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臭氧发生器运用于各行业消毒状况（水处理。食品消毒。食用菌消毒）
文章引自：
http://www.gjho3.com 作者：广州佳环电器科技有限公司
臭氧知识：
二、臭氧的发现、产生原理及分类
（一）：臭氧的发现：
臭氧的称谓同它的独特气味最早记载于荷马（ Homer) 的长诗 " 伊里亚德和奥德赛 ” （ Iliad and Odyssey) 里，他注意了伴随雷电产生的这种气味，并把他的印象写了进去。 1785 年德国物理学家冯 · 马鲁姆（ Van Marum) 用他的大功率电机进行试验时发现，当空气流过一串电火花时，就产生一种特殊的气味。克鲁伊克仙克（ Cruikshank)1801 年观察到水电解过程中在阳极产生同样气味的气体。 1840 年荷兰的科学家舒贝因（ Schonbein) 向慕尼黑科学院提交的一份备忘录中宣告了臭氧的发现，他在电解和火花放电试验过程中曾闻到一种独特的气味，他还指出，在闪电过后亦可闻到同样的气味。舒贝因断定这是一种新物质产生的气味，他把它命名为 “Ozone”( 臭氧 ) ，取自希腊字 “Ozein” 一词，意为 “ 难闻 ”
（二）臭氧的产生原理
臭氧发生器工作原理 按臭氧产生的方式划分，臭氧发生器主要有三种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。
高压放电式发生器 该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。 这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大（单机可达1Kg/h）等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。 在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型：
（三）分类
1、按发生器的高压电频率划分，有工频（50-60Hz）、中频（400-1000Hz）和高频（>1000Hz）三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。
2、按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。
3、按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时，应尽量选用水冷型的。
4、按介电材料划分，常见的有石英管（玻璃的一种）、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售，其性能各有不同，玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料，介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高，在大中型臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。
5、按臭氧发生器结构划分，有间隙放电式（DBD）和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧，臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高，如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的，所产生的臭氧直接扩散到空气中，因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。
三、臭氧的理化性质：
（一）物理性质，
臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，分子结构如图所示。它可在地球同温层内光化学合成，但是在地平面上仅以极低浓度存在。
共振杂化分子的四种典型形
一种简化的分子轨道图
（1）一般物理性质
在常温下，臭氧为蓝色气体，不过在常温下，蓝色并不明显，除非是相当厚的气体。臭氧的主要物理性质列于表 1-1, 液体密度和蒸汽压列于表 1-2 。
表4.1 纯臭氧的物理性质
①1dyn=10 -3 N/m;1atm=101.325Pa;1cal=4.18J 。
表 4.2 臭氧的液体密度和蒸气压
（2）臭氧的溶解度
臭氧略溶于水，标准压力和温度下（ STP ），其溶解度比氧大 13 倍（见表 1-3 ），比空气大 25 倍。
表 4.3 臭氧在水中的溶解度（气体分压为 10 5 Pa ） /(ml/L)
将臭氧通入蒸馏水中，可以测出不同温度、不同压力下臭氧在水中的溶解度。图 2-2 是在压力为 1atm 时，纯臭氧在水中的溶解度和温度的关系曲线。从图2-2 知，当温度为 0℃ 时，纯臭氧在水中的溶解度可达 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L).
臭氧和其他气体一样，在水中的溶解度符合亨利定律，即在一定温度下，任何气体溶解于已知液体中的质量，将与该气体作用在液体上的分压成正比，而亨利常数的大小只是温度的函数，与浓度无关。
C=K H P (1-1)
式中 C －臭氧在水中的溶解度， mg/L ；
P －臭氧化空气中臭氧的分压， kPa ；
K H －亨利常数， mg/ （ L·kPa ）。
从式（ 1-1 ）知，由于实际生产中采用的多是臭氧化空气，其臭氧的分压很小，故臭氧的溶解度远远小于表 1-3 中的数据。例如，用空气为原料的臭氧发生器生产的臭氧化空气，臭氧只占 0.6 ％～ 1.2 ％（体积）。根据气态方程及道尔顿分压定律知，臭氧的分压也只有臭氧化空气压力的 0.6 ％～ 1.2 ％。因此，当水温为 25℃ 时，将这种臭氧化空气加入水中，臭氧的溶解度只有（ 0.625 ～ 1.458 ） ×10 -4 mol/L(3 ～ 7mg/L) 。
表 4.4 低浓度臭氧在水中的溶解度 /(mg/L)
在一般水处理中，臭氧浓度较低，所以在水中的溶解度并不大。在较低浓度下，臭氧在水中的溶解度基本满足亨利定律。低浓度臭氧在水中的溶解度见表 4-4 。
（二）臭氧的化学性质
1. 臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：
2O3 →3O2 ＋ 285kJ （ 1-2 ）
由于分解时放出大量热量，故当其含量在 25 ％以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10 ％，在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，还没有一例氧爆炸的事例。 含量为 1 ％以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过 100℃ 时，分解非常剧烈，达到 270℃ 高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 时，其半衰期为 5 ～ 30min ，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min （ 20℃ ），然而在二次蒸馏水中，经过 85min 后臭氧分解只有 10 ％，若水温接近 0℃ 时，臭氧会变得更加稳定。
臭氧在水中的分解速度随水温和 PH 值的提高而加快，图 2.3 为 PH=7 时，水温和分解速度的关系，图 2.4为 20℃ ， PH 和分解速度的关系。
为提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解快一些。
2. 臭氧的氧化能力
臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于 F 2 ，在其应用中主要用这一特性。从表 1-5 中看出。
从表 1-5 可知，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。
表 1-5 氧化还原电位比较
3. 臭氧的氧化反应
a 、与无机物的氧化反应
⑴ 臭氧与亚铁的反应
⑵ 臭氧与 Mn2+ 的反应
⑶ 臭氧与硫化物的反应
⑷ 臭氧与硫氰化物的反应
⑸ 臭氧与氰化物的反应
总反应为：
⑹ 臭氧与氯的反应
b 、臭氧与有机物的反应
臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂，下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。
⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应历程描述如下：
式中 G 代表 OH 、 OCH3 、 OCCH3 等基。反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯＜萘＜菲＜嵌二萘＜蒽中，其反应速度常数逐渐增大。其
⑶ 对核蛋白（氨基酸）系的反应
⑷ 对有机氨的氧化
臭氧在下列混合物的氧化顺序为
链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃
c 、臭氧的毒性和腐蚀性
臭氧属于有害气体，浓度为 6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/m3 ) 时，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ～ 1.25×10 -3 mol/L(15 ～ 60mg/m 3 ) 时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关，例如长期接触 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓，浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时，人们就感觉到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。
臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点，生产上常使用含 25 ％ Cr 的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。
臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用，即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等，在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中，不能用普通橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。
四、臭氧的消毒实验，
鉴于臭氧有很强的氧化性，那么我们来做一个消毒实验证明它，Burleson等试验将臭氧气体通入染有金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌、福氏痢疾杆菌、霍乱弧菌的磷酸盐缓冲液中，作用15秒后，以上细菌全部杀灭；白希尧等发现臭氧水溶液杀菌作用强大，且速度极快，浓度为0.3mg/L的臭氧水溶液作用1分钟，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均达100%。
臭氧对细菌芽胞 瞿发林等报告，以5.5mg/m3的臭氧作用下45分钟，可将100mL塑料瓶内滴染的枯草杆菌黑色变种芽胞100%杀灭；居喜娟等报道，在1m3试验柜内，开启500mg/h的臭氧发生器60分钟可对空气中的枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率达 99.95%；欧阳川等在动态试验条件下，将臭氧气体通入染菌井水中，臭氧浓度达3.8-4.6mg/L时，作用3-10分钟，水中枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭率达99.999%。
臭氧对病毒 李绍忱等试验发现，经10.3mg/m3浓度臭氧作用30分钟后，乙型肝炎表面抗原（HbsAg）的滴度从1:256降至1:64。史江等报告，臭氧浓度13.6mg/m3时使用30分钟，使HbsAg破坏99.99%，使用甲型肝炎病毒抗原（HAAg）破坏100%；Wolo等实验证明0.5ppm的臭氧可灭活空气中的甲型流感病毒99%；Herbold等报告，在20℃水中，臭氧浓度为0.13mg/L时，可以100%的灭活脊髓灰质炎病毒I型（PVI）。臭氧灭活病毒速度极快，当臭氧浓度分别为0.09mg/L-0.8mg/L时，在反应最初5秒钟内，噬菌体T2即可被灭活5-7个对数值。Finch发现水中含臭氧浓度40μg/L时，作用20秒钟，可使大肠杆菌噬菌体ms2灭活4个对数值。Vaughn等在4℃条件下，对比了臭氧对猿轮状病毒SA-H和人轮状病毒2型的灭活效果,发现两种病毒均能被0.25mg/L的臭氧迅速灭活。Crpend等检测了经臭氧处理后的血清中爱滋病毒(HIV)的灭活情况，证明当臭氧浓度为4mg/L时，可将滴度为106CID50/mL HIV全部灭活，病毒滴度下降6个对数值。
臭氧对真菌 汪华明等报道,臭氧浓度为9.6mg/L时，作用100分钟对杂色曲霉与桃色拟毒霉的杀灭率达100%，对蜡叶枝孢霉23mg/L30分钟、青黑霉在12.5mg/L作用35分钟、桔青霉在15.4mg/L作用30分钟，尖镰孢霉在15.5mg/L时作用20分钟，均可达100%灭活率。对于烟曲霉、细交链孢霉、爪哇毛霉等，在臭氧浓度为3.85-10.7mg/L时作用10-20分钟灭活率达96.4%。伍学洲等发现，臭氧在30分钟内对青霉菌的杀灭率为93.8%，对毛霉菌的杀灭率为100%；白希尧等报告，浓度为15mg/L的臭氧水溶液作用1分钟，可100%地杀灭试验中的黑曲霉和酵母。
臭氧对原虫 Finch等比较了22℃时臭氧对兰氏贾弟鞭毛虫和鼠型贾弟鞭毛虫色曩的灭活效果，当Ct值0.86mg.min/L时，可使鼠型贾弟鞭毛虫减少4个对数值，Ct值为2.5mg.min/L时，使兰氏贾弟鞭毛虫减少4个对数值。Korich等比较了臭氧、二氧化氯、氯对净化水中的微小隐孢子虫卵囊的灭活作用试验证明，1ppm的臭氧作用5分钟可以灭活90%的卵囊，1.3ppm的二氧化氯则需作用1小时，80ppm的氯则需作用1.5小时才能达到同样效果。
五、臭氧与同类消毒剂的比较：
六、臭氧化消毒技术的优缺点及应用：
（一）优点：
1．臭氧消毒作用是极强的，杀菌力强，菌谱宽，不管是细菌病毒，还是未萌动的饱子都具有杀灭作用。
2．杀灭速度快，约为氯的百倍以上
3．臭氧消毒过程中产生的氧化物是无毒、无味、能生物降解的物质。
4．臭氧能很快分解成为氧，不会产生二次污染，被人们称之为“洁净的消毒剂”。所以，过分使用不会产生危害。
5．臭氧的消毒作用受pH和温度影响较小。
6．臭氧是气体游离状态，消毒中不会产生死角。
7．臭氧在消毒过程中，通过其氧化絮凝作用起到一定的净化作用。
8．臭氧消毒技术可用于饮用水、海水、污水处理，也可用于环境物体等的消毒，应用范围广，被称之为“万能消毒剂”
9．臭氧在应用中，只能就地产生。所以，简便、安全、可靠、经济。
10．臭氧在标准状态下的密度为2.143g/L
11、有强氧化能力，为最活泼的氧化剂之一。对微生物芽孢具较强的杀伤力。消毒效果好，接触时间短。
12、能除臭、脱色、去除氧化铁、酚、锰。
13、不会生成有机氯化物。
（二）臭氧灭菌的缺点
1、臭氧对物体有氧化性，主要是对天然橡胶或天然橡胶制品以及铜制品（有水汽存在时）有一定的腐蚀。对于其他材料因臭氧灭菌时间短腐蚀微弱可忽略不计。
2、臭氧发生器工作时，不宜导入超过爆炸极限的易燃性气体。
（三）应用
杀菌：微菌、肉毒杆菌、芽胞杆菌、肠肉细菌、大肠菌、赤痢菌、杆菌孢子、葡萄状球菌、滤过性病毒及脊髓灰质炎病毒等。
解毒：碳酸、ABS、BOD、硫化物、氰酸钾、器具消毒、容器消毒、亚硫酸盐、各种化学成份及分解农药残留毒素。
脱色：纤维漂白、食品漂白、染整废水、纸桨废水、粪尿脱色、工业废水及给水排水脱色等。
除臭：鱼腥臭、肉类异味、海产异味、水果异味、流汗臭、排泄物臭、硫化物臭、刺激性、低级脂肪酸之刺激臭及消毒药水味（如：氯、福尔马林）等。
其他：除藻、去除无机物、去除悬浮物、含丰富溶氧、活化矿物质等。
七、臭氧的应用领域：
1、水处理：水产养殖、污水处理、废水处理、饮用水处理、中水回用处理、生产用水处理、游泳池水处理、循环冷却水系统处理，纯净水、矿泉水处理、生活用水处理等等。
2、空气处理：冷库、养殖场、加工设备、废气处理、工作服消毒、大棚蔬菜种植、蛋、水果、蔬菜杀菌消毒处理，生产车间、食品、医药，医疗机构、生产加工过程中的应用、
病房、手术室、衣物、床、口腔、妇科椎间盘突出、皮肤病、手术器具、家庭厨房，卫生间，卧室、客厅等等空间消毒杀菌、衣物除臭等等。
工业化学领域：香料催化、纸浆漂白、碳素纤维处理、去除农药残余物、塑料表面处理、生化污染分解处理等等。
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二、臭氧的发现、产生原理及分类
（一）：臭氧的发现：
臭氧的称谓同它的独特气味最早记载于荷马（ Homer) 的长诗 " 伊里亚德和奥德赛 ” （ Iliad and Odyssey) 里，他注意了伴随雷电产生的这种气味，并把他的印象写了进去。 1785 年德国物理学家冯 · 马鲁姆（ Van Marum) 用他的大功率电机进行试验时发现，当空气流过一串电火花时，就产生一种特殊的气味。克鲁伊克仙克（ Cruikshank)1801 年观察到水电解过程中在阳极产生同样气味的气体。 1840 年荷兰的科学家舒贝因（ Schonbein) 向慕尼黑科学院提交的一份备忘录中宣告了臭氧的发现，他在电解和火花放电试验过程中曾闻到一种独特的气味，他还指出，在闪电过后亦可闻到同样的气味。舒贝因断定这是一种新物质产生的气味，他把它命名为 “Ozone”( 臭氧 ) ，取自希腊字 “Ozein” 一词，意为 “ 难闻 ”
（二）臭氧的产生原理
臭氧发生器工作原理 按臭氧产生的方式划分，臭氧发生器主要有三种：高压放电式、紫外线照射式、电解式。
高压放电式发生器 该类臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应，从而制造臭氧。 这种臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大（单机可达1Kg/h）等优点，所以是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器。 在高压放电式臭氧发生器中又分为以下几种类型：
（三）分类
1、按发生器的高压电频率划分，有工频（50-60Hz）、中频（400-1000Hz）和高频（>1000Hz）三种。工频发生器由于体积大、功耗高等缺点，已基本退出市场。中、高频发生器具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点，是现在最常用的产品。
2、按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。
3、按冷却方式划分，有水冷型和风冷型。臭氧发生器工作时会产生大量的热能，需要冷却，否则臭氧会因高温而边产生边分解。水冷型发生器冷却效果好，工作稳定，臭氧无衰减，并能长时间连续工作，但结构复杂，成本稍高。风冷型冷却效果不够理想，臭氧衰减明显。总体性能稳定的高性能臭氧发生器通常都是水冷式的。风冷一般只用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器。在选用发生器时，应尽量选用水冷型的。
4、按介电材料划分，常见的有石英管（玻璃的一种）、陶瓷板、陶瓷管、玻璃管和搪瓷管等几种类型。使用各类介电材料制造的臭氧发生器市场上均有销售，其性能各有不同，玻璃介电体成本低性能稳是人工制造臭氧使用最早的材料之一，但机械强度差。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不宜加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。搪瓷是一种新型介电材料，介质和电极于一体机械强度高、可精密加工精度较高，在大中型臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。
5、按臭氧发生器结构划分，有间隙放电式（DBD）和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧，臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高，如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的，所产生的臭氧直接扩散到空气中，因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。
三、臭氧的理化性质：
（一）物理性质，
臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，分子结构如图所示。它可在地球同温层内光化学合成，但是在地平面上仅以极低浓度存在。
共振杂化分子的四种典型形
一种简化的分子轨道图
（1）一般物理性质
在常温下，臭氧为蓝色气体，不过在常温下，蓝色并不明显，除非是相当厚的气体。臭氧的主要物理性质列于表 1-1, 液体密度和蒸汽压列于表 1-2 。
表4.1 纯臭氧的物理性质
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表 4.2 臭氧的液体密度和蒸气压
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臭氧略溶于水，标准压力和温度下（ STP ），其溶解度比氧大 13 倍（见表 1-3 ），比空气大 25 倍。
表 4.3 臭氧在水中的溶解度（气体分压为 10 5 Pa ） /(ml/L)
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将臭氧通入蒸馏水中，可以测出不同温度、不同压力下臭氧在水中的溶解度。图 2-2 是在压力为 1atm 时，纯臭氧在水中的溶解度和温度的关系曲线。从图2-2 知，当温度为 0℃ 时，纯臭氧在水中的溶解度可达 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L).
臭氧和其他气体一样，在水中的溶解度符合亨利定律，即在一定温度下，任何气体溶解于已知液体中的质量，将与该气体作用在液体上的分压成正比，而亨利常数的大小只是温度的函数，与浓度无关。
C=K H P (1-1)
式中 C －臭氧在水中的溶解度， mg/L ；
P －臭氧化空气中臭氧的分压， kPa ；
K H －亨利常数， mg/ （ L·kPa ）。
从式（ 1-1 ）知，由于实际生产中采用的多是臭氧化空气，其臭氧的分压很小，故臭氧的溶解度远远小于表 1-3 中的数据。例如，用空气为原料的臭氧发生器生产的臭氧化空气，臭氧只占 0.6 ％～ 1.2 ％（体积）。根据气态方程及道尔顿分压定律知，臭氧的分压也只有臭氧化空气压力的 0.6 ％～ 1.2 ％。因此，当水温为 25℃ 时，将这种臭氧化空气加入水中，臭氧的溶解度只有（ 0.625 ～ 1.458 ） ×10 -4 mol/L(3 ～ 7mg/L) 。
表 4.4 低浓度臭氧在水中的溶解度 /(mg/L)
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（二）臭氧的化学性质
1. 臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：
2O3 →3O2 ＋ 285kJ （ 1-2 ）
由于分解时放出大量热量，故当其含量在 25 ％以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过 10 ％，在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，还没有一例氧爆炸的事例。 含量为 1 ％以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过 100℃ 时，分解非常剧烈，达到 270℃ 高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 时，其半衰期为 5 ～ 30min ，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min （ 20℃ ），然而在二次蒸馏水中，经过 85min 后臭氧分解只有 10 ％，若水温接近 0℃ 时，臭氧会变得更加稳定。
臭氧在水中的分解速度随水温和 PH 值的提高而加快，图 2.3 为 PH=7 时，水温和分解速度的关系，图 2.4为 20℃ ， PH 和分解速度的关系。
为提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解快一些。
2. 臭氧的氧化能力
臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于 F 2 ，在其应用中主要用这一特性。从表 1-5 中看出。
从表 1-5 可知，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。
表 1-5 氧化还原电位比较
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a 、与无机物的氧化反应
⑴ 臭氧与亚铁的反应
⑵ 臭氧与 Mn2+ 的反应
⑶ 臭氧与硫化物的反应
⑷ 臭氧与硫氰化物的反应
⑸ 臭氧与氰化物的反应
总反应为：
⑹ 臭氧与氯的反应
b 、臭氧与有机物的反应
臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂，下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。
⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应历程描述如下：
式中 G 代表 OH 、 OCH3 、 OCCH3 等基。反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯＜萘＜菲＜嵌二萘＜蒽中，其反应速度常数逐渐增大。其
⑶ 对核蛋白（氨基酸）系的反应
⑷ 对有机氨的氧化
臭氧在下列混合物的氧化顺序为
链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃
c 、臭氧的毒性和腐蚀性
臭氧属于有害气体，浓度为 6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/m3 ) 时，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ～ 1.25×10 -3 mol/L(15 ～ 60mg/m 3 ) 时 , 则对人体有危害。其毒性还和接触时间有关，例如长期接触 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触 20ppm 以下的臭氧不超过 2h ，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很浓，浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时，人们就感觉到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。
臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点，生产上常使用含 25 ％ Cr 的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。
臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用，即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等，在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中，不能用普通橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。
四、臭氧的消毒实验，
鉴于臭氧有很强的氧化性，那么我们来做一个消毒实验证明它，Burleson等试验将臭氧气体通入染有金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌、鼠伤寒沙门氏菌、福氏痢疾杆菌、霍乱弧菌的磷酸盐缓冲液中，作用15秒后，以上细菌全部杀灭；白希尧等发现臭氧水溶液杀菌作用强大，且速度极快，浓度为0.3mg/L的臭氧水溶液作用1分钟，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均达100%。
臭氧对细菌芽胞 瞿发林等报告，以5.5mg/m3的臭氧作用下45分钟，可将100mL塑料瓶内滴染的枯草杆菌黑色变种芽胞100%杀灭；居喜娟等报道，在1m3试验柜内，开启500mg/h的臭氧发生器60分钟可对空气中的枯草杆菌黑色变种芽胞杀灭率达 99.95%；欧阳川等在动态试验条件下，将臭氧气体通入染菌井水中，臭氧浓度达3.8-4.6mg/L时，作用3-10分钟，水中枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭率达99.999%。
臭氧对病毒 李绍忱等试验发现，经10.3mg/m3浓度臭氧作用30分钟后，乙型肝炎表面抗原（HbsAg）的滴度从1:256降至1:64。史江等报告，臭氧浓度13.6mg/m3时使用30分钟，使HbsAg破坏99.99%，使用甲型肝炎病毒抗原（HAAg）破坏100%；Wolo等实验证明0.5ppm的臭氧可灭活空气中的甲型流感病毒99%；Herbold等报告，在20℃水中，臭氧浓度为0.13mg/L时，可以100%的灭活脊髓灰质炎病毒I型（PVI）。臭氧灭活病毒速度极快，当臭氧浓度分别为0.09mg/L-0.8mg/L时，在反应最初5秒钟内，噬菌体T2即可被灭活5-7个对数值。Finch发现水中含臭氧浓度40μg/L时，作用20秒钟，可使大肠杆菌噬菌体ms2灭活4个对数值。Vaughn等在4℃条件下，对比了臭氧对猿轮状病毒SA-H和人轮状病毒2型的灭活效果,发现两种病毒均能被0.25mg/L的臭氧迅速灭活。Crpend等检测了经臭氧处理后的血清中爱滋病毒(HIV)的灭活情况，证明当臭氧浓度为4mg/L时，可将滴度为106CID50/mL HIV全部灭活，病毒滴度下降6个对数值。
臭氧对真菌 汪华明等报道,臭氧浓度为9.6mg/L时，作用100分钟对杂色曲霉与桃色拟毒霉的杀灭率达100%，对蜡叶枝孢霉23mg/L30分钟、青黑霉在12.5mg/L作用35分钟、桔青霉在15.4mg/L作用30分钟，尖镰孢霉在15.5mg/L时作用20分钟，均可达100%灭活率。对于烟曲霉、细交链孢霉、爪哇毛霉等，在臭氧浓度为3.85-10.7mg/L时作用10-20分钟灭活率达96.4%。伍学洲等发现，臭氧在30分钟内对青霉菌的杀灭率为93.8%，对毛霉菌的杀灭率为100%；白希尧等报告，浓度为15mg/L的臭氧水溶液作用1分钟，可100%地杀灭试验中的黑曲霉和酵母。
臭氧对原虫 Finch等比较了22℃时臭氧对兰氏贾弟鞭毛虫和鼠型贾弟鞭毛虫色曩的灭活效果，当Ct值0.86mg.min/L时，可使鼠型贾弟鞭毛虫减少4个对数值，Ct值为2.5mg.min/L时，使兰氏贾弟鞭毛虫减少4个对数值。Korich等比较了臭氧、二氧化氯、氯对净化水中的微小隐孢子虫卵囊的灭活作用试验证明，1ppm的臭氧作用5分钟可以灭活90%的卵囊，1.3ppm的二氧化氯则需作用1小时，80ppm的氯则需作用1.5小时才能达到同样效果。
五、臭氧与同类消毒剂的比较：
| 方法 | 分子式 | 优缺点 | 适用条件 |
| 液氯 | CI2 氯含量： 99% |
优点：1、余氯具有持续的消毒作用。2、成本低CI2为工厂出售成品。不需要复杂的设备，操作简单，通过加氯机投配，计量准确。 缺点1、氯为有毒气体，泄漏时对人畜造成损害。3、消毒时会产生氯酚味。用于自来水厂水源受到污染时，会产生有机氯化物对人体有害。 |
适用于处理站与病房、居住区保持一定距离，容易购得液氯的大、中型医院或大型建筑中水的消毒。处理站必须设置加氯机及安全防护、计量、监测装置。管理人员必须经过正式培训。 |
| 次氯酸钠发生器 | NaOCI 氯含量： 9~12‰ |
优点：1、具有余氯的持续消毒作用。 2、比液氯安全。 3、使用及建造成本比液氯高但较漂白粉低。 缺点：1、不能贮存必须现场制备使用。2、必须定期维修清洗电解管。3、必须耗用一定的动力及食盐，劳动强度大。4、氢气在空气中超过一定浓度时有爆炸可能。 2、 |
适用于无法与居民区、病房保持一定距离或无法购得液氯的大中型医院或建筑中水处理站的消毒。 |
| 商品次氯酸钠溶液 | NaOCI 氯含量： 10% |
优点：1、具有氯的持续消毒作用。2、无任何安全问题。3、工艺简单、价格比液氯略高、管理方便。4、不耗水、不耗电。5、完全自动控制，勿需专人值守。 缺点：1、贮存时间短，只有7天以下。 |
适用于各类大中小型医院和建筑中水处理站污水或中水消毒。 |
| 电解法二氧化氯发生器 |
含氯量： 据样本资料介绍产品内容； CIO2、O3、CI2、H2O2但含量不清 |
优点：1、二氧化氯（二氧化氯含量必须大于50%的前提下）较氯的效果好，具有氯的持续消毒作用。 优点 1、比液氯安全。 缺点：1、不能贮存，必须现场制备。 2、必须定期维修，成本高。3、必须耗用动力及食盐，操作劳动强度大。4、注意氢气在空气中的含量勿使爆炸。 由于各厂家产品不能提出二氧化氯的含量，故其优缺点不易评价。 |
由于其优缺点不易评价，不了解运行成功经验，故无法提出适用范围。选用时应详细进行调查研究，进行技术经济比较，美国、德国、日本未见此种设备。须保证产品二氧化氯含量大于50%。 |
| 化学法二氧化氯发生器 | CIO2 |
优点：1、二氧化氯较氯的效果好，具有氯的持续消毒作用。 2、比液氯安全。3、对芽孢和病毒有较强的消毒作用，接触时间短。4、不会生成有机氯化致癌物。 缺点：1、必须按操作规程管理注意气态ClO2有爆炸的可能。2、不能贮存，必须现场制备使用.3、操作要求管理条件较高，注意原料贮存，防止爆炸，防丢失。4、运行成本高。 |
国内产品工艺与国外不同，须在自控、计量、安全等方面进一步改进。 可适用于水的消毒处理，但必须进行调查研究和技术经济比较。 |
| 次氯酸钙 | Ca(OCI2) |
优点：1、运行安全有持续消毒作用。 2、工艺简单，可较长期贮存。 缺点：1、运行费用高。2、不易按污水流量定比投配消毒剂。 |
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| 紫外线 | 优点（1）不产生有毒有害副产物，不增加饮用水的AOC含量。紫外线消毒不改变有机物的特性，并且由于不投加化学药剂，不会产生对人体有害的副产物，并且不会增加AOC和BDOC等损害管网水生物稳定性的副产物。 （2）能降低臭味和降解微量有机物，紫外线对水中多种微量有机物具有一定的降解能力，并且能够降低水的臭和味。环保圈--环保人的圈子T4IQ)E0k$I+lQ 缺点： 1) 无持续杀菌能力，消毒后的水如果遇到新的污染源，会再次被污染，需与氯配合使用 7b,c;E L"t8Uc0环保圈--环保人的圈子$x7B1M%{2) 浊度及水中悬浮物对紫外杀菌有较大影响，降低消毒效果；环保圈--环保人的圈子(r-dg7}{+Y\,mK3{环保圈--环保人的圈子o K a%E"v(3) 紫外灯套管容易结垢，影响紫外光的透出和杀菌效果，因此需要对套管进行定期的清洗以及采取表面降温措施来防止管垢的形成；（,T7s3W9QG~.f0（（4) 细菌的复活现象，一些细菌被紫外照射失活的病毒细菌可通过光的协助修复自身被破坏的组织，达到复活目的，另外一些细菌可能存在着暗复活现象(无需光照)环保圈--环保人的圈子 db+Z2JG J %R6i}3W"wN U0 |
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| 光触媒 | 优点：效果持久，两年左右。缺点：1、必须要有紫外线光的照射，才能发生变化2、就上一点而言，所以决定了他的使用范围 | ||
| 三氯异氰尿酸 |
C3CL3N3O3 |
优点：1、具有液氯的持续消毒作用。2、投加设备简单建造费用低。 3、无需专人管理。 缺点：1、运行费用高。 2、很难按污水量定比投加。3、溶解速度迟缓。 |
（一）优点：
1．臭氧消毒作用是极强的，杀菌力强，菌谱宽，不管是细菌病毒，还是未萌动的饱子都具有杀灭作用。
2．杀灭速度快，约为氯的百倍以上
3．臭氧消毒过程中产生的氧化物是无毒、无味、能生物降解的物质。
4．臭氧能很快分解成为氧，不会产生二次污染，被人们称之为“洁净的消毒剂”。所以，过分使用不会产生危害。
5．臭氧的消毒作用受pH和温度影响较小。
6．臭氧是气体游离状态，消毒中不会产生死角。
7．臭氧在消毒过程中，通过其氧化絮凝作用起到一定的净化作用。
8．臭氧消毒技术可用于饮用水、海水、污水处理，也可用于环境物体等的消毒，应用范围广，被称之为“万能消毒剂”
9．臭氧在应用中，只能就地产生。所以，简便、安全、可靠、经济。
10．臭氧在标准状态下的密度为2.143g/L
11、有强氧化能力，为最活泼的氧化剂之一。对微生物芽孢具较强的杀伤力。消毒效果好，接触时间短。
12、能除臭、脱色、去除氧化铁、酚、锰。
13、不会生成有机氯化物。
（二）臭氧灭菌的缺点
1、臭氧对物体有氧化性，主要是对天然橡胶或天然橡胶制品以及铜制品（有水汽存在时）有一定的腐蚀。对于其他材料因臭氧灭菌时间短腐蚀微弱可忽略不计。
2、臭氧发生器工作时，不宜导入超过爆炸极限的易燃性气体。
（三）应用
杀菌：微菌、肉毒杆菌、芽胞杆菌、肠肉细菌、大肠菌、赤痢菌、杆菌孢子、葡萄状球菌、滤过性病毒及脊髓灰质炎病毒等。
解毒：碳酸、ABS、BOD、硫化物、氰酸钾、器具消毒、容器消毒、亚硫酸盐、各种化学成份及分解农药残留毒素。
脱色：纤维漂白、食品漂白、染整废水、纸桨废水、粪尿脱色、工业废水及给水排水脱色等。
除臭：鱼腥臭、肉类异味、海产异味、水果异味、流汗臭、排泄物臭、硫化物臭、刺激性、低级脂肪酸之刺激臭及消毒药水味（如：氯、福尔马林）等。
其他：除藻、去除无机物、去除悬浮物、含丰富溶氧、活化矿物质等。
七、臭氧的应用领域：
1、水处理：水产养殖、污水处理、废水处理、饮用水处理、中水回用处理、生产用水处理、游泳池水处理、循环冷却水系统处理，纯净水、矿泉水处理、生活用水处理等等。
2、空气处理：冷库、养殖场、加工设备、废气处理、工作服消毒、大棚蔬菜种植、蛋、水果、蔬菜杀菌消毒处理，生产车间、食品、医药，医疗机构、生产加工过程中的应用、
病房、手术室、衣物、床、口腔、妇科椎间盘突出、皮肤病、手术器具、家庭厨房，卫生间，卧室、客厅等等空间消毒杀菌、衣物除臭等等。
工业化学领域：香料催化、纸浆漂白、碳素纤维处理、去除农药残余物、塑料表面处理、生化污染分解处理等等。
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