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臭氧殺菌原理
正確認識臭氧在水中的物理、化學過程與臭氧殺菌的生物化學過程是極重要的。由于臭氧在水中溶解的機理以及臭氧對生物細胞物質交換的影響過程極為復雜，本文不能詳細的探討，只就臭氧殺菌做一般性的討論。其中：u：傳質速度，可用在t時間內從氣相傳入液相的臭氧量G確定，即dG／dt。K：傳質系數，F：氣相與液相的接觸表面積，△C傳質過程中的動力，可用臭氧在實際情況下與平衡時的濃度差決定（即水中臭氧濃度與臭氧源中臭氧濃度差別越大，傳質速度越大）。分析一般傳質方程式可以知道，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說明臭氧發生器的濃度越高，越有利于水對臭氧的吸收·第三，傳質系數K則與多種因素有關，K（總傳質系數）為氣相傳質系數K氣與液相傳質系數K液之和，而臭氧屬于低溶解度氣體，K氣可忽略不計．而根據亨利一道爾頓定律，K液是多種物理參數的復合函數。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，但每個氣泡與液體接觸的時間會減小，因此從綜合效果來看，氣體-液體的相對線速度應維持在一個范圍內較好．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，并相應使K液減小，所以Km與u，p，o成反比，對于各種飲用水，此項可忽略不計。在應用中，我們應關注溫度、氣壓兩個參數，而在設計接觸裝置時則應注意到水流、氣流的相對速度，尤其是其中的溫度，因為溫度高了不但使水對臭氧的吸收效果下降，而且臭氧本身會因溫度過高而分解。國內就曾發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年梅爾費特（Mailfert）根據前人的實驗報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這組數據大致里線性，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。而且此定律可推導出結論：在標準溫度與壓力下，臭氧是氧溶解度的13倍。從亨利定律可以得出結論：要提高臭氧在水中的溶解度，必須提高臭氧氣在整個氣源中分壓，即提高臭氧源的濃度，如果臭氧源的濃度不夠，處理時間再長，水中臭氧濃度也提不高（因已達到濃度平衡）。從以上論述，可以得到結論：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會更多。根據國內外應用經驗一般水質的飲用水消毒處理參數推薦為：水溶臭氧濃度O.4mg/L，接觸時間為4分鐘，即CT值為1.6。臭氧投加量1-2mg／L，水溫在25℃以下。前蘇聯標準規定飲用水中臭氧濃度不低于O.3mg/L。我國瓶裝水行業推薦灌裝時瓶內水臭氧濃度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，有足夠的接觸時間，因而對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，工藝參數控制容易，工作穩定，安全性好。3、能耗（攪拌或輸送水、氣所需動力）zui低。4、zui小的體積下有zui大的生產能力。5、結構簡單，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：也有兩種以上串聯使用的，簡介如下：l、鼓泡法：大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小（幾個微米到幾十微米孔徑）的孔徑以增加臭氧的比表面積，而且要求孔徑布氣均勻，以使水、氣全面接觸，尤其是在鼓泡池中用多個布氣器時，同時一般要求從水面到布氣器表面，水深不小于4-5m，以利于氣、水充分接觸。