電壓，同時，含氧氣體從放電間隙流過。輸入到電暈中的大部分電能，主要是以熱的形式被散失較小部分轉化為光、聲、化學等能量。第8頁,共33頁，星期六，2024年，5月

增加發(fā)生器進氣的流量，可以增加臭氧的產(chǎn)量，降低臭氧的濃度，從而抑制臭氧的分解，降低了電耗。但是在如水處理等方面應用時，臭氧濃度越高效果越好，因此進氣流量應結合具體的需要及發(fā)生器的性能來確定。1、臭氧產(chǎn)量的影響因素1）氣源的質量和流量第9頁,共33頁，星期六，2024年，5月2）空氣的露點3）電暈功率(1)提高電源的輸出頻率

(2)提高電源電壓氣體干燥第10頁,共33頁，星期六，2024年，5月2、臭氧發(fā)生器應用時應注意的問題臭氧發(fā)生器應用于水處理工程等場合時，有很多因素可能影響發(fā)生器的效率及其可靠性，因此在設計臭氧發(fā)生器應用系統(tǒng)時必須注意下列問題。

(1)發(fā)生器原料氣體絕對不得含烴類、腐蝕性氣體和任何其他能在氧/臭氧／電暈環(huán)境內發(fā)生反應，從而對設備安全造成危害或損壞的物質。第11頁,共33頁，星期六，2024年，5月2)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)設計時，必須能防止大量水進入到發(fā)生器內。3)冷卻水的水質要好，防止結垢，以免影響發(fā)生器的散熱效果。4)對于氣冷卻發(fā)生器來說，冷卻空氣必須無潮氣、雜質、腐蝕性、氣溶膠、雜質或導電物質以及可見粉塵。正常情況下，除非處在一個極度多塵的工業(yè)大氣環(huán)境內，空氣多半是不需要過濾處理的。第12頁,共33頁，星期六，2024年，5月

目前，可用于工業(yè)規(guī)模電暈法的臭氧發(fā)生器種類繁多，其基本差別在于：電暈元件幾何形狀、電源形式、散熱工藝和運行條件等。技其構造可分為板式、管式和金屬格網(wǎng)式三種。管式臭氧發(fā)生管中又可分為單管、多管式、臥式和立式等多種形式。三、臭氧發(fā)生器

高頻脈沖沿面放電臭氧發(fā)生技術已有的臭氧發(fā)生技術是把工業(yè)頻率的高壓電加在電暈極與接地間，放電是在空間氣體中進行的，由于空氣導熱性能差，臭氧發(fā)生時產(chǎn)生大量熱量難以傳導出去，造成放電空間氣體溫度大幅度上升，加速了已生成具氧的分解，臭氧濃度、臭氧生成量、臭氧產(chǎn)生效率都難以提高，龐大的臭氧發(fā)生器體積減不下來。第13頁,共33頁，星期六，2024年，5月

把空間放電型的臭氧發(fā)生元件改成沿面放電型臭氧發(fā)生元件，沿面放電臭氧發(fā)生元件斷面如下圖所示。分水冷卻式、空氣冷卻式兩種。第14頁,共33頁，星期六，2024年，5月

高壓電源的性能，特別是放電功率和穩(wěn)定性直接影響到臭氧產(chǎn)生的質量和應用效果。傳統(tǒng)的臭氧發(fā)生電源采用可控硅作為功率開關器件。但是，用可控硅作為功率開關器件有很多弊端，因此設計的臭氧發(fā)生電源應采用種新型的功率開關器件——IGBT，以取代傳統(tǒng)的可控硅電路。第15頁,共33頁，星期六，2024年，5月四、臭氧與水的接觸第16頁,共33頁，星期六，2024年，5月臭氧化法水處理站平面布置必須考慮到臭氧制造和利用的工藝操作順序，臭氧化氣的毒性及其不穩(wěn)定性。臭氧化法水處理裝置常根據(jù)其不同的功能分組進行布置：空氣壓縮和空氣處理部分，臭氧制造部分，供電部分和水—臭氧接觸裝置部分。每一部分最好有自己單獨房間。這樣的分組布置使得將有可能出現(xiàn)危害性的臭氧高濃度的房間分離開來。各組房間相對位置雖無一定要求，但應注意到臭氧的毒性和不穩(wěn)定性，即臭氧制造間與臭氧接觸裝置間應緊密相連(為了縮短輸氣管路)。臭氧氧化系統(tǒng)的組成和平面布置第17頁,共33頁，星期六，2024年，5月五、臭氧技術的應用

臭氧作為一種強氧化劑、消毒劑、精制劑、催化劑等被廣泛應用于石油、化工、紡織、食品、制藥及香料等部門。1905年起臭氧開始用于水處理，現(xiàn)在世界上已有3000余個水場使用臭氧處理水，它可以解決飲用水的一些質量問題。目前，日本及歐美的大部分國家已把臭氧技術應用于醫(yī)療器械、餐具殺菌等。臭氧作為氧化劑在紡織、印染、造紙、除臭脫色、漂白、老化技術處理、生物工程等領域中亦在逐步得到應用。臭氧的最大特點是氣體，并具有較強的氧化能力。它的氧化能力僅次于氟而高于氯，效率高而無有害殘留物，因而具有廣泛的應用領域。第18頁,共33頁，星期六，2024年，5月

臭氧具有極強的氧化能力，因此具極強的殺菌作用、脫色、脫臭、脫味作用及分解作用。殺菌可用于：上、下水，游泳池水，飲料水等的殺菌消毒；食品貯藏室內殺菌消毒；醫(yī)院、學校、幼兒園、辦公室、食品加工廠、制藥廠等空氣凈化；器具類殺菌消毒，醫(yī)院污水、生活污水的殺菌消毒等等。脫色、脫臭、脫昧作用可用于：糞便處理、給排水的脫色除味、養(yǎng)殖場除臭等，下道水的凈化脫臭。氧化：無機物的氧化，水中陳鐵、錳，含氰廢水的處理，礦石處理等。有機物氧化分解，工業(yè)廢水處理，微污染水處理，COD消除等，表面活性化，表面改性(炭黑表面改性，纖維表面改性、塑料表面改性)，香料的合成，改變構造等。內燃機燃燒劑，火箭氧化劉等。第19頁,共33頁，星期六，2024年，5月1、二次加壓給水臭氧消毒系統(tǒng)臭氧技術在水處理中應用第20頁,共33頁，星期六，2024年，5月第21頁,共33頁，星期六，2024年，5月2、中水回用建設部《城市中水設施管理暫行辦法》中將中水定義為：部分生活優(yōu)質雜排水經(jīng)處理凈化后達到《生活雜用水水指標》（CJ25.1-89）,可以在一定范圍內重復使用的非飲用水。中水其實就是再生水，之所以叫中水，是沿用了日本的說法，通常人們把自來水叫做"上水"，把污水叫做"下水"，而中水的水質介于上水和下水之間，故名"中水"。第22頁,共33頁，星期六，2024年，5月3、礦泉水生產(chǎn)工藝中第23頁,共33頁，星期六，2024年，5月自來水等飲用水在我國目前普遍使用氯劑消毒。而使用氯法有嚴重的二次污染問題存在。1973年起，荷蘭、加拿大、美國等國相繼發(fā)現(xiàn)用氯消毒後的自來水中會產(chǎn)生鹵代有機物（氯仿、氯胺等），經(jīng)動物實驗證明有致癌危險。況且氯消毒易受溫度和PH值影響。馀氯還會影響飲用水的口感，特別對於飲料用水，馀氯會使碳酸飲料等飲料制品產(chǎn)生氯的臭味。采用紫外消毒時，不同的對像菌致死所需的照射能量差異較大，另一方面原水水質對紫外殺菌效果也有影響，紫外線因在水中的穿透能力有限而難以達到理想效果。而且紫外消毒不能像馀氯那樣維持消毒效果。臭氧具有比氯更強的氧化消毒能力，不但可以較徹底地殺菌消毒，而且可以降解水中含有的有害成分和去除重金屬離子以及多種有機物等雜質，如鐵、錳、硫化物、苯、酚、有機磷、有機氯、氰化物等，還可以使水除臭脫色，從而達到凈化水的目的。臭氧適應能力強，受水溫、PH值影響較小。臭氧適應范圍廣，不受菌種限制，殺菌效果比氯消毒和紫外消毒效果好。與氯不同的是殘余臭氧可以自行分解為氧氣，不會產(chǎn)生二次污染。臭氧處理後的水無色無臭，口感好，能改善飲用水品質。故此，為了提高瓶裝飲用水的質量和延長保質期，國際瓶裝水協(xié)會（IBWA）建議采用臭氧處理。在臭氧處理前，瓶裝水一般用反滲透、納濾、超濾去除天然水中99%的有機物，降低臭氧的用量。第24頁,共33頁，星期六，2024年，5月

游泳者身體與池水直接接觸，池水會進入人嘴內，如果池水不衛(wèi)生，會引起眼、耳、鼻、喉、皮膚和消化器官等疾病。嚴重者會引起傷寒、霍亂、梅毒、赤痢等病的傳染。同時池水還會受到游泳者自身所帶細菌的污染，故必須設置池水消毒殺菌裝置。傳統(tǒng)的消毒方法有氯化消毒、臭氧消毒、照射消毒和碘化消毒。當今常用的消毒方法通常為前兩者即氯化消毒和臭氧消毒。氯化消毒常規(guī)消毒劑有氯（通常為液氯）、次氯酸鈉、二氧化氯、氯胺、漂白粉、漂白精和氯片等。氯化消毒的特點是：1）殺菌效果好；2）有持續(xù)消毒功能。缺點是：1）有氣味并對眼和呼吸道有刺激作用；2）對池子結構、設備和管道有腐蝕作用；操作管理水平要求高，否則會發(fā)生安全事故；3）長期與池水接觸會使人的頭發(fā)變色發(fā)黃，影響美觀；4）最為嚴重的、幾乎公認的是，氯化消毒的氧化過程中產(chǎn)生的氯的衍生物可能是致癌物質，在談癌色變的今天，尤其令人畏懼。宜謹慎用之。4、游泳池水處理第25頁,共33頁，星期六，2024年，5月臭氧消毒的特點：

1）反應快、投量少，臭氧能迅速殺滅擴散在水中的細菌、芽孢、病毒且在很低的濃度時既有殺菌滅活作用；

2）適應能力強，在PH5.6-9.8，水溫0-37℃的范圍內，對臭氧的消毒性能影響很小；

3）在水中不產(chǎn)生持久性殘馀，無二次污染；

4）臭氧的半衰期很短，僅二十分鐘；

5）能破壞水中有機物，改善水的物理性質和器官感覺，進行脫色和去嗅去味作用，使水呈蔚藍色，而又不改變水的自然性質。臭氧消毒的缺點：

1）因臭氧不易溶於水中，且不穩(wěn)定，故其無持續(xù)消毒功能，應設置氯消毒與其配合使用，

2）臭氧有毒性，池水中不允許超過0.01mg/l；空氣中不允許超過0.001mg/l；

第26頁,共33頁，星期六，2024年，5月第27頁,共33頁，星期六，2024年，5月

游泳他水臭氧消毒應用已得到廣泛，其處理效果和優(yōu)點已被公認，國外應用極為普退。我國廣州天河游泳館、北京亞運村游泳館等都采用臭氧消毒，池水清澈透明，徹底解決了氯消毒刺激眼睛皮膚及設施發(fā)黃的難題。第28頁,共33頁，星期六，2024年，5月醫(yī)院污水用