臭氧作为一种强氧化剂,具有消毒、杀菌、除臭、脱色等作用,现已广泛应用于水处理、化工、食品保鲜、医疗卫生等许多领域。但由于臭氧的生产效率低、生产成本高,在一定程度上影响了臭氧的应用。尤其在水处理工业上,一台大型臭氧发生装置的产量能达到每小时几十甚至上百千克,消耗的电能巨大。
目前工业上臭氧的生产主要是采用电晕放电法,基本原理如图1所示。在一对电极间隔以介电体(通常采用玻璃)和气隙(通常含氧气体)。当外加交流高压时,随着电压值的
升高,气隙中发生电晕放电,气体被电离,间隙中的含氧离子化浓度急剧增加,氧离子同氧分子以及氧离子相互之间反应生成臭氧,
反应过程如下[1,2]:
O2+高能量电子→2O+低能量电子(1)
O+O2+M→O3+M+热
(2)
式中M是间隙中的任何其他气体分子。同时,原子氧和电子也同臭氧反应生成氧:
O+O3→2O2
(3)O3+e-1
→O2+O+e-1
(4)因此,生成臭氧的反应是可逆反应,当臭氧生成与分解处于相对平衡时,电晕内臭氧浓度达到某一限值,一般用空气源时为1~4%(重量),济源臭氧发生器,氧气源时为4~8%。
生成臭氧的反应是吸热反应:
3O2→2O3
(5)所吸收的热量为: ??H=+144.8kJ/mol
所以理论上耗电1kWh可生成1220g臭氧,臭氧发生器,即臭氧电耗约为0.82kW??h/kg??O3。但当前典型的电晕放电臭氧发生器,用空气源时产生1kg臭氧(浓度1%)约需16kWh电能,电能利用率很低,只有5%左右,供应移动式臭氧发生器,其余都以热、声、光等形式消散了。
因此,探讨提高大型水处理用臭氧发生器效率的方法,中小型臭氧发生器,有很大的经济价值。
臭氧发生器选型
臭氧发生器选型非常重要应从以下几个方面进行选型:
1.确定臭氧发生器的型号即臭氧产量
采购臭氧发生器时首先要确定其使用用途,是用于空气灭菌除味还用于水处理。用于空气处理时可选择低浓度经济型的开放式臭氧发生器,它包括有气源开放式和无气源开放式两种好选有气源机型。该类臭氧发生器结构简单价格低廉,但工作时温度和湿度影响臭氧发生量。上述开放式臭氧发生器属较简单的臭氧装置,对于要求高的场所空气处理也应选择高浓度臭氧发生器。空气处理时按20-50mg/m3标准投放,食品药品行业选高值。可根具空间大小换算即得出臭氧的总用量(即臭氧发生器产量)。用于水处理时必须选购高浓度臭氧发生器(臭氧浓度大于12mg/L),低浓度臭氧处理水是无效的。高浓度臭氧发生器为标准配置含气源及气源处理装置和臭氧发生装置。小型的可设计成一体式机型产量在5-200g/h间,大中型臭氧发生器基本以机组形式存在。