凈化工程技術(shù)方案

臭氧知識(shí) ～臭氧基礎(chǔ)知識(shí)

概述 : 臭氧的稱謂同它的獨(dú)特氣味早記載于荷馬（ Homer) 的長詩 " 伊里亞德和奧德賽 ”（ Iliad and Odyssey)里，他注意了伴隨雷電產(chǎn)生的這種氣味，并把他的印象寫了進(jìn)去。因此在圣經(jīng)第 12 章奧德賽第 417節(jié)里，有丘比特（Jupiter) 用雷電擊船，船內(nèi) “完全充滿了硫黃臭味 ” 。 

1785 年德國物理學(xué)家馮·馬魯姆（Van Marum)用他的大功率電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣流過一串電火花時(shí)，就產(chǎn)生一種特殊的氣味?？唆斠量讼煽耍–ruikshank)1801 年觀察到水電解過程中在陽產(chǎn)生同樣氣味的氣體。 

    1840 年荷蘭的科學(xué)家舒貝因（Schonbein)向慕尼黑科學(xué)院提交的一份備忘錄中宣告了臭氧的發(fā)現(xiàn)，他在電解和火花放電試驗(yàn)過程中曾聞到一種獨(dú)特的氣味，他還指出，在閃電過后亦可聞到同樣的氣味。舒貝因斷定這是一種新物質(zhì)產(chǎn)生的氣味，他把它命名為“Ozone”( 臭氧 ) ，取自希臘字 “Ozein” 一詞，意為“ 難聞 ” 。 

    1845 年，德 · 拉 · 里韋（De La Rive) 和馬里亞斯（Marignac) 通過用純氧電火花作用獲得了臭氧。 1848 年亨特（ Hunt)根據(jù)當(dāng)時(shí)所了解的臭氧的性質(zhì)得出他的判斷，預(yù)言臭氧為三個(gè)原子氧。1860 年安德魯（Andrew)和泰特（Tait)發(fā)現(xiàn)氧氣在轉(zhuǎn)化為臭氧的過程中體積減少。然而當(dāng)臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣時(shí)恢復(fù)到原有的體積，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)少量的汞或金屬銀具有分解臭氧的能力。 

1866 年索雷特（Soret)利用通過電解得到臭氧和氧的混合氣體進(jìn)行試驗(yàn)，斷定臭氧的密度是氧的1.5倍。為驗(yàn)證此結(jié)論，索雷特測定了臭氧向空氣中擴(kuò)散的速率，并將其與同一方法測定得的二氧化碳擴(kuò)散速率相比。估算出臭氧與二氧化碳的密度比，發(fā)現(xiàn)它存在著與 CO2: O3 ＝ 44:48 完全一致的關(guān)系。 

1857 年，馮 · 西門斯（Von Siemens)研制出了臭氧發(fā)生管，臭氧技術(shù)有了很大進(jìn)步。這種類型的臭氧發(fā)生器，成為當(dāng)時(shí)大量應(yīng)用的放電臭氧發(fā)生器的原型。西門斯 第 一臺(tái)臭氧發(fā)生器基本上是由兩根玻璃管構(gòu)成的，外管外壁和內(nèi)管內(nèi)壁均用錫箔覆蓋，空氣原料氣流從環(huán)狀空間通過。內(nèi)管內(nèi)壁和外管外壁的金屬表面聯(lián)結(jié)到電感線圈或電機(jī)接線柱上。用這種裝置，干燥氧氣的3 ％～ 8 ％可能轉(zhuǎn)化為臭氧。布羅迪（Brodie) 和伯塞樂（Bertholet)采用此種設(shè)備的改型，他們都用電解液取代金屬電級(jí)給臭氧發(fā)生過程起到一定的冷卻作用。 

1868 年霍爾曼（ Hollman ）研究了臭氧的熱化學(xué)特性。把不同的氣體（H2 和C2H2）在純氧氣體中燃燒時(shí)所釋放出的熱，與同一氣體在臭氧氣體中燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量相比較，發(fā)現(xiàn)有臭氧存在時(shí)釋放的熱量總要大一些。由于知道O3 /O2混合氣體濃度（1 ％～ 2 ％質(zhì)量）以及臭氧存在時(shí)放出的熱量，就能計(jì)算出每克臭氧變成氧氣所放出的熱量。他求出分解臭氧產(chǎn)生 17.064kcal/mol(1kcal=4.18kJ ，下同 )。這大約是目前采用值的一半。此后 1876 年伯塞樂測定得出值為29.6kcal/mol 。 

1908 年楊（ Jahn ）求出的值為 34.0kcal/mol。由于臭氧是一種吸熱化合物，使人們試圖用熱工藝來設(shè)計(jì)臭氧發(fā)生器，但這一設(shè)想由于臭氧在高溫下快速分解而告失敗。氣態(tài)臭氧的自然分解在室溫下需要數(shù)小時(shí)，然而當(dāng)臭氧溶于水時(shí)將以較快速度分解，分解時(shí)間一般以分鐘計(jì)。在水中臭氧的穩(wěn)定性受水質(zhì)的影響很大。蒸餾水中臭氧的半衰期大約為25min ，但在二次蒸餾水中，即使在 20℃ 下，經(jīng)過 80min 也只有 10％的臭氧分解，若在水溫接近 0℃ 臭氧變得很穩(wěn)定。由于臭氧在水溶液中分解率的差異，有關(guān)臭氧在水中溶解度值亦逐步確定。 1873 年舍內(nèi)（ Schone) 得出溶解度值為 0.366L/L （ 18℃ ）。 1874 年卡里烏斯（Carius) 得出值是 0.834 （ 1℃ ）， 1894 年梅爾弗特（ Mailfert ）求出以下值： 

溫度 /℃0        11.8   15    19     27     40    50     60 

    溶解度 /(L/L)    0.64   0.50  0.456  0.381  0.27  0.112  0.031 

    0.00以上溶解度值大約為氧氣的 10 ～ 15 倍。因低溫對(duì)臭氧穩(wěn)定性的影響很大，所以在低溫條件下產(chǎn)生臭氧的工藝研究引起人們的重視。豪特福伊勒（ Hautefeuille) 和夏皮斯（ Chappuis)在級(jí)低溫度下通過氧氣放電得到高濃度臭氧，在 0℃ 下得到含量為 14.9 ％（質(zhì)量）的臭氧，在  -23℃ 下臭氧濃度為 21.4 ％。后 來通過 -100℃ 下對(duì)富臭氧氧氣氣體施加 125atm （ 1atm=0.1MPa)  壓力，成功地生產(chǎn)出液態(tài)臭氧，為深靛藍(lán)色液體。氣態(tài)臭氧須在持續(xù)冷卻地條件下慢慢加壓，否則會(huì)發(fā)生爆炸。 

1887 年奧爾左斯基（ Olszeuski) 測定了臭氧的沸點(diǎn)，在 -106 ～ -109℃ 范圍內(nèi)， 1898 年魯斯特（ Troost) 測定為 -111.9℃  ?，F(xiàn)在臭氧沸點(diǎn)值采用的是 -111.9℃ 。 

臭氧消毒的特點(diǎn)

1．高 效 性。由于臭氧是氣體，通過氣體彌漫它無孔不入，包容性好，克服了紫外線滅菌存在的諸多死角的特點(diǎn)，可以達(dá)到全方面快速 高 效的消毒滅菌目的。不僅如此，同時(shí)還具有很強(qiáng)的除霉、腥、臭等眾多異味的功能。

2．高潔凈性。臭氧快速自然分解為羥基與氧的特性。是臭氧作為消毒滅菌劑的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在消毒氧化過程中不存在任何殘留物，解決了其他消毒劑在消毒使用中而產(chǎn)生的二次污染問題，同時(shí)又省去了消毒結(jié)束后的再次清潔。

3．方便性。臭氧滅菌裝置一般安裝在潔凈室內(nèi)和空氣凈化系統(tǒng)中。根據(jù)所需的滅菌濃度及時(shí)間進(jìn)行滅菌裝置的設(shè)置，操作使用十分方便。

4．經(jīng)濟(jì)性。通過在一些相關(guān)行業(yè)的使用及運(yùn)行比較，臭氧消毒方法與其他消毒方法相比，具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。應(yīng)用比較成功的有：對(duì)管道容器的消毒，利用 中 央空調(diào)凈化系統(tǒng)對(duì)潔凈區(qū)的消毒以及制藥企業(yè)用水消毒。而臭氧消毒卻避免的其他消毒方法產(chǎn)生的再污染。節(jié)省再次清潔的珍貴水資源。

提取臭氧的主要方法

目前主要有兩種方法：①電暈法    ②水解法

     電暈放電法就是模仿自然界雷電產(chǎn)生臭氧的方法，以空氣為原料，通過人為的高壓電場作用產(chǎn)生電暈放電，該過程就是臭氧產(chǎn)生的過程。目前市場上運(yùn)用比較多的就是電暈法技術(shù)。此技術(shù)在制取過程中產(chǎn)生對(duì)人體有害的氮氧化物（NOX） 和電磁波污染。

     水解式臭氧發(fā)生方法是目前先進(jìn)的臭氧制取技術(shù)，與其他方法完全不同。它以水為原料，用低壓直流電電解去離子水，使水在特制的電級(jí)陽級(jí)區(qū)失去電子，表面形成羥基自由基。從而使產(chǎn)生出來的臭氧濃度高達(dá)25％，能完全滿足消毒需要，并不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生對(duì)人體有益的氧氣。與電暈法相比，有它獨(dú)特的優(yōu)勢。也是當(dāng)今純度濃度高的臭氧制取技術(shù)。