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1、第26卷第1期大连海事大学学报Vol.26,No.12000年2月JournalofDalianMaritimeUniversityFeb.,2000文章编号:1006-7736(2000)01-0080-04X制取高浓度臭氧水方法张芝涛,白敏冬,韩慧,初庆东(大连海事大学环境工程研究所,辽宁大连116026)摘要:介绍了臭氧水溶液研究的进展及其广泛诱人的应用前景,同时阐叙了产生高浓度臭氧、高效率溶解臭氧及制取臭氧水溶液等方法.利用这些方法,臭氧水溶液的臭氧浓度达8g/m3,臭氧溶解率达98%以上.关键词:臭氧水溶液;溶解率;氧化剂;杀菌消毒剂中图分类号:O644.9文献标识码:
2、A臭氧在水中不稳定,产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基(OH)等活性粒子,它的氧化还原电位为2.07V,仅次于氟,远高于氯(1.36V)和二氧化氯(1.5V),对各种致病微生物有极强杀灭菌消毒作用.臭氧溶液杀灭致病的细菌效果最好,包囊和芽孢次之,病毒再[1]次之.高浓度臭氧水杀菌速度比氯快600～3000倍,甚至几秒钟内就可以致死细菌.它可[2]以氧化、分解水中的污染物和杂质,所以高浓度臭氧水是一种“万能”处理水方法.高浓度臭氧水(高浓度臭氧水溶液)成为科学工作者关注的研究课题.由于高浓度臭氧水设备存在3一个巨大市场,企业家正在集中力量开发高臭氧浓度(≥4g/m)的臭氧水设备
3、.1996年日本石川岛播磨(株)早矢仕文男研究成功高浓度臭氧水设备,臭氧水产量为3t/h,臭氧水浓3[3]3度达到4g/m,具有极大应用意义,已经开始生产.高臭氧浓度臭氧水溶液(4～40g/m)可作为一种无残留物的强氧化剂、强消毒药剂,大幅度降低(或者减少)上水、下水处理设备,极大减少运行成本.甚至可以作为一种强消毒剂用于食品加工、医疗、净水及污水处理上.[4、5]高效率、高浓度、大生产量的臭氧产生技术研究的新进展,将大幅度降低一次造价及运行成本,结构紧凑,设备小型化,使生产高浓度的臭氧水成为可能.由于臭氧水的臭氧浓度3大幅度增加,为其应用铺平了道路,扩大了应用范围.大于4g/m
4、臭氧水能在1min内灭乙[1]型肝炎表面抗原(HBsAg);能氧化、分解蔬菜、水果类等表面残存的农药及其它有害污染[2]物;又可成为战地、灾区可移动的水深度净化、高效杀灭细菌和病毒的专用设备.臭氧水溶液具有杀菌速度快、药剂量甚微、没有任何残留物的理想绿色杀菌消毒剂.人们从微公害的ppm时代,走向环境的ppb时代,高浓度的臭氧水溶液将成为其支撑技术之一.X收稿日期:1999-11-20基金来源:国家自然科学基金资助项目(69871002);辽宁省科技攻关资助项目(98220013)作者简介:张芝涛(1965～),男,辽宁鞍山人,高级工程师第1期张芝涛等:制取高浓度臭氧水方法811臭
5、氧溶解于水的物理特性33通常臭氧水溶液的臭氧浓度CLo3在0.4g/m左右,如何取得≥4g/m高臭氧浓度的臭氧水溶液是当前科学技术界面临的一个研究课题.在正常状态下,臭氧气体在水中溶解时可根据亨利(Henry)定律来计算,在平衡状态时臭氧在气相中分压是pgo3=kh·CLo3.液相中臭氧浓度和气相臭氧分压成正比,kh为亨利常数.在一定的压力、温差、容量条件下,臭氧水浓度CLo3和气体臭氧浓度Cgo3成正比,即CLo3=k·Cgo3.k为比例系数.臭氧溶解于水的速率为T=kT·a·(Solyo3—CLo3)-k1CLo3.式中,kT为水中物质扩散系数;a为单位体积Solyo3中气液
6、接触面积;k1为臭氧分解速度常数;Solyo3为臭氧溶解度.为了制取高浓度臭氧水溶液,采取以下几个措施:(1)提高气相中臭氧的分压;(2)降低溶解液温度;(3)扩大气液接触面积;(4)提高气相臭氧浓度.2实验条件与方法实验流程如图1所示.BGGD2-20g/h、BGGD2-40g/h型臭氧产生装置是新研制的高效率、高浓度小型化臭氧产生装置.考虑到3运行成本,其臭氧浓度控制在60～120g/m范围内.高浓度臭氧气体输入25NPD涡流叶轮泵15与水进行有效溶解后成为臭氧水溶液,其流量为3t/h,或者通过Mazzei射流器进行有效溶解成臭氧水,臭氧水溶液中残存的臭氧气体通过气液分离器分
7、离出剩余臭图1臭氧实验流程氧,用剩余臭氧消除器7分解成为O2后排空.臭氧气体的浓度用瑞士Orbispherelaboratories的model3600型臭氧分析仪检测,水溶液的臭氧浓度用model3660型溶解臭氧检测仪检测.用日本1WATSU生产的SSZ40型高压脉冲电流传感器、HV-P60型高压脉冲电压传感器及DS-8608A记忆示波器检测高频高压的电参数.检测臭氧水溶液流量用DCT1088型超声波流量计测量,检测臭氧气体流量用LZB型转子流量计测量.实验环境温度为28.5
