臭氧基础理论讲座.ppt

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02
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CONTENTS
臭氧基础理论讲座
氧和臭氧的主要性质
氧气
臭 氧
分子式
O2
O3
分子量
32
48
一般情况下的形态
气 态
气 态
气 味
无
腥臭味
气体颜色
无 色
淡蓝色
液体颜色
淡蓝色
暗蓝色
1个大气压，0℃时的溶解度（mg/L）

640
1个大气压，0℃时的密度（g/L）


稳定性
稳 定
易分解
以空气为基准时的密度


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
名 称
分子式
标准电极电位
氟
F2

臭 氧
O3

过氧化氢
H2O2

高锰酸钾离子
MnO4

二氧化氯
ClO2

氯
Cl2

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
臭氧O3
由三个氧原子组成
仅次于氟的强氧化性
比氯还强的杀菌力
无二次公害
脱色
给水
排水
印染废水
杀菌
给水排水
游泳池
水族馆
半导体生产
氧化
纸浆漂白
去除氧化氮、COD
自来水去铁
香料生产
除臭
污水处理厂
畜牧养殖厂
牲畜屠宰场
厕所
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/h kg/h 1kg/h=1000g/h 产量≈浓度X流量
气体浓度单位：mg/L g/m3 mg/m3 ppm x%
1ppm=(空气中） 1%=（空气中） 1%=（氧气中）
水溶浓度单位： mg/L g/m3 ppm 1ppm= 1mg/L
臭氧的基本性质基础理论讲座之一
臭氧的基本性质基础理论讲座之一
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λ=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
臭氧的产生机理基础理论讲座之二
图1 管式臭氧发生装置结构图
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。
三、电晕放电法
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
臭氧发生器的分类基础理论讲座之三
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。
三、以放电装置是否密闭分类
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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。
四、其它分类
02