臭氧機

1840年德國科學家舒貝因在向幕尼黑科學院提出的報告里宣布發現了臭氧。

臭氧的英文名字叫OZONE，分子式O3，分子量48，是氧氣（O2）的同素異形體，由三個氧原子組成，又稱富氧、三子氧、超氧。

臭氧是由一個氧分子（O2）攜帶一個氧原子（O）組成，是氧氣的同素異形體。與氧氣相比，臭氧比重大。有色、有味。在常溫下是淡藍色，草腥味。雷電過後，時可聞到其氣味。1ppm臭氧=1.963mg/m3。標準狀態下，臭氧密度ρ=2.144g/l，空氣ρ=1.293g/l。臭氧在水中的溶解度大約是氧的10—15倍，在水中穩定性較差。

臭氧易分解，不穩定參比狀態下臭氧的半衰期為22~25分鐘，一個小時的衰退率為61%，在1%的臭氧水溶液中半衰期約為16分鐘，且溫度越高，濕度越大，半衰期越短。

臭氧具有不穩定性。由於臭氧（O3）是由氧分子攜帶一個氧原子組成，決定了它只是一種暫存形態，攜帶的氧原子除氧化用掉外，剩餘的又組合為氧氣（O2）進入穩定狀態。所以臭氧工作中沒有二次污染產生，這是臭氧技術應用的最大優越性。

臭氧具有很強的氧化能力。

臭氧具有強氧化性，有四大功用：氧化、滅菌、脫色、除味。

臭氧的應用主要是滅菌消毒。這主要是因為臭氧有極強的氧化能力，臭氧在一定濃度下能與細菌、病毒、病原體等微生物產生生化反應。臭氧具有很高的能量，在常溫、常壓下很快自行分解為氧（O2）和單個氧原子（O），單個氧原子具有很強的活性，對細菌、病毒、病原體等微生物具有較強的氧化作用。

國際衛生組織對其滅菌功效曾歸納比較，臭氧與其它殺菌劑對大腸桿菌的殺滅效果依次為：臭氧（O3）>次氯酸（HClO）>二氧化氯（ClO2）>銀離子（Ag+）>次氯酸根（ClO）>高鐵酸鹽（Fe3+）>氯胺（NHCl3）。

臭氧殺菌機理以氧化作用破壞微生物膜的結構實現殺菌作用。臭氧首先作用於細胞膜，使膜構成成分受損傷而導致新陳代謝障礙，臭氧繼續滲透穿透膜而破壞膜內脂蛋白和脂多糖，改變細胞的通透性，導致細胞溶解、死亡。而臭氧滅活病毒則認為氧化作用直接破壞其核糖核酸RNA或脫氧核糖核酸DNA物質而完成的。

臭氧水殺滅情況有些不同，其氧化反應有兩種，微生物菌體既與溶解水中的臭氧直接反應，又與臭氧分解生成之羥基OH的間接反應，由於羥基OH為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧水的殺菌速度極快。

臭氧能氧化分解細菌、病毒內部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶，並直接與細菌、病毒發生作用，氧化並穿透其細胞壁，破壞其細胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌、病毒的新陳代謝和繁殖過程遭到破壞，而奪取細菌病毒的生命。同時還可以滲透細胞膜組織、侵入細胞膜內作用於外膜脂蛋白和內部的脂多糖，使細胞發生通透性畸變，導致細胞溶解性死亡，並將死亡菌體內的遺傳基因、寄生菌種、寄生病毒粒子、噬菌體、支原體及熱源（內毒素）等溶解死亡。綜觀無菌技術對微生物作用的原理可分為抑菌型、殺菌和溶菌型三種。臭氧滅菌消毒屬於溶菌型劑體，可以達到“徹底、永久地消滅物體內部所有微生物的目的”，不僅這樣而且它的作用是瞬間完成的。

臭氧的應用主要以發生量來確定，分為氣態下消毒和液態下消毒兩大類。臭氧發生量和使用量一般按照發生量的額定發生量乘以時間來確定，但在不同的用途和不同的場所應計出衰減量而後確定。臭氧發生器在使用中，氣源的配置直接影響臭氧的發生濃度、產量和純度，氣源一般分為普通氣源、乾燥空氣源、富氧氣源和工業氧氣氣源四種，以上氣源的配置，在發生裝置相同的情況，濃度和產量依次遞增。按照應用常識，一般不應配置普通氣源，因為這會影響發生裝置的連接使用壽命並導致發生量不穩定。因此，常用的氣源按用途大體可分為下列幾種：

1）乾燥氣源——空間消毒、自來水處理、游泳池水、養殖水、生產循環水、中水回用等

2）富氧氣源——臭氧濃度需求較高的使用場所，如純凈水、礦泉水、污水處理、醫藥食品車間等

3）工業氧氣源——純度要求較高、濃度需求較重要、小氣量應用場所等

3.用於大型空間的消毒應用，如醫藥、食品等行業車間的殺菌消毒，一般應安裝專門管路分通到車間內，使臭氧分佈均勻，也有的通入中央空調風道管路，但這種方式有時會造成空調風道金屬件的腐蝕和臭氧消耗。

4.用於水處理，則主要配置臭氧溶於水的投加裝置，一般分為曝氣式（直接曝氣或氧化塔式）、文丘里射流器式、漩渦負吸式或HICHINE泵混合式樣等幾種，以上其溶於水效率可依次提高，HICHINE泵式效率可達95%以上。

1）曝氣式：自來水、養殖水、生產循環水、生活污水、工業廢水等

2）文丘里射流式：二次供水、純凈水、礦泉水、養殖水冷卻、游泳池水等

3）負吸式：小水體應用

4）氣液混合泵式：小水體應用或臭氧消毒水應用

根據清華大學編的《臭氧技術應用文集》一書，將有關臭氧應用濃度按安全濃度空氣、應用濃度、水中應用濃度、環境濃度及感知濃度，分類摘錄，以便在應用中查找。安全濃度人們允許接觸的臭氧濃度不大於0.2mg/m3。

◎臭氧工業衛生標準：國際臭氧協會：0.1ppm，接觸10小時美國：0.1ppm，接觸8小時德、法、日本：0.1ppm中國：0.15ppm

◎家用臭氧消毒櫃外臭氧泄漏量不得超過0.2mg/m3（指1.5米以外），消毒一個周期后殘留濃度不得大於0.2mg/m3。

◎動物試驗表明，臭氧毒性的起點濃度為0.3ppm，而人對空氣中臭氧可嗅知的濃度為0.02～0.04ppm，根據臭氧對肺功能毒性的試驗結果，提出1.5～2.0ppm為臭氧允許濃度的上限。衛生部規定臭氧最高允許濃度為0.2mg/m3。

◎作為空氣除味與殺菌，要求臭氧濃度較低，如0.5ppm（1mg/m3），而物品表面消毒（殺滅微生物和去除化學污染）則要求提高几十倍的臭氧濃度。

◎空氣應用具氧濃度在1mg/m3～10mg/m3之間。

◎溫度低，濕度大則殺滅效果好，尤其是濕度，相對濕度小於45%，臭氧對空氣中懸浮微生物幾乎沒有殺滅作用。在60%時才逐漸增強，在95%時達到最大值。

◎用臭氧消毒食品加工車間，0.5～1.0ppm即可殺滅空氣中的80%的自然菌。

◎冷庫消毒要求臭氧濃度6～10ppm，停機后封庫24小時以上細菌殺滅率90%左右，黴菌殺滅率80%左右。

◎水應用中臭氧溶解度在0.1mg/L～10mg/L之間。低值作為水消毒凈化要求的最低濃度，高值作為“臭氧水消毒劑”可達到的濃度值。

◎自來水臭氧睜化，國際常規標準為0.4mg/L的溶解度值，保持4分鐘，即CT值為1.6。

◎水中余臭氧濃度保持在0.1～0.5mg/L作用5～10min可達消毒目的。

◎臭氧水消毒滅菌是急速的，消毒作用在瞬間發生。清水中臭氧濃度一旦達到，在0.5～1分鐘內就殺死細菌，在濃度達4mg/L，在1分鐘內乙肝病毒滅活率為100%。

◎Herbold報道：20℃條件下，水中臭氧濃度達0.43mg/L時，可將大腸桿菌100%殺滅，10℃時僅需0.36mg/L即可全部殺滅。

◎臭氧濃度為0.25～38mg/L時，僅需幾秒或幾分鐘完全滅活甲型肝炎病毒（HAV）。

◎礦泉水中臭氧溶解度在0.4～0.5mg/L時，即可滿足殺菌保質要求。合理的臭氧投放量為1.5～2.0mg/L。

◎瓶裝水處理應達0.3～0.5mg/L的臭氧溶解度值，要求投加臭氧應滿足1m3水2gO3的發生量。根據實踐經驗，臭氧發生濃度高於8mg/L時容易達到濃度。

附國際通行臭氧安全標準

國際臭氧協會：0.1ppm，

美國：0.1ppm，

德、法、日等國：0.1ppm，

中國：0.15ppm，

以上是人在臭氧化氣體環境下的安全衛生標準，其濃度與接觸時間的乘積可視為基準點。

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。

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製造高壓電暈電場，使電場內或電場周圍的氧分子發生電化學反應，從而製造臭氧。

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。工頻發生器由於體積大、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。

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供應氧氣。空氣型通常是使用空氣（如壓縮空氣）作為原料。由於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比較低，同時還會衍生氮化物。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。在環境消毒時，通常使用空氣型發生器。在水處理時，應優先考慮氧氣型發生器。但如果消毒飲用水時，發生器需要配合舊式臭氧混合塔使用，則只能選用空氣型。

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，並能長時間連續工作，但結構複雜，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。風冷一般只用於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。需要提醒用戶的是，國內某些廠家將本來是中低檔結構的臭氧發生器，也簡單加裝了水冷卻系統。但由於這種臭氧發生器的根本結構沒有改變，所以性能不會得到提高。

4、按介電材料劃分，常見的有石英管、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等幾種類型。其中石英管由於具有介電常數高、壁厚均勻、橢圓度好、耐高溫、耐潮濕等特點而最常被一些高性能的臭氧發生器使用。陶瓷板易脆裂，只適用一些小型發生器。陶瓷管的壁厚和橢圓度不易控制，容易出現放電不均勻的問題，所以使用的不多。玻璃管和搪瓷管介電常數低，耐高溫性能差，易炸裂，只有在一些低端發生器上使用。

5、按臭氧產生部件的結構劃分，有密閉式和開放式兩種。密閉式發生器的結構特點是密封體本身就是電極，臭氧能夠集中使用，如用於水處理。開放式發生器的電極是裸露在空氣中的，所產生的臭氧無法集中使用，通常只用於較小空間的空氣凈化或某些小型物品表面消毒。密閉式發生器可代替開放式發生器使用。密閉式發生器的成本遠高於開放式發生器。值得注意的是，現在有些人把開放式發生器硬性封裝起來，冒充密閉式發生器。這樣做的結果是由於大量的熱量無法及時散發，臭氧衰減嚴重，發生器也很快燒損。

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。由於紫外線燈管體積大、臭氧產量低、使用壽命短，所以這種發生器使用範圍較窄，常見於消毒碗柜上使用。

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。這種發生器能製取高濃度的臭氧水，製造成本低，使用和維修簡單。但由於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，其用途範圍受到限制。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。

綜上所述，性能比較優秀的臭氧發生器應具備以下特點：中高頻高壓放電式、石英介電管結構、水冷卻、氧氣型、密閉式。

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，一台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：

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。

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。本公司生產的氣水射流混合器採用堅固的耐臭氧PVDF材料加工成形，體積小，使用方便，而且配有單向閥。

氣液強力混合腔

安全、節能、效率極高的混合方法，為本公司研製的最新產品。

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、旋轉並相互碰撞。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。如利用本公司的SOZ-6G臭氧發生系統處理2T水，水中的臭氧溶解度可達0.8--1.0mg/L以上。

氣液強力混合腔外體採用304不鏽鋼製作，內腔採用316不鏽鋼和部分耐臭氧ABS材料製作，SSLW系列內腔採用不鏽鋼和耐臭氧PVDF材料製作，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。

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，由於泵內的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率高。一台氣液混合泵即可進行氣液吸引、混合、溶解並直接將高度溶解液送至使用點。但需要氣液混合罐、出水壓力節等才能達到最佳效果，我公司的高濃度臭氧水機採用氣液混合泵。

高效混合接觸塔

目前為止幾乎為完美的混合方案，在國際上為可口可樂，康師傅等大型飲料企業廣泛採用。在臭氧設備不變的情況下，使混合效率得到大幅度的提高，跟傳統的曝氣混合塔相比，至少提高80%以上，水中臭氧濃度可以達到10mg/l以上。

1.高效混合接觸塔：直徑600mm、800mm、1000mm、1200mm,1500mm,高度2500mm，不鏽鋼厚度≥2.5mm,304不鏽鋼（可以訂做316不鏽鋼）。

高效混合接觸塔內部結構示意圖中未畫出。進出水口尺寸為內絲DN50--DN200，自動排氣閥口尺寸為內絲1/2英寸（4分）。

2.全套含高效混合接觸塔，氣水強力混合器，自動排氣閥，不鏽鋼防回水筒。不鏽鋼加壓泵另配。

臭氧在大氣中的含量很少，卻是橡膠龜裂的主要因素，進口臭氧老化試驗箱用於測試橡膠在臭氧環境下的損壞程度。臭氧老化箱模擬和強化大氣中的臭氧條件，研究臭氧對橡膠的作用規律，快速鑒定和評價橡膠抗臭氧老化性能與抗臭氧劑防護效能的方法，進而採取有效的防老化措施，以提高橡膠製品的使用壽命。

應用的機理與優越性

食品行業應用臭氧的目的有兩個方面：一是殺滅微生物－殺菌消毒；二是氧化分解有機或無機物污染氣味－除臭凈化。兩方面的應用基礎均依賴於O3的強氧化性能和不穩定易分解的特性。

殺菌消毒

臭氧為氣體消毒劑，其殺菌過程為強氧化作用使微生物細胞中的多種成分產生反應，從而產生不可逆轉的變化而死亡。一般認為，臭氧滅活病毒是通過直接破壞其核糖核酸(RNA)或脫氧核糖核酸（DNA）物質完成的。而殺滅細菌、黴菌類微生物則是臭氧首先作用於細胞膜，使膜構成成分受損傷，導致新陳代謝障礙並抑制其生長，臭氧繼續滲透破壞膜內組織，直至殺死。濕度增加提高殺滅率，是由於高濕度下細胞膜膨脹變薄，其組織容易被臭氧破壞。

除臭凈化

臭氧去除異味性能極好。依靠其氧化性能可快速分解產生臭味及其他氣味的有機或無機物質。臭味的主要成分是胺R3N、硫化氫H2S、甲硫醇CH3SH等。臭氧對其氧化分解，生成物沒有氣味。

臭氧與消毒劑比較

臭氧作為高效廣譜無殘餘污染的氣體消毒劑比食品行業常用的消毒劑（如過氧乙酸、高錳酸鉀、甲醛、二氧化硫）等具有特殊的優越性臭氧會自行分解為氧氣，不產生殘餘污染，消毒后不需通風換氣。常規消毒均需通風換氣或化學中和，麻煩而又降低消毒效果。

臭氧與紫外線照射殺菌比較

紫外線以光波輻射作用殺菌，只有照射到的位置且達到照射強度標準才有殺菌效果。食品加工車間很高、很大，照射強度與距離平方成反比，強度不夠，照射又有很大死角。臭氧為氣體，擴散性好，無死角，濃度均勻紫外線殺菌在相對濕度60%以上時效果急劇下降，80%濕度上時反可誘使細菌復活。臭氧則相反，濕度越高殺菌效果越好，對食品行業80%－90%高濕環境特別適合

汽車室內消毒

汽車消毒機是運用臭氧和負離子的消毒方式，臭氧主要是對車內消毒殺菌，負離子主要是凈化車內空氣，祛除異味。

功能：可殺滅和消除異味、煙味、汗味、臭味、纖維、浮遊黴菌、病毒、浮遊細菌、蟎蟲、花粉、灰塵、皮屑、苯、甲苯、二甲苯、總揮發性有機物（TVOC）、甲醛、汽車尾氣中的一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物等

1、機器不通電：電源插頭是否插好，插座是否有220V交流電；

2、臭氧輸出口無氣量輸出：機器內部線路接頭是否脫落、管路是否打折。檢查氣泵開關是否打開，氧氣輸入口是否有氣量輸入。

3、無臭氧(有空氣)：臭氧指示燈不亮，定時器是否打開。如定時器已打開，還是沒臭氧，發生器損壞。