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    臭氧發生器工作原理

    發布日期:

    2018-08-31 10:47:45

    欄目:

    水處理設備資訊

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    如何進行水處理?

    衡美水處理為您介紹一種經久耐用、性能卓越的水處理設備——臭氧發生器,并為您詳細解釋臭氧發生器的工作原理。

    一、臭氧發生器概述

    臭氧發生器概述臭氧發生器是用于制取臭氧的設備裝置。臭氧易于分解無法儲存需現場制取現場使用(但是在特殊的情況下是可以進行短暫時間的儲存),凡是能用到臭氧的場所均需使用臭氧發生器。臭氧發生器在自來水,污水,工業氧化,空間滅菌等領域廣泛應用。

    臭氧是世界公認的廣譜高效殺菌消毒劑。采用空氣或氧氣為原料利用高頻高壓放電產生臭氧。臭氧比氧分子多了一活潑的氧原子臭氧,化學性質特別活潑,是一種強氧化劑,在一定濃度下可迅速殺滅空氣中的細菌。沒有任何有毒殘留,不會形成二次污染,被譽為“最清潔的氧化劑和消毒劑”。

    二、臭氧發生器分類

    按臭氧產生的方式劃分,目前的臭氧發生器主要有三種:高壓放電式、紫外線照射式、電解式。

    1高壓放電式發生器

    該類臭氧發生器是使用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場,使電場內或電場周圍的氧分子發生電化學反應,從而制造臭氧。

    這種臭氧發生器具有技術成熟、工作穩定、使用壽命長、臭氧產量大(單機可達1Kg/h)等優點,所以是國內外相關行業使用最廣泛的臭氧發生器。

    在高壓放電式臭氧發生器中又分為以下幾種類型:

    1按發生器的高壓電頻率劃分,有工頻(50-60Hz)、中頻(400-1000Hz)和高頻(1000Hz)三種。工頻發生器由于體積大、功耗高等缺點,目前已基本退出市場。中、高頻發生器具有體積小、功耗低、臭氧產量大等優點,是現在最常用的產品。

    3按使用的氣體原料劃分,有氧氣型和空氣型兩種。氧氣型通常是由氧氣瓶或制氧機供應氧氣。空氣型通常是使用潔凈干燥的壓縮空氣作為原料。由于臭氧是靠氧氣來產生的,而空氣中氧氣的含量只有21%,所以空氣型發生器產生的臭氧濃度相對較低,而瓶裝或制氧機的氧氣純度都在90%以上,所以氧氣型發生器的臭氧濃度較高。

    3按冷卻方式劃分,有水冷型和風冷型。臭氧發生器工作時會產生大量的熱能,需要冷卻,否則臭氧會因高溫而邊產生邊分解。水冷型發生器冷卻效果好,工作穩定,臭氧無衰減,并能長時間連續工作,但結構復雜,成本稍高。風冷型冷卻效果不夠理想,臭氧衰減明顯。總體性能穩定的高性能臭氧發生器通常都是水冷式的。風冷一般只用于臭氧產量較小的中低檔臭氧發生器。在選用發生器時,應盡量選用水冷型的。

    4按介電材料劃分,常見的有石英管(玻璃的一種)、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等幾種類型。目前使用各類介電材料制造的臭氧發生器市場上均有銷售,其性能各有不同,玻璃介電體成本低性能穩是人工制造臭氧使用最早的材料之一,但機械強度差。陶瓷和玻璃類似但陶瓷不宜加工特別在大型臭氧機中使用受到限制。搪瓷是一種新型介電材料,介質和電極于一體機械強度高、可精密加工精度較高,在大中型臭氧發生器中廣泛使用,但制造成本較高。

    5按臭氧發生器結構劃分,有間隙放電式(DBD)和開放式兩種。間隙放電式的結構特點是臭氧在內外電極區間的間隙內產生臭氧,臭氧能夠集中收集輸出使用其濃度較高,如用于水處理。開放式發生器的電極是裸露在空氣中的,所產生的臭氧直接擴散到空氣中,因臭氧濃度較低通常只用于較小空間的空氣滅菌或某些小型物品表面消毒。間隙放電式發生器可代替開放式發生器使用。但間隙放電式臭氧發生器成本遠高于開放式。

    (二)紫外線式臭氧發生器

    該類臭氧發生器是使用特定波長(185mm)的紫外線照射氧分子,使氧分子分解而產生臭氧。由于紫外線燈管體積大、臭氧產量低、使用壽命短,所以這種發生器使用范圍較窄,常見于消毒碗柜上使用。

    (三)電解式發生器

    該類臭氧發生器通常是通過電解純凈水而產生臭氧。這種發生器能制取高濃度的臭氧水,制造成本低,使用和維修簡單。但由于有臭氧產量無法做大、電極使用壽命短、臭氧不容易收集等方面的缺點,其用途范圍受到限制。目前這種發生器只是在一些特定的小型設備上或某些特定場所內使用,不具備取代高壓放電式發生器的條件。

    二、臭氧濃度與作用

    臭氧為混合氣體其濃度通常按質量比和體積比來表示。質量比是指單位體積內混合氣體中含有多少質量的臭氧,常用單位mg/Lg/m3等表示。體積比是指單位體積內臭氧所占的體積含量或百分比含量,使用百分比表示如2%5%12%等。衛生行業常用ppm表示臭氧濃度,即每立方臭氧混合氣體中臭氧占該體積的百萬分之一為1ppm。臭氧濃度是衡量臭氧發生器技術含量和性能的重要指標。同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質度就越高。

    影響臭氧濃度的主要因素有:

    1臭氧發生器的結構和加工精度;

    2冷卻方式和條件;

    3驅動電壓和驅動頻率;

    4介電體材料;

    5原料氣體中氧的含量及結凈和干燥度。

    臭氧產量是指臭氧發生器單位時間內臭氧的產出量;臭氧濃度數值與進入臭氧發生器總氣量數值的乘積即為臭氧產量;通常使用mg/hg/hkg/h這些單位表示。臭氧發生器標準中規定臭氧發生器規格型號使用臭氧產量表示和區分。小型臭氧發生器使用g/h為單位,大型臭氧發生器使用kg/h為單位區分規格的大小。

    三、臭氧發生器選型

    臭氧發生器選型非常重要應從以下幾個方面進行選型:

    1確定臭氧發生器的型號即臭氧產量。

    采購臭氧發生器時首先要確定其使用用途,是用于空氣滅菌除味還用于水處理。用于空氣處理時可選擇低濃度經濟型的開放式臭氧發生器,它包括有氣源開放式和無氣源開放式兩種最好選有氣源機型。該類臭氧發生器結構簡單價格低廉,但工作時溫度和濕度影響臭氧發生量。上述開放式臭氧發生器屬最簡單的臭氧裝置,對于要求高的場所空氣處理也應選擇高濃度臭氧發生器。空氣處理時按20-50mg/m3標準投放,食品藥品行業選高值。可根具空間大小換算即得出臭氧的總用量(即臭氧發生器產量)。用于水處理時必須選購高濃度臭氧發生器(臭氧濃度大于12mg/L),低濃度臭氧處理水是無效的。高濃度臭氧發生器為標準配置含氣源及氣源處理裝置和臭氧發生裝置。小型的可設計成一體式機型產量在5-200g/h間,大中型臭氧發生器基本以機組形式存在。

    2鑒別臭氧發生器的品質。

    臭氧發生器品質的優劣可從制造材料、系統配置、冷卻方式、工作頻率、控制方式、臭氧濃度、氣源和電能消耗指標等多方面鑒別。優質的臭氧發生器應是高介電材料制造、標準配置(含氣源和凈化裝置)、雙電極冷卻、高頻驅動、智能控制、高臭氧濃度輸出、低電耗和低氣源消耗。

    3性價比。

    優質的臭氧發生器從設計到配置及制造材料均按其標準進行,成本遠高于低檔發生器和低配置發生器。但優質臭氧發生器性能非常穩定,臭氧濃度和產量不受環境因素影響。而低配置臭氧發生器工作時受環境影響較大,溫度和濕度的增加可使臭氧產量和濃度大幅度下降,影響處理效果。選購時應對其售價和性能進行綜合比評。

    4防止誤區。

    A、了解臭氧發生器是否含氣源,含氣源發生器和不含氣源發生器造價相差很大。如果通過價格優勢采購了無氣源的臭氧發生器,你還需自配氣源裝置最終可能要多花錢。

    B、了解發生器的結構形式,是否可以連續運行,臭氧輸出濃度等指標。例如需要一臺臭氧發生器用于凈水處理,若誤選了開放式臭氧發生器那是無法使用的。

    C、確認臭氧發生器額定標注產量,是使用空氣源標注的還是使用氧氣源時標注的產量。因為臭氧發生器使用氧氣源時臭氧產量比使用空氣源時大一倍,兩者的造價相差近一倍。選購臭氧發生器時供求雙方應全方位溝通避免走入誤區,切勿以價格為主要參考依據衡量臭氧發生器。

    5備用機。

    對于連續工作不許停機的場所,選購臭氧發生器時應有備用機。按兩用一備,一用一備的原則購置。備用機組主要在設備維護或修理過程中交替使用,避免停機維護影響正常生產。


    四、臭氧發生器設計要點

    1使用高介電常數的材料制造電極,提高加工精度。

    2改善冷卻條件,采用水冷或雙極冷卻。

    3降低氣源露點,提高氣源潔凈度。

    4提高臭氧電源的驅動頻率,降低電耗。

    5采用智能控制,并對運行工況再線監測。

    五、臭氧發生器氣源

    臭氧發生器常用的氣源大體可分為下列幾種:

    1干燥空氣氣源--無油的壓縮空氣經過冷卻、干燥、過濾處理后作為原料氣使用;

    2富氧氣源--無油壓縮空氣經過冷干處理送入PSA空分系統將氮氣和氧氣分離,并將氧氣收集作為原料氣(此原料氣含有惰性氣體和二氧化碳及少量氮氣,并非純氧氣所以稱為富氧源);

    3工業氧氣源--通常使用瓶裝工業氧氣(大多適用于小型臭氧發生器);

    4液氧--液態氧經過汽化器汽化減壓后送入臭氧發生器作為原料氣(常用于大型臭氧發生器)。

    六、施工及安裝要點

    1臭氧發生器必須安裝在制水車間和灌裝車間之外(尤其嚴禁安裝在狹小、潮濕的制水或灌裝車間),保持發生器工作環境通風及空氣干燥,該空間必須安裝排風扇。

    2臭氧發生器安裝位置應高于地面1.2m以上,有條件時可高于貯水罐12m。臭氧輸送管路和單向閥必須高于貯水罐12m

    3具體產品的施工安裝要點需詳見企業樣本。 

    七、相關標準

    1產品標準

    《環境保護產品技術要求 臭氧發生器》HJ/T 264-2006

    《臭氧發生器》CJ/T 3028.1-1994

    2工程標準

    《生活飲用水衛生標準》GB 5749-2006

    《建筑給水排水設計規范》GB 50015-2003

    《二次供水設施衛生規范》 GB 17051-1997

    《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB 50242-2002

    八、氣液混合方式

    從目前世界的臭氧技術產業來看,以水處理的殺菌凈化為主要市場,而水凈化臭氧裝置包括臭氧源與氣水混合裝置兩部分。臭氧發生器應提供足夠濃度與產量的臭氧,混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中,即達到一定的臭氧溶解度。因此,一臺好的臭氧發生器必須要有優良的氣水混合裝置,使臭氧能高效地和水混合,使水中的臭氧溶解度能滿足完全殺菌。

    幾種常見的混合裝置比較:

    1傳統的曝氣法---歷史悠久的傳統混合方法。(布氣板法、鼓泡塔法同理)

    運行方式---氣水順流、逆流或多級串聯交迭逆順流,連續運行或間斷批量運行。優點:能耗較低。缺點:噴頭堵塞時布氣不均勻,混合差,需要大型空壓機和昂貴的氧化反應塔。

    2著名的文丘里射流混合法---安全、高效的混合方法。

    運行方式---氣水強制混合。優點:投資少,混合好,接觸時間短,經射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數倍。

    3氣液強力混合腔---安全、節能、效率極高的混合方法,是在文丘里射流混合器基礎上改進的升級產品。

    運行方式---充分利用水的紊流產生較大的負壓,將臭氧吸入,在混合腔內產生渦流、旋轉并相互碰撞。經實際使用證明,一級臭氧吸收率達90%以上,在相同臭氧發生系統的情況下,水中的臭氧溶解度為文丘里射流混合器的2倍左右。氣液強力混合腔外體采用304不銹鋼制作,內腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作,SSLW系列內腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作,產品堅固耐用,無機械故障免維修,運行安裝方便,為目前投資最少,混合效果最好的設備。

    處理較大水量需定做。下表尺寸可能會有適當變動。

    4氣液混合泵---安全、效率極高的混合方法

    氣液混合泵的吸入口可以利用負壓作用吸入氣體,高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌,由于泵內的加壓混合,氣體與液體充分溶解,溶解效率高。一臺氣液混合泵即可進行氣液吸引、混合、溶解并直接將高度溶解液送至使用點。

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