臭氧发生器

 

臭氧发生器是用于制取臭氧气体(O3)的装置。臭氧易于分解无法储存,需现场制取、现场使用(特殊情况下可进行短时间的储存),所以凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。臭氧发生器在饮用水,污水,工业氧化,食品加工和保鲜,医药合成,空间灭菌等领域广泛应用。臭氧发生器产生的臭氧气体可以直接利用,也可以通过混合装置和液体混合参与反应。

 

原理

 

获得方法

利用高压电离(或化学、光化学反应),使空气中的部分氧气分解聚合为臭氧,是氧的同素异形转变过程;亦可利用电解水法获得。臭氧的不稳定性使其很难实现瓶装贮存,一般只能利用臭氧发生器现场生产,随产随用。

 

臭氧发生器的分类

按臭氧产生的方式划分,臭氧发生器主要有三种:

一是高压放电式;

二是紫外线照射式;

三是电解式。

 

电路

臭氧发生器电路由三极管VT1、VT2与电感线圈L1-13、脉冲变压器T、限流电阻器R1、充电电容器C3、双向触发二极管D5等组成推挽振荡电路;滤波电感线圈L0,整流二极管VD1与滤波电容器C1、C2等组成半波整流滤波电路。 接通电源,交流220V电压经LO滤波,VD1整流后,在C1两端产生十280V左右的电压,供给推挽振荡电路。 在开机瞬间,VT1导通。由于C3的充电作用,双向触发二极管VD5截止。当C3两端的充电电压升至32V时,VD5被触发而导通,使VT2导通。在VT2导通期间,C3逐渐放电,又使VT2截止。VTl导通后,在脉冲变压器T的作用下,L1、L2上产生正反馈电压,此电压分别加至VTl和VT2的基极,使VTl和VT2交替导通与截止(即VTl导通时,VT2截止;VT2导通时,VTl截止),推挽振荡电路振荡工作。 推挽振荡电路工作后,在脉冲变压器T的二次侧绕组L6上产生脉冲高压,使臭氧发生片VG工作,产生臭氧。

 

同时,发光二极管VD7也点亮工作。元器件选择VT1、VT2选用2SC2653或BU406型硅NPN高反压三极管。要求电流放大系数β>100。(略)

 

发生器与放电管

臭氧系统的核心技术和设备是发生器中的放电管,直接影响设备的运行效率和可靠性。臭氧发生器采用微间隙介质阻挡放电设计,不仅大大提高了运行的效率,而且增加了系统连续运行的安全可靠性。设备的技术参数已经达到国际先进水平。

 

由于采用微间隙放电技术,使系统运行电压降低为6~8KV,远低于玻璃管绝缘介质的耐压水平,有效地避免了介质击穿短路故障的发生,提高了运行可靠性。

 

臭氧发生器放电单元所采用的模块化设计方法,使设备的安装,检修和维护工作更加容易。在保证进气气源质量的条件下,臭氧发生器放电单元连续运行的免维护时间可以长达5年。

 

高频高压电源

与传统的臭氧中频(<1KHz)电源不同,高频高压臭氧系统采用3~6KHz的高频电源技术,结合微放电间隙设计可有有效提高臭氧生成的效率,减少发生器的体积和占地空间,从而减少土建设计及投资费用。逆变电源系统采用成熟的高频电源技术,现场长期运行证明可以保证系统长期运行的稳定性。高频输出经升压系统产生正弦波高电压,经电缆与发生器相连,在高频高压的作用下,放电间隙产生冷态等离子体放电生成臭氧。

 

冷却系统

虽然现代臭氧发生器的效率与传统产品相比已经明显提高,但有90%左右的电能不是用来生成臭氧而是转变成热量,如果这部分热量得不到有效的散失,臭氧发生器放电间隙的温度会持续升高甚至超过设计的运行温度。高温不利于臭氧的产生,但利于臭氧的分解,导致臭氧产量和浓度下降。我们设计的单循环冷却水温度超过系统设计温度或水量不足时,系统会自动发出报警信号。

 

参数

 

臭氧浓度

臭氧为混合气体其浓度通常按质量比和体积比来表示。质量比是指单位体积内混合气体中含油多少质量的臭氧,常用单位mg/L、mg/m3或g/m3等表示。体积比是指单位体积内臭氧所占的体积含量或百分比含量,使用百分比表示如2%、5%、12%等。卫生行业常用ppm表示臭氧浓度,即每立方臭氧混合气体中臭氧占该体积的百万份之一为1ppm(英文parts permillion)。臭氧浓度是横梁臭氧发生器技术含量和性能的重要指标。同等的工况条件下臭氧输出浓度越高其品质就越高。

 

影响臭氧浓度的主要因素有:

1、臭氧发生器的结构和加工精度;

2、冷却方式和条件;

3、驱动电压和驱动频率;

4、介电体材料;

5、原料气体中氧的含量及洁净度和干燥度;

6、发生器电源系统的效率(功率高,热量转化少)。

 

臭氧是一种氧化性极强的不稳定气体,臭氧输出浓度受多种因素的影响,其中腔体温度是极重要的因素之一;臭氧在30度左右时,会在1分钟内衰减一半。在40~50℃时衰减达到80%。超过60℃臭氧会马上分解。

 

臭氧产量是指臭氧发生器单位时间内臭氧的产出量;臭氧浓度数值与进入臭氧发生器总气量数值的乘积即为臭氧产量;通常使用mg/h;g/h;kg/h这些单位表示。臭氧发生器标准中规定臭氧发生器规格型号使用臭氧产量表示和区分。小型臭氧发生器使用g/h为单位,大型臭氧发生器使用kg/h为单位区分规格的大小。

 

2011年国家出台了最新的国家标准,第一次规范了臭氧在不同用途中的浓度。

 

选型

臭氧发生器选型非常重要,应从以下几个方面进行选型:

 

确定型号 

采购臭氧发生器时首先要确定其用途,是用于空气灭菌除味还用于水处理。

 

用于空气处理时,可选择低浓度经济型的开放式臭氧发生器,它包括有气源开放式和无气源开放式两种最好选有气源机型。该类臭氧发生器结构简单价格低廉,但工作时温度和湿度影响臭氧发生量。上述开放式臭氧发生器属最简单的臭氧装置,对于要求高的场所空气处理也应旋转高浓度臭氧发生器。空气处理时按20~50mg/m标准投放,食品药品行业选高值。可根据空间待续哦啊换算即得出臭氧的总用量(即臭氧发生器产量);

 

用于水处理时,不须选购高浓度臭氧发生器(臭氧浓度大于12mg/L),低浓度臭氧处理水是无效的。高浓度臭氧发生器为标准配置含气源及气源处理装置和臭氧发生装置。小型的可设计呈一体式机型产量在5~200g/h间,大中型臭氧发生器基本以机组形式存在。

 

鉴别品质

 

臭氧发生器品质的优劣可从制造材料、系统配置、冷却方式、工作频率、控制方式、臭氧浓度、气源和电能消耗指标等多方面鉴别。优质的臭氧发生器应是高介电材料制造、标准配置(含气源和净化装置)、双电极冷却、高频驱动、智能控制、高臭氧浓度输出、低电耗和低气源消耗。

 

性价比

 

优质的臭氧发生器从设计到配制及制造材料均按期标准进行,成本远高于抵挡发生器和低配置发生器。但优质臭氧发生器性能非常稳定,臭氧浓度和产量不受环境因素影响。而低配置臭氧发生器工作时受环境影响较大,温度和湿度的增加可使臭氧产量和浓度下降,影响处理效果。选购时应对其售价和性能进行综合比评。

 

防止误区

 

备用机

对于连续工作不许停机的场所,选购臭氧发生器时应有备用机。按两用一备、一用一备的原则购置。备用机组主要在设备维护或修理过程中交替使用,避免停机维护影响正常生产。

 

混合方式 

从世界的臭氧技术产业来看,以水处理的杀菌净化为主要市场,而水净化臭氧装置包括臭氧源与气水混合装置两部分。臭氧发生器应提供足够浓度与产量的臭氧,混合装置以高效率使臭氧溶解在水中,即达到一定的臭氧溶解度。因此,一台好的臭氧发生器必须要有优良的气水混合装置,使臭氧能高效地和水混合,使水中的臭氧溶解度能满足完全杀菌。

 

几种常见的混合装置比较

 

一、传统混合装置

运行方式——气水顺流、逆流或多级串联交迭逆顺流,连续运行或间断批量运行。

优点:能耗较低。缺点:喷头堵塞时布气不均匀,混合差,需要大型空压机和氧化反应塔。

 

二、著名的文丘里射流混合法——安全、高效的混合方法;

 

运行方式——气水强制混合。优点投资少,混合好,接触时间短,经射流混合器后臭氧在水中的臭氧浓度可为曝气法的数倍。

 

三、气液强力混合腔——安全、节能、效率极高的混合方法,是在文丘里射流混合器基础上改进的升级产品。

 

运行方式——充分利用水的紊流产生较大的负压,将臭氧吸入,在混合腔内产生涡流、旋转并相互碰撞。经实际使用证明,一级臭氧吸收率达90%以上,在相同臭氧发生系统的情况下,水中的臭氧溶解度为文丘里射流混合器的两倍左右。气液强力混合腔外体采用304不锈钢制作,内腔采用316不锈钢和部分耐臭氧ABS材料制作,产品坚固耐用,无机械故障免维修,运行安装方便,为目前投资最少,混合效果最好的设备。

 

四、气液混合泵——安全、效率极高的混合方法

 

气液混合泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体,高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌,由于泵内的加压混合,气体与液体充分溶解,溶解效率高。一台气液混合泵即可进行气液吸引、混合、溶解并直接将高度溶解液送至使用点。

 

分类 

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。

 

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、高瓶发生器具有体积小、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、玻璃管和陶瓷管等几种类型。使用各类介电材料制造的臭氧发生器均有销售,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,但机械强督查。陶瓷和玻璃类似但陶瓷不易加工特别在大型臭氧机中使用受到限制。陶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,介质阻挡放电式(DBD)和开放式两种。

 

6、按臭氧发生器放电式结构划分,管式和板式两种。

 

要点


气源 

臭氧发生器中广泛使用,但制造成本较高。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。

 

该类臭氧发生器是使用特定波长(185mm)的紫外线照射氧分子,使氧分子分解而产生臭氧。由于紫外线灯管体积大、臭氧产量低、使用寿命短,所以这种发生器使用范围较窄,常见于消毒碗柜上使用。

 

臭氧发生器其特性是采用新型PEM膜低压直流导通固态膜电极的正负两级电解去离子水,水在特殊的阳极溶液介面上以质子交换的形式被分离为氢氧分子,氢从阴极溶液界面上直接被排放,氧分子在阳极介面上因高密度电流产生的电子激发而获得能量,并聚合成臭氧分子。


比较常规电晕法发生器的制取方式,有以下优点 

1、所产生的臭氧气体浓度高,重量比数倍于电晕

2、所产生的臭氧气体中,不含氮氧化合物(NOx),无致癌物质。

3、工作时抗环境湿度影响高达85%,即使在潮湿的环境下工作,也能稳定地保持臭氧产量。

4、由于使用直流低电压电解方式,工作是不会产生电磁波和噪音,与其它精密仪器共同工作是,不会造成干扰。

5、因所产生的臭氧浓度高,投入水中同等值的臭氧量,用本方式可达到较高的水中剩余臭氧浓度,即可对饮用水进行彻底灭菌与消毒,并可制出高浓度的臭氧水(消毒剂);

6、拥有超强的使用寿命,数倍于电晕法臭氧发生量,膜电极使用寿命超强。

 

·臭氧水机降解广泛存在于蔬菜、瓜果、鱼、肉等食物中的农药、化肥残留。

·高效杀菌消毒,可快速杀灭水中繁殖的大量细菌和病毒,又能使富含氧的活性水对人体有益。

·预防疾病;自来水经臭氧净水后可高效杀灭餐具上的病毒,防止疾病通过餐具在公众和家庭成员中传播。高效杀灭生活用品上的各种病毒,有效防止交叉感染。

·健康皮肤、用于洗澡、洗脸可彻底清除毛孔中的污渍,活化表皮细胞,促进皮肤新陈代谢。

·护发美发、足浴保健。用臭氧水洗头能去屑、止痒,泡脚可治脚气。

·经济实惠、本系列产品使您享受安全,方便、高品质的健康生活。

 

适用范围

 

食品加工行业:生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒;

 

饮料加工行业:纯净水、矿泉水、各种饮料的生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒;

 

果蔬加工行业:果蔬储存、保鲜、加工生产用水、生产车间、包装间、更衣室、无菌间、生产设备工具的消毒;

 

冷库保鲜:果蔬、粮食、禽蛋、肉类、水产品等防腐保鲜、延长储存;

 

制药行业:生产用水、中央空调系统、车间、更衣室、无菌室等消毒;

 

医药行业:制药厂、医院病房、病床、被服、手术室、医疗器械、无菌室等;

 

养殖种植业:养鸡、养鱼、蔬菜大棚等杀菌、消毒、除臭、净化空气等;

 

饮用水:深井水、市政供水、二次加压供水、农村饮用水等。

 

公共场所:宾馆、饭店、学校、网吧、候车大厅等净化空气、预防交叉感染等。

 

另外可应用于中水、污水、废水、废气中,及游泳池、游泳馆的水质净化、空气净化等场所

 

安装

1)、臭氧发生器必须安装在制水车间和灌装车间之外(尤其严禁安装在狭小、潮湿的制水或灌装车间),保持发生器工作环境通风及空气干燥,该空间必须安装排风扇;

2)、臭氧发生器安装位置应高于地面1.2m以上,有条件时可高于贮水罐1~2m。臭氧输送管路和单向阀必须高于贮水罐1~2m。

3)、具体产品的施工安装要点需致电本公司;

 

注意事项 

1、将设备安装在干燥宽敞的地方,以便于散热和维护;

2、确保电、气、水进出气管线连接正确;

3、使用的线路的容量是符合要求的,以确保消除火灾隐患;

4、高压危险,不要用水冲洗设备;

5、不能置于变电所附近;

6、远离高压线;

7、地面不宜潮湿;

8、设备距四周应有一定的空间(≥300mm)

有个国家标准:中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T264臭氧发生器可以参考;

 

使用说明

1、臭氧发生器安装人员必须要经过技术才能开机维修;

2、使用臭氧机杀菌时,严禁工作人员在浓度较高的臭氧环境中上班和工作;

3、切记设备保养或维修时,处理电源断掉和把臭氧泄气的状态下进行,能够很好的确保人员安全维修;

4、如有异常,请立即断电或者通知专业的人员进行检修;

5、合格的专用接地线,安全可靠的接地,禁止安装在氨气易泄漏或有发生爆炸危险的危险区;

6、对工艺流程臭氧发生器的应用方法操作人员应知晓,并且能熟练的操作此消毒设备;

7、如发生臭氧泄漏的情况需要第一时间关闭臭氧发生器,并开启通风设备进行通风处理后,即时退出臭氧发生器使用空间,等空间残余臭氧降至安全范围再进入;

 

注意问题

臭氧发生器应用于水处理工程等场合时,有很多因素可能影响发生器的效率及其可靠性,因此在设计臭氧发生器应用系统时必须注意下列问题: 

(1)发生器原料气体绝对不得含烃类、腐蚀性气体和任何其他能在氧/臭氧/电晕环境内发生反应,从而对设备安全造成危害或损坏的物质。

 

众所周知,爆炸的要素是燃料、氧化剂和火种,而臭氧发生器的电晕环境中已存在两项,即氧化剂和火种。因此必须防止在原理气体中含油烃类燃料物质,如果有可能存在烃类物质,必须安装烃类分析仪,以便当烃类浓度接近爆炸下限(LEI)的25%时切断电源。

 

碳氟化合物,如特氟隆或冷却剂都可在电晕中分解形成氟,后者能侵蚀玻璃介电材料,可加速介电体损坏。围绕在电晕室外面的循环冷却流体有可能通过密封泄露并进入电晕空间,结果在介电体表面形成一层漆类,涂层。当发生这种情况时,由于这种涂层降低臭氧生产的效率,介电体必须定期予以清洗。

 

另外,原料气还应滤除5μm左右的颗粒,以防止小的干燥剂粉末或其他微粒进入发生器电晕区。以免影响电晕效率。

 

(2)供气压力不能无控制地改变,由于气压影响电晕功率诱导和跨越介电体所加电压,大范围压力变化会使发生器运行不可靠。超出电晕功率范围可造成熔断器或自动断电断开,超出外加电压峰值还能造成介电体过早失效。

 

(3)臭氧发生器系统设计时,必须能防止大量水进入到发生器内。

 

水封供气压缩机的浮阀或空气干燥器上的凝结水阀阻塞卡住,都会造成发生器电晕室内灌水。电晕室内大量进水可导致电晕集中、高电流密度和局部电介体发热,造成介电体过早失效。即使检测装置在水进入电晕室之前切断电晕电源,水中所含杂质也会沉淀在元件表面上,这些杂质必须在继续运行之前予以清除。运行故障或操作错误都能迫使处理出水从臭氧接触池倒流至发生器内,至少会造成电晕元件污染或者介电体损坏。此外,系统设计和操作规程必须组织易燃的腐蚀性气体及从臭氧接触池回流的水蒸气进入发生器内。

 

(4)冷却水的水质要好,防止结垢,以免影响发生器的散热效果。

 

二对水冷发生器,为使传热表面的结垢最少,冷却水的水质十分重要。结垢会使传热效率降低,从而减少臭氧产量,增加维护费用。在技术上自来水是被优先选择的冷却剂,不过,对大型工业用发生器所需要的耗水量来说,使用自来水经济上毫无吸引力,也许只有发生系统 用在水处理厂的情况除外。与自来水水质相反,一般处理后的污水作为冷却水,效果不是很好,因为它容易导致结垢。如果高质量的水或其他流体用在密封的十次冷却回路中,末级热交换器又是专门设计得最少结垢,便于清洗,而且污水出水还可以作为末级散热使用。为了水费和设备维护之间的最佳平衡,系统设计师多数采用冷却塔水或热交换器优质饮用水(无悬浮固体、氯化物<5mg/L)。

 

手提式臭氧发生器 

适合家用或者一些酒店旅馆使用,既方便也实用,价格方面比大型的臭氧发生器还要便宜,大部分人可以接受。

 

功能杀菌:可迅速杀灭各种细菌、病毒、且无二次污染;

          解毒:有效去除食物中的残余农药;

          除臭:去除霉味、烟味、油烟味、水渍、垃圾等各种臭味;

          增氧:提高空气和水中的含氧量;

        保健:净化空气,促进人体新陈代谢;

        保鲜:水果、蔬菜、禽蛋的保鲜等;

 

工作原理

臭氧发生器应用先进的物理制氧原理,通过制氧塔的变压吸附作用,在常温常压下直接将空气中的氧和氮分离,取得高纯度的氧气,然后采用电晕放电法获取臭氧,在常压下使含氧气体在交变高压电场作用下产生电晕放电生成臭氧,通过气液混合系统进行水和抽佣的混合后,得到一定浓度的臭氧水杀菌消毒;

 

主要用途

蔬菜、水果、肉类食品杀菌、消毒、减少农药残留;

对矿区水、纯净水、医用水、自来水杀菌消毒和保鲜处理;

对养殖用水杀菌消毒,防治水产类疾病;

对污水杀菌、脱色;泳池水消毒净化;

包装物消毒,环境消毒,空气净化,化工合成,材料改性等。

 

工艺流程

得到臭氧消毒水的工艺流程如下:


空气→制氧系统→臭氧发生系统

水源→气液混合系统→臭氧水

 

应用

120kg/h大型臭氧发生器及其系列产品可广泛应用于市政饮用水处理、污水处理、工业废水处理、烟气脱硝、纸浆漂白、精细化工氧化等领域,是国家“十二五”以及未来在饮用水安全、环境保护和节能减排等方面“转方式,调结构”的重要发展方向,也是我国面向环保工程应用并可替代进口的重大技术装备。


2016年10月18日

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