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臭氧基础理论讲座 目录 臭氧的基本性质 臭氧的产生机理 臭氧发生器分类 臭氧发生器的构成 臭氧发生器的关键技术 国内外臭氧技术的现状 臭氧的基本性质基础理论讲座之一 氧和臭氧的主要性质 一 臭氧的分子结构与特点臭氧是由三个氧原子构成的分子 分子式为O3 是O2的同素异性体 其中一个氧原子与另外两个氧原子分别以单键相连接 性质活泼 单键易断裂 生成一个氧分子和一个单原子氧 二 臭氧的性质1 臭氧与氧气性质的比较 臭氧的基本性质基础理论讲座之一 由上表不难看出 与氧气比较 臭氧比重大 有腥臭味 易溶于水 易分解 臭氧是由三个氧原子组成 即一个氧分子携带一个氧原子 这个氧原子极为活跃 决定了臭氧只是一种暂存状态 携带的氧原子由于氧化用掉外 剩余的又组合为氧气 进入稳定状态 所以臭氧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 2 臭氧的强氧化特性臭氧的强氧化性使其可迅速灭菌消毒 并具有超强的脱色 除臭能力 臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化还原电位 下表列出常见的消毒物质还原电位与臭氧的比较 表2氧化还原电位比较 臭氧的化学性质是它的氧化性 其氧化还原电位仅次于氟F2 臭氧的基本性质基础理论讲座之一 3 臭氧的四大功效 臭氧的基本性质基础理论讲座之一 4 传统消毒 氧化方法的特点和臭氧的优越性紫外线没有残留和污染 投资少 广泛被食品和饮料等行业所采用 但杀菌能力较弱 没有穿透能力 灯管寿命短 更换过于频繁 运行费用高 紫外线在对水的消毒过程中有催化氧化的作用 容易产生亚硝酸盐超标 化学试剂如高锰酸钾溶液 甲醛 次氯酸钠 氯 二氧化氯 硝酸等 有二次污染物 有残留物 臭氧能力强 速度快 无残留 无二次污染 5 臭氧的计量单位及换算关系产量单位 g hkg h1kg h 1000g h产量 浓度X流量气体浓度单位 mg Lg m3mg m3ppmx 1ppm 2 14mg m3 空气中 1 13 5mg L 空气中 1 14 8mg L 氧气中 水溶浓度单位 mg Lg m3ppm1ppm 1mg L 臭氧的基本性质基础理论讲座之一 4 臭氧的消毒原理臭氧在常温 常压下分子结构不稳定 很快自行分解在氧气 02 和单个氧原子 0 后者具有很强的活性 对细菌有极强的氧化作用 氧化细菌的细胞壁 使细胞内的细胞质流出 杀死细胞内的活性酶 分解遗传物质DNA和RNA 从而致死病原菌 臭氧属于广谱杀菌 对大肠杆菌 沙门氏菌 金色葡萄球菌 乙肝病毒 痢疾菌 霉菌 枯草杆菌等都具有强力的杀灭作用 臭氧的产生机理基础理论讲座之二 臭氧的发生技术主要是通过自然界产生臭氧的方法模拟而来的 伴随不断的研究和科技的发展 臭氧的发生技术已具备相当高的水平 其主要方法有以下几种 一 光化学法光波中紫外光会使氧分子O2分解并聚合为臭氧O3 大气上空的臭氧层即是由此产生 人工生产臭氧即采用光电法 产生出波长 185nm 10 9m 的紫外光谱 这种光最容易被O2吸收到产生臭氧的效果 光化学法生产臭氧的优点是纯度高 对湿度温度不敏感 具有很好的重复性 这些特点对于臭氧用于人体治疗用作为仪器的臭氧标准原是非常合适的 缺点是能耗高 二 电化学法利用直流电源电解含氧电解质的水产生臭氧气体的方法 八十年代以前 电解液多为水内填加酸盐类电解质 电解面积小 臭氧产量低 由于人们在电极材料 电解液与电解机理过程方面大量的研究 生产技术取得了很大进步 现在已能够利用纯水电解等到高浓度臭氧 电解法生产臭氧具有浓度高 成份纯净 水中溶解度高的优势 但臭氧的产量低 臭氧的产生机理基础理论讲座之二 三 电晕放电法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 经碰撞聚合为O3分子 电晕放电型臭氧发生器是目前应用最广泛 相对能耗较低 单机臭氧产量最大 市场占有率最高的臭氧发生装置 电晕放电法生产臭氧的装置基础是高压电极 地电极 介电体与放电气隙四部分 高浓度的臭氧发生装置还要同时配备冷却 气源预处理等技术 图1管式臭氧发生装置结构图 臭氧发生器的分类基础理论讲座之三 常见的臭氧发生器多为电晕放电型的臭氧发生器 臭氧的产生是一个效率很低的热反应过程 需要良好的冷却 该类型的臭氧发生器有多种不同方式的分类 具体如下 一 以产品规格分类臭氧产量 100g h为小型臭氧发生器 臭氧产量在100 1000g h之间的为中型臭氧发生器 臭氧产量 1000g h的为大型臭氧发生器 二 以放电电源分类按臭氧放电电源分为工频 50 60Hz 中频 60 1000Hz 高频 大于1000Hz 在放电频率一定的情况下 臭氧产量随着放电电压的升高而增加 在放电电压一定的情况下 臭氧产量和效率随着放电频率的提高而增加 工频 50 60Hz 臭氧发生器效率低 耗电大 臭氧浓度低 气体流量大 设备体积大 产品规格小 目前国内仍有上海 泰兴等地企业生产这种类型的设备 规格都在1kg h左右 高频 1000Hz 臭氧发生器的特点与工频臭氧发生器相反 国内外的中小型臭氧发生器多采用高频技术 中频 100 1000Hz 臭氧发生器性能指标接近高频臭氧发生器 且性能更稳定 国外大中型设备多采用此技术 臭氧发生器的分类基础理论讲座之三 三 以放电装置是否密闭分类标准型臭氧发生器产生臭氧的过程都是在有压力的封闭系统中进行 有完备的空气干燥处理系统 臭氧浓度高 一般在10mg L以上 这类臭氧设备被称为标准型臭氧发生器 该类臭氧发生器一般采用气隙放电 其发展历史中都以水处理和化学氧化应用为主 标准型臭氧发生器的构成主要有空气处理系统 冷却 干燥 放电系统 电源 放电室 控制系统 构架 开放式臭氧发生器由于其放电装置与环境是直接相通的 因此称为 开放式 臭氧发生器 一般采用沿面放电 应用臭氧对空气消毒 除味及对食品 水果防霉保鲜 标准型发生器就显得复杂 其臭氧浓度还需稀释扩散才能应用 这种发生器放置在使用空间内 利用环境空气直接放电产生臭氧后立即扩散出去 这发生器放电较弱 臭氧浓度低 浓度约100mg m3 产量在5g h以内 四 其它分类按电晕放电器件形状分为管式和板式两种 按冷却方式分为液冷与气冷 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 臭氧发生器尽管有很多种类 但广泛应用于工业生产的还是标准型的臭氧发生器 本节仅对此作详细介绍 一 空气源臭氧发生器1 空气源臭氧发生器系统构成图 系统控制装置 升压变压器 整流变频器 低温冷却水或其他冷媒 空气压缩机 冷干装置 油水过滤 无热干燥 热交换器 粉尘过滤 电源系统 热交换器 冷却循环泵 冷却系统 气源及处理系统 臭氧放电室 冷却系统 臭氧 配电 空气 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 2 空气源臭氧发生器系统连接图 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 3 国林大型空气源臭氧发生器技术参数 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 二 氧气源臭氧发生器1 氧气源臭氧发生器系统构成图 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 臭氧O3 2 氧气源臭氧发生器系统连接图 臭氧发生器的构成基础理论讲座之四 3 国林大型氧气源臭氧发生器技术参数 汽化器 臭氧出口检测与控制点 PLC触摸屏 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 一 DTA非玻璃放电体我公司研制成功的DTA非玻璃放电体 专利号 ZL01268920 3 集放电电极与介质于一体 专利DTA放电体臭氧产量大 臭氧浓度高 能最大程度的发挥电源系统和冷却系统的功能 是大产量高浓度臭氧发生器的技术关键 适用频率400 3000Hz 电压3 7 4 5kV 介电常数 6 19 击穿强度大于9kV 其结构如图所示 DTA非玻璃放电体 DTA非玻璃放电体结构图 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 DTA放电极的技术特点 集放电电极与介质于一体 安装连接方便 强度 寿命比玻璃管大大提高 使用纯氧放电更加可靠 多级放电极串联和并联组装 可灵活调节臭氧的浓度和产量 放电极耐冲击电压增强 且每根放电管有单独保险丝保护 提高设备的可靠性 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 二 熔断器为了保证臭氧系统的有效工作 当放电极出现击穿故障时 保险丝在短时间内熔断 以保证不因电流过大而影响系统工作 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 三 放电室臭氧放电室是高压电晕放电和臭氧产生的场所 以下臭氧放电室是我公司的专利技术 专利号 ZL01269045 7 由放电室罐体 放电体 高压保险等部件组成 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 四 电源大型臭氧发生器电源一般根据适用介质和放电室结构来设计与之相匹配的高压电源 可控硅属大功率器件 工作压降低 过载特性好 输出功率大 用于大功率电源时的性价比较高 能很好地满足大型臭氧发生器对电源的要求 1 可控硅全控整流桥电路用于控制调节整流器的输出电压 实现高压输出电压与臭氧产量的平滑调节 该电路能避免放电室在起辉和工作放电时由于负载变动产生过高的电压 从而保证了电源与放电室的可靠性 2 中频逆变包括可控硅关断电路 因可控硅是半开关器件 它必须在自身电流过零时才能关断 而可控硅又接在电源与负载之间作为开关使用 可控硅一旦打开 就失去了控制电流大小的作用 因此电流的大小和相位受前级和负载影响 为保证可控硅正常关断 要求在可控硅自身电流过零时其两端电压为零或已变负值 这在阻性或感性负载条件下是容易达到的要求 但臭氧放电室这一负载不仅与前面不同 而且在起辉 正常工作 瞬时跳火或局部跳火时负载特性变化很大 这极大地影响了可控硅的正常关断 为此专门研制了相应的受负载影响较小的关断电路 用来保证了可控硅的关断 3 控制电路由同步脉冲触发电路 电流电压反馈电路 比较器等组成PID控制回路 使工作频率和输出电压可调 从而实现主电路的协调稳定工作 并具有电路保护功能 臭氧发生器的关键技术基础理论讲座之五 五 变压器用于传递功率和使电子功率电路的输出与放电室匹配 对其参数的要求与普通变压器有所区别 由于放电室在整个工作过程中 负载不仅在数值上变化很大 其特性也随着起辉或正常工作时的状态不同而改变 从而要求变压器有一定的漏感来平衡上述变化 保护电子元器件 同时 漏感又容易引起电路损耗和换相时产生瞬时高电压 因此需要根据电子电路的情况选择其大小 国内外臭氧行业状况基础理论讲座之五六 一 国外臭氧技术的发展历史及现状1 国外臭氧的发展历史臭氧技术的发展已有一百多年的历史 1840年法国科学家舒贝因 Schonbein 向慕尼黑科学院提出的报告里宣布发现了臭氧 1868年德 格贝斯 de Gerbeth 获得了臭氧应用技术的第一项专利 使用臭氧将煤焦油氧化为涂料和油漆 1873年报道了臭氧在食糖精炼和棉麻漂白的生产应用 早在1893年 荷兰第一次建立应用臭氧处理的水厂 1902年在德国帕德博恩建立第一个大规模水厂以来 世界上已有数千个臭氧水厂 在欧洲已达到普及程度 美国 加拿大 日本等国家都在大力发展臭氧处理饮水工程 2 国外臭氧行业的现状在上百年的发展中 技术水平不断进步 在臭氧产生机理 发生器材料 结构 系统 驱动电源 气源处理技术 检测 以及不同领域臭氧的应用等方面都建立了完善的理论与规范 国内外臭氧行业状况基础理论讲座之六 国外生产臭氧发生器的知名厂家有 瑞士OZONIA总部设在苏黎士 该公司起源于瑞士BBC电气公司臭氧发生部 由法国DEGREMONT 得利满 公司和瑞士BBC电气公司发起成立 目前由法国DEGREMONT 得利满 公司和法国AIRLIQUID 液态空气 公司控股 OZONIA公司在美国 英国 瑞士 法国 韩国和中国分别设立公司和办事机构 产品销往世界各地 目前单机产量大于100g h的发生器有7000kg h的发生量 在中国市场目前已销售580kg h的发生量的市场 目前大中型臭氧设备的核心技术采用AT非玻璃放电体和中频电源 国内外臭氧行业状况基础理论讲座之六 德国WEDECO德国WEDECO 威德高 环保工程公司是MESSERGROUP 梅塞尔集团 控股的子公司 成立于1975年 现将法国TYILIGAZ臭氧公司合并 成为世界上最大的臭氧公司 目前在世界范围内销售的大型臭氧发生器的每小时发生量可达10000余公斤 其中饮用水行业10kg h机器的发生量可达4630kg h 在中国销售达170kg h 大型臭氧发生器采用玻璃管技术和中频电源技术 德国KAUFMANN 德国GRIESHEIM 德国ANSEROS 日本三菱 国内外臭氧行业状况基础理论讲座之六 3 国外臭氧的应用领域 自来水处理 瓶装水处理 城市污水及工业废水处理 电子芯片工艺水处理 含油废水 冷却循环水处理 游泳池水处理 海洋馆水循环和回用 纸浆漂白 化工产品的生产 国内外臭氧行业状况基础理论讲座之六 三 国内臭氧技术的发展历史及现状1 国内臭氧的发展历史七十年代中期 最初由清华大学 华东化工学院 北京环保所的水处理技术人员借鉴国外技术 进行试验性研究并在北京 上海建立了用于水处理的发生器的生产企业 八十年代 邯郸718所 宁夏大学 清华大学等单位在蛋果蔬易腐食品防霉保鲜 食品加工杀菌净化领域应用臭氧技术并开发了 开放式 臭氧发生器产品 九十年代 臭氧消毒技术进入瓶装水消毒及医疗行业 以及小家用臭氧发生器的出现 应用面不断扩大 全国各地纷纷建立一些臭氧设备生产企业 对今后我国臭氧行业的起到了至关重要的推动作用 2000年后