(一)空氣源和氧氣源

臭氧發(fā)生器一般由空氣中的氧氣或氧氣瓶中的純氧為原料氣體。

以瓶裝氧氣或小型制氧機(jī)為氣源的臭氧發(fā)生器，稱為氧氣源的臭氧發(fā)生器。

以空氣為氣源的臭氧發(fā)生器稱為空氣源臭氧發(fā)生器。

兩種臭氧發(fā)生器的配置和結(jié)構(gòu)基本相同，但同樣功率和大小的臭氧發(fā)生器氧氣源的發(fā)生器比空氣源的臭氧發(fā)生器臭氧發(fā)生量大。

有人認(rèn)為空氣源的臭氧發(fā)生器在設(shè)備價格和運(yùn)行成本方面比氧氣源的臭氧發(fā)生器優(yōu)越。這是誤解。其實同樣發(fā)生量的臭氧發(fā)生器空氣源的價格遠(yuǎn)比氧氣源的高。只有當(dāng)需要的發(fā)生量很大（大于100g/h，甚至150g/h以上）的臭氧發(fā)生器。用氧氣鋼瓶既麻煩又運(yùn)行費(fèi)用高時才考慮用氧氣源的臭氧發(fā)生器。而50g/h以下的臭氧發(fā)生器用氧氣源的更經(jīng)濟(jì)、合算。如果換氧氣鋼瓶不方便,也可選用帶制氧機(jī)的臭氧發(fā)生器。

事實上，空氣源的臭氧發(fā)生器的空氣，并不是一般的壓縮空氣就可以用，而是要對空氣進(jìn)行壓縮、過濾、冷干、吸干等多種處理后才能使用。如果不經(jīng)過處理，僅用壓縮空氣為氣源，臭氧發(fā)生量會很小。（參考第一章第四節(jié)）其中最關(guān)鍵的問題是空氣中含有大量的水分，這對臭氧的產(chǎn)生極為不利。而且臭氧發(fā)生量隨環(huán)境溫度濕度的變化很大。只有在要求很低的領(lǐng)域才可以應(yīng)用不經(jīng)處理的空氣源臭氧發(fā)生器。

有的臭氧生產(chǎn)企業(yè)，以不經(jīng)過深度干燥處理的空氣源臭氧發(fā)生器有每小時幾十克的臭氧發(fā)生量是誤導(dǎo)。

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（二）露點和空氣的含濕量和相對濕度

臭氧對空氣源的干燥度要求很高，空氣的干燥度可以用相對濕度或露點來表示。

空氣不經(jīng)過干燥處理，它含有大量的水蒸汽。在30℃相對濕度80%的每Kg空氣中含有水蒸氣的量約為22g。每Kg空氣中水蒸汽含量的上限值稱為飽和含濕量。該值隨著空氣的溫度的上升而上升。30℃的飽和含濕量為26g，15℃為11g，0℃為3g.所以冬天空氣中的含濕量小，夏天空氣中的含濕量高。

相對濕度是不飽和的空氣中的絕對濕度和同一濕度下的飽和絕對濕度比值，以百分?jǐn)?shù)表示。百分?jǐn)?shù)越高越潮濕。如果有一團(tuán)不飽和濕空氣，當(dāng)溫度不斷下降到某一溫度時，這團(tuán)空氣中的水蒸汽就會達(dá)到飽和值，并有水份析出，也就凝“露水”了。這個溫度叫這團(tuán)濕空氣的露點溫度，簡稱“露點”。露點可以表示這團(tuán)空氣中的水份含量。

空氣干燥露點低，空氣潮濕露點就高。

如：(環(huán)境溫度為25℃，相對濕度為70%時)露點為+16℃，水份含量為12.8 g/m3

(環(huán)境溫度為0℃，相對濕度為50%時)露點為-10℃，水份含量為2.4 g/m3

空氣的露點為-23℃，水份含量為0.7 g/m3

空氣的露點為-45℃，水份含量為0.1 g/m3

一般空氣源臭氧發(fā)生器的氣源露點要求小于-45℃以下，所以就必須要用有足夠容量的冷干、吸干低露點組合式干燥機(jī)來處理空氣。

（三）空氣中臭氧濃度和滅菌濃度

空氣中臭氧濃度的單位一般有兩種，ppm和mg/m3.

空氣中的臭氧濃度高低和細(xì)菌殺滅率直接相關(guān)。一般說來濃度高殺滅率高，濃度低殺滅率低。另外它和環(huán)境的相對濕度有關(guān)，相對濕度大于70%以上殺滅有效，低于40%殺滅無效。

Ppm是百萬分之一質(zhì)量比，即單位體積內(nèi)空氣中的臭氧的質(zhì)量/空氣的質(zhì)量

mg/m3是每m3空氣中的臭氧的含量（mg）

由于空氣的質(zhì)量隨溫度而變所以ppm和mg/m3的換算

1ppm=2 mg/m3(室溫25℃)

1ppm=2.14 mg/m3（室溫0℃）

實踐表明，當(dāng)空氣中的臭氧濃度達(dá)到15ppm或30 mg/m3相對濕度大于70%其自然菌的殺滅率可達(dá)99%以上。

空氣中的臭氧濃度可用我公司CYQC-1型空氣臭氧濃度速測儀進(jìn)行測試。

（四）水中的臭氧濃度和滅菌濃度

水中的臭氧濃度的單位一般有兩種mg/L和ppm.

水中的臭氧濃度高低和細(xì)菌的殺滅率直接有關(guān)。水用臭氧消毒滅菌有一個閾值，一般水中的剩余臭氧濃度達(dá)到0.3mg/L，水中的細(xì)菌繁殖體，真菌繁殖體，幾分鐘頃刻被殺滅。水溶性病毒的殺滅更容易。

所謂剩余臭氧濃度，就是用臭氧把水中的有機(jī)物、微生物和其他可被氧化的物質(zhì)氧化后，水中剩余的臭氧濃度。一般臭氧加到水中以后，過10~30分鐘測出的濃度已可認(rèn)為是剩余臭氧濃度。

綜上所述，一般經(jīng)過中空纖維超濾，反滲透膜過濾過的凈水，剩余臭氧濃度達(dá)到0.3~0.6 mg/L，大腸桿菌、菌落總數(shù)都能達(dá)到零指標(biāo)。只要防止二次再污染（如瓶子、蓋子的污染）微生物指標(biāo)不會有大問題。但真菌孢子、藻類孢子的殺滅比較困難。要0.8~1 mg/L才能殺滅。但0.6 mg/L以上的臭氧濃度有可能影響水的口感，用戶要注意。沒有經(jīng)過過濾的水，如過細(xì)菌和污物結(jié)成團(tuán)殺滅也就比較困難了。

Ppm是百萬分之一的質(zhì)量比，即單位體積水中臭氧的質(zhì)量/水的質(zhì)量

mg/L是每升水中臭氧的質(zhì)量。

不考慮水隨溫度變化而密度有微小變化的因素，可以認(rèn)為水中的臭氧濃度1ppm=1 mg/L

水中臭氧濃度可用我公司的CHYC-1型臭氧濃度速測儀進(jìn)行測試。

（五）為什么用臭氧對空氣消毒時，空氣濕度高，消毒效果好？

臭氧消毒機(jī)理是：臭氧中的原子態(tài)氧有強(qiáng)烈的氧化作用，能將細(xì)菌的細(xì)胞壁（膜）破壞，使其不能繁殖。也能浸透細(xì)胞壁，進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部破壞其新陳代謝必須的原酶。

臭氧會進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞壁。當(dāng)空氣濕度高，細(xì)菌的細(xì)胞壁會被軟化，臭氧容易浸入細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)部，氧化破壞細(xì)菌原酶，殺滅細(xì)菌，所以，當(dāng)空氣濕度高時臭氧殺菌效果好。

但是特別要指出的是，開放式臭氧發(fā)生器特別是沿面放電的開放式臭氧發(fā)生器，其氣源就是室內(nèi)空氣，如果濕度高明顯降低臭氧發(fā)生量，所以這是一對矛盾。所以建議濕度較高的車間空氣消毒,用CFY型臭氧發(fā)生器的集中外置式臭氧消毒方案比較合理,因為集中外置式臭氧消毒方案把消毒空間和臭氧生產(chǎn)隔離開了。

（六）臭氧半衰期的概念是什么

臭氧極不穩(wěn)定，兩個臭氧分子能復(fù)合成三個氧氣分子。

O3 + O3 碰撞 3O2

由于臭氧要復(fù)合成氧氣，所以在水中或空氣中，原有的臭氧濃度要不斷的減少。臭氧濃度遞減的速度可用半衰期來表示。半衰期是臭氧濃度減少到原來濃度一半所需要的時間。

文獻(xiàn)資料一般認(rèn)為25℃時空氣中的臭氧半衰期約為30~40分鐘；25℃是空氣中的臭氧半衰期約為100分鐘。

溫度越高O3復(fù)合越容易，半衰期越短。

水溫在4℃時中水臭氧的半衰期可達(dá)幾天或更長。冬季加臭氧制水，特別要注意此問題。因此,要根據(jù)室溫情況及時增減臭氧投放量.制定合理的臭氧消毒工藝方案.

（七）空氣中臭氧投放量計算

本節(jié)需要一定的高等數(shù)學(xué)知識,有興趣的讀者可以詳細(xì)閱讀.一般只需了解結(jié)果即可.

一、概述：

臭氧滅菌率和臭氧濃度有關(guān)。衛(wèi)生部2002版《消毒技術(shù)規(guī)范》162頁有關(guān)臭氧滅菌章節(jié)中指出，“采用20mg濃度的臭氧作用30分鐘，對自然菌的殺滅率達(dá)到90%以上?！彼?，達(dá)到一定濃度的臭氧濃度是保證自然菌殺滅率的關(guān)鍵。

如果臭氧投放量為A，需消毒滅菌空間容積為V?？臻g內(nèi)的臭氧濃度并不是A/V，因為投放不能瞬時進(jìn)行，又因為臭氧要隨時間而衰減。所以臭氧濃度隨時間不斷變化。

當(dāng)t=0時，在某一滅菌空間內(nèi)的臭氧量為mo。隨著時間的推移，mo的值要不斷的減少。當(dāng)mo值衰減到1/2·mo時的時間稱為半衰期，定義為τ。

二、衰變系數(shù)公式得出：

臭氧濃度η=（一定容積內(nèi)的臭氧量M）÷ 容積值。

所以臭氧量M和臭氧濃度η的關(guān)系十分明確。

臭氧量M是隨時間而變的變量，即M是時間t的函數(shù)。

M=M（t）

臭氧量M要隨時間衰變。它的衰減速度可用

dM /dt表示，并正比臭氧量M。即

dM /dt=-λM………………………（1）

其中λ為衰變系數(shù)，負(fù)號表示是衰減。

解微分方程（1）：dM /dt=-λM

分離變量： dM /M=-λdt

兩邊積分： ∫dM /M=∫-λdt

lnM=-λt+c

M=e-λt+c=ec·e-λt

令ec=cˊ則 M= cˊ·e-λt

當(dāng)t=0時，M=MO，初始條件代入上式

MO = cˊ·e-λ·0

e-λ·0=1 得cˊ= MO

得解： M= MO·e-λt………………………（2）

令初試臭氧MO衰減到1/2·MO時的時間為半衰期τ，則τ應(yīng)滿足：

1/2·MO= MOe-λτ

1/2=e-λτ 1/2=1/eλτ 2=eλτ

λτ=ln2

λ= ln2/τ……………………… (3)

(3)式為衰變系數(shù)λ和半衰期的關(guān)系。臭氧在空氣中的半衰期在文獻(xiàn)中比較亂。有的說是一小時，有的說是半小時。

事實上，臭氧在空氣中的半衰期τ是隨空氣溫度、濕度而變化。我們通過實驗得到了較為可信的數(shù)據(jù)。

溫度 35OC 30 OC 26 OC 23.5 OC 20 OC

τ(分鐘) 32 48 65 98 120

在室溫25 OC（70%相對濕度）半衰期為1小時可以認(rèn)為是正確的，在大于35 OC的室溫情況下的半衰期可以認(rèn)為的半小時。

三、消毒空間即時臭氧總量的計算公式的得出

設(shè)：⑴殺滅空間內(nèi)的臭氧量為m，(m=f(t)是時間的函數(shù))

⑵A為單位時間的投放量

⑶λ= ln2/τ為衰減函數(shù)，（τ為某一溫度下的半衰期）

則有微分方程：dm=Adt-λmdt…………………(4)

意思是：在dt時間內(nèi)，臭氧的增加量dm等于單位時間內(nèi)臭氧投放量乘以dt，減去在dt時間內(nèi)的衰減量

dm/dt=A-λm

這是一個一階線性非齊次方程，其標(biāo)準(zhǔn)式為

yˊ+p(x)y=q(x)

其通解為 y=e-∫p(x) dx[∫q(x) e∫p(x) dx?dx+c]

對于我們的方程：

y=m p(x)= λ q(x)=A x=t

代入通解： m=e-∫λdt[∫A? e∫p(x) dx?dt+c1]

積分得 m=e-λt[∫A? eλt?dt+c1]

再積分得 m=e-λt[（A/λ）?（eλt+ c2）+c1]

化簡 m=e-λt[（A/λ）?eλt+ （A/λ）?c2+c1]

令（A/λ）?c2+c1=c 則

m=e-λt[（A/λ）?eλt+c]

化簡 m=A/λ+c e-λt

代入初始條件：當(dāng)t=0時，還沒有臭氧投放，則m=0

0=A/λ+ c e-λ˙0 (c e-λ˙0=1)

得 c=-A/λ

代入 m=A/λ-（A/λ）e-λt

m=A/λ（1- e-λt）………………（5）

（5）式即為我們在滅菌方案中用的臭氧即時總量計算公式。

四、臭氧投放量和投放時間

式（5）m=A/λ（1- e-λt）全面描述了臭氧投放量、衰減量和時間之間的關(guān)系。其中：A為單位時間的臭氧投放量

λ為衰變系數(shù) λ= ln2/τ

τ為臭氧半衰期 由實驗確定

m為消毒空間內(nèi)的即時臭氧總量 它是時間的函數(shù) m=f(t)

至此，只要知道單位時間臭氧投放量，臭氧半衰期τ，任何時間t時的消毒空間內(nèi)的臭氧量便能得出。

例題:對于1500m3的消毒空間要達(dá)到15PPM，（30mg/ m3）的臭氧濃度，空間內(nèi)的臭氧總量應(yīng)為：m=1500m3x30 mg/ m3=45g

如果用一臺80g/h的臭氧發(fā)生器,即A=80g/h的臭氧發(fā)生器,開多少時間能達(dá)到要求.

（1）25 OC時的τ為1小時，代入（5）式有：

45=80τ/ln2[1-e(- ln2/τ)·t]

計算 1-e(- ln2/τ)·t=0.39

e(- ln2/τ)·t=0.61

兩邊取以e為底的對數(shù) t·ln2=0.495

t=0.71小時

注意:僅僅是達(dá)到15ppm的臭氧濃度的時間,還需加作用0.5小時的保持臭氧濃度時間,則開啟臭氧發(fā)生器的時間應(yīng)為T=0.71+0.5=1.21小時

（2）若氣溫高于35OC，則τ=0.5小時

45=[80/（2ln2）]·[1-e(- 2ln2)·t]

1-e(- 2ln2)·t=0.7796

e- 2 t·ln2=0.220

取對數(shù)： 2t·ln2=1.5

t=1.5/(2·ln2)

t=1.5/1.386

t=1.08小時

（3）T=1.08+0.5=1.58小時

八、為什么水中臭氧消毒滅菌效果特別好

臭氧溶于水中后會出現(xiàn)下列兩種反應(yīng)：一種是直接氧化；另一種是在水中羥基、過氧化氫、有機(jī)物、腐殖質(zhì)和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自行分解成羥基自由基(-OH)，間接氧化有機(jī)物，微生物。羥基自由基是最強(qiáng)的氧化劑，消毒滅菌能力比臭氧更強(qiáng)。因為水中臭氧消毒滅菌O3 和-OH雙重作用,所以臭氧在水中消毒滅菌效果特別好.

九、水中PH值對臭氧的影響

由于氫氧根能誘發(fā)臭氧自行分解成羥基自由基，所以低PH（酸性）條件下有利于臭氧直接氧化反應(yīng)，而高PH值（堿性）條件下有利于羥基自由基的間接氧化反應(yīng)。因此，臭氧溶解于呈堿性的水中，臭氧分解較快，無法直接檢測水中臭氧含量，但氧化殺菌效果仍然存在且更好。但考慮到檢測的方便，水中使用臭氧，應(yīng)保持水呈弱酸性。

十、氣水混合

臭氧氣體要高效的混合到水中，需要使用氣水混合裝置，常用的氣水混合裝置有三種：

1、水射器(文丘里管)是利用高速水流在變徑管道中流動造成的負(fù)壓區(qū)吸入臭氧氣，并形成湍流起到混合效果。 

而在文丘里管后設(shè)置固定螺旋混合器則可進(jìn)一步起攪拌水、氣作用，在較長的距離內(nèi)保持湍流狀態(tài)以加強(qiáng)吸收。 

這種裝置由于混合時間很短，所以在其輸出管道后常常還需加設(shè)貯水罐，以增加水、氣接觸時間，并使水流速降低以使臭氧尾氣析出。它的混合效率高、費(fèi)用低、占地面積小，生產(chǎn)成本低，但需加設(shè)水泵以保證水的噴射速度，而且工藝參數(shù)不易掌握，會出現(xiàn)回水的情況,且處理水量不能隨意調(diào)節(jié)，否則將發(fā)生氣、液兩相分離，影響吸收效果

2. 鼓泡法：大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔（混合塔或稱氧化塔）要求鼓泡器（布?xì)馄鳎┯行?幾個微米到幾十微米孔徑)的孔徑以增加臭氧的比表面積，而且要求孔徑布?xì)饩鶆颍允顾?、氣全面接觸，尤其是在鼓泡池中用多個布?xì)馄鲿r，同時一般要求從水面到布?xì)馄鞅砻?，水深不小?-5m，以利于氣、水充分接觸。 

它的優(yōu)點是：操作方便，可以很容易改變運(yùn)行參數(shù)而不影響投加效果和工作的穩(wěn)定，動力消耗少，鼓泡塔結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。 

但其體積過于龐大，池式占地面積大，塔式要求較高廠房且成本較高

3.攪拌法：使用渦輪泵，混合效果很好，而且體積小巧，工藝參數(shù)操作容易，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，動力消耗大，維修復(fù)雜，在它的管路后而也需設(shè)置貯水罐。

十一、碘量法測試臭氧發(fā)生量的原理和方法

臭氧發(fā)生器每小時產(chǎn)生臭氧的量常采用碘量法測試，方法如下：

1.用分析純KI20g溶于純凈水中，制成1000ml溶液。

2.用Na2S2O3·5H2O（硫代硫酸鈉）25g溶于純凈水中制成0.1mol1000ml溶液，則其中Na2S2O3有158*25/（158+18*5）=15.93g。

3.在一容器中倒入一定量的KI溶液，注入少許稀硫酸（使溶液呈酸性，防止臭氧過快分解），通過布?xì)忸^往溶液中通30秒鐘臭氧，溶液呈現(xiàn)褐色（臭氧越多，顏色越深）。過程即方程式①

4.用硫代硫酸鈉溶液滴定上面所得溶液直到無色，過程即方程式②。所用掉的硫代硫酸鈉溶液的體積（ml）乘以0.288（見計算式③）生器的發(fā)生量（g）

碘量法的測試原理基于以下方程式：

O3+2KI+H20＝O2+I2+2KOH ①

I2+2Na2S2O3＝2NaI+Na2S4O6 ②

設(shè)30秒內(nèi)臭氧發(fā)生量為Ag，消耗掉的Na2S2O3溶液為Bml，則Na2S2O3有15.93B/1000g

方程式化簡后為O3 ∽2Na2S2O3

48 316

A 15.93B/1000

則A=48*15.93B/1000/316(30秒)，

推得1小時產(chǎn)生臭氧120A=120*48*15.93B/1000/316=0.288B ③

十二、怎樣速測水中剩余臭氧濃度

使用CHYC-1型水中臭氧濃度測試儀（見本公司產(chǎn)品介紹之）

測試方法：在A、B試管中各加入5ml被測臭氧水，同時在B管中加入一小包DPD測試粉，水立刻變成紅色，轉(zhuǎn)動比色盤比較兩視窗顏色，直到兩管達(dá)到相同色度，此時讀數(shù)窗口的數(shù)據(jù)，即為水中臭氧濃度。（注意：被測水若為堿性，此方法不適用，但殺菌效果仍然存在。）

十三、怎樣測量空氣中剩余臭氧濃度

使用CYQC-1型空氣中臭氧濃度測試儀（見本公司產(chǎn)品介紹之）

測試方法：折斷測試管兩頭，將測試管插入氣體采樣器。用采樣器抽取含有臭氧的被測空氣100ml，臭氧氣體氧化測試管內(nèi)浸有化學(xué)藥品的藍(lán)色藥粉，使藍(lán)色變白，由變白的長度讀出測試管中的刻度來確定空氣。