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全面解析臭氧發(fā)生器的工作原理

2019-11-27 14:14:51

按臭氧產(chǎn)生的方式劃分，目前的臭氧發(fā)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(fā)生器

該類臭氧發(fā)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(nèi)或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而制造臭氧。

這種臭氧發(fā)生器具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、使用壽命長、臭氧產(chǎn)量大（單機(jī)可達(dá)1Kg/h）等優(yōu)點(diǎn)，所以是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)使用最廣泛的臭氧發(fā)生器。

在高壓放電式臭氧發(fā)生器中又分為以下幾種類型：

1、按發(fā)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(fā)生器由于體積大、功耗高等缺點(diǎn)，目前已基本退出市場。中、高頻發(fā)生器具有體積小、功耗低、臭氧產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)在最常用的產(chǎn)品。

2、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(jī)供應(yīng)氧氣?？諝庑屯ǔＪ鞘褂脻崈舾稍锏膲嚎s空氣作為原料。由于臭氧是靠氧氣來產(chǎn)生的，而空氣中氧氣的含量只有21%，所以空氣型發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧濃度相對較低，而瓶裝或制氧機(jī)的氧氣純度都在90%以上，所以氧氣型發(fā)生器的臭氧濃度較高。

3、按冷卻方式劃分，有水冷型和風(fēng)冷型。

臭氧發(fā)生器工作時會產(chǎn)生大量的熱能，需要冷卻，否則臭氧會因高溫而邊產(chǎn)生邊分解。水冷型發(fā)生器冷卻效果好，工作穩(wěn)定，臭氧無衰減，并能長時間連續(xù)工作，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本稍高。風(fēng)冷型冷卻效果不夠理想，臭氧衰減明顯。總體性能穩(wěn)定的高性能臭氧發(fā)生器通常都是水冷式的。風(fēng)冷一般只用于臭氧產(chǎn)量較小的中低檔臭氧發(fā)生器。在選用發(fā)生器時，應(yīng)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(fā)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(wěn)是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但機(jī)械強(qiáng)度差。陶瓷和玻璃類似但陶瓷不宜加工特別在大型臭氧機(jī)中使用受到限制。搪瓷是一種新型介電材料，介質(zhì)和電極于一體機(jī)械強(qiáng)度高、可精密加工精度較高，在大中型臭氧發(fā)生器中廣泛使用，但制造成本較高。

5、按臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)劃分，有間隙放電式（DBD）和開放式兩種。

間隙放電式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是臭氧在內(nèi)外電極區(qū)間的間隙內(nèi)產(chǎn)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(fā)生器的電極是裸露在空氣中的，所產(chǎn)生的臭氧直接擴(kuò)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(fā)生器可代替開放式發(fā)生器使用。但間隙放電式臭氧發(fā)生器成本遠(yuǎn)高于開放式。

2紫外線式臭氧發(fā)生器

該類臭氧發(fā)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(chǎn)生臭氧。由于紫外線燈管體積大、臭氧產(chǎn)量低、使用壽命短，所以這種發(fā)生器使用范圍較窄，常見于消毒碗柜上使用。

3電解式發(fā)生器

該類臭氧發(fā)生器通常是通過電解純凈水而產(chǎn)生臭氧。這種發(fā)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(chǎn)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(diǎn)，其用途范圍受到限制。目前這種發(fā)生器只是在一些特定的小型設(shè)備上或某些特定場所內(nèi)使用，不具備取代高壓放電式發(fā)生器的條件。

臭氧發(fā)生器概述

臭氧發(fā)生器概述臭氧發(fā)生器是用于制取臭氧的設(shè)備裝置。臭氧易于分解無法儲存需現(xiàn)場制取現(xiàn)場使用（但是在特殊的情況下是可以進(jìn)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(fā)生器。臭氧發(fā)生器在自來水，污水，工業(yè)氧化，空間滅菌等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

臭氧是世界公認(rèn)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(chǎn)生臭氧。臭氧比氧分子多了一活潑的氧原子臭氧，化學(xué)性質(zhì)特別活潑，是一種強(qiáng)氧化劑，在一定濃度下可迅速殺滅空氣中的細(xì)菌。沒有任何有毒殘留，不會形成二次污染，被譽(yù)為“最清潔的氧化劑和消毒劑”。

臭氧濃度與作用

臭氧為混合氣體其濃度通常按質(zhì)量比和體積比來表示。質(zhì)量比是指單位體積內(nèi)混合氣體中含有多少質(zhì)量的臭氧，常用單位mg/L或g/m3等表示。體積比是指單位體積內(nèi)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(wèi)生行業(yè)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(fā)生器技術(shù)含量和性能的重要指標(biāo)。同等的工況條件下臭氧輸出濃度越高其品質(zhì)度就越高。影響臭氧濃度的主要因素有1、臭氧發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和加工精度；2、冷卻方式和條件；3、驅(qū)動電壓和驅(qū)動頻率；4、介電體材料；5、原料氣體中氧的含量及結(jié)凈和干燥度。臭氧產(chǎn)量是指臭氧發(fā)生器單位時間內(nèi)臭氧的產(chǎn)出量；臭氧濃度數(shù)值與進(jìn)入臭氧發(fā)生器總氣量數(shù)值的乘積即為臭氧產(chǎn)量；通常使用mg/h,g/h,kg/h這些單位表示。臭氧發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定臭氧發(fā)生器規(guī)格型號使用臭氧產(chǎn)量表示和區(qū)分。小型臭氧發(fā)生器使用g/h為單位，大型臭氧發(fā)生器使用kg/h為單位區(qū)分規(guī)格的大小。

臭氧發(fā)生器選型

臭氧發(fā)生器選型非常重要應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行選型：

1.確定臭氧發(fā)生器的型號即臭氧產(chǎn)量。

采購臭氧發(fā)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(jīng)濟(jì)型的開放式臭氧發(fā)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(jī)型。該類臭氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單價格低廉，但工作時溫度和濕度影響臭氧發(fā)生量。上述開放式臭氧發(fā)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(yīng)選擇高濃度臭氧發(fā)生器?？諝馓幚頃r按20-50mg/m3標(biāo)準(zhǔn)投放，食品藥品行業(yè)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(fā)生器產(chǎn)量）。用于水處理時必須選購高濃度臭氧發(fā)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(fā)生器為標(biāo)準(zhǔn)配置含氣源及氣源處理裝置和臭氧發(fā)生裝置。小型的可設(shè)計成一體式機(jī)型產(chǎn)量在5-200g/h間，大中型臭氧發(fā)生器基本以機(jī)組形式存在。

2.鑒別臭氧發(fā)生器的品質(zhì)。

臭氧發(fā)生器品質(zhì)的優(yōu)劣可從制造材料、系統(tǒng)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(biāo)等多方面鑒別。優(yōu)質(zhì)的臭氧發(fā)生器應(yīng)是高介電材料制造、標(biāo)準(zhǔn)配置（含氣源和凈化裝置）、雙電極冷卻、高頻驅(qū)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(yōu)質(zhì)的臭氧發(fā)生器從設(shè)計到配置及制造材料均按其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，成本遠(yuǎn)高于低檔發(fā)生器和低配置發(fā)生器。但優(yōu)質(zhì)臭氧發(fā)生器性能非常穩(wěn)定，臭氧濃度和產(chǎn)量不受環(huán)境因素影響。而低配置臭氧發(fā)生器工作時受環(huán)境影響較大，溫度和濕度的增加可使臭氧產(chǎn)量和濃度大幅度下降，影響處理效果。選購時應(yīng)對其售價和性能進(jìn)行綜合比評。

4.防止誤區(qū)。

A.了解臭氧發(fā)生器是否含氣源，含氣源發(fā)生器和不含氣源發(fā)生器造價相差很大。如果通過價格優(yōu)勢采購了無氣源的臭氧發(fā)生器，你還需自配氣源裝置最終可能要多花錢。B.了解發(fā)生器的結(jié)構(gòu)形式，是否可以連續(xù)運(yùn)行，臭氧輸出濃度等指標(biāo)。例如需要一臺臭氧發(fā)生器用于凈水處理，若誤選了開放式臭氧發(fā)生器那是無法使用的。D確認(rèn)臭氧發(fā)生器額定標(biāo)注產(chǎn)量，是使用空氣源標(biāo)注的還是使用氧氣源時標(biāo)注的產(chǎn)量。因?yàn)槌粞醢l(fā)生器使用氧氣源時臭氧產(chǎn)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(fā)生器時供求雙方應(yīng)全方位溝通避免走入誤區(qū)，切勿以價格為主要參考依據(jù)衡量臭氧發(fā)生器。

5.備用機(jī)。

對于連續(xù)工作不許停機(jī)的場所，選購臭氧發(fā)生器時應(yīng)有備用機(jī)。按兩用一備，一用一備的原則購置。備用機(jī)組主要在設(shè)備維護(hù)或修理過程中交替使用，避免停機(jī)維護(hù)影響正常生產(chǎn)。

臭氧發(fā)生器設(shè)計要點(diǎn)

1.使用高介電常數(shù)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(diǎn)，提高氣源潔凈度。

4.提高臭氧電源的驅(qū)動頻率，降低電耗。

5.采用智能控制，并對運(yùn)行工況再線監(jiān)測。

臭氧發(fā)生器氣源

臭氧發(fā)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(jīng)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(jīng)過冷干處理送入PSA空分系統(tǒng)將氮?dú)夂脱鯕夥蛛x，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?dú)?，并非純氧氣所以稱為富氧源）；

3）工業(yè)氧氣源--通常使用瓶裝工業(yè)氧氣（大多適用于小型臭氧發(fā)生器）；

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

施工、安裝要點(diǎn)

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

2）臭氧發(fā)生器安裝位置應(yīng)高于地面1.2m以上,有條件時可高于貯水罐1～2m。臭氧輸送管路和單向閥必須高于貯水罐1～2m。

3）具體產(chǎn)品的施工安裝要點(diǎn)需詳見企業(yè)樣本。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求臭氧發(fā)生器》HJ/T 264-2006

《臭氧發(fā)生器》CJ/T 3028.1-1994

2）工程標(biāo)準(zhǔn)

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749-2006

《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB 50015-2003

《二次供水設(shè)施衛(wèi)生規(guī)范》 GB 17051-1997

《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50242-2002

氣液混合方式

從目前世界的臭氧技術(shù)產(chǎn)業(yè)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(fā)生器應(yīng)提供足夠濃度與產(chǎn)量的臭氧，混合裝置以高效率使臭氧溶解在水中，即達(dá)到一定的臭氧溶解度。因此，一臺好的臭氧發(fā)生器必須要有優(yōu)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：

一、傳統(tǒng)的曝氣法---歷史悠久的傳統(tǒng)混合方法。（布?xì)獍宸?、鼓泡塔法同理?br />
運(yùn)行方式---氣水順流、逆流或多級串聯(lián)交迭逆順流，連續(xù)運(yùn)行或間斷批量運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：能耗較低。缺點(diǎn)：噴頭堵塞時布?xì)獠痪鶆?，混合差，需要大型空壓機(jī)和昂貴的氧化反應(yīng)塔。

二、著名的文丘里射流混合法---安全、高效的混合方法。

運(yùn)行方式---氣水強(qiáng)制混合。優(yōu)點(diǎn)：投資少，混合好，接觸時間短，經(jīng)射流混合器后臭氧在水中的臭氧濃度可為曝氣法的數(shù)倍。

三、氣液強(qiáng)力混合腔---安全、節(jié)能、效率極高的混合方法，是在文丘里射流混合器基礎(chǔ)上改進(jìn)的升級產(chǎn)品。

運(yùn)行方式---充分利用水的紊流產(chǎn)生較大的負(fù)壓，將臭氧吸入，在混合腔內(nèi)產(chǎn)生渦流、旋轉(zhuǎn)并相互碰撞。經(jīng)實(shí)際使用證明，一級臭氧吸收率達(dá)90%以上，在相同臭氧發(fā)生系統(tǒng)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(qiáng)力混合腔外體采用304不銹鋼制作，內(nèi)腔采用316不銹鋼和部分耐臭氧ABS材料制作，SSLW系列內(nèi)腔采用不銹鋼和耐臭氧PVDF材料制作，產(chǎn)品堅固耐用，無機(jī)械故障免維修，運(yùn)行安裝方便，為目前投資最少，混合效果最好的設(shè)備。

處理較大水量需定做。下表尺寸可能會有適當(dāng)變動。

四、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(fù)壓作用吸入氣體，高速旋轉(zhuǎn)的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，由于泵內(nèi)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(jìn)行氣液吸引、混合、溶解并直接將高度溶解液送至使用點(diǎn)。

臭氧發(fā)生器

1、選用主要控制參數(shù)

臭氧發(fā)生器選用主要控制參數(shù)為臭氧發(fā)生量，臭氧濃度，公斤臭氧電耗等。

2、基本要求

臭氧發(fā)生器應(yīng)符合《臭氧發(fā)生器》HJ/T264－2006以及《臭氧發(fā)生器》CJ/T 3028.1-1994的規(guī)定，并按照規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件制造。

3、工作原理

氧氣（或空氣）通過高頻高壓電場，使氧轉(zhuǎn)化為臭氧，并及時與水混合，利用臭氧的強(qiáng)氧化作用，殺滅水中的細(xì)菌。

4、臭氧發(fā)生器內(nèi)部外觀和外部外觀質(zhì)量要求

內(nèi)部的外觀質(zhì)量包括：臭氧發(fā)生器單元各零部件應(yīng)光潔，不得有任何油污、水漬、灰塵及其它物質(zhì)。臭氧發(fā)生器內(nèi)部防腐涂層應(yīng)表面光潔，不得存在起皮、剝落及其它缺陷；高壓電輸配系統(tǒng)整潔，不得存在引起輸配電異常的不良情況和外來物。

外部的外觀質(zhì)量包括：外殼表面光滑平整，不得存在疤痕、凸凹等影響外觀的缺陷；各處保護(hù)、裝飾涂層應(yīng)均勻，不存在起皮、剝落及其它缺陷。外殼上各附屬物（件）的安裝位置準(zhǔn)確，各部分均不應(yīng)存在妨礙安裝、檢修、擦拭等缺陷。

5、主要技術(shù)參數(shù)

1）不同等級的臭氧發(fā)生器的氣源，無論用空氣還是氧氣，其露點(diǎn)溫度都應(yīng)≤-50℃。

2）不同等級的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧的濃度見表1

表1 不同等級臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧濃度

氣源種類

臭氧濃度，mg/L

優(yōu)級品

一級品

合格品

氧氣

≥100

70～100

30～70

空氣

≥38

25～38

15～25

3）不同等級的臭氧發(fā)生器產(chǎn)生公斤臭氧的電耗見表2

表2 不同等級臭氧發(fā)生器產(chǎn)生公斤臭氧電耗

氣源種類

電耗，kW·h/kg

優(yōu)級品

一級品

合格品

氧氣

8

9

10

空氣

16

18

20

4）不同等級的臭氧發(fā)生器冷卻方式見表3

表3 不同等級臭氧發(fā)生器冷卻方式

冷卻劑

冷卻方式

優(yōu)級品

一級品

合格品

水

雙極水冷

單極水冷

—

空氣

—

單極氣冷

雙極氣冷

5）以空氣為氣源，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的氮氧化物（NOX）濃度不得大于臭氧濃度的2.5%。

6、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

《臭氧發(fā)生器》HJ/T 264-2006

《臭氧發(fā)生器》CJ/T 3028.1-1994

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749-2006

7施工、安裝要點(diǎn)

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

2）臭氧發(fā)生器安裝位置應(yīng)高于地面1.2m以上,有條件時可高于貯水罐1～2m。臭氧輸送管路和單向閥必須高于貯水罐1～2m
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