臭氧发生设备及其在污水处理中的应用

一、臭氧的基本知识1、什么是臭氧？臭氧又称富氧、三子氧、超氧。雷电过後，有时人们可以闻到它的气味。臭氧在常温下可以自行还原为氧气。臭氧是氧的同素异形体，分子式为O3，是一种较为不稳定的、活泼的气体。大气中少量的臭氧可在某些自然和人为的条件下产生，包括：闪电，日光对烟雾成分的作用，有故障的电灯开关和电机刷，高压输电线路，复印机，核辐射，紫外灯以及水电解等等。2、臭氧的性质在常温下，臭氧为蓝色气体，不过在常温下，蓝色并不明显，除非是相当厚的气体。臭氧略溶于水，标准压力和温度下〔STP)，其溶解度比氧大13倍，比空气大25倍。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，由于分解时放出大量热量．故当其含量在25％以上时，很容易爆炸，但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10％．在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，还没有一例关于臭氧爆炸的事例。为了提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些．而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解得快一些。臭氧的氧化能力臭氧的氧化性极强，其氧化还原电位仅次于氟，在其应用中主要应用这一特性。臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、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。臭氧的毒性和腐蚀性

臭氧属于有害气体，由于臭氧的臭味很浓，浓度为0.1ppm时，人们就感觉到，因此，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。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，但铬铁合金基本不受臭氧腐蚀。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，即使是在别处使用得相当稳定的聚氯乙烯塑料扳等，在臭氧加注设备中使用不久便见开裂和穿孔等。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。二、臭氧产生的机理：目前生产臭氧的方法大致有：无声放电法、核辐射法、紫外线法、等离子体射流法和电解法等。工业上大量的臭氧是用专门设计的电晕放电方法制造的。电晕放电法(无声放电或辉光发电法)就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法，常用的原料气体有：氧气、空气以及含氧混合气体。下图是一种典型电晕放电，由充满气体的间隙和一块介电体分开的两块金属扳电极组成。在对电极施加高电压，同时，含氧气体从放电间隙流过。输入到电晕中的大部分电能，主要是以热的形式被散失较小部分转化为光、声、化学等能量。增加发生器进气的流量，可以增加臭氧的产量，降低臭氧的浓度，从而抑制臭氧的分解，降低了电耗。但是在如水处理等方面应用时，臭氧浓度越高效果越好，因此进气流量应结合具体的需要及发生器的性能来确定。1、臭氧产量的影响因素1）气源的质量和流量2）空气的露点3）电晕功率(1)提高电源的输出频率(2)提高电源电压气体干燥2、臭氧发生器应用时应注意的问题臭氧发生器应用于水处理工程等场合时，有很多因素可能影响发生器的效率及其可靠性，因此在设计臭氧发生器应用系统时必须注意下列问题。(1)发生器原料气体绝对不得含烃类、腐蚀性气体和任何其他能在氧/臭氧／电晕环境内发生反应，从而对设备安全造成危害或损坏的物质。2)臭氧发生器系统设计时，必须能防止大量水进入到发生器内。3)冷却水的水质要好，防止结垢，以免影响发生器的散热效果。4)对于气冷却发生器来说，冷却空气必须无潮气、杂质、腐蚀性、气溶胶、杂质或导电物质以及可见粉尘。正常情况下，除非处在一个极度多尘的工业大气环境内，空气多半是不需要过滤处理的。目前，可用于工业规模电晕法的臭氧发生器种类繁多，其基本差别在于：电晕元件几何形状、电源形式、散热工艺和运行条件等。技其构造可分为板式、管式和金属格网式三种。管式臭氧发生管中又可分为单管、多管式、卧式和立式等多种形式。三、臭氧发生器高频脉冲沿面放电臭氧发生技术已有的臭氧发生技术是把工业频率的高压电加在电晕极与接地间，放电是在空间气体中进行的，由于空气导热性能差，臭氧发生时产生大量热量难以传导出去，造成放电空间气体温度大幅度上升，加速了已生成具氧的分解，臭氧浓度、臭氧生成量、臭氧产生效率都难以提高，庞大的臭氧发生器体积减不下来。把空间放电型的臭氧发生元件改成沿面放电型臭氧发生元件，沿面放电臭氧发生元件断面如下图所示。分水冷却式、空气冷却式两种。高压电源的性能，特别是放电功率和稳定性直接影响到臭氧产生的质量和应用效果。传统的臭氧发生电源采用可控硅作为功率开关器件。但是，用可控硅作为功率开关器件有很多弊端，因此设计的臭氧发生电源应采用种新型的功率开关器件——IGBT，以取代传统的可控硅电路。四、臭氧与水的接触臭氧化法水处理站平面布置必须考虑到臭氧制造和利用的工艺操作顺序，臭氧化气的毒性及其不稳定性。臭氧化法水处理装置常根据其不同的功能分组进行布置：空气压缩和空气处理部分，臭氧制造部分，供电部分和水—臭氧接触装置部分。每一部分最好有自己单独房间。这样的分组布置使得将有可能出现危害性的臭氧高浓度的房间分离开来。各组房间相对位置虽无一定要求，但应注意到臭氧的毒性和不稳定性，即臭氧制造间与臭氧接触装置间应紧密相连(为了缩短输气管路)。臭氧氧化系统的组成和平面布置五、臭氧技术的应用臭氧作为一种强氧化剂、消毒剂、精制剂、催化剂等被广泛应用于石油、化工、纺织、食品、制药及香料等部门。1905年起臭氧开始用于水处理，现在世界上已有3000余个水场使用臭氧处理水，它可以解决饮用水的一些质量问题。目前，日本及欧美的大部分国家已把臭氧技术应用于医疗器械、餐具杀菌等。臭氧作为氧化剂在纺织、印染、造纸、除臭脱色、漂白、老化技术处理、生物工程等领域中亦在逐步得到应用。臭氧的最大特点是气体，并具有较强的氧化能力。它的氧化能力仅次于氟而高于氯，效率高而无有害残留物，因而具有广泛的应用领域。臭氧具有极强的氧化能力，因此具极强的杀菌作用、脱色、脱臭、脱味作用及分解作用。杀菌可用于：上、下水，游泳池水，饮料水等的杀菌消毒；食品贮藏室内杀菌消毒；医院、学校、幼儿园、办公室、食品加工厂、制药厂等空气净化；器具类杀菌消毒，医院污水、生活污水的杀菌消毒等等。脱色、脱臭、脱昧作用可用于：粪便处理、给排水的脱色除味、养殖场除臭等，下道水的净化脱臭。氧化：无机物的氧化，水中陈铁、锰，含氰废水的处理，矿石处理等。有机物氧化分解，工业废水处理，微污染水处理，COD消除等，表面活性化，表面改性(炭黑表面改性，纤维表面改性、塑料表面改性)，香料的合成，改变构造等。内燃机燃烧剂，火箭氧化刘等。1、二次加压给水臭氧消毒系统臭氧技术在水处理中应用2、中结水回用建设部洁《城市咬中水设巧施管理藏暂行办娘法》中扛将中水刺定义为举：部分梳生活优撒质杂排值水经处套理净化扎后达到毅《生活徐杂用水仅水指标屈》（C刑J25绵.1-奶89）勉,可以武在一定咳范围内央重复使柔用的非引饮用水帽。中水卷其实就腰是再生谁水，之做所以叫语中水，突是沿用妹了日本趣的说法洞，通常稀人们把活自来水动叫做"倦上水"胖，把污讨水叫做饱"下水蛋"，而察中水的阅水质介植于上水虚和下水澡之间，菊故名"天中水"蜻。3、矿饺泉水生码产工艺址中自来水等渴饮用水在中我国目前撒普遍使用勇氯剂消毒尽。而使用删氯法有严坦重的二次仗污染问题详存在。1剃973年康起，荷兰蚀、加拿大督、美国等培国相继发截现用氯消础毒後的自帮来水中会但产生卤代臂有机物（原氯仿、氯伏胺等），乎经动物实风验证明有口致癌危险懒。况且氯匆消毒易受寒温度和P劈燕H值影响庙。馀氯还备会影响饮苗用水的口示感，特别非对於饮料陕用水，馀阀氯会使碳思酸饮料等肝饮料制品竟产生氯的叶臭味。盏采用紫孙外消毒时告，不同的辉对像菌致辫死所需的犁照射能量碰差异较大绝，另一方雨面原水水崖质对紫外奸杀菌效果塌也有影响尾，紫外线泡因在水中许的穿透能卧力有限而剪难以达到戴理想效果滴。而且紫哲外消毒不处能像馀氯织那样维持转消毒效果菠。臭氧具衫有比氯者更强的懒氧化消拖毒能力所，不但静可以较谈彻底地岭杀菌消烧毒，而杰且可以盐降解水掩中含有虚的有害衫成分和买去除重颈金属离刊子以及岛多种有倦机物等五杂质，桶如铁、谜锰、硫晴化物、构苯、酚矮、有机倦磷、有蜻机氯、梳氰化物困等，还仔可以使嫁水除臭涝脱色，放从而达欠到净化同水的目敌的。臭它氧适应庆能力强出，受水体温、P转H值影剖响较小崖。臭氧今适应范秆围广，纷不受菌曾种限制敬，杀菌另效果比惠氯消毒弃和紫外伶消毒效烛果好。声与氯不铲同的是宴残余臭类氧可以瓶自行分帮解为氧随气，不瞧会产生餐二次污台染。臭怠氧处理参後的水遭无色无间臭，口消感好，免能改善础饮用水流品质。故此，输为了提沾高瓶装渴饮用水洞的质量酷和延长献保质期偏，国际繁瓶装水端协会（别IBW泛A）建寻议采用盯臭氧处再理。在悉臭氧处畜理前，优瓶装水抹一般用呼反渗透远、纳滤呀、超滤披去除天直然水中杆99%妈的有机蚁物，降疲低臭氧榨的用量阳。游泳者身趟体与池水眨直接接触旱，池水会转进入人嘴旬内，如果勒池水不卫租生，会引初起眼、耳纠、鼻、喉遮、皮肤和企消化器官摩等疾病。验严重者会代引起伤寒斥、霍乱、斯梅毒、赤洞痢等病的硬传染。同辆时池水还炕会受到游指泳者自身逆所带细菌边的污染，沸故必须设菌置池水消涂毒杀菌装汗置。传统美的消毒方记法有氯化构消毒、臭零氧消毒、冰照射消毒炎和碘化消翻毒。当今赵常用的消东毒方法通溪常为前两拔者即氯化茶消毒和臭睡氧消毒。氯化消毒夫常规消毒符剂有氯（左通常为液宴氯）、次豪氯酸钠、乖二氧化氯拥、氯胺、族漂白粉、雷漂白精和袄氯片等。氯化消毒辅的特点是鼻：1市）杀菌笋效果好；联2）航有持续消尿毒功能。缺点是春：1）咬有气厕味并对骂眼和呼想吸道有液刺激作队用；2宜）对梯池子结爱构、设皱备和管合道有腐笋蚀作用稍；操作树管理水讲平要求帅高，否等则会发虏生安全看事故；覆3）瓣长期与敞池水接植触会使浇人的头廉发变色凑发黄，舰影响美咳观；宣4）怪最为亦严重的袍、几乎字公认的袜是，氯存化消毒经的氧化虫过程中玻产生的订氯的衍重生物可穗能是致绵癌物质仍，在谈吗癌色变富的今天矿，尤其落令人畏迹惧。宜遍谨慎用六之。4、游泳熔池水处理臭氧消毒戴的特点：1）反应赛快、投量叔少，臭氧席能迅速杀拣灭扩散在摔水中的细姥菌、芽孢物、病毒且摊在很低的拘浓度时既捐有杀菌灭爽活作用；2）适赏应能力株强，在子PH5壁.6-叠9.8敬，水温渠0-3怕7℃的望范围内局，对臭沿氧的消剃毒性能黑影响很灿小；3）在艘水中不历产生持狂久性残求馀，无坦二次污无染；4）臭氧罪的半衰期亲很短，仅卡二十分钟尖；5）能破筹坏水中有血机物，改氏善水的物欢理性质和紫器官感觉杜，进行脱引色和去嗅雁去味作用剥，使水呈号蔚蓝色，郑而又不改味变水的自孩然性质。臭氧消毒括的缺点：1）因继臭氧不易证溶於水中叮，且不稳裹定，故其户无持续消辞毒功能，皂应设置氯兔消毒与其蕉配合使用的，2）臭率氧有毒使性，池披水中不沫允许超欠过0.刻01m刃g/l池；空气治中不允翼许超过学0.0诵01m轰g/l密；游泳他水片臭氧消毒犹应用已得仔到广泛，锡其处理效谱果和优点泰已被公认检，国外应射用极为普疏退。我国鞋广州天河曾游泳馆、摊北京亚运喂村游泳馆业等都采用究臭氧消毒蚕，池水清寄澈透明，黎彻底解决舟了氯消毒纲刺激眼睛类皮肤及设追施发黄的匠难题。医院污恒水用臭成氧消毒说与其它着方式消杨毒的比塔较1．臭阻氧消毒睡克服了后其它方爆式在运纱