臭氧制造過程的四個(gè)基本要素

 

臭氧制造過程的四個(gè)基本要素：氧氣/原料氣制備，臭氧生成，傳質(zhì)以及監(jiān)測(cè)和控制。本篇文章主要介紹臭氧的產(chǎn)生。

 

臭氧產(chǎn)生

 

當(dāng)雙原子氧（O2）暴露于電場(chǎng)或紫外線（UV）時(shí)會(huì)產(chǎn)生臭氧（O3），暴露于這些高水平的能量會(huì)導(dǎo)致部分雙原子氧分子分裂為單個(gè)氧原子，這些自由氧原子與雙原子氧分子結(jié)合形成臭氧。

由于保持第三個(gè)氧原子的弱鍵，臭氧是一種不穩(wěn)定的分子，從而使臭氧成為天然強(qiáng)大的氧化劑和消毒劑。臭氧直接或通過在溶解的臭氧分解為水的過程中生成羥基自由基來提供氧化能力。

該反應(yīng)產(chǎn)生三個(gè)同時(shí)的過程：氧化，消毒和分解。在氧化過程中，臭氧直接或通過高反應(yīng)性羥基自由基會(huì)破壞有機(jī)化合物的化學(xué)鍵。例如，微生物細(xì)胞壁的成分可以被臭氧氧化并分解。該過程通過破壞和裂解細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物進(jìn)一步氧化和失活，促進(jìn)消毒。

所有常見的細(xì)菌，病毒，霉菌，囊腫和寄生蟲都可以通過這種方式被臭氧破壞。 很后，臭氧分解為雙原子氧，沒有殘留的多余味道或氣味。

 

 

臭氧發(fā)生器

用于產(chǎn)生臭氧的主要技術(shù)有兩種：用于商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的紫外線和電暈放電。

 

紫外線臭氧發(fā)生器利用波長(zhǎng)為185納米的紫外線照射在流過合適管腔的進(jìn)料氣（空氣或濃氧氣）上。從根本上講，紫外線發(fā)生器模仿自然過程，該過程負(fù)責(zé)在地球外層大氣中產(chǎn)生臭氧層。在平流層中，來自太陽的高能紫外線輻射會(huì)分裂雙原子氧，從而導(dǎo)致形成臭氧?；谧贤饩€輻射的臭氧發(fā)生器通常以非常低的濃度產(chǎn)生相對(duì)少量的臭氧。

 

對(duì)于大多數(shù)商業(yè)工業(yè)過程，電暈放電反應(yīng)器電池會(huì)產(chǎn)生臭氧。電暈放電是在導(dǎo)電和介電表面之間產(chǎn)生高壓電場(chǎng)時(shí)發(fā)生的漫射和連續(xù)發(fā)光放電。

電介質(zhì)是一種物質(zhì)，它是電的不良導(dǎo)體（例如，絕緣體），但卻是電場(chǎng)的有效支持者。在電暈放電臭氧反應(yīng)器電池中，電介質(zhì)有助于在其表面上形成寬而連續(xù)的電暈，從而使反應(yīng)器電池中電暈的有效面積 很大化。如下圖所示，電介質(zhì)材料粘合到導(dǎo)電電極表面之一。

介電表面和另一導(dǎo)電電極表面之間的空間形成稱為介電間隙的空氣間隙。當(dāng)在兩個(gè)電極之間施加足夠的電壓時(shí)，就會(huì)在此間隙中形成電暈放電。電暈放電可在寬范圍的輸出范圍內(nèi)產(chǎn)生中等至高濃度的臭氧（通常是由清潔干燥的空氣產(chǎn)生的重量百分比為1％至3％，而由濃縮氧氣產(chǎn)生的重量百分比 很高為15％）。

介電材料的特性和介電間隙的大小在很大程度上決定了反應(yīng)堆電池的性能。有效電介質(zhì)間隙越大，形成和維持電暈所必須施加的功率就越大。

功率以特定頻率施加到給定的反應(yīng)堆電池。該頻率通?；诜磻?yīng)堆電池的特性進(jìn)行優(yōu)化，并由臭氧發(fā)生器的制造商設(shè)定。臭氧發(fā)生器通常分為三個(gè)頻率類別：低頻（50至60 Hz），中頻（500至1,000 Hz）和高頻（5,000至20,000+ Hz）。

 

從臭氧反應(yīng)器池或發(fā)生器輸出的臭氧濃度和總臭氧量包括三個(gè)用戶可控制的參數(shù)的函數(shù)：施加到反應(yīng)器池的功率、氧氣濃度和通過反應(yīng)器池的進(jìn)料氣流速。臭氧濃度和產(chǎn)量（克/小時(shí)或磅/天）可以通過調(diào)整這些參數(shù)來優(yōu)化。

 

隨著更多的功率施加到反應(yīng)堆電池，臭氧濃度和來自反應(yīng)堆電池的輸出增加。如同功率的頻率一樣，通常可通過發(fā)生器的制造商優(yōu)化和設(shè)置可施加到臭氧反應(yīng)器電池的功率范圍和每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間。

電暈放電臭氧反應(yīng)器耗散約85％的熱量作為熱量提供給電解池。不幸的是，臭氧在較高溫度下變得不穩(wěn)定。隨著更多功率的施加，反應(yīng)堆電池的溫度可能會(huì)升高，這可能會(huì)限制臭氧的產(chǎn)生。所有商用電暈放電反應(yīng)器都采用某種形式的冷卻來抵消這種現(xiàn)象。

進(jìn)料氣體的氧氣濃度和流速也影響反應(yīng)器的臭氧輸出。通常，可以通過增加進(jìn)料氣體的氧氣濃度來增加臭氧濃度。與任何化學(xué)反應(yīng)一樣，增加反應(yīng)物的濃度會(huì)增加反應(yīng)產(chǎn)物的濃度。通過增加氧氣在反應(yīng)器中所花費(fèi)的時(shí)間，降低通過發(fā)生器的進(jìn)料氣流速也會(huì)增加臭氧濃度。