臭氧基本知识2011/03/16
臭氧（O3）是氧（O2）的同素异形体，纯净的O3常温常压下为蓝色气体，密度为2.143kg/m3（0οC,760mmHg），与空气的密度比1.657。O3是一种具有刺激性气味的有毒气体，人在O3环境中工作的允许浓度值为0.1PPm。O3在水中的氧化还原电位为2.076伏，比氯（1.36伏）高出50%以上，因此O3具有很强的氧化能力（仅次于氟），能氧化大部分有机物，能腐蚀金属。O3在水中的溶解度大于氧，采用一定的扩散方式，O3对水的传质系数可达90%以上。
O3极不稳定，会分解成O2，同时放出大量的热量。O3在空气中分解消失的半衰期为12h,在水中的分解速度比在空气中快得多，水中O3浓度为3mg/L时，常温常压下，其半衰期仅为5～10min。
由于O3极不稳定，且无法储存，只能现场制备直接使用。O3可通过O2制得，其热化学方程式如下：3O2→2O3-288.9KJ。工业用O3制备一般采用无声放电法：原料气（O2或空气）通过放电管间隙，气流中的一部分O2在高电压作用下激发为氧原子，氧原子和其它O2生成O3。这一过程中，在放电间隙将产生大量热量，它会加速O3的分解而影响产量，必须采取适当的冷却措施。
二、电晕放电法原理：
电晕放电法，传统观点认为臭氧生产有利的放电形式是均匀分布在放电空间的无声的电晕放电。在电晕放电过程中，含有氧气的气体间隙在高电压下被击穿而导电。放电空间的部分气体分子被离子化成为导电质点，产生特殊的蓝紫色辉光并放出大量的热。电晕放电时放电间隙的电压降大（数千伏到数十千伏），电流密度较小（通常低于1A/m2）。放电过程中，大部分电子在放电空间里被电场加速到约10-18j（6.24leV）的能量。一般认为放电法生产臭氧的过程如下：氧气分子的共价键被外来的高能量电子断开，当高能态氧原子重新组合成分子的时候就有一部分会构成臭氧分子。氧气分子的键能约为6～8eV，臭氧分子分解的值能量为2eV。因此，低于6～8eV水平的能量电子不能生成臭氧，只能促进臭氧分子的分解。所以在臭氧发生器中尽量减少低能量电子的比例，对于提高发生器的效率，降低生产臭氧能耗具有很大意义。
电晕放电所释放的热量有利于断开氧分子的共价键和促进氧原子之间的组合，但也会加速臭氧的分解。臭氧的分解是吸热反应：
O3→O＋O2
通过放电区域的氧气中只有一小部分能转化成臭氧，一个理想的放电通道应该具有较短的持续时间，合适的强度。每一次放电产生的朝阳应能立即输送到放电通道以外。放电通道的温度也应控制在合理的范围，以抑制臭氧的分解反应。由于原料气体中仅有一小部分会转化成臭氧，因此臭氧发生器的产出和投加臭氧时所应用的并不是纯臭氧，而是含有臭氧的气体，称为臭氧化气体。
往往采用冷却和提高气流速度的方法尽量保存生成的臭氧。因此在一定的范围之内，一般臭氧发生器的气流流量越高，产出的臭氧浓度就越低，但臭氧的绝对产量增加了。生产单位数量臭氧的电耗与气体流量的关系不定，一般有一个最低值，与发生器的设计有关。
臭氧发生器的产生效率与许多因素有关。其中主要有：
电极的几何形状和放电间隙大小；
原料气的性质和组成；
产生温度；
气体流量；
放电电压、电压波形和交流电压频率；
电介质的介电常数和电介质损好系数；
气体中的湿度等。
三．臭氧系统的组成
O3工艺的运用主要有如下三种形式：（1）O3预处理。（2）O3与颗粒活性碳过滤相结合的O3生物活性炭处理（3）O3消毒。无论采用何种O3工艺，水厂O3系统都由以下四个基本部分组成：（1）气源（2）O3发生系统（3）O3接触池（4）尾气破坏系统。
气源主要有三种，一是使用成品纯液态氧，二是现场用空气制备纯气态氧，三是直接利用空气。为了提高O3的浓度，同时节省能耗，降低设备及管道尺寸，目前较先进的O3发生器多采用前两种方式制备O3。第三种方式适用于O3产量较小的场合。
四、臭氧的投加方式
O3投加是指通过一定的方式使O3气体扩散到液体中并使之与液体全面接触和完成预期反应的过程。这一过程是通过O3接触池来完成。不同的工艺目标和相应的反应决定了接触池中接触器的形式和接触时间。接触器的形式主要包括微气泡扩散接触、涡轮扩散接触、水射器扩散接触以及接触填料扩散接触等形式。目前对原水使用较多的是水射器扩散接触，对清水则采用微气泡扩散接触方式较为普遍。
五、尾气破坏系统是收集接触器内排出的剩余O3气体并人为地分解成对环境无害的O2。尾气破坏主要有两种方法，一是化学触媒法，二是加热分解法。目前使用较普遍的是加热分解法。
六、臭氧消毒的优点
⒈氧化能力强，能在消毒时兼代处理许多其他的水质问题。
⒉杀菌效果显著，作用迅速。
⒊臭氧消毒效果受水质影响小。
⒋广谱高效。
⒌臭氧消毒处理无副作用。
⒍臭氧消毒处理的感官作用较舒适。
⒎消毒处理对健康的影响小。
