臭氧基础知识手册.doc

1.臭氧是如何被发现的？1785年，德国人在使用电机时，发现在电机放电时产生一种异味。1840年法国科学家沈彬（schonbein）将此异味确定为o3,而命名为ozone(臭氧)。自此以后，欧洲的科学家率先开始研究臭氧的特性和功用，发现其广谱的灭菌效果后，开始在工业生产中广泛应用。其中瑞典一家牛肉公司用臭氧对牛肉存储保鲜，自1870年开始，一直沿用至今。自然界中臭氧是广泛存在的，只是不同条件下浓度差别很大，不易被人察觉而已。现在人们普遍了解的大气臭氧层，是阻挡太阳紫外线的天然屏障，它是由太阳光的一种特定波长光谱的光照射后产生的。雷雨过后人们会呼吸到一种特殊的清新味道，实际就是因为闪电（高压放电）电离空气中的氧气形成臭氧。森林中，旅游地带，空气格外清新，是因植物在吸收co2过程中制造了氧o，氧原子在组成过程中，部分形成o2（我们呼吸的氧气），一部分形成o3（臭氧）。2.什么是臭氧？臭氧 (ozone，o3) 常温下为无色气体，有一股特殊的草腥味，有极强的氧化能力，稳定性极差，常温下可自行分解为氧，通常以稀薄的状态混合于大气中。与氧气比较，臭氧比重大、有味、有色、易溶于水、易分解。由于臭氧（o3）是由一个氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气（o2）进入稳定状态。所以臭氧消毒过程中没有二次污染产生，给人类的环保需求雪中送炭，这是臭氧技术应用的最大优越性。臭氧的半衰期仅为30-60min，由于它不稳定、易分解，无法作为一般的产品贮存，因此需在现场制造。用空气制成臭氧的浓度一般为10-20mg/l,用氧气制成臭氧的浓度为20-40mg/l。3.臭氧的杀菌原理是什么？臭氧是一个氧分子（o2）携带一个氧原子（o3）组成，所以它是氧气的同素异形体。分子结构呈三角形，键角116o,分子量48，气体密度（0，g/l）2.114，液体密度（-150，g/l）1.473，熔点-193，沸点-112。100ml水中溶解0.494ml(25)，溶解度是氧气的10倍。短波光辐射能使空气中的氧转变成臭氧。臭氧具有极强的氧化性，被世界公认是一种广谱高效杀菌剂，它在水中的氧化还原电位为2.07v，仅次于氟（2.5v）,其氧化能力高于氯（1.36v）和二氧化氯（1.5v）。其氧化能力高于氯一倍，杀菌比氯快600-3000倍,比紫外线快3000倍，它能破坏分解细菌的细胞壁，很快地扩散透进细胞内，氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶等，也可以直接与细菌、病毒发生作用，破坏细胞、核糖核酸（rna），分解脱氧核糖核酸（dna）、rna、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏。细菌被臭氧杀死是由细胞膜的断裂所致，这一过程被称为细胞消散，是由于细胞质在水中被粉碎引起的，在消散的条件下细胞不可能再生。应当指出，与次氯酸类消毒剂不同，臭氧的杀菌能力不受ph值变化和氨的影响，其杀菌能力比氯大600-3000倍，它的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的，在水中臭氧浓度达到0.3-2mg/l时，0.5-1min内就可以致死细菌。达到相同灭菌效果所需臭氧水药剂量仅是氯的0.0048%。常见的大肠杆菌、粪链球菌、绿脓杆菌、金黄葡萄球菌、霉菌等，在臭氧的环境中15分钟，其杀灭率可达到99%以上。4.使用臭氧消毒安全吗？人在臭氧化气体环境下的安全卫生标准，其浓度与接触时间的乘积可视为基准点。国家或组织臭氧浓度接触时间国际臭氧协会0.1ppm接触10小时美国0.1ppm接触8小时德、法、日国0.1ppm接触10小时中国0.15ppm接触8小时臭氧浓度在0.02ppm时，嗅觉灵敏的人便可察觉，称为感觉临界值，浓度在0.15ppm时为嗅觉临界值，一般人都能嗅出，也是卫生标准点。当浓度达到1-10ppm时，称为刺激范围，10ppm以上时为中毒限。 事实上安全使用臭氧0.1ppm，完全可以保证人的健康不受危害，相反，在呼吸0.1ppm以下浓度臭氧时，对人体会有保健作用。臭氧发现使用至今100多年来，尚无一例臭氧中毒死亡事件。5.臭氧在水中的杀菌效果如何？ 水中1ppm=1.01mg/m3菌 种菌落数(10个/l)臭氧水浓度(mg/l)处理时间(min)杀灭率(%)细菌总数3.4101.01.0100多不可计1.01.0100大肠杆菌2.4100.30.51001.1100.231.0100金黄色葡萄球菌多不可计0.30.51001.2100.261.0100黑曲霉菌多不可计1.51.0100酵母菌多不可计1.51.0100乙型肝炎表面抗原hbxag256(+ +)4.01.01006.臭氧在空气中的杀菌效果如何？空气中1ppm=2.14mg/m3菌 种臭氧浓度(ppm)时 间(min)杀菌率(%)菌 种臭氧浓度(ppm)时 间(min)杀菌率(%)枯草杆菌0.5599.99金黄色葡萄球菌0.30.51000.5599.99金黄色葡萄球菌0.30.51000.910100黑曲霉菌1.51.01003.540100大肠杆菌0.2199.98鼠伤寒杆菌0.21100乙型肝炎表面抗原hbxag0.551000.551000.5566宋内氏菌0.211000.910660.551003.020100白色葡萄球菌0.211003.5401000.551004.5601007.臭氧的发生技术有哪些？各自的优缺点是什么？现在人工生成臭氧的方法主要有：电化学法、光化学法及电晕放电法。 【电化学法】电化学法是利用直流电源电解含氧电解质（纯净水）产生臭氧的方法。这种发生器能制取高浓度的臭氧水，制造成本低，使用和维修简单。但由于有臭氧产量无法做大、电极使用寿命短、臭氧不容易收集等方面的缺点，其用途范围受到限制。目前这种发生器只是在一些特定的小型设备上或某些特定场所内使用，不具备取代高压放电式发生器的条件。但在医疗、食品加工、养殖业及家庭应用等方面具有广泛前景。【光化学法】光化学法实质是仿效大气层上空紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法，即用人工产生的紫外线促使氧分子分解并聚合成臭氧的方法。此种方法产生出波长185nm(10-9m)的紫外光谱，这种光最容易被o2吸收而达到产生臭氧的效果，在美国称之为臭氧灯。此种方法产生臭氧的优点是对温度、湿度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线型控制臭氧浓度、产量。这些特点对于臭氧用于人体治疗及作为仪器的臭氧标准原是非常合适的。缺点是能耗较高、产量低，不适合大规模使用。【电晕放电法】(目前普高采用的臭氧发生技术)电晕放电法是模仿自然界雷电产生臭氧的方法，通过人为的交变高压电场在气体中产生电晕，电晕中的自由高能离子离解o2分子，经碰撞聚和为o3分子。这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大（单机可达1kg/h）等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。世界上现在单机产量最高的达300kg/h。8.高压放电式臭氧发生器可以分成几类？a)按发生器的高压电频率划分，有工频(50-60hz)、中频(400-1000hz)和高频(1000hz)三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，目前已基本退出市场。高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。 b)按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用空气（如压缩空气）作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度比较低，同时还会衍生氮化物。而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。在环境消毒时，通常使用空气型发生器。在水处理时，应优先考虑氧气型发生器。c)按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。大型发生器或重要场所使用的发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的发生器或对发生器性能要求不严格的场所。在选用发生器时，应尽量选用水冷型的。d)按介电材料划分，常见的有石英管、陶瓷板（陶瓷片）、陶瓷管、搪瓷管等几种类型。石英管：价格较低，但性能不稳定，一 般用于低端产品。陶瓷板(片)：只能用于空间消毒，价格低，但对使用环境有要求，不能长时间连续运行。陶瓷管：只能做氧气源设备，性价比高，运行稳定，单支只能做到20克，一般用于小型臭氧发生器。搪瓷管：性价比高，性能稳定，单支50-100克，一般50-500克的臭氧发生器常用，可空气源也可氧气源。9.臭氧的作用是什么？消毒、灭菌、除异味、脱色10.臭氧用于空间消毒时的注意事项有哪些？空气型臭氧发生器在应用中有以下几个特点：（1）放置高处。因为臭氧比重在空气中较大，易下降，放置高处的目的主要是有利于臭氧的散播。（2）湿度适当。臭氧的灭菌效果在湿度为5080%条件下效果较理想，这主要是病毒、菌在高湿度条件下细胞壁较酥松、易被臭氧穿透杀灭。在湿度低于30%时效果较差，所以一般使用中，特别是无菌室使用应注意，至于蔬菜、果品保鲜，在高湿度下重量损失小，是相得益彰的。（3）臭氧浓度。浓度掌握是空气型臭氧发生器使用的关键，不同的用途应有不同的浓度和时间来配合。比如一般的除味、除臭、吸臭氧化气以保健等、浓度掌握一般不超过0.05ppm（1ppm=1.96mg/m3）。如果用于室内灭菌消毒则一般掌握在0.11ppm；如果用于食品保鲜或物体表面消毒则需要1-5ppm的浓度。当然这些浓度指标都是与时间量相关的，指的是整个空间传播的散播速度，而不是局部浓度。11.臭氧用于空间消毒的领域a) 医院消毒灭菌，如医院大厅、各科室门诊、病房、手术室等b) 公共场所消毒灭菌，如股票交易厅、会议室、档案室、银行业务室、候车（机）室等c) 家庭消毒灭菌e) 工业场所的消毒灭菌f) 食品、果品、蔬菜保鲜13.臭氧水气混合的方式有哪些？a) 曝气法。这是一种传统的简便方法，是靠臭氧气经压缩后利用某种泡化器件，让臭氧气形成气泡与水充分接触，不难看出，气泡越小、越多、深度越大，效果越好。b) 射流法。也称文丘里法。是利用水在管道中流动时通过装置变径加快流速形成负压吸气，通入臭氧与水在管路中混合。这种装置在安装时，一是射流器须与管路配套（以管径为准），二是射流器中的水流向不能存在逆压，避免水进入臭氧发生罐，三是射流器延出管路必须在2.5m以上，越长效率越高，四是流速要达到一定量，保证负吸形成，五是器件与管路必须用不锈钢或塑料材质，杜绝用钢、铁以免消耗臭氧与氧化腐蚀。射流法效率较高，但安装设计与要求应相当严格。c) 涡轮负吸法。这种方式是通过水泵吸程加装气路，在供水时形成负吸将臭氧带入水中，效率较高。其原理与文丘理法基本相同，也广为采用。其安装要求与文丘里法也大致相同。需要特别注意的是其气量控制，气量大时会影响水泵供水。d) 混合塔法。这种方法是通过一个较高的装置塔，将水由高处喷下形成雾状，将臭氧气自下方通入并使之与水流形成逆行，使臭氧气与水充分接触形成臭氧水。此方式有无填料两种，材质是十分讲究的，效果也很好，只是成本造价较高。电控是水处理臭氧发生器必不可少的部分，直接关系到设备的开停及使用，一般分为手动、自动、数控三种模式，目前使用闭环控制的还较少。电控的设计是根据单机发生应用要求而定的，不一而足。结构系统除将以上技术组装到一起外，还要考虑高浓度臭氧气的密封问题，避免泄漏及人体，必要时还要具备对剩余排除臭氧气的催化处理技术，要求都是很严格的。14.臭氧在水处理中的应用a) 饮用水处理：自来水、纯净水、地下水、小区生活用水臭氧化技术应用最广泛，最成功的领域是饮用水的处理。臭氧用于饮用水处理，除灭菌效果好，无二次污染外，还兼有脱色、除味，去除铁、锰、氧化分解有机物和助凝作用，有的报告指，臭氧能够消杀水中一切对人体有害的物质。饮用水的处理在使用臭氧设备时，臭氧的投加量一般在1-3mg/l,接触时间10-15分钟即可，可作为选型时根据用水量计算参考。b) 游泳池水处理：体育馆、高级宾馆、公共游泳池、公共洗浴池臭氧化技术用于游泳池水处理技术已十分成熟，欧美等国使用十分普遍，国际比赛游泳池几乎都是采用臭氧技术处理，我国的游泳用水标准要求细菌总个数1000个，大肠菌群100个，浊度5，目前主要采用加氯、漂白粉、硫酸铜等消杀手段，在水质达标的同时，又造成二次污染，造成使水质扎眼、刺激皮肤等恶果，特别是液氯使用中潜在威胁很大，一旦泄漏会造成大面积中毒污染，使用中使人提心吊胆。臭氧技术在水质达标有情况下,完全没有以上缺陷,臭氧化水还可消杀体菌以美容，更为经济的是使用中减少或取消了药物消耗，成本降低，水质保质期得以延长，是一笔不小的节约开支。c) 养殖水处理臭氧化处理养殖水，对鱼、虾、蟹类的生长极为有利，经济效益也非常明显，在欧美已广为采用。养殖水因富含有机物，水质很容易出问题，细菌病毒菌对鱼虾类的传播也十分猖獗，近几年沿海诸多养虾池绝产和大量荒废正是因此而形成。臭氧在养殖水处理中，除了灭菌和抑制病毒菌对鱼虾的感染、传播外，还可以分解有机物，去除cod、bod物质，又因其助凝作用，对改善水质是一项良好的措施。近几年水质污染严重，污染水对鱼类造成疾病和大批死亡屡见不鲜，而臭氧能消杀nh3、so2及赤潮毒素等有害物质，这说明臭氧技术对养殖业推广是多么重要。国外报道，用臭氧处理养殖水，对鱼塘鱼类可以增产30%以上，对虾池虾类可增产60%以上，对鱼、虾、蟹苗的对比试验，成活率均提高90%多。养殖水使用臭氧，一般对已造成危害的病毒菌水，臭氧注入浓度达0.5-1.2mg/l就可全部杀死水中细菌，如果作为预防性作用，0.5-0.7mg/l就足够。d) 循环冷却水的处理循环冷却水在工业上很普遍，比如发电厂、化肥厂、化工厂等。近几年兴起的中央空调设备也离不开循环水。近年来，由于在循环冷却水中发现了一种对人体危害极大的格兰氏阴性病原体，使人们越来越关注循环冷却水的处理工艺。70年代末，美国进行了大量的循环冷却水臭氧处理研究，证明臭氧具有缓蚀、阻垢、杀菌、灭藻、节水、无污染等诸多优点，且处理费用低于传统的处理方法，所以臭氧处理循环冷却水具有广阔的前景。e) 工业废水处理：医院污水、生活污水处理、回收用水（中）臭氧在工业废水处理中应用十分普遍，常见的有对含酚、含氰及印染废水处理等。臭氧能使氰络盐中的氰迅速分解，其反应为两步，先将剧毒的，以后再进一步氧化为co2和n2,能使有毒废水的毒性降低100倍左右。臭氧对含酚废水处理，其对酚的降解速度与臭氧投加量与时间有关，且反应中值越高反应越快，臭氧消耗越小。臭氧对除分散染料以外的所有染料废水都有脱色能力，它可以破坏染料中的发色或助色基因，达到脱色效果。国内一项试验表明，在单色度高达18002500倍。cod为11001800mg/l时，在特定条件下，臭氧可在15分钟内脱色率达99%，cod去除率接近90%。因工业废水程度不一，计算臭氧投加量时，一般通过试验得出数据。f) 复合化臭氧水处理技术尽管臭氧具有极强的氧化性，但也有一定的局限性，臭氧并不是万能的。在污水处理中，对于某些有机物或中间产物，臭氧（特别是浓度低）很难将其完全氧化和去除。这又要回朔到臭氧的氧化、灭菌、脱色、除味四种基本功能上来，所以对于一些复合化水的处理，臭氧作为一个重要的环节是有效的，复杂污水配用生化法、光催化法或药物辅助都是必要的。即是饮用水，其泥沙、杂质等也要配用过滤技术等解决。臭氧对水的处理用途是广泛的，对症下药才收到满意的成效。15.臭氧在工业氧化中的应用工业上许多氧化工艺都可使用氧化，已知臭氧的氧化能力是极强的，应用也很普遍。工业氧化工艺使用臭氧，浓度都要求较高，所以产品的结果要求是密闭性的，通过管路输送使用。在发生技术上对气源的预处理，选择性都有要求，设备的