1、水溶臭氧濃度與保持時間是殺菌的必要條件
軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院*衛(wèi)生研究所馬義倫教授等經(jīng)過對炭疽桿菌，枯草桿菌黑色變種進(jìn)行臭氧處理試驗(yàn)，總結(jié)出殺菌動力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式： dN／dt=-KNtMCN 其中：N：菌數(shù)t：時間C：水中臭氧濃度m、n是t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(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(yùn)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(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：氣相與液相的接觸表面積，△C傳質(zhì)過程中的動力，可用臭氧在實(shí)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(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)．而根據(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(yīng)維持在一個范圍內(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，o成反比，對于各種飲用水，此項(xiàng)可忽略不計(jì)。
在應(yīng)用中，我們應(yīng)關(guān)注溫度、氣壓兩個參數(shù)，而在設(shè)計(jì)接觸裝置時則應(yīng)注意到水流、氣流的相對速度，尤其是其中的溫度，因?yàn)闇囟雀吡瞬坏顾畬Τ粞醯奈招Ч陆担页粞醣旧頃驕囟冗^高而分解。國內(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)報告求出以下臭氧在水中的濃度：溫度（攝氏度） O 11.8 15 19 27 405560
溶解度（L氣／L水） 0.64 0.5 O.456 0.381 O.27 0.112O.031O 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(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(dá)到濃度平衡）。
從以上論述，可以得到結(jié)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(jī)會更多。
根據(jù)國內(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O.3mg/L。我國瓶裝水行業(yè)推薦灌裝時瓶內(nèi)水臭氧濃度0.3mg/L. 二、目前常用的三種接觸裝置與其效果前節(jié)已提到接觸裝置的根本目的是保證臭氧在水中有盡量大的溶解度，為此，就需使臭氧氣與水的接觸面盡量大，有足夠的接觸時間，因而對接觸裝置的基本要求是：
1、能保證*化的臭氧吸收效果。
2、接觸裝置工作時，工藝參數(shù)控制容易，工作穩(wěn)定，安全性好。
3、能耗（攪拌或輸送水、氣所需動力）zui低。
4、zui小的體積下有zui大的生產(chǎn)能力。
5、結(jié)構(gòu)簡單，用料便宜，制造與維修成本低。
一般常用的接觸裝置有三種：鼓泡塔或池：水射器（文丘里管）與固定螺旋混合器（單用或合用）：攪拌器或螺旋泵：也有兩種以上串聯(lián)使用的，簡介如下： l、鼓泡法：大型水處理用鼓泡池，小型水處理則常用鼓泡塔，它要求鼓泡器有小（幾個微米到幾十微米孔徑）的孔徑以增加臭氧的比表面積，而且要求孔徑布?xì)饩鶆颍允顾馊娼佑|，尤其是在鼓泡池中用多個布?xì)馄鲿r，同時一般要求從水面到布?xì)馄鞅砻妫畈恍∮?/span>4-5m，以利于氣、水充分接觸。
它的優(yōu)點(diǎn)是：操作方便，可以很容易改變運(yùn)行參數(shù)而不影響投加效果和工作的穩(wěn)定，動力消耗少，鼓泡塔結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。
但其體積過于龐大，池式占地面積大，塔式要求較高廠房成本較高。 2、水射器（文丘里管）是利用高速水流在變徑管道中流動造成的負(fù)壓區(qū)吸入臭氧氣，并形成湍流起到混合效果。
而在文丘里管后設(shè)置固定螺旋混合器則可進(jìn)一步起攪拌水、氣作用，在較長的距離內(nèi)保持湍流狀態(tài)以加強(qiáng)吸收。
這種裝置由于混合時間很短，所以在其輸出管道后常常還需加設(shè)貯水罐，以增加水、氣接觸時間，并使水流速降低以使尾氣析出。
它的結(jié)構(gòu)比鼓泡塔大大減小，生產(chǎn)成本低，但需加設(shè)水泵以保證水的噴射速度，而且工藝參數(shù)不易掌握，處理水量不能隨意調(diào)節(jié)，否則將發(fā)生氣、液兩相分離，影響吸收效果。 3、攪拌法：早期生產(chǎn)的攪拌器類似單缸洗衣機(jī)，只是電機(jī)上置、外筒做成多角型，利用攪拌造成的渦流使氣泡打碎，溶入液體。此類攪拌法效果差，動力消耗大，比鼓泡法體積小但成本并不低，由于有機(jī)械運(yùn)動及臭氧腐蝕，所以機(jī)器壽命低，維修費(fèi)用高。
近年有渦輪泵上市，混合效果很好，而且體積小巧，工r藝參數(shù)操作容易，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高，動力消耗大，維修復(fù)雜，在它的管路后而也需設(shè)置貯水罐。三、臭氧濃度測試由于臭氧是化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定的氣體，收集并短時間內(nèi)測量其在空氣中及在水中的含量就成為比較困難的問題。如前所述，要保證臭氧對水的凈化殺菌目的，需要控制種種參數(shù)，其中各項(xiàng)，只有臭氧濃度的量測是困難的。一些臭氧發(fā)生器生產(chǎn)廠家自己不會測試，也不知道自己的產(chǎn)品所產(chǎn)臭氧的濃度，更有個別廠家利用測試?yán)щy肆意夸大自己產(chǎn)品性能，造成極不好的影響，以至影響到人們對臭氧殺菌能力的信任。
應(yīng)該說現(xiàn)在臭氧濃度測試已經(jīng)不難了。在實(shí)際應(yīng)用中臭氧濃度是保證消毒效果的基礎(chǔ)，也是鑒別臭氧發(fā)生器真正性能的必要手段，因此在推廣臭氧應(yīng)用的同時，應(yīng)該同時推廣臭氧的測量手段。
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