1、臭氧發(fā)生器的規(guī)格是按照臭氧產(chǎn)生量的多少劃分的。臭氧產(chǎn)量的單位是mg/h或g/h(毫克/小時(shí)或克/小時(shí)),即臭氧發(fā)生器工作1小時(shí)能夠產(chǎn)生多少重量單位的臭氧。 2、臭氧在空氣中的濃度單位是ppm或mg/m3;臭氧在水中的濃度單位是ppm或mg/L。換算方法:在空氣中時(shí)1ppm﹦2 mg/m3;在水中時(shí),1ppm﹦1mg/L。 3、臭氧在大氣中達(dá)到一定的濃度時(shí)就會造成環(huán)境污染。我國規(guī)定:在居住環(huán)境,臭氧濃度超過0.1mg/m3時(shí)就構(gòu)成空氣污染;在作業(yè)場所,臭氧濃度超過0.2mg/m3時(shí)就構(gòu)成污染。 4、空氣中的臭氧濃度達(dá)到0.01-0.02mg/m3時(shí),人即可嗅知。 5、在對食品廠、化妝品廠、生產(chǎn)車間、庫房等場所進(jìn)行消毒時(shí),空氣中的臭氧濃度需達(dá)到10-20 mg/m3,并且要密閉作用30分鐘的時(shí)間。消毒時(shí)人不可在現(xiàn)場。 6、常壓混合條件下,瓶裝純凈水用臭氧消毒時(shí),通常1m3/h水需使用3g臭氧,并且水中臭氧濃度需≥0.3mg/L;對瓶裝礦泉水臭氧消毒時(shí),通常1m3/h水需使用6g臭氧,并且水中臭氧濃度需≥0.5mg/L。 臭氧是一種具有刺激性特殊氣味的不穩(wěn)定氣體,分子結(jié)構(gòu)如圖所示。它可在地球同溫層內(nèi)光化學(xué)合成,但是在地平面上僅以極低濃度存在。 1.1 一般物理性質(zhì) 在常溫下,臭氧為藍(lán)色氣體,不過在常溫下,藍(lán)色并不明顯,除非是相當(dāng)厚的氣體。臭氧的主要物理性質(zhì)列于表 1-1, 液體密度和蒸汽壓列于表 1-2 。 1-1 純臭氧的物理性質(zhì) 熔點(diǎn)( 760mmHg)/℃ -192.5±0.4 氣體密度( 0℃)/(g/L) 2.144 沸點(diǎn)( 760mmHg)/℃ -111.9±0.3 蒸發(fā)熱( -112℃)/(J/L) 316.8 臨界溫度 /℃ -12.1 臨界密度 /(g/ml) 0.437 臨界壓力 /atm 54.6 固態(tài)臭氧密度( 77.4K)/(g/cm 3 ) 1.728 臨界體積( cm 3 /mol) 111 液態(tài)熱容( 90~105K)/(cal/k) 0.425+0.0014×(T-9) 液態(tài)臭氧的粘滯度 77.6K(Pa?s) 90.2K(Pa?s) 0.00417 0.00156 汽化熱 -111.9℃ -183℃ 14277 15282 表面張力( cyn/cm)① 77.2K 90.2K 43.8 38.4 生成熱 氣體( 298.15k) 液體( 90.15k) 理想氣體( 0k) 142.98 125.60 145.45 等張比容( 90.2K) 75.7 生成自由能(氣體, 298.15k) 162.82 介電常數(shù)(液態(tài) 90.2k) 4.79 偶極距 /Debye(德拜) 0.55 磁化率( cm-g-s單位)氣體/液體 0.002×10 -6 0.150 ?、?dyn=10 -3 N/m;1atm=101.325Pa;1cal=4.18J 。 表 1-2 臭氧的液體密度和蒸氣壓 溫度 /℃ 液體密度 /(g/cm 3 ) 液體蒸氣壓 /mmHg 溫度 /℃ 液體密度 / ( g/cm3 ) 液體蒸氣壓 /mmHg -183 1.574 0.11 -140 1.442 74.2 -180 1.566 0.21 -130 1.410 190 -170 1.535 1.41 -120 1.318 427 -160 1.504 6.75 -110 1.347 865 -150 1.473 24.3 -100 1.316 1605 1.2 臭氧的溶解度 臭氧略溶于水,標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下( STP ),其溶解度比氧大 13 倍(見表 1-3 ),比空氣大 25 倍。 表 1-3 臭氧在水中的溶解度(氣體分壓為 10 5 Pa ) /(ml/L) 氣體 密度( g/L) 溫度 /℃ 0 10 20 30 O 2 1.492 49.3 38.4 31.4 26.7 O 3 2.143 641 520 368 233 空氣 1.2928 28.8 23.6 18.7 16.1 將臭氧通入蒸餾水中,可以測出不同溫度、不同壓力下臭氧在水中的溶解度。圖 2-2 是在壓力為 1atm 時(shí),純臭氧在水中的溶解度和溫度的關(guān)系曲線。從圖2-2 知,當(dāng)溫度為 0℃ 時(shí),純臭氧在水中的溶解度可達(dá) 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L). 臭氧和其他氣體一樣,在水中的溶解度符合亨利定律,即在一定溫度下,任何氣體溶解于已知液體中的質(zhì)量,將與該氣體作用在液體上的分壓成正比,而亨利常數(shù)的大小只是溫度的函數(shù),與濃度無關(guān)。 C=K H P (1-1) 式中 C -臭氧在水中的溶解度, mg/L ; P -臭氧化空氣中臭氧的分壓, kPa ; K H -亨利常數(shù), mg/ ( L?kPa )。 從式( 1-1 )知,由于實(shí)際生產(chǎn)中采用的多是臭氧化空氣,其臭氧的分壓很小,故臭氧的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表 1-3 中的數(shù)據(jù)。例如,用空氣為原料的臭氧發(fā)生器生產(chǎn)的臭氧化空氣,臭氧只占 0.6 %~ 1.2 %(體積)。根據(jù)氣態(tài)方程及道爾頓分壓定律知,臭氧的分壓也只有臭氧化空氣壓力的 0.6 %~ 1.2 %。因此,當(dāng)水溫為 25℃ 時(shí),將這種臭氧化空氣加入水中,臭氧的溶解度只有( 0.625 ~ 1.458 ) ×10 -4 mol/L(3 ~ 7mg/L) 。 表 1-4 低濃度臭氧在水中的溶解度 /(mg/L) 氣體質(zhì)量百分比含量 /% 溫度 /℃ 0 5 10 15 20 25 30 1 8.31 7.39 6.5 5.6 4.29 3.53 2.7 1.5 12.47 11.09 9.75 8.4 6.43 5.09 4.04 2 16.64 17.79 13 11.19 8.57 7.05 5.39 3 24.92 22.18 19.5 16.79 12.86 10.58 8.09 在一般水處理中,臭氧濃度較低,所以在水中的溶解度并不大。在較低濃度下,臭氧在水中的溶解度基本滿足亨利定律。低濃度臭氧在水中的溶解度見表 1-4 。 二、臭氧的化學(xué)性質(zhì) 1. 臭氧的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定,在空氣和水中都會慢慢分解成氧氣,其反應(yīng)式為: 2O3 →3O2 + 285kJ ( 1-2 ) 由于分解時(shí)放出大量熱量,故當(dāng)其含量在 25 %以上時(shí),很容易爆炸。但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過 10 %,在臭氧用于飲用水處理的較長歷史過程中,還沒有一例氧爆炸的事例。 含量為 1 %以下的臭氧,在常溫常壓的空氣中分解半衰期為 16h 左右。隨著溫度的升高,分解速度加快,溫度超過 100℃ 時(shí),分解非常劇烈,達(dá)到 270℃ 高溫時(shí),可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快的多。在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速回復(fù)到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時(shí),其半衰期為 5 ~ 30min ,但在純水中分解速度較慢,如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸餾水中,經(jīng)過 85min 后臭氧分解只有 10 %,若水溫接近 0℃ 時(shí),臭氧會變得更加穩(wěn)定。 臭氧在水中的分解速度隨水溫和 PH 值的提高而加快,圖 1-3 為 PH=7 時(shí),水溫和分解速度的關(guān)系,圖 1-4 為 20℃ , PH 和分解速度的關(guān)系。 為提高臭氧利用率,水處理過程中要求臭氧分解得慢一些,而為了減輕臭氧對環(huán)境的污染,則要求處理后尾氣中的臭氧分解快一些。 2. 臭氧的氧化能力 臭氧得氧化能力極強(qiáng),其氧化還原電位僅次于 F 2 ,在其應(yīng)用中主要用這一特性。從表 1-5 中看出。 從表 1-5 可知,臭氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力最強(qiáng)的。同時(shí),臭氧反應(yīng)后的生成物是氧氣,所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。 表 1-5 氧化還原電位比較 名稱 分子式 標(biāo)準(zhǔn)電極電位 /mv 名稱 分子式 標(biāo)準(zhǔn)電極電位 /mv 氟 F2 2.87 二氧化氯 ClO 2 1.50 臭氧 O3 2.07 氯 Cl 2 1.36 過氧化氫 H2O2 1.78 氧 O 2 1.23 高錳酸鉀 MnO4 - 1.67 3. 臭氧的氧化反應(yīng) a 、與無機(jī)物的氧化反應(yīng) ?、?臭氧與亞鐵的反應(yīng) ⑵ 臭氧與 Mn2+ 的反應(yīng) ?、?臭氧與硫化物的反應(yīng) ⑷ 臭氧與硫氰化物的反應(yīng) ?、?臭氧與氰化物的反應(yīng) 總反應(yīng)為: ?、?臭氧與氯的反應(yīng) b 、臭氧與有機(jī)物的反應(yīng) 臭氧在水溶液中與有機(jī)物的反應(yīng)極其復(fù)雜,下面僅以大家公認(rèn)的幾種反應(yīng)式列出以供參考。 ?、?臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng) 臭氧容易與具有雙鏈的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)歷程描述如下: 式中 G 代表 OH 、 OCH3 、 OCCH3 等基。反應(yīng)的最終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯(cuò)的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。 ?、?臭氧和芳香族化合物的反應(yīng) 臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。其 ?、?對核蛋白(氨基酸)系的反應(yīng) ?、?對有機(jī)氨的氧化 臭氧在下列混合物的氧化順序?yàn)?nbsp; 鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴 c 、臭氧的毒性和腐蝕性 臭氧屬于有害氣體,濃度為 6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 時(shí),對眼、鼻、喉有刺激的感覺;濃度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ~ 30mg/m3 ) 時(shí),出現(xiàn)頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥 ; 臭氧濃度為 3.125×10 -4 ~ 1.25×10 -3 mol/L(15 ~ 60mg/m 3 ) 時(shí) , 則對人體有危害。其毒性還和接觸時(shí)間有關(guān),例如長期接觸 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧會引起永久性心臟障礙,但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過 2h ,對人體無永久性危害。因此,臭氧濃度的允許值定為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很濃,濃度為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 時(shí),人們就感覺到,因此,世界上使用臭氧已有一百多年的歷史,至今也沒有發(fā)現(xiàn)一例因臭氧中毒而導(dǎo)致死亡的報(bào)道。 臭氧具有很強(qiáng)的氧化性,除了金和鉑外,臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會被強(qiáng)烈氧化,但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕?;谶@一點(diǎn),生產(chǎn)上常使用含 25 % Cr 的鉻鐵合金(不銹鋼)來制造臭氧發(fā)生設(shè)備和加注設(shè)備中與臭氧直接接觸的部件。 臭氧對非金屬材料也有了強(qiáng)烈的腐蝕作用,即使在別處使用得相當(dāng)穩(wěn)定得聚氯乙烯塑料濾板等,在臭氧加注設(shè)備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發(fā)生設(shè)備和計(jì)量設(shè)備中,不能用普通橡膠作密封材料,必須采用耐腐蝕能力強(qiáng)的硅橡膠或耐酸橡膠等。 臭氧的物理性質(zhì) 在常溫常壓下,較低濃度的臭氧是無色氣體。當(dāng)濃度達(dá)到15%時(shí),呈現(xiàn)出淡藍(lán)色。臭氧可溶于水,在常溫常壓下臭氧在水中的溶解度比氧氣高約13倍,比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩(wěn)定性受水中所含雜質(zhì)的影響較大,特別是有金屬離子存在時(shí),臭氧可迅速分解為氧氣,在純水中分解較慢。 臭氧的密度是2.14g?l(0°C,0.1MP)。沸點(diǎn)是-111°C,熔點(diǎn)是-192°C。臭氧分子結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的,它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧的主要物理性質(zhì)列于表1-1。臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在實(shí)用上它的溶解度甚小,因?yàn)樗袷睾嗬桑淙芙舛扰c體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低,故分壓也極低,那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出,使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態(tài)。 表1:臭氧的主要物理性質(zhì) 項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值 分子量 47.99828 粘度(液態(tài)),Mpa?S在90.2時(shí) 1.56 熔點(diǎn),°C -192.7+(-)0.2 表面張力,Mn/m在77.2K時(shí) 43.8 沸點(diǎn),°C -111.9+(-)0.3 表面張力,Mn/m在90.2K時(shí) 38.4 臨界狀態(tài) (溫度)/°C -12.1+(-)0.1 等張比容(90.2K) 75.7 臨界狀態(tài) (壓力)/Mpa 5.46 介電常數(shù)(液態(tài),90.2K),F/m 4.79 臨界狀態(tài) (體積)/(cm3/mol) 147.1 偶極距,C?m(D) 1.84*10 (0.55) 臨界狀態(tài) (密)/(g/cm3) 0.437 熱容(液態(tài),90-150K),F(xiàn)/m 1.778+0.0059(T-90) 密度 氣態(tài)(0°C,0.1Mpa)/(g/l) 2.144 摩爾氣化熱,在161.1K時(shí) 14277 密度 液態(tài)(90K)/(g/cm3) 1.571 摩爾氣化熱,在90K時(shí) 15282 密度 固態(tài)(77.4K)/(g/cm3) 1.728 摩爾生成熱,KJ/mol -144 粘度(液態(tài)),Mpa?S在77.6K時(shí) 4.17 表2:臭氧在水中的溶解度 溫度,°C 溶解度,g/l 0 1.13 10 0.78 20 0.57 30 0.41 40 0.28 50 0.19 60 0.16 臭氧的化學(xué)性質(zhì) 臭氧很不穩(wěn)定,在常溫下即可分解為氧氣。臭氧、氯和二氧化氫的氧化勢(還原電位)分別是2.07、1.36、1.28伏特,可見臭氧在處理水中是氧化力量最強(qiáng)的一種。臭氧的氧化作用導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子的破裂。使臭氧分子結(jié)合在有機(jī)分子的雙鍵上,生成臭氧化物。臭氧化物的自發(fā)性分裂產(chǎn)生一個(gè)羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子,后者是不穩(wěn)定的,可分解成酸和醛。 臭氧與無機(jī)物反應(yīng) 除鉑、金、銥、氟以外,臭氧幾乎可與元素周期表中的所有元素反應(yīng)。臭氧可與K、Na反應(yīng)生成氧化物或過氧化物,在臭氧化物中的陰離子O3實(shí)質(zhì)上是游離基。臭氧可以將過渡金屬元素氧化到較高或最高氧化態(tài),形成更難溶的氧化物,人們常利用此性質(zhì)把污水中Fe2+、Mn2+及Pb、Ag、Cd、 Hg、Ni等重金屬離子除去。此外,可燃物在臭氧中燃燒比在氧氣中燃燒更加猛烈,可獲得更高的溫度。 臭氧與有機(jī)物反應(yīng) 臭氧與有機(jī)物以三種不同的方式反應(yīng):一是普通化學(xué)反應(yīng);二是生成過氧化物;三是發(fā)生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物質(zhì)二甲苯與臭氧反應(yīng)后,生成無毒的水及二氧化碳。所謂臭氧分解是指臭氧在與極性有機(jī)化合物的反應(yīng),是在有機(jī)化合物原來的雙鍵的位置上發(fā)生反應(yīng),把其分子分裂為二。由于臭氧的氧化力極強(qiáng),不但可以殺菌,而且還可以除去水中的色味等有機(jī)物,這是它的優(yōu)點(diǎn),然而它的自發(fā)性分解性、性能不穩(wěn),只能隨用隨生產(chǎn),不適于儲存和輸送,這是它的缺點(diǎn)。當(dāng)然,如果從凈化水和凈化空氣的角度來看,由于其分解快而沒有殘留物質(zhì)存在,又可以說成是臭氧的一大優(yōu)點(diǎn)。 臭氧與水中腐殖質(zhì)反應(yīng) 腐殖酸的結(jié)構(gòu)含有很多孔穴,它們能截留或固定有機(jī)分子。如腐殖質(zhì)能與金屬和殺蟲劑相互作用。他們還可能含有被截留在聚合的網(wǎng)絡(luò)中的揮發(fā)星芳香族化合物。這些化合物可能在化學(xué)氧化過程中釋放出來,導(dǎo)致TOC的增加或毒性的增加。所以為達(dá)到供應(yīng)人們清潔、安全飲水的目的,去除原水中腐殖質(zhì)是十分必要和重要的。 4.臭氧的用途 臭氧的應(yīng)用 隨著水源污染的加劇和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高,針對常規(guī)處理工藝的不足,臭氧技術(shù)正逐漸引起人們的關(guān)注,并逐步得到應(yīng)用。臭氧的主要作用有:消毒、氧化有機(jī)物、去除氣味和顏色、去除顆粒。各方面資料表明,目前我國使用臭氧技術(shù)主要應(yīng)用在飲用水消毒、游泳池水消毒、醫(yī)療業(yè),還未得到廣泛的應(yīng)用。 臭氧的主要應(yīng)用領(lǐng)域 行業(yè) 應(yīng)用 飲用水 自來水殺菌消毒;瓶裝、桶裝純凈水、礦泉水等飲用水消毒;高樓屋頂水箱的水質(zhì)處理 城市污水處理 城市污水處理廠的深度處理 娛樂業(yè) 游泳池水質(zhì)消毒;營業(yè)場所空氣凈化、環(huán)境的消毒 醫(yī)療業(yè) 病房、手術(shù)間的空氣消毒,醫(yī)療器械消毒,醫(yī)療廢水滅菌消毒處理、衣物的消毒 化工業(yè) 工業(yè)廢水、廢氣處理;能迅速分解廢水中的氰鉻鹽、酚等;有機(jī)染料的脫色 家電業(yè) 臭氧消毒洗滌器、臭氧洗衣機(jī)、臭氧消毒碗柜、臭氧洗碗機(jī)等 在標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力下,臭氧是氧溶解度的13倍。 從亨利定律可以得出結(jié)論:要提高臭氧在水中的溶解度,必須提高臭氧氣在整個(gè)氣源中分壓,即提高臭氧源的濃度,如果臭氧源的濃度不夠,處理時(shí)間再長,水中臭氧濃度也提不高(因已達(dá)到濃度平衡)。 從以上論述,可以得到結(jié)論: 1、為保證殺菌效果,必須保證水中臭氧的一定濃度與處理時(shí)間。 2、為保證水中臭氧的一定濃度就需保證: a.臭氧源的濃度。 b.一定的氣溫。 c.水溫不能過高。 d.投入水中臭氧氣的比表面積盡量大,使臭氧與水的接觸機(jī)會更多。 根據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)一般水質(zhì)的飲用水消毒處理參數(shù)推薦為:水溶臭氧濃度O.4mg/L,接觸時(shí)間為4分鐘,即CT值為1.6。臭氧投加量1-2mg/L,水溫最好在25℃以下。前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中臭氧濃度不低于O.3mg/L。我國瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時(shí)瓶內(nèi)水臭氧濃度0.3mg/L. 二、目前常用的三種接觸裝置與其效果 前節(jié)已提到接觸裝置的根本目的是保證臭氧在水中有盡量大的溶解度,為此,就需使臭氧氣與水的接觸面盡量大,有足夠的接觸時(shí)間,因而對接觸裝置的基本要求是: 1、能保證最優(yōu)化的臭氧吸收效果。 2、接觸裝置工作時(shí),工藝參數(shù)控制容易,工作穩(wěn)定,安全性好。 3、能耗(攪拌或輸送水、氣所需動(dòng)力)最低。 4、最小的體積下有最大的生產(chǎn)能力。 5、結(jié)構(gòu)簡單,用料便宜,制造與維修成本低。 一般常用的接觸裝置有三種:鼓泡塔或池:水射器(文丘里管)與固定螺旋混合器(單用或合用):攪拌器或螺旋泵:也有兩種以上串聯(lián)使用的,簡介如下: l、鼓泡法:大型水處理用鼓泡池,小型水處理則常用鼓泡塔,它要求鼓泡器有小(幾個(gè)微米到幾十微米孔徑)的孔徑以增加臭氧的比表面積,而且要求孔徑布?xì)饩鶆?,以使水、氣全面接觸,尤其是在鼓泡池中用多個(gè)布?xì)馄鲿r(shí),同時(shí)一般要求從水面到布?xì)馄鞅砻妫畈恍∮?-5m,以利于氣、水充分接觸。 想要了解更多有關(guān)臭氧的知識可聯(lián)系:18316980324(VX同步) |