臭氧及其应用.doc

1、臭氧作用简述及臭氧装置的商业机会 “医药养生保健报”2003年2月24日一篇题为“烧开水有学问”的报道中提到：科学研究证实，自来水含有13种对人具有潜在致癌、致畸和致突变的氯化物（为卤代烃和氯仿）。水中这类有害物质的含量，与水温密切相关。900C时，卤代烃含量由原来常温下53ug上升到191ug，氯仿则由43.8ug升到177ug；继续沸腾3分钟，则降为9.2ug和8.3ug。这时的开水，才是符合卫生标准的饮用水。科学实验证明，煮沸1-3分钟，水中亚硝酸盐含量增加十分缓慢，煮沸超过5分钟，其含量才会急剧增加；如果继续煮沸至10分钟，有害物质就会成倍增加。这篇报道也表明，利用传统方法对水进行消毒处理，会产生二次污染物，即处理过的水（如自来水）中仍含有13种对人体有害的物质。科学研究证明，利用臭氧对水进行处理，可以提高饮用水的产量，而且不产生二次污染物。也就是说利用臭氧处理水是一种理想的方法。因此，国外早在20世纪九十年代以前，就采用臭氧处理水，以提高饮用水的产量，如美国、加拿大、法国、荷兰和原苏联等国家。目前北京个别水厂也引进臭氧处理水设备。10年前，北京个别化工厂就开始采用我国自己生产的中频臭氧处理水设备。 20世纪九十年代，鞍山静电技术研究设计院发表了一篇题为“臭氧水应用研究”文章，该文较全面阐述了臭氧水产生技术、臭氧水的氧化灭菌机理及其多方面的作用和应用前景，此处不再赘述。现只就臭氧在避免或减少环境和保护人类健康方面的作用简述如下：（1）自来水的再处理：降低水的致癌物和再净化，（2）蔬菜和瓜果表面农药残留物降解，（3）城市和船上污水处理，（4）室内空气消毒净化，（5）橱具、碗筷和衣物等消毒，（6）防腐和保鲜，（7）某些医疗应用，（8）其他。以上叙述表明，臭氧不仅在工农生产上有关广泛的用途，而且在家用领域也也派上用场。随着我国环境意识日益深入人心和人民生活质量的提高，对臭氧性质、作用和安全防范认识的逐渐深入以及臭氧应用知识的普及，臭氧应用进入家庭成为可能。21世纪开始，国内市场就出现价格为数百元的家用臭氧仪器。这为臭氧应用进入家庭迈出探索市场的第一步。一旦臭氧应用进入家用领域，成为家电行业的一员，则蕴藏着巨大的商场。其一台物美价廉、安全可靠和使用方便的家用臭氧仪器定价在500-1000元，则国内市场总容量将可能达到500-1000亿元。分十年普及，则每年的市场规模为50-100亿元。这比目前我国通信电源年市场的规模还大。2、自居装置框图及发展趋势一个完整的臭氧装置由三大主体部分构成：臭氧发生器、臭氧氧电源和混合器，另有一些辅助设备（如空气干燥器、冷却系统和混合器），如图1所示。干燥的空气或氧气进入发生器，在臭氧电源的作用下，则产生臭氧气体。水和臭氧气体一起进入混合器，则输出臭氧水。臭氧气体和臭氧水产生装置框图目前，国内臭氧发生器分为三类：（1）工频（50Hz）；（2）中频（数kHz）；（3）高频（10kHz）。因此，臭氧电源的工作频率应当与臭氧发生器相配合，其启辉电压通常要达到数千伏。 20世纪八十年代中期，清华大学自动化系电力电子及其控制技术研究至成功研究出中频臭氧电源（专利号：CN85200020.0）。它与臭氧发生器联合试验表明：与工频臭氧装置相比，其臭氧产生技术研究表明，利用沿面放电技术解决放电气体散热问题，同时将陡峭高频电压波施加在臭氧发生器上，则可大大提高臭氧浓度、臭氧的产成量和臭氧的产生效率。因此，中高频臭氧产生技术是当今臭氧技术的主要发展趋势。1993年，国家科委成果办也发出“关于推荐采用高频臭氧发生器及其应用技术”函（93）国科成办字第100号，加以推广。3、臭氧装置发展简况及存在问题 20世纪八十年代以前，我国生产的臭氧装置基本上都是工频的。而且发生器寿命短、电源工作可靠性差的问题也比较突出。20世纪八十年代中期，我国研制成功中频臭氧装置，并在水处理、保鲜、空气净化和防酶等方面获得良好应用，其臭氧产成量高、装置体积小重量轻的特点也得到显露，引起业界的关注。遗憾的是，这种中频臭氧装置，由于种种原因，没有在发展规模生产方面多下工夫，而一直保持比较低的生产量。20世纪九十年代初期，一些单位就开始进行高频臭氧发生器和高频臭氧电源的研制工作，随后也有单位引进国外高频臭氧发生器。随着人们环保意识的提高，20世纪九十年代后期，臭氧的家庭应用引起了大家的重视。这在客观上也促进了高频臭氧技术的发展。1997年清华大学电力电子工程研究中心与澳门大学科技学院合作研制“多功能高效臭氧清洗机”。其一期目标是为连续降解蔬菜和瓜果表面农药残留物以及清除沾污的细菌和病毒进行前期研究，以便提供高效的降解、消毒和清洗设备。它利用超声和臭氧的联合作用，进一步提高其处理能力和扩大功能。其二期目标是转为家用。样机试验表明，其降解、消毒和清洗目的均能达到。进入21世纪，国内市场出现了家用臭氧仪器，如广州市正奥环保实业有限公司的“正奥多功能解毒清洗机”，“正奥果蔬解毒清洗机”等。这些投入市场的家用臭氧仪器。4、一种实用的臭氧原理电路图2是清华大学自动化系20世纪八十年代中期研制的一种臭氧原理电路，供参考。这是一种单管变换电路。图中的开关管使用高频（20kHz）晶闸管，其反并联二极管为快速整流管。只要电路参数和开关管选择合适，该电路可工作在数kHz到上百kHz。该电路略加变形，可作为超声清洗、调频式感应加热和高频电流定额测试等电路使用。由图2可知，图中开关器件也可用MOSFET或IGBT等场控器件代替，以实现更好的电源性能。臭氧原理电路5、小结臭氧气体和臭氧水作为强氧化剂，具有消毒、灭菌、除臭、水中农药降解以及氧化、分解水中污染物和杂质等作用，且不产生二次污染。除广泛应用于农业生产外，还可以在减轻环境污染和保护人类健康方面发挥作用。特别是臭氧的合理应用一