一、臭氧的基本知识
（二）臭氧的氧化性能
（三）臭氧的比较
（四）臭氧的浓度
二、臭氧的产生方法
（一）基本方法
三、APL系列臭氧发生器
四、臭氧的应用
（一）自来水厂水处理
（二）居民小区二次供水
（三）臭氧在矿泉水、纯净水及饮料用水中应
（四）游泳池水消毒灭菌
（五）中水回用
（六）制药厂如何选择用臭氧发生器
（七）冷库消毒
一、臭氧的基本知识
（一）臭氧与氧气对比
名称 | 臭氧 | 氧气 |
化学式 | O3 | O2 |
分子量 | 48 | 32 |
颜 | 淡蓝 | 无 |
气味 | 特殊臭味 | 无味 |
常温状态 | 安全带插销气体 | 气体 |
熔点 | -251℃ | -218.4℃ |
沸点 | -112.4℃ | -183℃ |
模锻锤化学性质 | 臭氧比氧气更活泼 |
水中溶解度 | 臭氧的溶解度是氧的13倍 |
用途 | 消毒、灭菌、脱、去臭 | 供给呼吸、支持燃烧 |
| | |
（二）臭氧的氧化性能
下表为几种常用的氧化剂的氧化性能比较
氧化剂 | 氧化性能EOP | EOP/EOP |
氟 | 3.06 | 2.25 |
臭氧 | 2.08 | 1.52 |
| 1.36 | 1.00 |
二氧化氯 | 1.27 | 0.93 |
| | |
（三）臭氧的比较
臭氧是氧的同素导形体，即由同一类原子构成。由于臭氧分子有三个氧原子，氧分子有两个氧原子，所以臭氧气体的比重是氧气的1.5倍。
在摄氏零度和一个大气压（1atm）下，氧气的比重是：
Po=1.429kg/m3
在摄氏27℃和一个大气压下，氧气的比重是：
P27=Po/1+0.0367×27=1.3kg/m3
由此，可算出臭氧在摄氏零度和一个大气压下的比重为：
Po=(1.429/2)×3=2.144kg/m3
在摄氏27℃和一个大气压下，臭氧的比重是：
P27=(1.3/2)×3=1.95kg/m3
（四）臭氧浓度
臭氧的浓度以mg/l、g/m3为单位计算。或以ppm为单位计算，在25℃1atm时，1ppm=1.963mg/m3；在0℃1atm时，1ppm=2.144mg/m3。
二、臭氧的产生方法
（一）基本方法 康德森：手机：136****8968；邮箱*************/
①电晕放电法是一种以干燥的含氧气体通过电晕放电区后产生臭氧的方法。
电晕放电法的机理，可由下式来描述
e-1+O2→2O+e-1 (1)
这项反应是由电晕中的自由高能电子离解氧分子开始的，高速电子具有足够的动能（6-7ev），轰击氧气分子，将其分解为氧原子，再通过三体碰撞反应形成臭氧：
O+O2+M→O3+M （2）
或中M是气体中任何其它气体分子
与此同时，氧原子和电子也同样与臭氧反应形成氧分子：
O+O3→2O2 （3）
e-1+O3→O+O2+e-1 （4）
②紫外辐射法
从光谱的远紫外线区到近红外线区，均已观测到可为氧气吸收的光。由氧形成臭氧为吸热反应：
1.5 O2→O3 ΔH=142.4KJ (5)
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③电解法（电化学法）是利用直流电源电解含氧电解质产生臭氧的方法。电解法生成臭氧具有浓度高，成份纯净，在水中溶解度高的优势。主要问题是电耗大和电极易氧化。其反应表达式为：桥梁建设在阳极处3H2O→O3+6H+6e （6）
在阴极处O2+4H+→2H2O （7）
工业上制出臭氧的主要方法是电晕放电法。
（二）电晕放电法制取臭氧
（1）基本方法：将交变电压器加在两个金属电极上，在两电极间产生放电，电极间和氧分子在高速运动的电子轰击下离解成氧原子，氧原子与氧分子和其它气体分子发生三体碰撞 形成臭氧。为了使放电均匀和提高放电效率，两个电极之间放置一层电介质。
下表为电介质的介电常数与介电强度
电介质 | 介电常数 | 介电强度（kv/mm） |
空气 | 1.0005 | 3 |
水 | 78 | |
云母 | 3.7-7.5 | 80-200 |
玻璃 | 5-10 | 10-25 |
纸 | 3.5 | 14 |
陶瓷 | 11-12 | 6-20 |
搪瓷 | 7-8 | 6-15 |
二氧化钛 | 100 | 6 |
钛酸钡 | 103-104 | 6 |
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常用的电介质有玻璃、陶瓷和搪瓷三种。
两个电极都是用不锈钢制成。
（2）影响臭氧制取率的几个因素
1高压电源的频率 康德森：手机：136****8968；邮箱*************/
加在两个电极之间交变电压的频率直接影响臭氧的制取效率。频率低，效率也低。例如第一代臭氧发生器采用工频（50Hz）其臭氧制取效率很低。表现为单位产量电耗大和相同产量的设备体积大。新一代的臭氧发生器采用中频（100-1000 Hz）和高频（高于1000 Hz）电源。
采用高频电源的好处是一方面可以提高放电体的臭氧产量，另一方面可以减小电源的体积，特别是可以减小高压变压器的体积。但并非电源的频率越高越好，这是因为放电体本身是一个容性负载、频率过高时可能造成极间电压达不到要求值，反而使臭氧产量下降。要使电源与放电体之间达到最佳匹配状态，必须适当选择电源频率。
2高压电源的波形
加在两个电极之间的交变电压的波形是影响臭氧制取效率的另一个重要因素。
常用的电源电压波形有两种：
第一种是正弦波电压。由于正弦波电压只包括一种频率，所以也称为无谐波电源。世界知名臭氧发生器制造厂家瑞士ozonia公司就是采用正弦波电源。
由于放电体是一种容性负载，采用单一频率的电源更容易使电源和放电体产生谐振，达到匹配状态，使臭氧的制取效率达到最高值。
第二种电压波形是方波。这种波形由基波和很多高次谐波构成，电源和放电体之间形不成谐振，即达不到最佳匹配状态，影响了臭氧的制取效率。
3介电质材料
常用的三种介电质材料，各有优缺点。 康德森：手机：136****8968；邮箱*************/
一般来说介电常数ε越大越好。介电常数ε也称电容系数。辞海中对“介电常数”一词的解释是：介电系数就是电容系数。下图给出了介电系数物理意义。
UA
金属电板A
d
介电质
UB 金属电板B
图中UA和UB是两个金属电极上的电位，UA-UB是两个电极之间的电压，S是一个电极的面积，D是两个电极之间的距离，两个电极之间被介电系数为ε的介质充满。两个极板和介电质构成一个电容器，此电容器的电容值为
C=q/UA-UB=εS/d
q为极板上的电荷量，由上式可以看出电容量与介电系数ε成正比，当介电质为真空时，ε=εo=1,当介电质为空气时，ε=1.0005,当介电质为玻璃时, ε=5-10,即以玻璃为介质的臭氧发生管等数电容C是以空气为介电质的臭氧发生管等效电容值的5-10倍。由于玻璃本身有很多不同材质，其介电系数相差很大，通常选用介电系数大的玻璃。
玻璃介电质的优点是介电常数较高，介电强度大，容易加工出大尺寸的臭氧管，不吸水，使用寿命长，对气源质量要求不高。缺点是介电常数不如陶瓷高，由于其介电强度大，需要高于1.5万伏以上的电压才能起辉放电，因此对电源要求高，这也是很多臭氧发生器制造厂家不愿意用玻璃作电介质的一个主要原因。
陶瓷介电质的优点是介电常数高（ε=11-12），介电强度适中，电源的制作较容易，缺点是很难加工大尺寸的陶瓷管或板，具有吸水性，吸水后介电强度和介电系数发生变化，因此对气源质量要求高。气源不洁净（含水蒸气和粉尘）时，需要定期将放电体折开擦洗，否则臭氧发生器将无法工作。
搪瓷介电质的介电常数不如陶瓷高，但不像陶瓷那么容易吸水，其介电强度适中，电源的制作较容易。缺点是需要严格控制搪瓷涂层的厚度和均匀度，在制造工艺上要求较高。
三、APL系列臭氧发生器
1、工作原理
APL臭氧发生器利用氧气在高频高压的作用下能变成臭氧这一原理，以市电（~220V）为供电电源，经AC/DC、DC/AC变换和高压变压器升压之后，将得到的高频高压加到全不锈钢等材料制成的臭氧发生管上，产生出大量臭氧。其工作原理如下图所示：
~220V 臭氧输出
50Hz
干燥空气或
氧气
康德森：手机：136****8968；邮箱*************/ 冷却水
2、特点
●独具特的软开启软关闭功能。开机时，电流和电压在十几秒钟的时间由零逐渐上升趋于稳定。关机后电流和电压在十几秒时间内逐渐变为零，该功能是本公司独有的。由于软开启和软关闭避免了开关机时对设备的冲击，因而减小了设备的故障率，延长了设备的使用寿命。
●软开关全桥主变换电路。全桥电路是DC/AC主变换的首选电路，该电路的变换效率高，且可以实现大功率DC/AC变换。将软开关技术引入全桥电路的目的是减小器件开关时受到的冲击，减小故障，延长寿命。
循环水旁滤器●选择最佳电源工作频率和波形，保证最大臭氧产出量。采用1K-2KHz的频率和正弦电压波形。
●无谐波。
●供电电源在220（1±20%）V的范围内，可正常工作，保证功率不变，臭氧产量不变。
●同时稳压和稳流。
●高可靠性和安全性。
●以空气为原料，使用方便。
●微电脑全自动控制，实现无人值守。
四、 臭氧的应用
（一）自来水厂水处理
1、概述
用于自来水厂的臭氧系统包括以下部分：
●臭氧发生器
●供气系统
●臭氧投加系统
●冷却投加系统
●冷却系统
●余臭氧破坏器
●监控系统
1臭氧发生器
主要参数：
●臭氧产量（go3/h）
●臭氧浓度（重量的百分比）：氧气的浓度和空气源的浓度。
●气源：干燥的氧气或空气，露点（-60℃），压力温度以及供气量（m3/h）等参数。
●冷却水：入口水温和出口水温、水量（l/h）等参数。
●供电电压：单相或三相50Hz。
●功率（KW）
●臭氧气体出口压力：2～3bar。
2供气系统
A液态氧（LOX）供气系统 康德森：手机：136****8968；邮箱*************/
●在氧气中掺入小量氮气
氮气占混合气体总重量的2.3%，氧气占混合气体总重量的97.7%
实际上，臭氧发生器的技术参数给的是每小时需要多少立方米氧气V1。因此要计算混合气体的氧气与氮气体积之比。可按以下方法计算：
每小时所需混合气体重量M=1.429 V1/0.977=1.463 V1 (kg)
氮气重量m=0.023m=0.034 V1 ( kg)
氮气的体积V2=m/1.251=0.0267 V1
即臭氧发生器每小时需氧气体积V1,同时需掺入0.0267 V1体积的氧气。
即氮气与氧气体积之比为0.0267:1
氧气与氮气混合方法与下图所示:
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