臭氧發(fā)生器在純凈水、礦泉水消毒方面的解決方案

　　一、對臭氧發(fā)生器在水處理中的應用

　　20世紀90年代起，由于懷疑的有機物和天然物質與氧發(fā)生反應形成的三鹵甲烷具有致癌，美國、日本和英國等國家也逐漸對臭氧在水處理中的應用產(chǎn)生了興趣，并逐步在一些飲用水處理系統(tǒng)中采用或增設了臭氧處理工藝。

　　由于臭氧比氯有較高的氧化電位，因此它比氯消毒具有更強的殺菌作用。對細菌的作用也比氯快，消耗量明顯較小，具在很大程度上不受PH值的影響。有關資料報道，在0.45mg/L臭氧作用下，經(jīng)過2min，脊髓灰質炎病毒即死亡；如用氯消毒，則劑量為2mg/L時需經(jīng)過3h。當1mL水中含有274~325個大腸菌，在臭氧劑量為1mg/L時可降低在腸菌數(shù)百分之86；劑量為2mg/L時，水幾乎可以完全被消毒。

　　較之傳統(tǒng)的氯消毒方法，臭氧消毒還有如下優(yōu)點：

　　（1）消毒的同時可改善水的性質，且較少產(chǎn)生附加的化學物質污染；

　　（2）不會產(chǎn)生如氯酚那樣的臭味；

　　（3）不會產(chǎn)生三鹵甲烷等氯消毒的消毒副產(chǎn)物；

　　（4）臭氧可就地制造，獲得它只需要電能；

　　（5）某些特定的用水中，如食品加工，飲料生產(chǎn)以及微電子工業(yè)等，臭氧消毒不需要從已凈化的水中除去過剩殺菌劑的附加工序，如用氯消毒時的脫氯工序。

　　臭氧發(fā)生器在純凈水、礦泉水消毒方面的解決方案

　　由于臭氧在水中很不穩(wěn)定，容易分解，如接觸池口處水中剩余臭氧尚有0.4mg/L，但經(jīng)過水廠清水池的停留后，水中的剩余臭氧已完全分解，沒有剩余消毒劑的水將進入管網(wǎng)，因此經(jīng)過臭氧消毒的自來水通常在其進入管網(wǎng)前還要加入少量的氯或氯胺，以維持水中一定的消毒劑剩余水平。

　　1、臭氧的主要我改和消毒機理

　　1）臭氧的主要物理、化學特性

　　臭氧是一種高活性的氣體，通過氧氣的放電而形成，其分子式是O3，是氧的同素異形體。臭氧顯著的特性是具有強烈的氣味，臭氧的英文詞為”O(jiān)ZONE”，來源于希臘語，意為“味道”。在常溫常壓下，臭氧是淡藍色的具有強烈刺激性氣味的氣體。

　　臭氧具有很高的氧化電位（2.076V），比氯（1.36V）高出百分之50以上，因此它具有比氯更強的氧化能力。臭氧是由氧按以下熱化學方程式形成：

　　3O3—2O3—69kcal

　　由上式可見臭氧的形成是吸熱過程，因此，臭氧分子很不穩(wěn)定，可自行分解，伴隨著分解過程全放出能量因此，臭氧比氧具有更高的活性的氧化能力。

　　2）臭氧氣體向水中的傳遞能力也可表示為：

　　單位時間內的傳遞能力=傳遞系數(shù)X交換面積X交換電位

　　這里所指的交換電位不僅與氣液的濃度差有關，而且與臭氧和水中特質發(fā)生直接化學反應的活性有關。

　　許多實驗表明，臭氧氣體要溶解在水中，首先須在與之接觸的液體表面上完全擴散進而溶解在表面的液體中，醉終擴散到液體的內部，因此，氣液兩相間的傳遞率主要由下列因素所決定：

　　（1）氣液兩相的物理特性；

　　（2）氣體通過氣液界面的深度差；

　　（3）氣體湍流的程度；

　　（4）臭氧在水中的溶解深度大于氧。臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。對臭氧在水中的溶解度的主要影響因素是溫度和供氣壓力。溫度對臭氧在水中溶解度的影響。

　　由于臭氧采用在使用現(xiàn)場利用空氣或氧氣就地制備，制備出來的臭氧氣體中含臭氧濃度通常很低，一般重量濃度在百分之2—10之間。，制備出來的臭氧氣體實際上是一種氧氧化氣體，屬于混合氣體，其中含有大量的空氣和氧氣。而亨利定律表示的是某一單純氣體在水中的溶解規(guī)律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了與上述的溫度和供氣壓力有關外，還與供氣中含臭氧的濃度有關。在一定的溫度下，向水中添加不同濃度的臭氧化氣體時，臭氧在水中的溶解度隨空氣壓力的變化而變化。

　　此外，在一定的大氣壓力下，臭氧在水中的濃度與供氣中的臭氧濃度的關系可用。

　　雖然臭氧在水中的溶解度大于氧，但賞玩水中的臭氧及不穩(wěn)定，很容易分解，在一定溫度下，PH值對水中剩余臭氧分解速度也有影響。

　　2、臭氧的氧化反應和消毒機理

　　臭氧一經(jīng)溶解在水里，會出現(xiàn)下列兩種反應：一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應；另一種則是在水中羥基，過氧化氫、有機物、腐植質和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自行分解成羥基自由基，間接地氧化有機物、微生物或氨等。后一種反應相當快，且沒有選擇性，另外還能將重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩種反應中后一種反應更強烈，氧化能力更強。

　　由于氫氧根和有機物等能誘發(fā)臭氧自行分解成羥基自由基，所以低PH條件下有利于臭氧直接氧化反應，而高PH值和有機物含一高的條件下則有利于羥基自由基的間接氧化反應。

　　臭氧的自行分解率在很大程度上取決下PH值、溫度、UV值、臭氧濃度以及水中存在的其它可去除物。其分解速率可由余臭氧的含量來間接表示。由于重碳酸鹽和碳酸鹽（尤其是碳酸鹽）具有較強的緩沖性能，因此在低PH和高緩沖性能的余臭氧可維持較長時間。

　　臭氧可殺菌消毒的作用主要與它的高氧化電位和容易他通過微生物細胞膜擴散有關，臭氧能氧化生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結構而導致細胞死亡。因此，臭氧對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。

　　此外，臭氧在殺傷微生物的同時，還能氧化水中的各種有機物，去除水中的包、嗅、味和酚等。

　　二、臭氧消毒系統(tǒng)

　　臭氧發(fā)生器在純凈水、礦泉水消毒方面的解決方案

　　臭氧消毒系統(tǒng)通常有四部分組成，包括氣源制備、臭氧發(fā)生、接觸反應和尾氣處理，

　　1、氣源制備、臭氧發(fā)生

　　按照臭氧消毒系統(tǒng)的運行特點，氣源制備部分是臭氧消毒系統(tǒng)中的前置系統(tǒng)，它的作用是為臭氧發(fā)生器提供所需的質量適宜和數(shù)量足夠的氣體。氣源制備部分有各種形式可供選擇。對不同形式的氣源制備部分的選擇主要考慮的因素是供氣的規(guī)模、現(xiàn)場條件以及運行能耗。

　　臭氧發(fā)生部分是臭氧消毒系統(tǒng)中的核心，它的作用是生產(chǎn)消毒工藝所需的數(shù)量足夠臭氧氣體。它的投資約占整個臭氧消毒的百分之60以上，運行能耗約占百分之60~80。臭氧發(fā)生部分因臭氧發(fā)生器的形式不同而有所差異，選擇臭氧發(fā)生部分要考慮的因素主要臭氧產(chǎn)量、設備投資以及運行能耗。

　　接觸反應是臭氧消毒系統(tǒng)生產(chǎn)運行的核心，它的作用是將由臭氧氣體迅速有效的擴散到處理水中，并穩(wěn)定可靠地完成預定工藝所要求的反應。接觸反應形式的確定主要依賴于工藝目標及其相應的反應。

　　相對臭氧消毒系統(tǒng)其它部分而言，尾氣處理部分是相對獨立的子系統(tǒng)，它的作用是及時有效地消除臭氧消毒系統(tǒng)均應包括上述四個部分。

　　由于臭氧的強氧化能力，因此它具有高腐蝕性能。通常橡膠、大多數(shù)塑料、EPDM（乙烯、丙烯共聚）、普通的鋼和鐵、銅、鋁等材料不能用于臭氧系統(tǒng)的。可用的材料主要包括316和305不銹鋼、玻璃、HYPLAON（氯磺烯化聚乙烯合成橡膠）TELON（聚四氟乙烯）以及混凝土。

　　2、臭氧接觸

　　臭氧接觸是通過一定的方式使氧氣擴散到液體中并使之與也液體全-面接觸和完成預期反應的過程，這一過程一般通過臭氧接觸器來完成。不同的工藝目標和相同的反應決定了接角器的形式的接觸時間。

　　臭氧接觸器的主要形式有：傳統(tǒng)的微氣泡擴散接觸器、吸氣式渦輪擴散接觸器、帶有接觸填料的密閉式接觸柱以及吸氣式水射器擴散接觸器。對于凈水消毒而言，采用的形式主要是微氣泡擴散和吸氣式渦輪擴散型。

　　臭氧接觸時間對于不同的反應通常在1到12min之間。在需要有可靠滅病毒的場合，通常需要維持剩余臭氧達0.4mg/L的4min接觸時間。由于水中細菌外通常還會含有與臭氧發(fā)生快速反應的物質（如構成水中色度和嗅味等物質）。因此，消毒接觸時間一般采用10min。

　　采用微起泡擴散消毒接觸器時，通常布置成雙格間和三格間接觸室。第時間是為了水的化學需臭氧量（降低色和味）通常以0.4~1.0mg/L的用量和4~6min的接觸時間為基礎。而后續(xù)格間的功能主要是殺滅病毒，在此格間的進口處剩余臭氧的水平至少須有0.4mg/L，而且此格間的低部應注入足夠的臭氧以保持這一水平達到4min的時間。后續(xù)格間臭氧的注入量通常為0.4~0.6mg/L.

　　采用吸氣式渦輪擴散接觸器時，由于這種形式的接觸器尤如一個完整的快速混合器，為了滿足消毒所需要的時間和剩余臭氧的水平，通常需要設置停留池或采用多級布置方式，由于渦輪機具有使臭氧氣體與水高-效混合的優(yōu)點，因此，這種接觸器的設計水深不需要很深。

　　3、尾氣處理

　　當臭氧與水在接觸器內接觸后，從接觸器排氣管排出的氣體中仍含有一定的殘余臭氧，這些含有殘余的臭氧的氣體稱之臭氧尾氣。尾氣中殘余臭氧的量隨臭氧同水的接觸方法和處理水中維持的臭氧濃度有關，一般約占臭氧總投量的百分之1~5~。

　　空氣中一定濃度的臭氧對人的機體有害。人在含臭氧1/100萬的空氣中長期停留，會引起易怒、感覺疲勞和頭疼等不良癥狀。而在較高的溫度下，除這些癥狀外還會增加惡心、鼻子出血和眼粘液膜炎。經(jīng)常受臭氧的毒害會導致嚴重的疾病。為了保護環(huán)境空氣，要求空氣中臭氧的限允許濃度為0.1mg/m3因此，除了少數(shù)特定場合允許利用大氣和稀釋能力解決尾氣外置，一般情況富含臭氧的尾氣是不得直接排放，須通過剩余臭氧的破壞來加處置。

　　尾氣處置的方法通常有回用法，加熱分解法，化學消減法，催化分解法以及稱釋法。

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