臭氧制造過(guò)程的四個(gè)基本要素

 

臭氧制造過(guò)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(guò)在溶解的臭氧分解為水的過(guò)程中生成羥基自由基來(lái)提供氧化能力。

該反應(yīng)產(chǎn)生三個(gè)同時(shí)的過(guò)程：氧化，消毒和分解。在氧化過(guò)程中，臭氧直接或通過(guò)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(guò)程通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程，該過(guò)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(lái)自太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)調(diào)整這些參數(shù)來(lái)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(lái)自反應(yīng)堆電池的輸出增加。如同功率的頻率一樣，通?？赏ㄟ^(guò)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(lái)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(guò)增加進(jìn)料氣體的氧氣濃度來(lái)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(guò)增加氧氣在反應(yīng)器中所花費(fèi)的時(shí)間，降低通過(guò)發(fā)生器的進(jìn)料氣流速也會(huì)增加臭氧濃度。