影響臭氧水處理機(jī)滅菌效果的幾個(gè)基本因素
由于臭氧水處理機(jī)是個(gè)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(rèn)為只要一按電鈕，將臭氧氣吹入水中，消毒即告完成。這個(gè)誤區(qū)使臭氧的應(yīng)用得不到應(yīng)有的效果，甚至致使有些人對(duì)臭氧本身的殺菌能力產(chǎn)生了懷疑。
有的廠家使用極簡(jiǎn)易的臭氧水處理機(jī)處理瓶裝水，對(duì)其產(chǎn)生的臭氧濃度、處理后水溶臭氧濃度都一無(wú)所知，殺菌的確實(shí)效果令人無(wú)法相信。難以應(yīng)用。筆者也曾采訪過一家礦泉水廠，每小時(shí)5噸水量，設(shè)計(jì)單位選用了100gO3/h的臭氧發(fā)生器，而在接觸吸收裝置內(nèi)水的停留時(shí)間只有幾秒鐘，結(jié)果處理的水不合格，而灌裝間大量臭氧尾氣溢出，工人無(wú)法工作。
還有一些廠家生產(chǎn)的家用水處理器，無(wú)論是吳氧濃度還是處理時(shí)間都不夠，這樣的臭氧水處理機(jī)能否生產(chǎn)合格的飲用水，很值得懷疑。
因而正確認(rèn)識(shí)臭氧在水中的物理、化學(xué)過程與臭氧殺菌的生物化學(xué)過程是極重要的。由于臭氧在水中溶解的機(jī)理以及臭氧對(duì)生物細(xì)胞物質(zhì)交換的影響過程極為復(fù)雜，本文不能詳細(xì)的探討，只就臭氧殺菌做一般性的討論。
1. 水溶臭氧濃度與保持時(shí)間是殺菌的必要條件
軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊(duì)衛(wèi)生研究所馬義倫教授等經(jīng)過對(duì)炭疽桿菌，枯草桿菌黑色變種進(jìn)行臭氧處理試驗(yàn)，總結(jié)出殺菌動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式：
dN/dt=-KNtmCn
其中：N：菌數(shù) t：時(shí)間 C：水中臭氧濃度 m、nt與c的指數(shù) K：效率常數(shù)，也可表示細(xì)菌抗力。
由以上公式可以看出單位時(shí)間的滅菌量是與水中臭氧濃度及處理時(shí)間的若十次療成止比，可見K與N在不變動(dòng)的情況下要達(dá)到殺菌的目的，必須保證臭氧在水中濃度與一定的接觸時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guān)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(xiàn)將其中關(guān)系簡(jiǎn)單介紹如下：
氣液兩相間的傳質(zhì)強(qiáng)度取決于分子與湍流的擴(kuò)散速度，可以用一般傳質(zhì)公式表示：
u=dG/dt=KF·△C
其中：u：傳質(zhì)速度，可用在t時(shí)間內(nèi)從氣相傳入液相的臭氧量G確定，即dG/dt。 K：傳質(zhì)系數(shù)，F(xiàn)：氣相與液相的接觸表面積，△C傳質(zhì)過程中的動(dòng)力，可用臭氧在實(shí)際情況下與平衡時(shí)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(zhì)速度越大)。
分析一般傳質(zhì)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(fā)生器的濃度越高，越有利于水對(duì)臭氧的吸收。
第三，傳質(zhì)系數(shù)K則與多種因素有關(guān)，K(總傳質(zhì)系數(shù))為氣相傳質(zhì)系數(shù)K氣與液相傳質(zhì)系數(shù)K液之和，而臭氧屬于低溶解度氣體，K氣可忽略不計(jì)。根據(jù)亨利一道爾頓定律，K液是多種物理參數(shù)的復(fù)合函數(shù)。
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(duì)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(gè)氣泡與液體接觸的時(shí)間會(huì)減小，因此從綜合效果來(lái)看，氣體-液體的相對(duì)線速度應(yīng)維持在一個(gè)范圍內(nèi)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(yīng)使K液減小，所以Km與u，p，ó成反比，對(duì)于各種飲用水，此項(xiàng)可忽略不計(jì)。
在應(yīng)用中，我們應(yīng)關(guān)注溫度、氣壓兩個(gè)參數(shù)，而在設(shè)計(jì)接觸裝置時(shí)則應(yīng)注意到水流、氣流的相對(duì)速度，尤其是其中的溫度，因?yàn)闇囟雀吡瞬坏顾畬?duì)臭氧的吸收效果下降，而且臭氧本身會(huì)因溫度過高而分解。國(guó)內(nèi)就曾發(fā)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(fèi)特(Mailfert)根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告求出以下臭氧在水中的濃度：
溫度(攝氏度) 0 11.8 15 19 27 40 55 60
溶解度(L氣/L水) 0.64 0.5 0.456 0.381 0.27 0.112 0.031 0
這組數(shù)據(jù)大致里線性，而且表明臭氧在水中的溶解度大約是氧的10～15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(guān)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(dǎo)出結(jié)論：在標(biāo)準(zhǔn)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(jié)論：要提高臭氧在水中的溶解度，必須提高臭氧氣在整個(gè)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(shí)間再長(zhǎng)，水中臭氧濃度也提不高(因已達(dá)到濃度平衡)。
從以上論述，可以得到結(jié)論：
1. 為保證臭氧水處理機(jī)殺菌效果，必須保證水中臭氧的一定濃度與處理時(shí)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(jī)會(huì)更多。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)一般水質(zhì)的飲用水消毒處理參數(shù)推薦為：水溶臭氧濃度0.4mg/L，接觸時(shí)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(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中臭氧濃度不低于0.3mg/L。我國(guó)瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時(shí)瓶?jī)?nèi)水臭氧濃度0.3mg/L。
有的廠家使用極簡(jiǎn)易的臭氧水處理機(jī)處理瓶裝水，對(duì)其產(chǎn)生的臭氧濃度、處理后水溶臭氧濃度都一無(wú)所知，殺菌的確實(shí)效果令人無(wú)法相信。難以應(yīng)用。筆者也曾采訪過一家礦泉水廠，每小時(shí)5噸水量，設(shè)計(jì)單位選用了100gO3/h的臭氧發(fā)生器，而在接觸吸收裝置內(nèi)水的停留時(shí)間只有幾秒鐘，結(jié)果處理的水不合格，而灌裝間大量臭氧尾氣溢出，工人無(wú)法工作。
還有一些廠家生產(chǎn)的家用水處理器，無(wú)論是吳氧濃度還是處理時(shí)間都不夠，這樣的臭氧水處理機(jī)能否生產(chǎn)合格的飲用水，很值得懷疑。
因而正確認(rèn)識(shí)臭氧在水中的物理、化學(xué)過程與臭氧殺菌的生物化學(xué)過程是極重要的。由于臭氧在水中溶解的機(jī)理以及臭氧對(duì)生物細(xì)胞物質(zhì)交換的影響過程極為復(fù)雜，本文不能詳細(xì)的探討，只就臭氧殺菌做一般性的討論。
1. 水溶臭氧濃度與保持時(shí)間是殺菌的必要條件
軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍隊(duì)衛(wèi)生研究所馬義倫教授等經(jīng)過對(duì)炭疽桿菌，枯草桿菌黑色變種進(jìn)行臭氧處理試驗(yàn)，總結(jié)出殺菌動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式：
dN/dt=-KNtmCn
其中：N：菌數(shù) t：時(shí)間 C：水中臭氧濃度 m、nt與c的指數(shù) K：效率常數(shù)，也可表示細(xì)菌抗力。
由以上公式可以看出單位時(shí)間的滅菌量是與水中臭氧濃度及處理時(shí)間的若十次療成止比，可見K與N在不變動(dòng)的情況下要達(dá)到殺菌的目的，必須保證臭氧在水中濃度與一定的接觸時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guān)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(xiàn)將其中關(guān)系簡(jiǎn)單介紹如下：
氣液兩相間的傳質(zhì)強(qiáng)度取決于分子與湍流的擴(kuò)散速度，可以用一般傳質(zhì)公式表示：
u=dG/dt=KF·△C
其中：u：傳質(zhì)速度，可用在t時(shí)間內(nèi)從氣相傳入液相的臭氧量G確定，即dG/dt。 K：傳質(zhì)系數(shù)，F(xiàn)：氣相與液相的接觸表面積，△C傳質(zhì)過程中的動(dòng)力，可用臭氧在實(shí)際情況下與平衡時(shí)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(zhì)速度越大)。
分析一般傳質(zhì)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(fā)生器的濃度越高，越有利于水對(duì)臭氧的吸收。
第三，傳質(zhì)系數(shù)K則與多種因素有關(guān)，K(總傳質(zhì)系數(shù))為氣相傳質(zhì)系數(shù)K氣與液相傳質(zhì)系數(shù)K液之和，而臭氧屬于低溶解度氣體，K氣可忽略不計(jì)。根據(jù)亨利一道爾頓定律，K液是多種物理參數(shù)的復(fù)合函數(shù)。
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(duì)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(gè)氣泡與液體接觸的時(shí)間會(huì)減小，因此從綜合效果來(lái)看，氣體-液體的相對(duì)線速度應(yīng)維持在一個(gè)范圍內(nèi)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(yīng)使K液減小，所以Km與u，p，ó成反比，對(duì)于各種飲用水，此項(xiàng)可忽略不計(jì)。
在應(yīng)用中，我們應(yīng)關(guān)注溫度、氣壓兩個(gè)參數(shù)，而在設(shè)計(jì)接觸裝置時(shí)則應(yīng)注意到水流、氣流的相對(duì)速度，尤其是其中的溫度，因?yàn)闇囟雀吡瞬坏顾畬?duì)臭氧的吸收效果下降，而且臭氧本身會(huì)因溫度過高而分解。國(guó)內(nèi)就曾發(fā)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(fèi)特(Mailfert)根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告求出以下臭氧在水中的濃度：
溫度(攝氏度) 0 11.8 15 19 27 40 55 60
溶解度(L氣/L水) 0.64 0.5 0.456 0.381 0.27 0.112 0.031 0
這組數(shù)據(jù)大致里線性，而且表明臭氧在水中的溶解度大約是氧的10～15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(guān)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(dǎo)出結(jié)論：在標(biāo)準(zhǔn)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(jié)論：要提高臭氧在水中的溶解度，必須提高臭氧氣在整個(gè)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(shí)間再長(zhǎng)，水中臭氧濃度也提不高(因已達(dá)到濃度平衡)。
從以上論述，可以得到結(jié)論：
1. 為保證臭氧水處理機(jī)殺菌效果，必須保證水中臭氧的一定濃度與處理時(shí)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(jī)會(huì)更多。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)一般水質(zhì)的飲用水消毒處理參數(shù)推薦為：水溶臭氧濃度0.4mg/L，接觸時(shí)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(lián)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定飲用水中臭氧濃度不低于0.3mg/L。我國(guó)瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時(shí)瓶?jī)?nèi)水臭氧濃度0.3mg/L。
相關(guān)標(biāo)簽:臭氧水處理機(jī)
