1、臭氧應(yīng)用技術(shù)林萬晌臭氧基本特性n 在自然條件下,他是淡藍(lán)色氣體,但在常溫下,并不明顯n 在標(biāo)準(zhǔn)壓力和常溫下,它的溶解度是氧氣的13倍n 比空氣重,是空氣的1.658倍n 具有強(qiáng)氧化性n 在正常情況下,臭氧不穩(wěn)定,容易分解為氧氣n 臭氧分子是逆磁性,容易結(jié)合一個電子成為負(fù)離子分子n 臭氧在空氣中半衰期為20-50min,隨溫度和濕度的升高而加快n 臭氧在水中的半衰期約為35min,隨水質(zhì)和水溫不同而有異n 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

2、數(shù)的大小只是溫度的函數(shù)，與濃度無關(guān)。 C=K H P (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)K H 亨利常數(shù)， mg/ （ LkPa ）。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

3、穩(wěn)定，在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣，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,在水中分解會比空氣中快,如下圖所示:臭氧氧化性n 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) n 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 n臭氧屬于有害氣體，臭氧在空氣中濃度的允許值定為: 4.4610 -9 mol/L(0.1ppm)8h;(美國和IOA標(biāo)準(zhǔn)

4、)n 臭氧在水中的濃度允許值為:0.01mg/L n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、鉛與臭氧接觸會被強(qiáng)烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕?；谶@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n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)改善水的理化性能,可脫色,除臭,除異味控制藻類助凝n臭氧應(yīng)用: 飲用水深度處理 工業(yè)循環(huán)冷卻水 工

5、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:n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n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(

6、時間)(0.4mg/L*4min)推薦n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)。 n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在循環(huán)冷卻水中的作用n臭氧是強(qiáng)大的生物殺滅劑：冷卻水中有0.1mg/l的時候，3小時后可以破壞70-8

7、0%生物膜，當(dāng)水中有0.4mg/l時，2-3分鐘可以100%破壞生物膜n防腐蝕：在低濃度含臭氧的水中PH值為89，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-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 n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

8、品行業(yè)的應(yīng)用 n臭氧在食品行業(yè)應(yīng)用主要有三個目的: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 n臭氧發(fā)生器的選用 根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗，間斷使用臭氧，食品加工車間按500m3空間選用一臺3g/h產(chǎn)量臭氧發(fā)生器；果蔬菜貯藏庫容選用一臺15g/h臭氧發(fā)生器；冷庫消毒要求濃度高，可集中多臺發(fā)生器連續(xù)開機(jī)48小時以上臭氧在礦泉水、純凈水及飲料用水生產(chǎn)中的應(yīng)用 n氯消毒,紫外線消毒和臭氧消毒比較:臭氧無二次污染,不會像氯一樣產(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

9、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（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n消毒系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的選擇國外經(jīng)驗飲用水CT值為1.6(0.4mg/L*4min);我國瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時瓶內(nèi)水臭氧濃度0.3mg/L ,臭氧投加量一般為1-2mg/L.n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)計流量及臭氧投加量來確定。W = 0.001QPW - 臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量（g/h）; Q - 設(shè)計水量（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

10、據(jù)設(shè)計流量及流速來確定。S = Q/VS - 罐體截面積（m2）; V - 流速，一般采用8-10m/hD = （4S/3.14）1/2; D - 罐體直徑（m）罐體高度的確定：H = Vt + 0.2H- 罐體高度（m）; t - 接觸時間，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)用臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用n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

11、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)處理工藝臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)處理工藝n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。 n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

12、，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n氣源:O2(85%)/空氣n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n放電電源：工頻(50-

13、60Hz);中頻(400-1000Hz);高頻(1000Hz)n臭氧發(fā)生桶(關(guān)鍵元件)n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)，和各項連鎖功能臭氧與水混合方法及比較n鼓泡法：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)饩鶆颍允顾?、氣全面接觸，尤其是在鼓泡池中用多個布?xì)馄鲿r，同時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，動力消耗少

14、，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 n水射器水射器(文丘里管)是利用高速水流在變徑管道中流動造成的負(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。n 攪拌法攪拌法 早期生產(chǎn)的攪拌器類似

15、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 n碘量法碘量法 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)試驗設(shè)備，使用不方便，且易受其它氧

16、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 n紫外吸收法紫外吸收法 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，但該儀器價格較貴，一般作為檢測單位與生產(chǎn)、科研單位使用。 n電化學(xué)法電化學(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。 n比

17、色法比色法 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)n光化學(xué)法光化學(xué)法 紫外線臭氧發(fā)生器紫外線臭氧發(fā)生器 此方法是光波中的紫外光會使氧氣分子 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，可以通過燈功率線性控制臭氧濃度、產(chǎn)量。這兩個特性對于臭氧用于人體治療與作為儀器的臭氧標(biāo)

18、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n電化學(xué)法電化學(xué)法 電解純水臭氧發(fā)生器電解純水臭氧發(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,具報道,日本有公司可以做到120g/hr.n電暈放電法電暈放電法 - 臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器 電暈放電法（無聲放電或輝光發(fā)電法）就是一種干

19、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：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 式特殊反應(yīng)途徑被認(rèn)為是主要的 e+O2 2O e 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能（ 6 - 7eV )緊接著通過三體碰撞反應(yīng)形成臭氧。 O+O2 +MO3 M 式中 M 是氣體中任何其它氣體分子，不過與此同時，原子氧和電子也同樣同臭氧反應(yīng)形成氧氣。 O+O3 2O2 e+O3 O+O2 +e n沿面放電沿面放電 臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生器 沿面放電型發(fā)生器原理屬

20、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n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。 n板式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器板式結(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) 大型臭氧需要多個放電室串聯(lián)和并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)要求較高。 n管式結(jié)構(gòu)臭氧發(fā)生器管式結(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 800hz5000hz 。 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