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1、.臭氧发生器选用技术指南目 录第一部分 臭氧基础知识第二部分 臭氧的用途第三部分 臭氧发生器系统第四部分 臭氧发生器气源系统第五部分 臭氧发生器数据采集和控制系统第六部分 臭氧发生器冷却系统第七部分 臭氧发生器投加系统第八部分 臭氧发生器臭氧分解系统第九部分 臭氧发生器系统的安装调试第一部分 臭氧基础知识一、臭氧的简介臭氧的分子式为O3,是氧气O2的同素异性体。臭氧分子是由三个氧原子组成,其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接,这种单键不稳定,断裂后生成一个单原子氧和一个氧气分子,其中单原子氧具有极强的氧化能力,所以决定了臭氧的性质极为活跃、易分解、氧化能力强的特点。二、臭氧的物理性
2、质臭氧是一种具有腥臭气味的不稳定气体,臭氧与氧气的主要物理性质对比见表1-1。表1-1 氧气和臭氧的主要性质氧 气臭 氧分子式O2O3分子量3248一般情况下的形态气态气态气 味无腥臭味气体颜色无色淡蓝色液体颜色淡蓝色暗蓝色1个大气压,0时的溶解度mg/L49.16401个大气压,0时的密度g/L1.4292.144稳定性稳定易分解以空气为基准时的密度1.1031.658由上表不难看出,与氧气比较,臭氧比重大、有腥臭味、较氧气易溶于水。三、臭氧的化学性质臭氧的强氧化性使臭氧可迅速灭菌消毒,臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化还原电位,表1-2列出常见的消毒物质还原电位与臭氧的比较。表1-2 氧化
3、还原电位比较名 称分子式氧化还原电位mV氟F22.87臭 氧O32.07过氧化氢H2O21.78高锰酸钾KMnO41.67二氧化氯ClO21.50氯 气Cl21.361臭氧的化学性质极不稳定,在空气和水中都会慢慢分解成氧气,其反应式为： 2O33O2285kJ由于分解时放出大量热量,故当其含量在25%以上时,如急剧压缩,容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10%,在臭氧应用较长历史过程中,还没有一例臭氧爆炸的事例。含量为1%以下的臭氧,在常温常压的空气中分解半衰期为16h左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过100时,分解非常剧烈,达到270高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中
4、的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为6.2510-5mol/L时,其半衰期为530min,但在纯水中分解速度较慢,如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是20min20,然而在二次蒸馏水中,经过85min后臭氧分解只有10%,若水温接近0时,臭氧会变得更加稳定。臭氧在水中的分解速度随水温和PH值的提高而加快,图1-3为PH=7时,水温和分解速度的关系,下图为20,PH和分解速度的关系。2臭氧的氧化能力 臭氧得氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于F2,在其应用中主要用这一特性。从表1-3中看出。从表1-3可知,臭氧的标准电极电位除比氟低之外,比氧、氯
5、、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时,臭氧反应后的生成物是氧气,所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。表1-3 氧化还原电位比较名称分子式标准电极电位/mv名称分子式标准电极电位/mv氟F22.87二氧化氯ClO21.50臭氧O32.07氯Cl21.36过氧化氢H2O21.78氧O21.23高锰酸钾MnO4-1.673臭氧的氧化反应a、与无机物的氧化反应臭氧与亚铁的反应 3Fe2 2O3 3Fe3+3O2臭氧与Mn2+的反应 Mn2+O3H2OMnO22HO2 易 Mn2+O3H2OMnO4-2H难臭氧与硫化物的反应 H2SO3SO2H2O 3H2S4O3
6、3H2SO4臭氧与硫氰化物的反应 CNS2O32OHCNSO322O2H2O CNSO322O3CNOSO422O2臭氧与氰化物的反应 CNO3CNOO2 CNO2HH2OCO2NH4 NH4CNONH2CONH2 NH2CONH2+O3N2+CO2+2H2O总反应为： 2CN2HH2O+3O3N2+2O2+2H2CO3臭氧与氯的反应 3Cl2+6O32ClO2+2ClO7b、臭氧与有机物的反应臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。 OOH R2C=CR2 + O3 R2C + R2C=O G 1臭氧与烯烃类化合物的反应： 臭氧容易与具有双链的烯烃化合
7、物发生反应,反应历程描述如下：式中G代表OH、OCH3、OCCH3等基。反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。2臭氧和芳香族化合物的反应： 臭氧和芳香族化合物的反应较慢,在系列苯萘菲嵌二萘蒽中,其反应速度常数逐渐增大。其反应如下：OH OH OH O3 + O3 OH OH OOO H2O COHC O OOH OOH OH COOH COOH COOH COOH O3 + + O3 CO H C H OOH OOH C=OH H C=O H 丁醛COH O COH O 丁酸 3对核蛋白氨基酸系的反应R2S + O3 R2SO O O 3P + O
8、3 + P+O 三苯磷酸盐 R2NCHR + O3 R2NCHR 氨基醇R3N + O3 R3H+ + O-OH RNOH RN=O RNO 羟氨 硝基化合物O H OH HR2NCH2R + O3 R2 NC=O + RCOH O氨基醇 氨基醛 有机酸 4对有机氨的氧化 臭氧在下列混合物的氧化顺序为：链烯烃胺酚多环芳香烃醇醛链烷烃c、臭氧的毒性和腐蚀性臭氧属于有害气体,对眼、鼻、喉有刺激的感觉,出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症。其毒性与浓度和接触时间有关,例如长期接触 4ppm以下的臭氧会引起永久性心脏障碍,但接触20ppm以下的臭氧不超过2h,对人体无永久性危害。因此,臭氧浓度的允许值定为0
9、.1ppm,接触时间小于8h。由于臭氧的臭味很浓,浓度为0.1ppm时,人们就明显感觉到并及时采取措施。世界上使用臭氧已有一百多年的历史,至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道,相对于氯气、甲醛、二氧化碳等气体,臭氧属于比较安全的气体。臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点,生产上常使用含25%Cr的铬铁合金不锈钢来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用,即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注设备中使用不久便见
10、疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中,不能用普通橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。第二部分 臭氧的用途 臭氧以其强氧化性,且在与氧气的转化过程中没有二次污染物产生,这是臭氧用于环保、食品加工、医疗等领域最大的优越性。随着近年来臭氧应用技术的不断发展,其应用领域越来越广泛,在自来水处理、啤酒饮料用水杀菌、食品加工用水处理、化工废水处理、染料废水处理、回用水处理、精细化工、香料合成、空气杀菌除臭、医疗等领域已具有成熟的应用经验。臭氧：O3由三个氧原子组成仅次于氟的氧化性比氯还强的杀菌力无二次公害脱色给水排水印染废水杀菌给水排水游泳池水族馆饮料用水氧化精细化工纸浆漂白
11、去除氨氮、COD自来水去铁香料生产除臭污水处理厂畜牧养殖厂牲畜屠宰场厕所第三部分 臭氧发生器系统目前,臭氧已在饮用水处理、污水处理、空气净化、化工氧化、纸浆漂白、食品加工、医疗与家庭等多个领域得到广泛应用,其应用规模、应用深度与产品规格都达到空前水平,我国近年臭氧应用发展较快的是自来水厂、制药工业和食品加工业。人工合成臭氧的装置统称为臭氧发生器,其设计与制造技术涉及国民经济多个技术行业,臭氧系统的可靠运行需要其它行业技术研发和技术进步给予支撑。1基础介绍臭氧发生器主要由两个部分组成：一部分是一个包含有放电体的容器,通常被称为臭氧放电室；另一部分是一套为臭氧放电室提供高压电源的电源系统,通常被称
12、为臭氧电源或供电单元PSU。构成臭氧发生器的基本部分的定义如下：1.1 臭氧发生单元 ozone generation unit组成产生臭氧的最基本元件。1.2 臭氧发生装置 ozone generation device安装臭氧发生单元的装置,俗称臭氧放电室。1.3 臭氧电源装置 power supply unit将输入电源转化为中频高压电源或高频高压电源的装置,也称为供电单元,使臭氧发生装置内形成高压电场。1.4 臭氧发生器 ozone generator产生臭氧所必需的全部装置,包括臭氧发生装置和臭氧电源装置两大部分。1.5 电极 electrode与具有不同电导率的媒质形成导电交接面的导电部分；在臭氧发生单元中系指分布高压电场的导电体。1.6 介质管板 dielectric tube 其由基本电磁场性能是受电场作用而极化的物质所构成的零、部件；在臭氧发生单元中系指位于两电极间,造成稳定的辉光放电的绝缘体。1.7 介质强度 dielectric strength材料能承受而不致遭到破坏的最高电场强度。1.8 电晕放电 corona discharge气体击穿后,出现极间电压减小的现象,并同时在电极周围出现昏暗辉光,称为电晕放电。1.9 辉光放电 glow discharge当电场强度超过某值时,以发光表现出来的气体中电传导现象,此时辉光扩展到两电极之间的
