臭氧发生器选用技术指南

臭氧发生器选用技术指南目录第一部分臭氧基础知识第二部分臭氧的用途第三部分臭氧发生器系统第四部分臭氧发生器气源系统第五部分臭氧发生器数据采集和控制系统第六部分臭氧发生器冷却系统第七部分臭氧发生器投加系统第八部分臭氧发生器臭氧分解系统第九部分臭氧发生器系统的安装调试第一部分臭氧基础知识一、臭氧的简介臭氧的分子式为O3，是氧气（O2）的同素异性体。臭氧分子是由三个氧原子组成，其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接，这种单键不稳定，断裂后生成一个单原子氧和一个氧气分子，其中单原子氧具有极强的氧化能力，所以决定了臭氧的性质极为活跃、易分解、氧化能力强的特点。二、臭氧的物理性质臭氧是一种具有腥臭气味的不稳定气体，臭氧与氧气的主要物理性质对比见表1-1。表1-1氧气和臭氧的主要性质氧气臭氧分子式O2O3分子量3248一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）49.16401个大气压，0℃时的密度（g/L）1.4292.144稳定性稳定易分解以空气为基准时的密度1.1031.658由上表不难看出，与氧气比较，臭氧比重大、有腥臭味、较氧气易溶于水。三、臭氧的化学性质臭氧的强氧化性使臭氧可迅速灭菌消毒，臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化还原电位，表1-2列出常见的消毒物质还原电位与臭氧的比较。表1-2氧化还原电位比较名称分子式氧化还原电位（mV）氟F22.87臭氧O32.07过氧化氢H2O21.78高锰酸钾KMnO41.67二氧化氯ClO21.50氯气Cl21.361．臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：2O3→3O2＋285kJ由于分解时放出大量热量，故当其含量在25%以上时，如急剧压缩，容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10%，在臭氧应用较长历史过程中，还没有一例臭氧爆炸的事例。含量为1%以下的臭氧，在常温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的多。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6.25×10-5mol/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。臭氧在水中的分解速度随水温和PH值的提高而加快，图1-3为PH=7时，水温和分解速度的关系，下图为20℃，PH和分解速度的关系。2．臭氧的氧化能力臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于F2，在其应用中主要用这一特性。从表1-3中看出。从表1-3可知，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。表1-3氧化还原电位比较名称分子式标准电极电位/mv名称分子式标准电极电位/mv氟F22.87二氧化氯ClO21.50臭氧O32.07氯Cl21.36过氧化氢H2O21.78氧O21.23高锰酸钾MnO4-1.673．臭氧的氧化反应a、与无机物的氧化反应⑴臭氧与亚铁的反应3Fe2＋＋2O3→3Fe3++3O2⑵臭氧与Mn2+的反应Mn2+＋O3＋H2O→MnO2＋2H＋＋O2（易）Mn2+＋O3＋H2O→MnO4-＋2H＋（难）⑶臭氧与硫化物的反应H2S＋O3→SO2＋H2O3H2S＋4O3→3H2SO4⑷臭氧与硫氰化物的反应CNS－＋2O32OH－→CN－＋SO32－＋2O2＋H2OCN－＋SO32－＋2O3→CNO－＋SO42－＋2O2⑸臭氧与氰化物的反应CN－＋O3→CNO－＋O2CNO－＋2H＋＋H2O→CO2＋NH4＋NH4＋＋CNO－→NH2CONH2NH2CONH2+O3→N2+CO2+2H2O总反应为：2CN－＋2H＋＋H2O+3O3→N2+2O2+2H2CO3⑹臭氧与氯的反应3Cl2+6O3→2ClO2+2ClO7b、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，下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。（1）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，反应历程描述如下：式中G代表OH、OCH3、OCCH3等基。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。臭氧化物分解成醛和酸。（2）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。其反应如下：（3）对核蛋白（氨基酸）系的反应OOHR2C==CR2+O3R2C+R2C==OGOHOHOHO3+O3OHOHOOOH2OC—OHCOO—OHO—OHOHCOOHCOOHCOOHCOOHO3++O3C—OHCHOOHOOHC==OHHC==OH（丁醛）C—OHOC—OHO（丁酸）R2S+O3R2S—OOO(O)3P+O3(O)+P+O－（三苯磷酸盐）R2N—CHR+O3R2N—CHRR3N+O3R3H++O-OH（4）对有机氨的氧化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，对眼、鼻、喉有刺激的感觉，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症。其毒性与浓度和接触时间有关，例如长期接触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0.1ppm，接触时间小于8h。由于臭氧的臭味很浓，浓度为0.1ppm时，人们就明显感觉到并及时采取措施。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，相对于氯气、甲醛、二氧化碳等气体，臭氧属于比较安全的气体。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。R—N—OHR—N==OR—N—O（羟氨）（硝基化合物）OHOHHR2NCH2—R+O3R2NC==O+RC—OHO（氨基醇）（氨基醛）（有机酸）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。第二部分臭氧的用途臭氧以其强氧化性，且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。随着近年来臭氧应用技术的不断发展，其应用领域越来越广泛，在自来水处理、啤酒饮料用水杀菌、食品加工用水处理、化工废水处理、染料废水处理、回用水处理、精细化工、香料合成、空气杀菌除臭、医疗等领域已具有成熟的应用经验。臭氧：O3由三个氧原子组成仅次于氟的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饮料用水氧化精细化工纸浆漂白去除氨氮、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第三部分臭氧发生器系统目前，臭氧已在饮用水处理、污水处理、空气净化、化工氧化、纸浆漂白、食品加工、医疗与家庭等多个领域得到广泛应用，其应用规模、应用深度与产品规格都达到空前水平，我国近年臭氧应用发展较快的是自来水厂、制药工业和食品加工业。人工合成臭氧的装置统称为臭氧发生器，其设计与制造技术涉及国民经济多个技术行业，臭氧系统的可靠运行需要其它行业技术研发和技术进步给予支撑。1．基础介绍臭氧发生器主要由两个部分组成：一部分是一个包含有放电体的容器，通常被称为臭氧放电室；另一部分是一套为臭氧放电室提供高压电源的电源系统，通常被称为臭氧电源或供电单元（PSU）。构成臭氧发生器的基本部分的定义如下：1.1臭氧发生单元ozonegenerationunit组成产生臭氧的最基本元件。1.2臭氧发生装置ozonegenerationdevice安装臭氧发生单元的装置，俗称“臭氧放电室”。1.3臭氧电源装置powersupplyunit将输入电源转化为中频高压电源或高频高压电源的装置，也称为“供电单元”，使臭氧发生装置内形成高压电场。1.4臭氧发生器ozonegenerator产生臭氧所必需的全部装置，包括臭氧发生装置和臭氧电源装置两大部分。1.5电极electrode与具有不同电导率的媒质形成导电交接面的导电部分；在臭氧发生单元中系指分布高压电场的导电体。1.6介质管（板）dielectrictube(plate)其由基本电磁场性能是受电场作用而极化的物质所构成的零、部件；在臭氧发生单元中系指位于两电极间，造成稳定的辉光放电的绝缘体。1.7介质强度dielectricstrength材料能承受而不致遭到破坏的最高电场强度。1.8电晕放电coronadischarge气体击穿后，出现极间电压减小的现象，并同时在电极周围出现昏暗辉光，称为电晕放电。1.9辉光放电glowdischarge当电场强度超过某值时，以发光表现出来的气体中电传导现象，此时辉光扩展到两电极之间的整个放电空间，没有大的嘶声或噪声，也没有显著的发热或电极的蒸发。2．分类及****臭氧类型标记2.1分类2.1.1臭氧发生器按其基本臭氧发生单元的安装方式可分为：a)臭氧发生单元水平安置为卧式。b)臭氧发生单元竖直安置为立式。2.1.2臭氧发生器按其工作频率可分为：a)工作频率在50Hz之间的称为工频臭氧发生器b)工作频率在50～1000Hz之间的（一般从400Hz开始，含1000Hz）称为中频臭氧发生器c)工作频率在1000Hz以上的称为高频臭氧发生器。2.2臭氧发生器规格系列的划分可采用单位时间内臭氧的生产能力来表示，基本单位为g/h，大型机单位为kg/h。2.3****臭氧类型标记****实业有限责任公司/****臭氧装备有限公司企业标准Q/02GLG001－2006《臭氧发生器》规定臭氧发生器型号标记主要按单位时间内臭氧的生产能力来表示，具体规定如下：CF-G－□-□□□臭氧产量单位，g表示克/小时，Kg表示千克/小时臭氧产量数值2表示中频，3表示高频管式臭氧发生器示例：每小时产生500g臭氧的中频管式臭氧发生器标记为：CF-G-2-500g。3．臭氧发生器设计、制造和检验标准3.1臭氧发生器设计、制造标准臭氧发生器严格按照以下标准设计制造：3.1.1中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.1-1994《臭氧发生器》，臭氧发生器达到优级品；3.1.2国家环境保护总局中国环境保护产品认定技术条件HJ/T264-2006《臭氧发生器》；3.1.3****实业有限责任公司企业标准Q/02GLG001－2006《臭氧发生器》。3.2臭氧发生器检验标准3.2.1中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T3028.2-1994《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》；3.2.2****实业有限责任公司企业标准Q/02GLG001－2006《臭氧发生器》。注意：我国有关臭氧发生器的标准目前有四个：①建设部CJ/T3028.1/2-94臭氧发生器/臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量；②环保总局HJ/T264-2006臭氧发生器；③原医药管理局YY0215.2-95臭氧消毒柜安全、消毒效果通用技术条件；④中国轻工总会QB/T2233-96家用食具消毒柜（臭氧型为其中一部分）。其中，标准①起草时间较早，其适用范围、产品分类、技术要求与臭氧浓度测定、产量计算等方面内容都难于适用于当前技术产品；标准②是修改替代原HCRJ058-1999标准，原标准起草时是从照顾新发展的多种类型发生器出发，靠近建设部CJ/T3028标准为原则制定的，现标准改动不大，反而增