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臭氧殺菌原理
正確認(rèn)識(shí)臭氧在水中的物理、化學(xué)過程與臭氧殺菌的生物化學(xué)過程是極重要的。由于臭氧在水中溶解的機(jī)理以及臭氧對(duì)生物細(xì)胞物質(zhì)交換的影響過程極為復(fù)雜，本文不能詳細(xì)的探討，只就臭氧殺菌做一般性的討論。其中：u：傳質(zhì)速度，可用在t時(shí)間內(nèi)從氣相傳入液相的臭氧量G確定，即dG／dt。K：傳質(zhì)系數(shù)，F(xiàn)：氣相與液相的接觸表面積，△C傳質(zhì)過程中的動(dòng)力，可用臭氧在實(shí)際情況下與平衡時(shí)的濃度差決定（即水中臭氧濃度與臭氧源中臭氧濃度差別越大，傳質(zhì)速度越大）。分析一般傳質(zhì)方程式可以知道，首先要使臭氧盡多地溶入水中，就要盡量加大臭氧與水的接觸表面積F，而這是接觸裝置決定的。其次，△C說明臭氧發(fā)生器的濃度越高，越有利于水對(duì)臭氧的吸收·第三，傳質(zhì)系數(shù)K則與多種因素有關(guān)，K（總傳質(zhì)系數(shù)）為氣相傳質(zhì)系數(shù)K氣與液相傳質(zhì)系數(shù)K液之和，而臭氧屬于低溶解度氣體，K氣可忽略不計(jì)．而根據(jù)亨利一道爾頓定律，K液是多種物理參數(shù)的復(fù)合函數(shù)。K液=f（T，P，u，w，p，ó）其中臭氧溶解量與氣體壓力P成正比而與水溫T成反比。隨著兩相相對(duì)線速度的增大，氣液兩相接觸表面積F及其更新速度也增大，但每個(gè)氣泡與液體接觸的時(shí)間會(huì)減小，因此從綜合效果來看，氣體-液體的相對(duì)線速度應(yīng)維持在一個(gè)范圍內(nèi)較好．液體的粘滯度u，密度p及氣液間介面表面張力。的提高可使相間表面更新速度降低，并相應(yīng)使K液減小，所以Km與u，p，o成反比，對(duì)于各種飲用水，此項(xiàng)可忽略不計(jì)。在應(yīng)用中，我們應(yīng)關(guān)注溫度、氣壓兩個(gè)參數(shù)，而在設(shè)計(jì)接觸裝置時(shí)則應(yīng)注意到水流、氣流的相對(duì)速度，尤其是其中的溫度，因?yàn)闇囟雀吡瞬坏顾畬?duì)臭氧的吸收效果下降，而且臭氧本身會(huì)因溫度過高而分解。國(guó)內(nèi)就曾發(fā)生過試圖用臭氧處理70·℃的水溫而沒有取得任何效果的例證。1894年梅爾費(fèi)特（Mailfert）根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告求出以下臭氧在水中的濃度：溫度（℃）O11.8151927405560溶解度（L氣／L水）0.640.5O.4560.381O.270.112O.031O這組數(shù)據(jù)大致里線性，而且表明臭氧在水中的溶解度大約是氧的lO-15倍。威諾薩（venosa）與奧帕特金（Opatken）指出，決定臭氧（或任何氣體）在某液體中的溶解度的基本關(guān)系式是亨利定律．即在一定溫度下，任何氣體溶解于已知體積的液體中的重量，將與該氣體作用在液體上的分壓成正比。而且此定律可推導(dǎo)出結(jié)論：在標(biāo)準(zhǔn)溫度與壓力下，臭氧是氧溶解度的13倍。從亨利定律可以得出結(jié)論：要提高臭氧在水中的溶解度，必須提高臭氧氣在整個(gè)氣源中分壓，即提高臭氧源的濃度，如果臭氧源的濃度不夠，處理時(shí)間再長(zhǎng)，水中臭氧濃度也提不高（因已達(dá)到濃度平衡）。從以上論述，可以得到結(jié)論：1、為保證殺菌效果，必須保證水中臭氧的一定濃度與處理時(shí)間。2、為保證水中臭氧的一定濃度就需保證：a．臭氧源的濃度。b．一定的氣溫。c．水溫不能過高。d．投入水中臭氧氣的比表面積盡量大，使臭氧與水的接觸機(jī)會(huì)更多。根據(jù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)一般水質(zhì)的飲用水消毒處理參數(shù)推薦為：水溶臭氧濃度O.4mg/L，接觸時(shí)間為4分鐘，即CT值為1.6。臭氧投加量1-2mg／L，水溫在25℃以下。前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中臭氧濃度不低于O.3mg/L。我國(guó)瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時(shí)瓶?jī)?nèi)水臭氧濃度0.3mg/L.二、目前常用的三種接觸裝置與其效果前節(jié)已提到接觸裝置的根本目的是保證臭氧在水中有盡量大的溶解度，為此，就需使臭氧氣與水的接觸面盡量大，有足夠的接觸時(shí)間，因而對(duì)接觸裝置的基本要求是：1、能保證*化的臭氧吸收效果。2、接觸裝置工作時(shí)，工藝參數(shù)控制容易，工作穩(wěn)定，安全性好。3、能耗（攪拌或輸送水、氣所需動(dòng)力）zui低。4、zui小的體積下有zui大的生產(chǎn)能力。5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用料便宜，制造與維修成本低。一般常用的接觸裝置有三種：鼓泡塔或池：水射器（文丘里管）與固定螺旋混合器（單用或合用）：攪拌器或螺旋泵：也有兩種以上串聯(lián)使用的，簡(jiǎn)介如下：l、鼓泡法：大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有?。◣讉€(gè)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?，以使水、氣全面接觸，尤其是在鼓泡池中用多個(gè)布?xì)馄鲿r(shí)，同時(shí)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。