臭氧發(fā)生器在純凈水、礦泉水消毒方面的解決方案  

  一、對(duì)臭氧在水處理中的應(yīng)用
    20世紀(jì)90年代起，由于懷疑的有機(jī)物和天然物質(zhì)與氧發(fā)生反應(yīng)形成的三鹵甲烷具有致癌，美國(guó)、日本和英國(guó)等國(guó)家也逐漸對(duì)臭氧在水處理中的應(yīng)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(shè)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(qiáng)的殺菌作用。對(duì)細(xì)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(guān)資料報(bào)道，在0.45mg/L臭氧作用下，經(jīng)過2min，脊髓灰質(zhì)炎病毒即死亡；如用氯消毒，則劑量為2mg/L時(shí)需經(jīng)過3h。當(dāng)1mL水中含有274~325個(gè)大腸菌，在臭氧劑量為1mg/L時(shí)可降低在腸菌數(shù)86%；劑量為2mg/L時(shí)，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(diǎn)：
   （1）消毒的同時(shí)可改善水的性質(zhì)，且較少產(chǎn)生附加的化學(xué)物質(zhì)污染；
   （2）不會(huì)產(chǎn)生如氯酚那樣的臭味；
   （3）不會(huì)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(shí)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(jìn)入管網(wǎng)，因此經(jīng)過臭氧消毒的自來水通常在其進(jìn)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(jī)理
       1）臭氧的主要物理、化學(xué)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。臭氧最顯著的特性是具有強(qiáng)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(lán)色的具有強(qiáng)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50%以上，因此它具有比氯更強(qiáng)的氧化能力。臭氧是由氧按以下熱化學(xué)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，臭氧分子極不穩(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(shí)間內(nèi)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(guān)，而且與臭氧和水中特質(zhì)發(fā)生直接化學(xué)反應(yīng)的活性有關(guān)。
     許多實(shí)驗(yàn)表明，臭氧氣體要溶解在水中，首先必須在與之接觸的液體表面上完全擴(kuò)散進(jìn)而溶解在表面的液體中，最終擴(kuò)散到液體的內(nèi)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(duì)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(duì)臭氧在水中溶解度的影響。
     由于臭氧采用在使用現(xiàn)場(chǎng)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2%—10%之間。，制備出來的臭氧氣體實(shí)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(guān)外，還與供氣中含臭氧的濃度有關(guān)。在一定的溫度下，向水中添加不同濃度的臭氧化氣體時(shí)，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(guān)系可用。
     雖然臭氧在水中的溶解度大于氧，但賞玩水中的臭氧極不穩(wěn)定，很容易分解，在一定溫度下，PH值對(duì)水中剩余臭氧分解速度也有影響。
     2、臭氧的氧化反應(yīng)和消毒機(jī)理
     臭氧一經(jīng)溶解在水里，會(huì)出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的反應(yīng)；另一種則是在水中羥基，過氧化氫、有機(jī)物、腐植質(zhì)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(jī)物、微生物或氨等。后一種反應(yīng)相當(dāng)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(yīng)中后一種反應(yīng)更強(qiáng)烈，氧化能力更強(qiáng)。
     由于氫氧根和有機(jī)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(yīng)，而高PH值和有機(jī)物含一高的條件下則有利于羥基自由基的間接氧化反應(yīng)。
     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(qiáng)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(zhǎng)時(shí)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(xì)胞膜擴(kuò)散有關(guān)，臭氧能氧化生物細(xì)胞的有機(jī)物或破壞有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，臭氧對(duì)頑強(qiáng)的微生物如病毒、芽孢等有強(qiáng)大的殺傷力。
     此外，臭氧在殺傷微生物的同時(shí)，還能氧化水中的各種有機(jī)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(yīng)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(yùn)行特點(diǎn)，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(zhì)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(duì)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(chǎng)條件以及運(yùn)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(gè)臭氧消毒的60%以上，運(yùn)行能耗約占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(shè)備投資以及運(yùn)行能耗。
     接觸反應(yīng)是臭氧消毒系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的核心，它的作用是將由臭氧氣體迅速有效的擴(kuò)散到處理水中，并穩(wěn)定可靠地完成預(yù)定工藝所要求的反應(yīng)。接觸反應(yīng)形式的確定主要依賴于工藝目標(biāo)及其相應(yīng)的反應(yīng)。
     相對(duì)臭氧消毒系統(tǒng)其它部分而言，尾氣處理部分是相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，它的作用是及時(shí)有效地消除臭氧消毒系統(tǒng) 均應(yīng)包括上述四個(gè)部分。
     由于臭氧的強(qiáng)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(kuò)散到液體中并使之與也液體全面接觸和完成預(yù)期反應(yīng)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(biāo)和相同的反應(yīng)決定了接角器的形式的接觸時(shí)間。
     臭氧接觸器的主要形式有：傳統(tǒng)的微氣泡擴(kuò)散接觸器、吸氣式渦輪擴(kuò)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(kuò)散接觸器。對(duì)于凈水消毒而言，采用的形式主要是微氣泡擴(kuò)散和吸氣式渦輪擴(kuò)散型。
     抽氧接觸時(shí)間對(duì)于不同的反應(yīng)通常在1到12min之間。在需要有可靠滅病毒的場(chǎng)合，通常需要維持剩余臭氧達(dá)0.4mg/L的4min接觸時(shí)間。由于水中細(xì)菌外通常還會(huì)含有與臭氧發(fā)生快速反應(yīng)的物質(zhì)（如構(gòu)成水中色度和嗅味等物質(zhì)）。因此，消毒接觸時(shí)間一般采用10min。
     采用微起泡擴(kuò)散消毒接觸器時(shí)，通常布置成雙格間和三格間接觸室。第一間是為了水的化學(xué)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(shí)間為基礎(chǔ)。而后續(xù)格間的功能主要是殺滅病毒，在此格間的進(jìn)口處剩余臭氧的水平至少必須有0.4mg/L，而且此格間的低部應(yīng)注入足夠的臭氧以保持這一水平達(dá)到4min的時(shí)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(kuò)散接觸器時(shí)，由于這種形式的接觸器尤如一個(gè)完整的快速混合器，為了滿足消毒所需要的時(shí)間和剩余臭氧的水平，通常需要設(shè)置停留池或采用多級(jí)布置方式，由于渦輪機(jī)具有使臭氧氣體與水高效混合的優(yōu)點(diǎn)，因此，這種接觸器的設(shè)計(jì)水深不需要很深。
     3、尾氣處理
     當(dāng)臭氧與水在接觸器內(nèi)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(guān)，一般約占臭氧總投量的1%~5~。
     空氣中一定濃度的臭氧對(duì)人的機(jī)體有害。人在含臭氧1/100萬的空氣中長(zhǎng)期停留，會(huì)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(huì)增加惡心、鼻子出血和眼粘液膜炎。經(jīng)常受臭氧的毒害會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病。為了保護(hù)環(huán)境空氣，要求空氣中臭氧的極限允許濃度為0.1mg/m3因此，除了少數(shù)特定場(chǎng)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，必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(xué)消減法，催化分解法以及稱釋法。