臭氧应用技术讲解课件.ppt

1、臭氧应用技术林万晌第1页，共39页。臭氧基本特性n在自然条件下,他是淡蓝色气体,但在常温下,并不明显n在标准压力和常温下,它的溶解度是氧气的13倍n比空气重,是空气的1.658倍n具有强氧化性n在正常情况下,臭氧不稳定,容易分解为氧气n臭氧分子是逆磁性,容易结合一个电子成为负离子分子n臭氧在空气中半衰期为20-50min,随温度和湿度的升高而加快n臭氧在水中的半衰期约为35min,随水质和水温不同而有异n臭氧在冰中稳定,半衰期达2000年.第2页，共39页。臭氧在水中溶解度臭氧和其他气体一样，在水中的溶解度符合亨利定律，即在一定温度下，任何气体溶解于已知液体中的质量，将与该气体作用在液体上的分

2、压成正比，而亨利常数的大小只是温度的函数，与浓度无关。C=K H P (1-1)式中 C 臭氧在水中的溶解度，mg/L；P 臭氧化空气中臭氧的分压，kPa；(质量比*空气压力)K H 亨利常数，mg/（LkPa）。第3页，共39页。低浓度臭氧在水中溶解度低浓度臭氧在水中的溶解度(mg/L)气体质量百分比含量%温度05101520253018.317.396.55.64.293.532.71.512.4711.099.758.46.435.094.04216.6415.791311.198.577.055.39324.9222.1819.516.7912.8610.588.09第4页，共39页。

3、臭氧的分解 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 臭氧在空气中和水中都很容易分解,一般在空气中20-50分钟可分解完,在水中分解会比空气中快,如下图所示:第5页，共39页。臭氧氧化性n 与无机物的氧化反应 臭氧与亚铁的反应 臭氧与 Mn2+的反应 臭氧与硫化物的反应 臭氧与硫氰化物的反应 臭氧与氰化物的反应 臭氧与氯的反应 n 与无机物的氧化反应 臭氧与烯烃类化合物的反应臭氧和芳香族化合物的反应 对核蛋白（氨基酸）系的反应 对有机氨的氧化 第6页，共39页。臭氧的毒性和腐蚀性 n臭氧属于有害气体，臭氧在空气中浓度的允许值定为:4.461

4、0-9 mol/L(0.1ppm)8h;(美国和IOA标准)n 臭氧在水中的浓度允许值为:0.01mg/L n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。第7页，共39页。臭氧应用n臭氧应用特点:氧化能力强,反应速度快对细菌,病毒,芽孢,软体微生物等极强杀灭作用氧化农药毒素,降低水中BOD,COD可还原成O2,无二次污染(在水中存在20分钟，在空气中4-12小时)改善水的理化性能,可脱色

5、,除臭,除异味控制藻类助凝n臭氧应用:饮用水深度处理 工业循环冷却水 工业废水 游泳池水处理 城市污水 医院污水 半导体芯片 OLED 养殖农业 化工中间体合成 印染废水第8页，共39页。臭氧在游泳池中的应用臭氧技术处理游泳池水氯技术对比:n优点:杀菌,消毒速度快(是氯的600-3000倍,例如,杀灭粪型大肠杆菌,臭氧只需5秒,氯需要15000秒)无二次污染(用氯会产生三氯甲烷,氯仿等有毒物质,并有刺鼻性气味)无腐蚀(氯为产生酸性物质,腐蚀游泳池设施)分解微小有机物,是池水保持清澈.管理,维护方便.运行成本低n缺点:初期投资较大游泳池来水 换热器 循环泵 滤桶 泄水管 游泳池臭氧发生器压力水第

6、9页，共39页。游泳池臭氧处理系统设计游泳池CT值:1.6(欧洲和加拿大国家标准)CT=C(臭氧浓度)*T(时间)(0.4mg/L*4min)推荐臭氧发生器选择:臭氧发生器产量(g/h)=循环水流量(m3/h)臭氧投加浓度(g/m3)。反应罐反应罐容积(m3)=循环水流量(m3/h)旁流水百分比(%)反应时间(h)。第10页，共39页。臭氧在工业循环冷却水中的应用循环冷却水在使用之后，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，溶解固体和悬浮物相应增加，空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄露等，均可进入循环冷却水，所有这些都容易造成管路腐蚀，结垢，甚至产生细菌并形成生物膜臭氧在循环

7、冷却水中的作用臭氧在循环冷却水中的作用臭氧是强大的生物杀灭剂：冷却水中有0.1mg/l的时候，3小时后可以破坏70-80%生物膜，当水中有0.4mg/l时，2-3分钟可以100%破坏生物膜防腐蚀：在低浓度含臭氧的水中PH值为89，这一条件不利于化学腐蚀的发生；其次，由于臭氧分解产生的氧原子能与铁离子反应，使铁管表面形成致密的-氧化铁钝化膜，对系统产生保护作用；第三，臭氧能有效杀灭噬硫噬铁等微生物，切断了腐蚀源 阻垢：臭氧不能直接攻击垢的主要成分如碳酸钙，但臭氧在氧化过程中会生成（OH）、（HO2）、（O3-）、（H2O2）等自由基中间产物，氧化垢基质中的有机物，使垢变松并脱落 与传统加药处理工

8、艺相比，臭氧技术不但效果好，而且几乎是零成本运作第11页，共39页。臭氧在工业循环冷却水中的应用冷却塔臭氧处理系统的基本构成 第12页，共39页。臭氧在食品行业的应用 n臭氧在食品行业应用主要有三个目的:冷库消毒食品加工车间杀菌净化 更衣室和工作服消毒蔬菜水果贮藏防霉保鲜 n臭氧发生器的选用 根据多年的实践经验，间断使用臭氧，食品加工车间按500m3空间选用一台3g/h产量臭氧发生器；果蔬菜贮藏库容选用一台15g/h臭氧发生器；冷库消毒要求浓度高，可集中多台发生器连续开机48小时以上第13页，共39页。臭氧在矿泉水、纯净水及饮料用水生产中的应用 n氯消毒,紫外线消毒和臭氧消毒比较:臭氧无二次污

9、染,不会像氯一样产生氯仿等有毒物质不同的细菌对紫外线的照射量要求不同,而且紫外线在水中穿透能力有限,所以效果不够理想,但臭氧没有这些限制.臭氧不仅可以杀菌,而且可以去除重金属离子和各种有机物等杂质,并且脱色,达到净化水质的效果.国际瓶装水协会（IBWA）建议采用臭氧处理。第14页，共39页。工艺流程矿泉水工艺流程图纯净水工艺流程图第15页，共39页。臭氧消毒系统参数选择n消毒系统设计参数的选择国外经验饮用水CT值为1.6(0.4mg/L*4min);我国瓶装水行业推荐灌装时瓶内水臭氧浓度0.3mg/L,臭氧投加量一般为1-2mg/L.n主要设备的选择a臭氧发生器臭氧发生器的产量应根据设计流量及

10、臭氧投加量来确定。W=0.001QPW-臭氧发生器的产量（g/h）;Q-设计水量（L/h）P-臭氧投加量，一般采用1-2mg/L;0.001-单位换算系数b接触氧化罐接触氧化罐的尺寸应根据设计流量及流速来确定。S=Q/VS-罐体截面积（m2）;V-流速，一般采用8-10m/hD=（4S/3.14）1/2;D-罐体直径（m）罐体高度的确定：H=Vt+0.2H-罐体高度（m）;t-接触时间，一般采用4-10min;0.2-布水空间高度（m）第16页，共39页。臭氧在医疗废水行业中应用臭氧在医疗废水行业主要起到杀菌,消毒,去味,除色等作用,相对于其他几种处理方法,具有更好的作用,以下是几种方案的对比

11、.第17页，共39页。臭氧在水产养殖业应用臭氧在水产养殖业应用n特点:应用臭氧可降解水中的有机物、氨氮、亚硝酸盐等物质，并杀灭水中的致病菌和浮游生物。大大提高鱼、虾、贝类育苗和养殖的成活率。明显提高饲料的转化率，促进生长，提高产量。避免水质污染，如赤潮、工业废水、生活污水等。避免因周边养殖池的污染、病毒而造成的交叉感染。避免水质恶化和池底污染。降低消耗，降低生产成本。第18页，共39页。臭氧在水产养殖业处理工艺臭氧在水产养殖业处理工艺n淡水养殖中的臭氧杀菌饲育用水的处理模式图:(臭氧投加量:每立方水投加1-2克）图中所示先以 0.1-0.3mg/L 浓度处理 5-10 分钟，再曝气到臭氧浓度

12、0.003mg/L 以下方可用作饲育水。n海水养殖中臭氧杀菌饲育用水的处理模式图:(臭氧投加量:每立方水投加1-3克）图中所示先以 0.1-0.5mg/L 浓度处理 5-10 分钟，再经活性炭槽到臭氧浓度 0.003mg/L 以下方可用作饲育水。注意：海水养殖需经活性炭槽等将臭氧气体及所生成的强氧化剂去除，不能等同于淡水养殖工系。第19页，共39页。臭氧在养鱼水处理中的处理工艺 第20页，共39页。臭氧在半导体行业中的应用臭氧在半导体行业主要用于SACVD部门,主要臭氧同TEOS反应在晶圆表面生成氧化膜.在半导体行业中,臭氧浓度要求较高,通常需要达到12.5%浓度.臭氧也可用在半导体清洗领域，

13、用来去除晶圆表面的有机物和颗粒物第21页，共39页。臭氧发生器组成n气源:O2(85%)/空气n选用O2作为气源比起空气来能产生更高浓度的臭氧,功耗也越少选用空气作为气源，不但产生臭氧浓度低，功耗，并容易产生氮化物n放电电源：工频(50-60Hz);中频(400-1000Hz);高频(1000Hz)n臭氧发生桶(关键元件)n控制及电气元件：好的臭氧发生器一般采用PLC控制，具有远程控制，短路保护，冷却水保护，变压器过温保护，机柜开关保护，和各项连锁功能第22页，共39页。臭氧与水混合方法及比较n鼓泡法：鼓泡法：大型水处理用鼓泡池，小型水处理则常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小(几个微米到几十微米孔径

14、)的孔径以增加臭氧的比表面积，而且要求孔径布气均匀，以使水、气全面接触，尤其是在鼓泡池中用多个布气器时，同时一般要求从水面到布气器表面，水深不小于4-5m，以利于气、水充分接触。优点：操作方便，可以很容易改变运行参数而不影响投加效果和工作的稳定，动力消耗少，鼓泡塔结构简单，维修方便。缺点:但其体积过于庞大，池式占地面积大，塔式要求较高厂房成本较高 第23页，共39页。n水射器水射器(文丘里管)是利用高速水流在变径管道中流动造成的负压区吸入臭氧气，并形成湍流起到混合效果.而在文丘里管后设置固定螺旋混合器则可进一步起搅拌水、气作用，在较长的距离内保持湍流状态以加强吸收。这种装置由于混合时间很短，所

15、以在其输出管道后常常还需加设贮水罐，以增加水气接触时间，并使水流速降低以使尾气析出。它的结构比鼓泡塔大大减小，生产成本低，但需加设水泵以保证水的喷射速度，而且工艺参数不易掌握，处理水量不能随意调节，否则将发生气、液两相分离，影响吸收效果。第24页，共39页。n 搅拌法搅拌法 早期生产的搅拌器类似单缸洗衣机，只是电机上置、外筒做成多角型，利用搅拌造成的涡流使气泡打碎，溶入液体。此类搅拌法效果差，动力消耗大，比鼓泡法体积小但成本并不低，由于有机械运动及臭氧腐蚀，所以机器寿命低，维修费用高。近年有涡轮泵上市，混合效果很好，而且体积小巧，工r艺参数操作容易，但结构复杂成本高，动力消耗大，维修复杂，在它

16、的管路后而也需设置贮水罐。第25页，共39页。臭氧浓度测试 n碘量法碘量法 过去最经典的测量方法，用臭氧化气使碘化钾溶液中的碘游离出来而显色，然后用硫代硫酸钠滴定还原至无色，以消耗的硫代硫酸钠数量计算臭氧浓度。此法显色直观，设备便宜，但要用各种药品、洗瓶、量筒、天平、滴定管等化学试验设备，使用不方便，且易受其它氧化剂(如N0、CL等)干扰，I比法目前仍为我国的标准测量方法 第26页，共39页。n紫外吸收法紫外吸收法 利用臭氧对波长入=254nm紫外光的最大吸收值，使紫外光在臭氧气氛中衰减，再经光电元件、电子电路(比较电路，数据处理，数模转换)得到数据输出，此方法精确，可连续在线量测。己被美国等

17、工业先进国家选为标准方法，但该仪器价格较贵，一般作为检测单位与生产、科研单位使用。第27页，共39页。n电化学法电化学法 利用水中臭氧在电活化表面产生的电化学还原作用，电化回路中电流变化曲线与溶液中臭氧浓度成正比，这种仪器具有数据输出功能，可在线测量而且能实现对臭氧发生器的闭环反馈控制，价格比紫外法便宜，体积也较小。目前在大型水处理工程中应用。第28页，共39页。n比色法比色法 与碘量法同为化学法，是利用臭氧对化学试剂反应发生的显色或脱色现象确定臭氧浓度。它可用碘化钾、邻联甲苯胺或靛兰染料等多种化学物质，可直接肉眼观察与标准色管或比色盘比较，也可用分光光度计检测，此法简单易行，成本不高，在我国

18、目前水平适于推广，但测试药品是一次性消耗品。第29页，共39页。臭氧制取技术n光化学法光化学法 紫外线臭氧发生器紫外线臭氧发生器 此方法是光波中的紫外光会使氧气分子 O2 分解并聚合成臭氧 O3，大气上空的臭氧层即是由此产生的。优点 紫外法产生臭氧的优点是对湿度、温度不敏感，具有很好的重复性；同时，可以通过灯功率线性控制臭氧浓度、产量。这两个特性对于臭氧用于人体治疗与作为仪器的臭氧标准源是非常合适的 缺点紫外线灯的电光转换率低,大概只有0.6%-1.5%耗电量大,高达600kwh/kgO3 不适合工业用第30页，共39页。n电化学法电化学法 电解纯水臭氧发生器电解纯水臭氧发生器利用直流电源电解

19、含氧电解质产生臭氧气体 优点:电解法臭氧发生器具有臭氧浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优势，在医疗、食品加工与养殖业及家庭方面具有广泛应用前景 缺点 电解液多为水内填加酸、盐类电解质，电解面积比较小，臭氧产量很小，运行费用很高.但随着技术的发展,产量也有所提供,具报道,日本有公司可以做到120g/hr.第31页，共39页。n电晕放电法电晕放电法-臭氧发生器臭氧发生器 电晕放电法（无声放电或辉光发电法）就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法。常用的原料气体有：氧气空气以及含有氮、二氧化碳，或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。臭氧的产生机理：臭氧的产生机理：虽然有若干机理可能同电

20、晕内臭氧的形成有关，但 式特殊反应途径被认为是主要的 e+O2 2O e 利用高速电子轰击氧气，其分解成氧原子。高速电子具有足够的动能（6-7eV)紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。O+O2+MO3 M 式中 M 是气体中任何其它气体分子，不过与此同时，原子氧和电子也同样同臭氧反应形成氧气。O+O3 2O2 e+O3 O+O2+e 第32页，共39页。n沿面放电沿面放电 臭氧发生器臭氧发生器 沿面放电型发生器原理属于电晕放电，其放电区发生在高压电极边缘表面，由高压闪络形成。沿面放电区空气电晕能量集中，功率密度较高，需要良好的冷却。此型发生器有充惰性气体氖（Ne）或（Ar）的玻璃放电管和陶瓷片两种

21、,结构如下:优点电耗低缺点产量小,浓度低第33页，共39页。n气隙放电 臭氧发生器 气隙放电臭氧发生器是目前工业应用最多，单机产量最大，技术较成熟臭氧产品。它分为板式结构和管式结构两种。第34页，共39页。n板式结构臭氧发生器板式结构臭氧发生器 优点采用冲压盘式搪瓷技术，放电气隙小，加工精度高，臭氧浓度高，运行较稳定，工业己有规模应用。适合中小型臭氧产品缺点 大型臭氧需要多个放电室串联和并联来实现对系统要求较高。第35页，共39页。n管式结构臭氧发生器管式结构臭氧发生器 管式结构臭氧发生器是目前臭氧市场广泛采用、最为成熟技术以奥宗尼亚和威德高两公司产品为代表.产生的臭氧产量高.管式臭氧发生器一

22、般采用玻璃和非玻璃两种介质，电源采用可控硅和 IGBT，频率 800hz5000hz。第36页，共39页。臭氧测量单位及含义单位含义Volppm臭氧所占容积(cm3)与有臭氧的气体之容积(m3)(容积比)mg/L臭氧质量与有臭氧的气体容积比Mo/m3臭氧之摩尔数(mol)同含有臭氧气体容积比Vol%体积比Wt%质量比Pa单位分压=全压摩尔分率 1g/Nm3=467volppm (NTP)1mg/L=1gm3)=20810-2mol/m3 1vol%=10000vol ppm 1(pphm)=001(ppm)=1013mpa)(NTP)1%（wt）（空气中）=12.93g/m 3=6042ppm

23、 1%（wt）（氧气中）=14.3g/m 3=6682ppm 单位含义Wtppm臭氧质量含有臭氧溶液之质量106mg/L臭氧质量/臭氧的溶液容积Mo/m3臭氧之摩尔数(mol)/含有臭氧溶液容积1mg/L=1g/m3=2.0810-2mol/m31mg/L=1wtppm气态液态第37页，共39页。臭氧检测仪性能指标零点漂移24小时连续测定，测定开始及24小时以后用零气测定时仪器指示的变动器量程漂移24小时连续测定，测定开始及24小时以后用零气及满程浓度气测定时，仪器指示除去零点漂移时的变动率线性误差(指示误差)零点及满程校正后，中间量程附近浓度的校正气进行测定，所得的指示误差响应时间零点及满程校正后，通入满程浓度气，此时到仪器显示90满程浓度时的响应时间灵敏度灵敏度(Sensitivity)仪器仪表的输出变化值除以相应的输入变化值。线性度线性度(Linearity)校准曲线与规定直线的一致程度。分辨率分辨率(Resolution)仪器仪表指示装置可有意义地辨别被指示量两紧邻值的能力。(小数点后几位)精确度(Precision)所得值与真实值的精确程度准确度(Accuracy)与事实一致程度启动时间接通电源后到获得零点及量程漂移所要求之性能的时间第38页，共39页。第39页，共39页。