影響臭氧水處理滅菌效果的幾個基本因素

   
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啟達小陳 18027467975  QQ  1732461505

 由于臭氧水處理是個新事物，人們尚不太熟悉。有些廠家和施工單位以及臭氧用戶誤認為只要一按電鈕，將臭氧氣吹入水中，消毒即告完成。這個誤區使臭氧的應用得不到應有的效果，甚至致使有些人對臭氧本身的殺菌能力產生了懷疑。

    有的廠家使用極簡易的臭氧發生器處理瓶裝水，對其產生的臭氧濃度、處理后水溶臭氧濃度都一無所知，殺菌的確實效果令人無法相信。難以應用。筆者也曾采訪過一家礦泉水廠，每小時5噸水量，設計單位選用了100g03／h的臭氧發生器，而在接觸吸收裝置內水的停留時間只有幾秒鐘，結果處理的水不合格，而灌裝間大量臭氧尾氣溢出，工人無法工作。

    還有一些廠家生產的家用水處理器，無論是吳氧濃度還是處理時間都不夠，這樣的水處理器能否生產合格的飲用水，很值得懷疑。

    因而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。

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    1、水溶臭氧濃度與保持時間是殺菌的必要條件

       軍事醫學科學院軍隊衛生研究所馬義倫教授等經過對炭疽桿菌，枯草桿菌黑色變種進行臭氧處理試驗，總結出殺菌動力學經驗公式：

dN／dt=-KNtMCN

        其中：  N：菌數  t：時間  C：水中臭氧濃度 m、n是t與c的指數  K：效率常數，也可表示細菌抗力。

        由以上公式可以看出單位時間的滅菌量是與水中臭氧濃度及處理時間的若十次療成止比，可見K與N在不變動的情況下要達到殺菌的目的，必須保證臭氧在水中濃度與一定的接觸時間。

    2、保證水中臭氧濃度的必要性

    要保證臭氧在水中的濃度需要很多條件，大致有水溫、氣壓、氣液的相對運動速度、臭氧氣作用在液體表面的分壓、臭氧氣的表面積、水的粘度、密度、表面張力等，其中有些因素，如水溫、氣壓、臭氧氣作用在液體表面的分壓至關重要。也有的，如水的密度、粘滯度、表面張力等，在某一具體條件下是不變的，就可以不予考慮，現將其中關系簡單介紹如下：

    氣液兩相間的傳質強度取決于分子與湍流的擴散速度，可以用一般傳質公式表示：

                                     u=dG／dt=KF·△C

    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(攝氏度) O 11.8  15 19 27 40 55 60 

溶解度(L氣／L水) 0.64 0.5 O.456 0.381 O.27 0.112 O.031 O 

    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，水溫最好在25攝氏度以下。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.
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