臭氧对纯化水杀菌.

1、臭氧对纯纯化水灭菌臭氧灭菌一.臭氧的基本物化性质1.物理性质在常温、常态、常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到 15% 时，呈现出淡蓝色。 臭氧可溶于水， 在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约 13 倍，比空气高 25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时， 臭氧可迅速分解为氧， 在纯水中分解较慢。 臭氧的密度是 2.14g/L(0 °C， 0.1MP) ，沸点是 -111°C，熔点是 -192 °C。臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧的主要物理性质列于表1-1 ，臭氧在不同温度下的水中溶

2、解度列于表1-2。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大 10倍，但是在实用上它的溶解度甚小，因为他遵守亨利定律，其溶解度与体系中的分压和总压成比例。 臭氧在空气中的含量极低， 故分压也极低， 那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出，使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。2.化学性质性质数据分子量47.99828沸点-111.9 熔点-193 临界温度-5临界压力92.3atm等张比容75.7 （90.2K ）生成热-144KJ/mol在水中的溶解度 ml/100ml49.41. 臭氧很不稳定，在常温常态常压下即可分解为氧气。臭氧的主要物理、化学特性臭氧是一种高活性的气体，通过对氧气的放电而形成，其分子

3、式是 O3，是氧的同素异形体。臭氧最显著的特性是具有强烈的气味，臭氧的英文词为“OZONE”，来源于希腊语，意为“味道”。在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气味的气体。臭氧具有很高的氧化电位（ 2.076V），比氯（ 1.36V）高出 50%以上，因此它第1页共1页臭氧对纯纯化水灭菌具有比氯更强的氧化能力。臭氧是由氧按以下热化学方程式形成：3O3 2O3-69kcal 由上式可见臭氧的形成是吸热过程 , 因此 , 臭氧分子极不稳定 , 可自行分解 , 伴随着分解过程全放出能量因此 , 臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是 2.07 1.36 1

4、.28伏特，可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。 臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。 使臭氧分子结合在有机分子的双键上， 生成臭氧化物。 臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的两性离子， 后者是不稳定的，可分解成酸和醛。其反应式为：2O? 3O? + 285kJ（ 1-2 ）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。但一般臭氧在空气中，臭氧的含量很难超过 10 % 以上，在臭氧用于饮用水处理的较长过程中，还没有一例氧爆炸的事例。含量为1 % 以下的臭氧，在常温常态常压的空气中分解半衰期为16h 左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超

5、过100 时，分解非常剧烈，达到 270 高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快。在含有杂质的水溶液 中臭氧迅 速回复到 形成它的氧 气。如 水中臭氧浓 度为6.25 3 10 -5 mol/L(3mg/l)时，其半衰期为5 30min，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是20min（ 20 ），然而在二次蒸馏水中，经过 85min 后臭氧分解只有 10 % ，若水温接近 0 时，臭氧会变得更加稳定。2. 臭氧的氧化能力臭氧的氧化能力极强， 其氧化还原电位仅次于 F? ，在其应用中主要用这一特性。3. 臭氧的氧化反应a 、与无机物的氧化反应臭氧与亚铁、

6、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应如：O3+SO2=SO3+O2 O3+CO=CO2+O2 O3+NO=NO2+O2 O3+4NH3=NH4NO3+2NH4O? 4O3+PbS=PbSO4+4O2 Ag+O3=AgO+O2XeO3+4OH-+O3=XeO6 （ 4- ） +O2+2H2O 3CN-+O3=3OCN2 2OCN2+O3=CO2+O2+N2第2页共2页臭氧对纯纯化水灭菌b 、臭氧与有机物的反应臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂， 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化

7、物分解成醛和酸。 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢， 在系列苯<萘<菲<嵌二萘 <蒽中，其反应速度常数逐渐增大。 对核蛋白（氨基酸）系、有机氨也都发生反应臭氧在下列混合物的氧化顺序为链烯烃 >胺>酚>多环芳香烃 >醇>醛>链烷烃c 、臭氧的毒性和腐蚀性臭氧属于有害气体，浓度为6.25 3 10mol/L(0.3mg/m3)时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度(6.25-62.5) 3 10 -5 mol/L(3 30mg/m3)时，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症; 臭氧浓度为3.1253 10-4 1.253 10

8、-3mol/L(15 60mg/m3) 时 ， 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关，例如长期接触 1.748 3 10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为 4.46 3 10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓，浓度为 4.46 3 10 -9 mol/L(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

9、作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。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， 即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等， 在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、 开裂和穿孔。 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。3.化学性质及功效臭氧（ O3 ）是氧气 (O2) 的同素异形体，它是一种具有特殊气味的淡蓝色气体。分子结构呈三角形，键角为116 °，其密度是氧气的1.5 倍，在水

10、中的溶解度是氧气的10 倍。臭氧是一种强氧化剂，它在水中的氧化还原电位为2.07V ，仅次于氟（2.5V ），其氧化能力高于第3页共3页臭氧对纯纯化水灭菌氯（ 1.36V ）和二氧化氯（1.5V ），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

11、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0.3-2mg/L时， 0.5-1min内就可以致死细菌。达到相同灭菌效果（如使大肠杆菌杀灭率达99% ）所需臭氧水药剂量仅是氯的0.0048% 。臭氧对酵母和寄生生物等也有活性，例如可以用它去除以下类型的微生物和病毒。病毒已经证明臭氧对病毒具有非常强的杀灭性，例如Poloi病毒在臭氧浓度为0.05-0.45mg/L时， 2min 就会失去活性。孢囊在臭氧浓度为 0.3mg/L 下作用 2.4min 就被完全除掉。孢子 由于孢衣的保护，

12、它比生长态菌的抗臭氧能力高出10-15 倍。真菌白色念珠菌（ candida albicans）和青霉属菌（penicillium ）能被杀灭。寄生生物曼森氏血吸虫（schistosoma mansoni）在 3min 后被杀灭。此外，臭氧还可以氧化、分解水中的污染物，在水处理中对除嗅味、脱色、杀菌、去除酚、氰、铁、锰和降低 COD 、BOD 等都具有显著的效果。应当注意，虽然臭氧是强氧化剂，但其氧化能力是有选择性的，像乙醇这种易被氧化的物质却不容易和臭氧作用。二 . 臭氧的氧化反应和消毒机理臭氧一经溶解在水里，会出现下列两种反应：一种是直接氧化，它是较缓慢的且有明显选择性的反应；另一种则是在

13、水中羟基、过氧化氢、有机物、腐殖质和高浓度的氢氧根诱发下自行分解成羟基自由基， 间接地氧化有机物、 微生物或氨等。后一种反应相当快， 且没有选择性， 另外还能将重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。这两种反应中后一种反应更强烈， 氧化能力更强。 由于氢氧根和有机物等能诱发臭氧自行分解成羟基自由基，所以低 ph 条件下有利于臭氧直接氧化反应，而高 ph 值和有机物含量高的条件下则有利于羟基自由基的间接氧化反应。臭氧的自行分解率在很大程度上取决于 ph 值、温度、 UV值、臭氧浓度以及水中存在的其他可去除物。 其分解速率可由余臭氧的含量来间接表示。 由于重碳酸盐和碳酸盐（尤其是碳酸盐）具有较强的缓冲性能，因

14、此在低 PH和高缓冲性能的余臭氧可维持较长时间。臭氧可杀菌消毒的作用主要与它的高氧化电位和容第4页共4页臭氧对纯纯化水灭菌易通过微生物细胞膜扩散有关。 臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。 因此，臭氧对顽强的微生物如病毒、 芽孢等有强大的杀伤力。此外，臭氧在杀伤微生物的同时，还能氧化水中的各种有机物，去除水中的色、嗅、味和酚等三 .操作控制点臭氧的瞬时灭菌以广泛用于水的消毒， 同时有除臭， 水色以及铁锰。 臭氧会自行分解为氧气，臭氧灭菌不产生附加的化学物质污染是种较好的方法。臭氧的用量及使用方法的正确与否， 直接影响到使用效果。 在水生产的过程中臭氧的是用主要是灭菌

15、， 而各种菌类的耐臭氧能力差别很大， 在一定臭氧浓度下，各种菌类被杀死的时间从 110 分钟达到灭菌程度，分布范围很宽。某些细菌形成的孢子或芽孢杆菌或霉菌的芽孢都有很强的耐臭氧能力。 因此，在水的生产过程中就涉及如何使用臭氧的工艺技术问题。一般条件下，合理的掌握下列 4 个操作，通常是可以正确的达到灭菌的目的的。1.流量指的是单位时间给出的臭氧量和单位时间给出的水的量。这两个数值在操作中必须根据当地的效果把它确定下来， 也就是说在操作的过程中每升的水需要用多少毫克的臭氧， 臭氧水消毒的投加量一般为 1mg/ml，接触的时间大于 10 分钟。臭氧水使用环境空气中臭氧浓度不高于 0.16mg/m3

16、 。（臭氧水使用环境空气中臭氧浓度的测试方法：在一 103 的房间内，使连续运行 10 分钟后，测试出水口上方 25cm 距离处环境空气中的臭氧浓度，不得超过 0.16mg/m3。）2.界面指臭氧与水接触的面积。通常气体接触面积越大越好，行程越长越好。在臭氧氧化塔里增加填充物， 设有分配板或强制湍流隔板都是为了使用臭氧和水充分的接触。接触反应是臭氧消毒系统生产运行的核心， 它的作用是将由臭氧发生器发生的臭氧气体迅速有效的扩散到处理水中， 并稳定可靠地完成预定工艺所要求的反应。接触反应形式的确定主要依赖于工艺目标及其相应的反应。臭氧接触是通过一定的方式使氧气扩散到液体中， 并使之与液体全面接触和

17、完成预期反应的过程 . 这一过程一般通过臭氧接触器来完成。不同的工艺目标和相同的反应决定了接触器的形式和接触时间。2.1 臭氧接触器的主要形式有：传统的微气泡扩散接触器、 吸气式涡轮扩散接触器、 带有接触填料的密闭式接触柱以及吸气式水射器扩散接触器。 对于净水消毒而言， 采用的形式主要是微气泡扩散和吸气式涡轮扩散型。臭氧接触时间对于不同的反应通常在1 到 12min之间。在需要有可靠灭病毒的场合，通常需要维持剩余臭氧达0.4mg/L 的 4min接触时间，由于水中除细菌外通常还会含有与臭氧发生快速反应的物质（如构成水中色度和嗅味等物质） 。因此，消毒接触时间一般采用10min。采用微起泡扩散消

18、毒接触器时， 通常布置成双格间和三格间接触室。第一格间是为了水的化学需臭氧量（降低色和味） 通常以 0.4 1.0mg/L 的用量和 4-6min的接触时间为第5页共5页臭氧对纯纯化水灭菌基础。而后续格间的功能主要是杀灭病毒， 在此格间的进口处剩余臭氧的水平至少必须有 0.4mg/L, 而且此格间的低部应注入足够的臭氧以保持这一水平达到 4min 的时间。后续格间臭氧的注入量通常为 0.4 0.6mg/L 。采用微气泡扩散方式时，为了保证臭氧向水中有较高的传输率，通常需要有至少 5.5-6m 的设计水深。采用吸气式涡轮扩散接触器时， 由于这种形式的接触器尤如一个完整的快速混合器，为了满足消毒所

19、需要的时间和剩余臭氧的水平， 通常需要设置停留池或采用多级布置方式。 由于涡轮机具有使臭氧气体与水高效混合的优点， 因此，这种接触器的设计水深不需要很深。2.2 臭氧气体向水中的传递能力臭氧气体向水中的传递能力也可表示为：单位时间内的传递能力=传递系数3交换面积 3交换电位这里所指的交换电位不仅与气液的浓度差有关，而且与臭氧和水中物质发生直接化学反应的活性有关。 许多实验表明，臭氧气体要溶解在水中，首先必须在与之接触的液体表面上完全扩散进而溶解在表面的液体中，最终扩散到液体的内部。因此，气液两相间的传递率主要由下列因素所决定。1.首先必须在与之接触的液体表面上完全扩散进而溶解在表面的液体中，最

20、终扩散到液体的内部；因此，气液两相间的传递率主要由下列因素所决定。2.臭氧的氧化反应和消毒机理臭氧一经溶解在水里，会出现下列两种反应：一种是直接氧化，它是较缓慢的且有明显选择性的反应； 另一种则是在水中羟基、过氧化氢、有机物、腐殖质和高浓度的氢氧根诱发下自行分解成羟基自由基， 间接地氧化有机物、微生物或氨等。后一种反应相当快，且没有选择性，另外还能将重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。这两种反应中后一种反应更强烈，氧化能力更强。由于氢氧根和有机物等能诱发臭氧自行分解成羟基自由基，所以低ph 条件下有利于臭氧直接氧化反应，而高ph 值和有机物含量高的条件下则有利于羟基自由基的间接氧化反应。臭氧的自行分解

21、率在很大程度上取决于 ph 值、温度、 UV 值、臭氧浓度以及水中存在的其他可去除物。其分解速率可由余臭氧的含量来间接表示。由于重碳酸盐和碳酸盐（尤其是碳酸盐）具有较强的缓冲性能，因此在低 PH 和高缓冲性能的余臭氧可维持较长时间。臭氧可杀菌消毒的作用主要与它的高氧化电位和容易通过微生物细胞膜扩散有关。 臭氧能氧化微生物细胞的有机物或破坏有机体链状结构而导致细胞死亡。 因此，臭氧对顽强的微生物如病毒、 芽孢等有强大的杀伤力。 此外，臭氧在杀伤微生物的同时， 还能氧化水中的各种有机物，去除水中的色、嗅、味和酚等。（1） 气液两相的物理特性；（2） 气体通过气液界面的浓度差；（3） 气体湍流的程度

22、。2.2 目前常用的三种接触装置前节已提到接触装置的根本目的是保证臭氧在水中有尽量大的溶解度，为此，就需使臭氧气与水的接触面尽量大， 有足够的接触时间， 因而对接触装置的基本要求是：1、能保证最优化的臭氧吸收效果。2、接触装置工作时，工艺参数控制容易，工作稳定，安全性好。第6页共6页臭氧对纯纯化水灭菌3、能耗 (搅拌或输送水、气所需动力)最低。4、最小的体积下有最大的生产能力。5、结构简单，用料便宜，制造与维修成本低。一般常用的接触装置有三种：鼓泡塔或池：水射器 (文丘里管 )与固定螺旋混合器 (单用或合用 )：搅拌器或螺旋泵：也有两种以上串联使用的，简介如下：l、鼓泡法：大型水处理用鼓泡池，

23、小型水处理则常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小 (几个微米到几十微米孔径 )的孔径以增加臭氧的比表面积，而且要求孔径布气均匀，以使水、气全面接触，尤其是在鼓泡池中用多个布气器时，同时一般要求从水面到布气器表面，水深不小于 4-5m，以利于气、水充分接触。它的优点是：操作方便，可以很容易改变运行参数而不影响投加效果和工作的稳定，动力消耗少，鼓泡塔结构简单，维修方便。但其体积过于庞大，池式占地面积大，塔式要求较高厂房成本较高。2、水射器 (文丘里管 )是利用高速水流在变径管道中流动造成的负压区吸入臭氧气，并形成湍流起到混合效果。而在文丘里管后设置固定螺旋混合器则可进一步起搅拌水、 气作用，在较长的距离内

24、保持湍流状态以加强吸收。这种装置由于混合时间很短， 所以在其输出管道后常常还需加设贮水罐， 以增加水、气接触时间，并使水流速降低以使尾气析出。它的结构比鼓泡塔大大减小， 生产成本低，但需加设水泵以保证水的喷射速度，而且工艺参数不易掌握，处理水量不能随意调节，否则将发生气、液两相分离，影响吸收效果。3、搅拌法：早期生产的搅拌器类似单缸洗衣机，只是电机上置、外筒做成多角型，利用搅拌造成的涡流使气泡打碎，溶入液体。此类搅拌法效果差，动力消耗大， 比鼓泡法体积小但成本并不低， 由于有机械运动及臭氧腐蚀， 所以机器寿命低，维修费用高。近年有涡轮泵上市，混合效果很好，而且体积小巧，工 r 艺参数操作容易，

25、但结构复杂成本高，动力消耗大，维修复杂，在它的管路后而也需设置贮水罐。3.流速指供给臭氧在单位时间的流速和进水，出水在单位时间内的流速。它与流量是相关的， 流速不能忽快忽慢。 进出水一般都以泵输送， 水泵的功率的大小和联接管道的粗细都会影响流速，特别是供用水的不足而人为的造成流速的变化。尤其是臭氧与水作用的氧化塔或容器中， 流速的变化往往破坏了正常的操作， 失去了应有的效应。4.时效时效是指保留的时间，即在一定臭氧浓度下与水作用的有效时间。这里有两个控制点，臭氧浓度和与水作用时间。 不能满足满足臭氧与水接触保持一定的时间，等于没起到灭菌的作用，没有臭氧浓度的接触也是无效的。4.1 臭氧在水中的

26、溶解第7页共7页臭氧对纯纯化水灭菌臭氧在水中的溶解一般遵循亨利定律。 （是英国的 Henry（亨利）在 1803 年研究气体在液体中的溶解度规律时发现的， 可表述为： “在等温等压下， 某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。 ”）对臭氧在水中的溶解度的主要影响因素是温度和供气压力。 由于臭氧采用在使用现场利用空气或氧气就地制备， 制备出来的臭氧气体实际上是一种臭氧化气体， 属于混合气体， 其中含有大量的空气和氧气。而亨利定律表示的是某一单纯气体在水中的溶解规律，所以，臭氧在水中的溶解特性除了与上述的温度和供气压力有关外， 还与供气中含臭氧的浓度有关。 此外，在一定的大气压力下

27、， 臭氧在水中的浓度与供气中的臭氧浓度有关。 虽然臭氧在水中的溶解度大于氧， 但溶于水中的臭氧极不稳定，很容易分解臭氧在水中可自然分解，在 20时，在 pH7.6 时，臭氧在水中的半衰期为 2122 分钟。目前，多数饮料厂都在用 0.30.5mg/L 的臭氧，这个数值只能作为参考值。4.2 水溶臭氧浓度与保持时间军事医学科学院军队卫生研究所马义伦教授等经过对炭疽杆菌，枯草杆菌黑色变种进行臭氧处理试验，总结出杀菌动力学经验公式：dNdt=-KNtMCN其中：N：菌数t：时间C：水中臭氧浓度m、n 是 t 与 c 的指数K ：效率常数，也可表示细菌抗力。由以上公式可以看出单位时间的灭菌量是与水中臭

28、氧浓度及处理时间的若十次疗成止比，可见 K 与 N 在不变动的情况下要达到杀菌的目的，必须保证臭氧在水中浓度与一定的接触时间。4.2.1 保证水中臭氧浓度的必要性要保证臭氧在水中的浓度需要很多条件， 大致有水温、 气压、气液的相对运动速度、臭氧气作用在液体表面的分压、臭氧气的表面积、水的粘度、密度、表面张力等，其中有些因素，如水温、气压、臭氧气作用在液体表面的分压至关重要。也有的，如水的密度、粘滞度、表面张力等，在某一具体条件下是不变的，就可以不予考虑，现将其中关系简单介绍如下：气液两相间的传质强度取决于分子与湍流的扩散速度， 可以用一般传质公式表示：u=dGdt=KF·C其中：u：

29、传质速度，可用在t 时间内从气相传入液相的臭氧量G 确定，即 dGdt。 K ：传质系数， F：气相与液相的接触表面积， C 传质过程中的动力，可用臭氧在实际情况下与平衡时的浓度差决定 (即水中臭氧浓度与臭氧源中臭氧浓度差别越大，传质速度越大 )。分析一般传质方程式可以知道， 首先要使臭氧尽多地溶入水中， 就要尽量加大臭氧与水的接触表面积 F，而这是接触装置决定的。其次， C 说明臭氧发生器的浓度越高，越有利于水对臭氧的吸收 · 4.2.2 传质系数 K传质系数 K 则与多种因素有关， K( 总传质系数 )为气相传质系数 K 气与液相传质系数 K 液之和，而臭氧属于低溶解度气体， K

30、 气可忽略不计而根据亨利一道尔顿定律， K 液是多种物理参数的复合函数。K 液=f(T ，P，u，w，p，ó)第8页共8页臭氧对纯纯化水灭菌其中臭氧溶解量与气体压力P 成正比而与水温T 成反比。随着两相相对线速度的增大，气液两相接触表面积F 及其更新速度也增大，但每个气泡与液体接触的时间会减小，因此从综合效果来看，气体-液体的相对线速度应维持在一个范围内较好液体的粘滞度 u，密度 p 及气液间介面表面张力。的提高可使相间表面更新速度降低，并相应使 K 液减小，所以 Km 与 u， p， o 成反比，对于各种饮用水，此项可忽略不计。在应用中，我们应关注温度、 气压两个参数， 而在设计接

31、触装置时则应注意到水流、气流的相对速度， 尤其是其中的温度， 因为温度高了不但使水对臭氧的吸收效果下降， 而且臭氧本身会因温度过高而分解。 国内就曾发生过试图用臭氧处理 70·的水温而没有取得任何效果的例证。1894 年梅尔费特 (Mailfert) 根据前人的实验报告求出以下臭氧在水中的浓度：温度 (摄氏度 )011.8151927405560溶解度 (L 气L 水)0.640.50.456 0.381 0.27 0.1120.0310这组数据大致里线性，而且表明臭氧在水中的溶解度大约是氧的10-15 倍。威诺萨 (venosa)与奥帕特金 (Opatken)指出，决定臭氧 (或任

32、何气体 )在某液体中的溶解度的基本关系式是亨利定律即在一定温度下， 任何气体溶解于已知体积的液体中的重量，将与该气体作用在液体上的分压成正比。而且此定律可推导出结论： 在标准温度与压力下， 臭氧是氧溶解度的13 倍。从亨利定律可以得出结论： 要提高臭氧在水中的溶解度， 必须提高臭氧气在整个气源中分压，即提高臭氧源的浓度， 如果臭氧源的浓度不够， 处理时间再长，水中臭氧浓度也提不高 (因已达到浓度平衡 )。4.3 从以上论述，可以得到结论：1、为保证杀菌效果，必须保证水中臭氧的一定浓度与处理时间。2、为保证水中臭氧的一定浓度就需保证：a臭氧源的浓度。b一定的气温。c水温不能过高。d投入水中臭氧气

33、的比表面积尽量大，使臭氧与水的接触机会更多。根据国内外应用经验一般水质的饮用水消毒处理参数推荐为：水溶臭氧浓度O.4mg/L，接触时间为 4 分钟，即 CT 值为 1.6。臭氧投加量 1-2mg L，水温最好在 25 摄氏度以下。前苏联标准规定饮用水中臭氧浓度不低于O.3mg/L 。我国瓶装水行业推荐灌装时瓶内水臭氧浓度0.3mg/L.四臭氧发生器的性能试验条件和技术要求1 臭氧发生器的性能试验条件试验条件为：温度20 25，相对湿度60 70。2 臭氧发生器的技术要求2.1稳定性检测：臭氧发生器工作过程中间，产量不小于标称值的90。2.2臭氧发生器的寿命：臭氧发生器正常使用累计时间不小于10

34、00 小时。2.3臭氧发生器臭氧发生单元发生每公斤臭氧耗电量如下：第9页共9页臭氧对纯纯化水灭菌工业用可收集式臭氧发生器：电耗(kW.h/kg(O 3)22（发生腔）其它臭氧发生器：电耗 (kW.h/kg(O 3)30（发生腔）3 臭氧发生器产生的臭氧浓度和产量、臭氧发生器的电耗和寿命测量方法。3.1 臭氧发生器产生的臭氧浓度和产量的测量方法按附录A进行。也可使用仪器法进行测量，对检测的仪器必须是国家计量局认可的，且应每半年校正一次。仪器测量的重复性应在±2%（ 20± 2），测量结果与标准滴定法的误差10%。3.2 臭氧发生器的电耗测量方法按CJ/T3028.2 1994

35、 进行。3.3 臭氧发生器的寿命测定方法：将臭氧发生器开机15 分钟，然后停15 分钟，再开机15分钟，停 15 分钟，连续交替使用，累计臭氧消毒器的臭氧产量降至标称值的90%的正常工作时间。六、臭氧消毒系统的参数选择1.消毒系统设计参数的选择臭氧投加量为1-5mg/L , 接触时间为4-10min ，保持 0.1-1mg/L剩余臭氧浓度。2主要设备的选择a臭氧发生器臭氧发生器的产量应根据设计流量及臭氧投加量来确定。W = 0.001 ×Q×PW - 臭氧发生器的产量（g/h ）Q - 设计水量（ L/h ）P - 臭氧投加量，一般采用1-5mg/L0.001 - 单位换算

36、系数b接触氧化罐接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。S=Q/VS - 罐体截面积（ m2 ）V - 流速，一般采用8-10m/hD = （4S/3.14 ）1/2D - 罐体直径（ m）罐体高度的确定：H = V ×t + 0.2H- 罐体高度（ m ）t - 接触时间，一般采用4-10min0.2 - 布水空间高度（m）七、尾气处理当臭氧与水在接触器内接触后， 从接触器排气管排出的气体中仍含有一定的残余臭氧，这些含有残余的臭氧的气体被称之为臭氧尾气。 尾气中残余臭氧的量第10页共10页臭氧对纯纯化水灭菌随臭氧同水的接触方法和处理水中维持的臭氧浓度有关， 一般约占臭氧总投量的

37、1%-5%。相对臭氧消毒系统其他部分而言， 尾气处理部分是相对独立的子系统。 它的作用是及时有效地消除尾气中的剩余臭氧。 由于臭氧的强氧化能力， 因此它具有高腐蚀性能。通常橡胶、大多数塑料、 EPDM（乙烯、丙烯共聚）、普通的钢和铁、铜、铝等材料不能用于臭氧系统的。 可用的材料主要包括 316和 304不锈钢、玻璃、 Hyplaon （氯磺烯化聚乙烯合成橡胶） Telon （聚四氟乙烯）以及混凝土。空气中一定浓度的臭氧对人的机体有害。人在含臭氧 1/100 万的空气中长期停留，会引起易怒、感觉疲劳和头疼等不良症状。而在较高的温度下，除这些症状外还会增加恶心、 鼻子出血和眼粘液膜发炎。 经常受臭

38、氧的毒害会导致严重的疾病。为了保护环境空气， 要求空气中臭氧的极限允许浓度为 0.1mg/m3因此，除了少数特定场合允许利用大气的稀释能力解决尾气处置外， 一般情况富含臭氧的尾气不得直接排放， 必须通过剩余臭氧的破坏来加以处置。 尾气处置的方法通常有回用法、加热分解法、化学消减法、催化分解法以及稀释法。八、 臭氧浓度测试由于臭氧是化学性质极不稳定的气体， 收集并短时间内测量其在空气中及在水中的含量就成为比较困难的问题。 如前所述，要保证臭氧对水的净化杀菌目的，需要控制种种参数， 其中各项，只有臭氧浓度的量测是困难的。 一些臭氧发生器生产厂家自己不会测试， 也不知道自己的产品所产臭氧的浓度， 更

39、有个别厂家利用测试困难肆意夸大自己产品性能， 造成极不好的影响， 以至影响到人们对臭氧杀菌能力的信任。应该说现在臭氧浓度测试已经不难了。 在实际应用中臭氧浓度是保证消毒效果的基础，也是鉴别臭氧发生器真正性能的必要手段， 因此在推广臭氧应用的同时，应该同时推广臭氧的测量手段。本篇不拟对臭氧测试做详细论述， 有兴趣的同志可参考第五次全国消毒学术交流会上李汉忠发表的有关文章，这里只作简单介绍。l、碘量法：过去最经典的测量方法，用臭氧化气使碘化钾溶液中的碘游离出来而显色， 然后用硫代硫酸钠滴定还原至无色，以消耗的硫代硫酸钠数量计算臭氧浓度。 此法显色直观， 设备便宜，但要用各种药品、 洗瓶、量筒、天平

40、、滴定管等化学试验设备，使用不方便，且易受其它氧化剂 (如 N0、CL 等)干扰，I 比法目前仍为我国的标准测量方法。2、紫外吸收法： 利用臭氧对波长入 =254nm 紫外光的最大吸收值， 使紫外光在臭氧气氛中衰减，再经光电元件、电子电路 (比较电路，数据处理，数模转换 )得到数据输出，此方法精确，可连续在线量测。己被美国等工业先进国家选为标准方法，但该仪器价格较贵，一般作为检测单位与生产、科研单位使用。3、电化学法：利用水中臭氧在电活化表面产生的电化学还原作用，电化回路中电流变化曲线与溶液中臭氧浓度成正比，这种仪器具有数据输出功能，可在线测量而且能实现对臭氧发生器的闭环反馈控制， 价格比紫外

41、法便宜， 体积也较小。目前在大型水处理工程中应用。4、比色法：与碘量法同为化学法， 是利用臭氧对化学试剂反应发生的显色或脱色现象确定臭氧浓度。 它可用碘化钾、 邻联甲苯胺或靛兰染料等多种化学第11页共11页臭氧对纯纯化水灭菌物质，可直接肉眼观察与标准色管或比色盘比较， 也可用分光光度计检测， 此法简单易行，成本不高，在我国目前水平适于推广，但测试药品是一次性消耗品。5、DPD 臭氧水浓度测试试剂：盒中的DPD 试剂采用双铝箔片剂包装，药片含崩解剂，可快速溶解，产品对臭氧高度敏感，可精确到 0.05ppm，比色卡经精密分色制成，配有专用的比色管，具有使用方便、保存期长、质量稳定可靠等优点，配置的

42、 DPD 法对应比色色阶溶液，与 KIO3 标准溶液做比较，测定结果准确可靠。本法尤其适合于现场分析，完全可与进口同类产品媲美，在水行业、食品行业、饮料和制药产业有着广阔的应用前景。目前 DPD 臭氧测定试剂盒已为包括乐百氏、娃哈哈、怡宝、农夫山泉、景田、益力在内的全国几百家知名矿泉水、纯净水企业所广泛应用。附录 A（标准的附录）臭氧发生器臭氧浓度、产量的测量和计算方法本附录适用于以电为能源臭氧发生器的臭氧浓度、产量的测定，采用CJ/T3028.2 94的方法。A.1 臭氧浓度的测定 ：A.1.1 原理：臭氧（ O3）是一种强氧化剂，与碘化钾（KI ）水溶液反应可游离出碘，在取样结束并对溶液酸

43、化后， 用 0.1000mol/L 硫代硫酸钠 (Na 2S2O3)标准溶液并以淀粉溶液为指示剂对游离碘进行滴定，根据硫代硫酸钠标准溶液的消耗量计算臭氧量，其反应式为：第12页共12页臭氧对纯纯化水灭菌O3+2KI+H 2OO2+I 2+2KOHI2+2Na2S2 O32NaI+Na 2S4O6A.1.2 试剂：A.1.2.1 碘化钾溶液 （ 20）：溶解 200g 碘化钾（分析纯） 于 1000ml 煮沸后冷却的蒸馏水中，用棕色瓶保存于冰箱中，至少储存一天后再用。A.1.2.21:5 硫酸溶液：量取浓硫酸（p=1.84 ；分析纯）溶于5 倍体积的蒸馏水中。A.1.2.30.1000mol/L

44、 硫代硫酸钠 (Na2S2O3·H 2O)标准溶液：用分析天平准确称取24.817g 硫代硫酸钠（分析纯）用新煮沸冷却的蒸馏水定溶于1000ml 的容量瓶中， 或称取25g 硫代硫酸钠 （分析纯） 溶于 1000ml 新煮沸冷却的蒸馏水中，此溶液硫代硫酸钠浓度约为0.1mol/L ，再加入 0.2g 碳酸钠 (Na 2 CO3)或 5ml 三氯甲烷（ CHCl 3）；标定调整浓度到 0.1000mol/L ，贮于棕色瓶中，储存的时间过长时，使用前需重新标定。A.1.2.4 淀粉溶液：称取1g可溶性淀粉，用冷水调成悬浮浆，然后加入约80ml 煮沸水中，边加边搅拌，稀释至100ml ，煮

45、沸几分钟后放置沉淀过夜，取上清液使用，如需较长时间保存可加入1.25g 水杨酸或0.4g 氯化锌。A.1.3 试验仪器、设备及其要求A.1.3.1 三角洗瓶500ml （吸收瓶） 。A.1.3.2 滴定管 50ml，宜用精密滴点管。A.1.3.3 湿式气体流量计，容量5L。A.1.3.4 量筒 20ml， 500ml 各一只。A.1.3.5 刻度吸管（吸量管）10mlA.1.3.6 容量瓶 100ml 。A.1.3.7 聚乙烯或聚氯乙烯软管，用于输送含臭氧气体，不可使用橡胶管。A.1.4 实验程序：量取 20ml 的碘化钾溶液，倒入 500ml 吸收瓶中， 再加入 350ml 蒸馏水， 待臭氧

46、发生器运行稳定后于臭氧气体出口处取样，先通入吸收瓶对臭氧进行吸收后再通过湿式气体流量计对气体计量，气体通过量为2000ml （时间控制在4min 左右）停止取样后立即加入5ml （ 15）硫酸溶液（使pH 值降至 2.0 以下）并摇匀，静置5min，用 0.1000mol/L 的硫代硫酸钠标准溶液滴定，待溶液呈浅黄色时加入淀粉溶液几滴（约1ml ），继续小心迅速地滴定到颜色消失为止，记录硫代硫酸钠标准溶液用量。A.1.5 臭氧浓度的计算CO3= ANa ×B×2400(mg/L)V0式中 CO3臭氧浓度 mg/LANa硫代硫酸钠标准溶液用量 mlB硫代硫酸钠溶液浓度mol/

47、LV 0臭氧化气体取样体积ml臭氧浓度等于 3mg/L 时，此测试结果的精密度在1以内。A.2 臭氧产量的测定A.2.1 原理：臭氧浓度数值与进入臭氧发生器总气体量数值和的乘积即为产量。A.2.2设备、仪器及对其要求压力表： 1.5 级气体转子流量计：工业级A.2.3气体流量的修正计算流量计使用时被测气体的温度、压力，往往与流量计分度标定时有所不同。因此，使用第13页共13页臭氧对纯纯化水灭菌时读数的流量显示值，常常不是流经流量计气体的真实反映，必须予以修正。其公式如下：QN( PSTN )QS m3 /h 或 L/hPN TS式中： QN标准状态下，气体实际流量m3/h 或 L/h；M 3/

48、h 或 L/h ；QS测量（试验）状态下，气体在仪表中的显示流量PS测量（试验）状态下，气体的压力：Pa；T N仪表标定时的绝对温度。 （ 273.15+2） K；T S测量（试验）状态下，气体的温度K；1.013253 105Pa)PN仪表标定状态时的绝对压力(一个标准大气压A.2.4 臭氧产量的计算：DO3CO32 QN （ g 或 mg）式中DO 3臭氧产量 g 或 mg注：本标准可同时对臭氧发生器所耗电能进行测量。1 原理：臭氧发生器实测消耗电功率与单位臭氧产量之比为电耗。2 设备、仪器电压表 (伏特表 )0.5级电流表 (安培表 )0.5级功率表 (瓦特表 )0.5级静电高电压表1.

49、5 级电度表2.0 级3.电耗计算： 以功率表测得数值或电度表单位时间内记录累积数值与单位时间内臭氧产量之比即为电耗。公式如下：WPDO 3W 2 h/g2 O3 或 kW 2 h/kg2 O3或PA H或 kW 2 h/kg2 O3W 2 h/g2 O3DO 3式中： P臭氧单位电耗，W2 h/g 2 O3 或 kW 2 h/kg2 O3W 电功率 W 或 kWAH电度表单位时间内累积数值，kW 2 h附录 B（标准的附录）臭氧消毒效果的评价B.1 臭氧对空气消毒效果的评价B.1.1 实验器材和设备（ 1）试验菌株：一般选择金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)ATCC

50、 6538 株，用其4 14 代培养物。 推荐用于特殊场所，例如用于结核病等消毒的臭氧发生器或臭氧消毒设备，应 增 加 测 试 相 应 的 微 生 物 。 注 明 具 有 杀 真 菌 作 用 者 ， 应 加 测 白 色 念 珠 菌 (Candida albicans)ATCC 10231 株。第14页共14页53 105臭氧对纯纯化水灭菌（ 2）菌悬液的制备，参照卫生部消毒技术规范执行。（ 3）采样液和稀释液：磷酸盐缓冲液（PBS， 0.03mol/L,pH 7.2）。采样液中应含有中和剂。（ 4）采样器：采用液体冲击式采样器或多级筛孔空气冲击式采样器。（ 5）中和剂及选择方法：一般采用含硫代

51、硫酸钠的中和剂，参照消毒技术规范第三版第一分册实验技术规范2.4 选择合适的中和剂浓度。（ 6）培养基：对金黄色葡萄球菌，采用普通营养琼脂培养基；对白色念珠菌采用沙堡氏培养基；对其它特殊试验菌，选用相应的培养基。（ 7）空气消毒试验柜（或试验室） ：实验室试验一般采用 1m3 的试验柜，试验柜中间高度应有喷菌和采样孔，如果臭氧消毒设备较大，可采用20 m3 左右的大试验柜。模拟现场33试验应采用 >20 m 的气溶胶试验室。20 m 试验室在离地面1.5m 高度应有喷菌和采样孔。（8）喷菌装置：包括气溶胶喷雾器（要求喷出的粒子90以上直径在110 m），空气压缩机（带有压力表的控制装置）、气体流量计等。B.1.2 试验方法（ 1）调整试验室内的温度、湿度，并使其稳定在规定范围内（温度20± 2，相对湿度 70 90）。（ 2）按预试验选定的喷菌压力、气体流量和喷菌时间，同时向试验柜（室）和对照柜（室）喷菌。喷菌后，同时开柜（室）内的风扇，使细菌气溶胶在柜（室）内分布均匀。喷菌完毕后，继续开风扇5 分钟，然后静置5 分钟。务使试验柜（室）内的菌数达到53 106cfu/m 3，在自然衰亡率高时，可适当增加喷入菌量。（ 3）采样：喷菌停