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〖技术资料〗臭氧消毒设备特点介绍--大连臭氧消毒设备-大连水处理设备-大连软化水设备

2009-10-17 11:03:25

臭氧消毒设备特点介绍--大连臭氧消毒设备-大连水处理设备-大连软化水设备

臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体,分子结构如图所示。它可在地球同温层内光化学合成,但是在地平面上仅以极低浓度存在。

        1.1 一般物理性质 
        在常温下,臭氧为蓝色气体,不过在常温下,蓝色并不明显,除非是相当厚的气体。

        1.2 臭氧的溶解度 
        臭氧略溶于水,标准压力和温度下( STP ),其溶解度比氧大 13 倍,比空气大 25 倍。 
 将臭氧通入蒸馏水中,可以测出不同温度、不同压力下臭氧在水中的溶解度。图 2-2 是在压力为 1atm 时,纯臭氧在水中的溶解度和温度的关系曲线。从图2-2 知,当温度为 0℃ 时,纯臭氧在水中的溶解度可达 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L)。臭氧和其他气体一样,在水中的溶解度符合亨利定律,即在一定温度下,任何气体溶解于已知液体中的质量,将与该气体作用在液体上的分压成正比,而亨利常数的大小只是温度的函数,与浓度无关。 

        C=K H P                          (1-1) 
        式中 C -臭氧在水中的溶解度, mg/L ; 
        P -臭氧化空气中臭氧的分压, kPa ; 
        K H -亨利常数, mg/ ( L·kPa )。 

        从式( 1-1 )知,由于实际生产中采用的多是臭氧化空气,其臭氧的分压很小,故臭氧的溶解度远远小于表 1-3 中的数据。例如,用空气为原料的臭氧发生器生产的臭氧化空气,臭氧只占 0.6 %~ 1.2 %(体积)。根据气态方程及道尔顿分压定律知,臭氧的分压也只有臭氧化空气压力的 0.6 %~ 1.2 %。因此,当水温为 25℃ 时,将这种臭氧化空气加入水中,臭氧的溶解度只有( 0.625 ~ 1.458 ) ×10 -4 mol/L(3 ~ 7mg/L) 。在一般水处理中,臭氧浓度较低,所以在水中的溶解度并不大。在较低浓度下,臭氧在水中的溶解度基本满足亨利定律。

1. 臭氧的化学性质极不稳定,在空气和水中都会慢慢分解成氧气,其反应式为:

        2O3 →3O2 + 285kJ ( 1-2 ) 

        由于分解时放出大量热量,故当其含量在 25 %以上时,很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10 %,在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中,还没有一例氧爆炸的事例。

        含量为 1 %以下的臭氧,在常温常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过 100℃ 时,分解非常剧烈,达到 270℃ 高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5   mol/L(3mg/l) 时,其半衰期为 5 ~ 30min ,但在纯水中分解速度较慢,如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸馏水中,经过 85min 后臭氧分解只有 10 %,若水温接近 0℃ 时,臭氧会变得更加稳定。臭氧在水中的分解速度随水温和 PH 值的提高而加快,图 1-3 为 PH=7 时,水温和分解速度的关系。为提高臭氧利用率,水处理过程中要求臭氧分解得慢一些,而为了减轻臭氧对环境的污染,则要求处理后尾气中的臭氧分解快一些。 

        2. 臭氧的氧化能力 

        臭氧得氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于 F 2 ,在其应用中主要用这一特性。臭氧的标准电极电位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力强的。同时,臭氧反应后的生成物是氧气,所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。

        3. 臭氧的氧化反应 

        a 、与无机物的氧化反应 
        ⑴ 臭氧与亚铁的反应 
        ⑵ 臭氧与 Mn2+ 的反应 
        ⑶ 臭氧与硫化物的反应 
        ⑷ 臭氧与硫氰化物的反应 
        ⑸ 臭氧与氰化物的反应 
        总反应为: 
        ⑹ 臭氧与氯的反应 
        b 、臭氧与有机物的反应 
        臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。 
        ⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应,反应历程描述如下:式中 G 代表 OH 、 OCH3 、 OCCH3 等基。反应的终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。 
        ⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反应速度常数逐渐增大。
        ⑶ 对核蛋白(氨基酸)系的反应 
        ⑷ 对有机氨的氧化 
        臭氧在下列混合物的氧化顺序为:链烯烃>胺>酚>多环芳香烃>醇>醛>链烷烃
        c 、臭氧的毒性和腐蚀性 
        臭氧属于有害气体,浓度为 6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时,对眼、鼻、喉有刺激的感觉;浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ~ 30mg/m3 ) 时,出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ~ 1.25×10 -3  mol/L(15 ~ 60mg/m 3 )  时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关,例如长期接触 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍,但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ,对人体无永久性危害。因此,臭氧浓度的允许值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓,浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时,人们就感觉到,因此,世界上使用臭氧已有一百多年的历史,至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。 

        臭氧具有很强的氧化性,除了金和铂外,臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点,生产上常使用含 25 % Cr 的铬铁合金(不锈钢)来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用,即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中,不能用普通橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。

经典案例介绍