臭氧发生器原理及基础知识说明书

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1.什么是臭氧

臭氧，又名三原子氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名。其分子式为O3，是氧气的同

素异形体，具有它自身的独特性质：

①在自然条件下，它是淡蓝色的气体；②它有一种类似雷电后的腥臭味；

③在标准压力和常温下，它在水中的溶解度是氧气的13 倍；④臭氧比空气重，是空气的 1.658 倍；

⑤臭氧有很强的氧化力，是已知最强的氧化剂之一（仅次于氟）；⑥臭氧的密度是 2.14g·l(0°C,0.1MP)。沸点是-111°C,熔点是-192°C，正常情况下，臭

氧极不稳定，容易分解成氧气；

⑦臭氧分子是逆磁性的，易结合一个电子成为负离子分子；

⑧臭氧在空气中的半衰期一般为20-50 分钟，随温度与湿度的增高而加快；⑨臭氧在水中半衰期约为35 分钟随水质与水温的不同而异；⑩臭氧在冰中极为稳定，其半衰期为2000 年。 2.臭氧的制取

臭氧是一种不稳定的气体，不能储存运输，一般臭氧采用现场制作。根据制取的工作原理和原料的不同，分类如表一：

表一：臭氧制取方法分类

产生方法工作原理原料应用范围放电法放电电解（ED）

空气或氧气实验室到实际工程电化学法电解

高纯度水

需要纯水的实验室和小型工程光化学法辐射（吸收电子）

空气（氧气）饮用水或高

纯水新技术，适用于实验室到实际

工程

辐射化学法

X光，γ线高纯水不常用，仅用于实验热法

光电弧电离

水

不常用，仅用于实验

电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术，此技术能够使臭氧产量单台达500kg/h以上。它的主要分类如下：

表二：电晕放电合成臭氧技术分类

分类方式

类别

组成及特点

构造

板式（亦称奥托托板式）由平板式电机和介电体，仅用于少数小型臭氧发生器管式

卧管式（内玻璃管式、

外玻璃管式）由特种玻璃管为介电体和不锈钢管作电极组成放电单

元主要用在医院污水处理的臭氧发生器立管式（水冷立管式、

油水双立管式）

网格式（劳泽板式）陶瓷材料作介电体，采用高频电源，空气冷却，效率高

电源

工频电源（50/60 Hz）

固定频率，电压可调

中频电源（400-600 Hz）固定频率，电压可调高频电源（>1000Hz）

频率可调，电压固定

电晕放电技术中管式结构臭氧发生器是目前臭氧市场广泛采用、最为成熟的技术，占据我国大部分臭氧市场。管式臭氧发生器一般采用玻璃和非玻璃两种介质。

图一：管式构造结构

臭氧发生器臭氧量与供给电压、空气压力、空气流量、湿度、空气湿度等因素有关。一台臭氧发生器主要是调节电压和空气流量来改变臭氧发生量的。其净产率依众多因素而变，包括：原料气的氧气含量和温度、原料气含的污染物、达到的臭氧浓度、电晕中的功率密度、冷却剂的温度和流量及冷却系统的效率。 3.消毒反应机理

臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是 2.07、1.36、1.28 伏特，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，后者不稳定，可分解成酸和醛。

3.1臭氧与无机物反应

除铂、金、铱、氟以外，臭氧几乎可与元素周期表中的所有元素反应。臭氧可与K、Na 反应生成氧化物或过氧化物，在臭氧化物中的阴离子O3 实质上是游离基。臭氧可以将过渡金属元素氧化到较高或最高氧化态，形成更难溶的氧化物，人们常利用此性质把污水中Fe2+、Mn2+及Pb、Ag、Cd、Hg、Ni 等重金属离子除去。此外，可燃物在臭氧中燃烧比在氧气中燃烧更加猛烈，可获得更高的温度。

3.2臭氧与有机物反应

臭氧与有机物以三种不同的方式反应：一是普通化学反应；二是生成过氧化物；三是发生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物质二甲苯与臭氧反应后，生成无毒的水及二氧化碳。所谓臭氧分解是指臭氧在与极性有机化合物的反应，是在有机化合物原来的双键的位置上发生反应，把其分子分裂为二。由于臭氧的氧化力极强，不但可以杀菌，而且还可以除去水中的色味等有机物。

3.3臭氧与水中腐殖质反应

腐殖酸的结构含有很多孔穴，它们能截留或固定有机分子。其反应机

理与有机物反应类似。

3.4臭氧的消毒

与其他消毒剂一样，当保证臭氧达到足够的剂量，作用一定时间，就能能达到理想的消毒杀菌效果。

例如当臭氧浓度为0.08~0.6ppm 时，对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作30min，其平均杀灭率达84.60~99.9%，而空气中臭氧浓度为0.34~0.85ppm时，作用10~30min，其杀灭率可达99.47~99.97%。又如臭氧对空气消毒时，当浓度为0.21mg/L 时，作用10min对金黄色葡萄球菌杀灭率达90.81%，如提高浓度为0.72mg/L 时，作用时间仍为10min，杀灭率可达99.99% 。一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。以下是2004年国家环保总局关于发布《医院污水处理技术指南》的通知中对医院污水采用臭氧消毒的一个参考标准，

表三：《医院污水处理技术指南》臭氧投加标准及去除率登记表

项目一级处理水二级处理水臭氧投加量/ppm 30~50 10~20 接触时间/min 30 5~15 大肠杆菌去除率/%

99.99

99.99

4.臭氧的应用

随着水源污染的加剧和水质标准的提高，针对常规处理工艺的不足，臭氧技术正逐渐引起人们的关注，并逐步得到应用。

4.1臭氧的主要作用

主要作用包括：消毒、氧化有机物、去除气味和颜色、去除颗粒。各方面资料表明，目前我国使用臭氧技术已经广泛应用在饮用水消毒、游泳池水消毒、医疗业。

表四：臭氧的主要应用领域

行业应用

饮用水自来水杀菌消毒；瓶装、桶装纯净水、矿泉水等饮用水消毒；高楼屋顶水

箱的水质处理

城市污水处理

城市污水处理厂的深度处理

娱乐业游泳池水质消毒；营业场所空气净化、环境的消毒

医疗业病房、手术间的空气消毒，医疗器械消毒，医疗废水灭菌消毒处理、衣物

的消毒化工业工业废水、废气处理；能迅速分解废水中的氰铬盐、酚等；有机染料的脱

色

家电业

臭氧消毒洗涤器、臭氧洗衣机、臭氧消毒碗柜、臭氧洗碗机等

医院是治疗疾病的地方，但是由于到医院就诊的人很大部分是危重患者，其炎症正处于高峰时期，来自病人身上的有害病菌极易散发于空气中。因此，医院又是容易感染疾病的场所。现在，由于到医院就诊