臭氧杀菌原理
正确认识臭氧在水中的物理、化学过程与臭氧杀菌的生物化学过程是极重要的。由于臭氧在水中溶解的机理以及臭氧对生物细胞物质交换的影响过程极为复杂，本文不能详细的探讨，只就臭氧杀菌做一般性的讨论。其中：u：传质速度，可用在t时间内从气相传入液相的臭氧量G确定，即dG/dt。K：传质系数，F：气相与液相的接触表面积，△C传质过程中的动力，可用臭氧在实际情况下与平衡时的浓度差决定(即水中臭氧浓度与臭氧源中臭氧浓度差别越大，传质速度越大)。分析一般传质方程式可以知道，首先要使臭氧尽多地溶入水中，就要尽量加大臭氧与水的接触表面积F，而这是接触装置决定的。其次，△C说明臭氧发生器的浓度越高，越有利于水对臭氧的吸收·第三，传质系数K则与多种因素有关，K(总传质系数)为气相传质系数K气与液相传质系数K液之和，而臭氧属于低溶解度气体，K气可忽略不计.而根据亨利一道尔顿定律，K液是多种物理参数的复合函数。K液=f(T，P，u，w，p，ó)其中臭氧溶解量与气体压力P成正比而与水温T成反比。随着两相相对线速度的增大，气液两相接触表面积F及其更新速度也增大，但每个气泡与液体接触的时间会减小，因此从综合效果来看，气体-液体的相对线速度应维持在一个范围内较好.液体的粘滞度u，密度p及气液间介面表面张力。的提高可使相间表面更新速度降低，并相应使K液减小，所以Km与u，p，o成反比，对于各种饮用水，此项可忽略不计。在应用中，我们应关注温度、气压两个参数，而在设计接触装置时则应注意到水流、气流的相对速度，尤其是其中的温度，因为温度高了不但使水对臭氧的吸收效果下降，而且臭氧本身会因温度过高而分解。国内就曾发生过试图用臭氧处理70·℃的水温而没有取得任何效果的例证。1894年梅尔费特(Mailfert)根据前人的实验报告求出以下臭氧在水中的浓度：温度(℃)O11.8151927405560溶解度(L气/L水)0.640.5O.4560.381O.270.112O.031O这组数据大致里线性，而且表明臭氧在水中的溶解度大约是氧的lO-15倍。威诺萨(venosa)与奥帕特金(Opatken)指出，决定臭氧(或任何气体)在某液体中的溶解度的基本关系式是亨利定律.即在一定温度下，任何气体溶解于已知体积的液体中的重量，将与该气体作用在液体上的分压成正比。而且此定律可推导出结论：在标准温度与压力下，臭氧是氧溶解度的13倍。从亨利定律可以得出结论：要提高臭氧在水中的溶解度，必须提高臭氧气在整个气源中分压，即提高臭氧源的浓度，如果臭氧源的浓度不够，处理时间再长，水中臭氧浓度也提不高(因已达到浓度平衡)。从以上论述，可以得到结论：1、为保证杀菌效果，必须保证水中臭氧的一定浓度与处理时间。2、为保证水中臭氧的一定浓度就需保证：a.臭氧源的浓度。b.一定的气温。c.水温不能过高。d.投入水中臭氧气的比表面积尽量大，使臭氧与水的接触机会更多。根据国内外应用经验一般水质的饮用水消毒处理参数推荐为：水溶臭氧浓度O.4mg/L，接触时间为4分钟，即CT值为1.6。臭氧投加量1-2mg/L，水温最好在25℃以下。前苏联标准规定饮用水中臭氧浓度不低于O.3mg/L。我国瓶装水行业推荐灌装时瓶内水臭氧浓度0.3mg/L.二、目前常用的三种接触装置与其效果前节已提到接触装置的根本目的是保证臭氧在水中有尽量大的溶解度，为此，就需使臭氧气与水的接触面尽量大，有足够的接触时间，因而对接触装置的基本要求是：1、能保证最优化的臭氧吸收效果。2、接触装置工作时，工艺参数控制容易，工作稳定，安全性好。3、能耗(搅拌或输送水、气所需动力)最低。4、最小的体积下有最大的生产能力。5、结构简单，用料便宜，制造与维修成本低。一般常用的接触装置有三种：鼓泡塔或池：水射器(文丘里管)与固定螺旋混合器(单用或合用)：搅拌器或螺旋泵：也有两种以上串联使用的，简介如下：l、鼓泡法：大型水处理用鼓泡池，小型水处理则常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小(几个微米到几十微米孔径)的孔径以增加臭氧的比表面积，而且要求孔径布气均匀，以使水、气全面接触，尤其是在鼓泡池中用多个布气器时，同时一般要求从水面到布气器表面，水深不小于4-5m，以利于气、水充分接触。