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DJ-Q型电解法臭氧发生器在矿泉水、纯净水及饮料用水生产中应用技术

发布时间：

2024-09-15

一、现状　　

　　目前，在我国瓶装饮用水市场上，主要有矿泉水和纯净水两种饮用水。在饮料市场上，各种饮料的主要成分均为水，称为饮料用水。在此，就矿泉水和纯净水两种饮用水及饮料用水的消毒杀菌工艺做以概述。
　在水质处理过程中，大部分微生物已被去除，特别是采用微滤、超滤等方法处理水时，水中的细菌物质全被去除。可是一般的水质处理方法还不能除尽微生物。为确保消费者的健康，在制造饮料，特别是制造碳酸饮料、矿泉水、纯净水以及包装后不再进行二次灭菌的果汁饮料时，必须对水进行消毒处理，并要注意贮罐、管道、阀门等卫生状态，防止对水产生二次污染。　
　水消毒的目的是杀灭水中的致病菌，并使水中的细菌含量符合规定标准。常用的水消毒方法是氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。

二、消毒原理

氯消毒包括液氯、漂白粉、次氯酸钠、氯胺。其消毒原理是氯在水中会产生如下反应：
Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl → 2H⁺ + Cl^- + OCl^-
　　反应生成的次氯酸具有很强的穿透力，能迅速穿过微生物的细胞膜，进入微生物体内，破坏微生物体内的酶系统，使之失去酶的活力而致死。另一方面，次氯酸性质很不稳定，即容易放出新生态氧[O]，新生态氧与铵盐、硫化氢、氧化亚铁、亚硝酸盐以及有机物腐败后产生的物质相结合，对水中有机物和一些无机物等起氧化作用，从而抑制了依靠这些物质为营养的大部分微生物的生长，因此一般认为次氯酸具有主要的灭菌作用。而反应中生成的次氯酸根杀菌力较弱，不具有次氯酸穿透微生物细胞膜的能力，因此其消毒作用远低于次氯酸。
　　紫外线消毒的原理是紫外线的光谱波长在490nm -140nm范围内具有杀菌能力。微生物受到紫外线照射后，气体内的核蛋白质会因吸收紫外线光谱能量而变性，引起新陈代谢障碍，从而丧失繁殖能力。当照射剂量增大一定量时，微生物细胞被破坏致死。紫外线对澄清透明的水有一定的穿透力，因此能使水消毒。
　　臭氧消毒的原理是臭氧在水中时刻发生还原反应，产生氧化能力极强的单原子氧（O）和羟基（OH），瞬间分解水中的有机物质、细菌和微生物。羟基（OH）是强氧化剂、催化剂，可使有机物发生连锁反应，反应十分迅速。羟基（OH）对各种致病微生物有极强的杀灭作用。单原子氧（O）也具有强氧化能力，对顽强的微生物如病毒、芽孢等有强大的杀伤力。

三、臭氧发生器的选择

如何选用臭氧发生器，就必须知道臭氧发生器的评价指标。一般评价一个臭氧发生器最基本的指标是：臭氧产量，臭氧浓度，使用成本，可靠性，使用寿命，电耗等。

　　低压电解法臭氧，属于中小型设备，它产量不大，但他的浓度特别高。臭氧浓度单位：国际通行用体积百分比浓度标称。电晕法空气源臭氧浓度为1-3%。氧气源臭氧浓度为2-6%。低压电解法臭氧浓度为18-20%。国内一般采用mg/L、mg/m³单位来标称，电晕法空气源臭氧浓度为10-40 mg/L，氧气源臭氧浓度为20~80 mg/L，电解法纯水源臭氧浓度为250-280 mg/L。低压电解法产生的臭氧不含氮氧化合物（无二次污染），耗能低，安全好，性能稳定深受国内外客户的欢迎。

目前国内大部分臭氧发生器都采用以空气为原料高频高压电晕的方式来产生臭氧,这种方式的臭氧发生器衍生的氮氧化物超标是一个很严重问题。由于空气中含78%以上的氮气，如果暴露在高压放电的环境，氮气分子就会离解成原子，这样就优先和氧气形成毒性较大的氮氧化物NO_X，而高压电晕法空气源臭氧发生器所产生的NO_X主要成分为二氧化氮NO₂。具体表现为：①.NO₂难溶于水，容易进入下呼吸道直至肺的深部，当NO₂到达肺泡时，缓慢溶于体液中，形成亚硝酸和硝酸及其盐类，以亚硝酸根和硝酸根离子的形成通过肺进入血液在全身分布，引起肾、肝、心等脏器损伤。同时NO2本身对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，引起肺水肿。②.免疫功能损伤：长期接触NO₂不仅可降低肺泡吞噬细胞能力而且能够抑制血清中抗体的形成，影响机体免疫功能。③.促癌作用：动物实验表明NO₂有促癌和致癌作用。另外目前国内市场上的臭氧发生器设备五花八门、层出不穷，产品质量参差不齐，很多人误以为只要能出臭氧一切OK了，而忽略了氮氧化物这个对人体健康危害巨大的隐型杀手。特别是一些价格低廉的臭氧发生器，因配置简单材料低劣设备在产生臭氧的同时更容易导致大量的氮氧化合物NOx的形成。很多制药洁净车间需要经常进行臭氧消毒，有的甚至在生产工作中使用特别是送风系统或新风系统不完善的场所，洁净区内的氮氧化合物就会越聚越多，给工作人员造成严重的危害。所以说选择一个好的臭氧发生器非常重要。

　　另外在水处理方面，氮氧化物在臭氧进行水质净化处理或者是处理日常的水管管路时溶于水中易形成亚硝酸盐, 氮的最重要的矿物是硝酸盐。从而导致亚硝酸盐超标,并且与水管管路里的污垢或者管路中的激素抗生素等相互作用同时又产生其他的有害物质，不利于水循环系统净化消毒。

四、DJ-Q型电解法臭氧发生器与常规空气（氧气）放电法臭氧发生器的比较

　　DJ-Q型电解法臭氧发生器是以纯水为原料，是以低压电解的方式获得臭氧，不需要任何辅助材料和添加剂，产出的臭氧浓度高达20%(释出气体重量比) ，产出的臭氧气体伴随物为氧，没有任何二次污染。而传统的高压放电电晕法臭氧发生器，以空气或氧气作为原料，需要经过多道预处理。并通过15000V左右的高频高压放电场才能获得臭氧，产出的臭氧浓度低最高不大于6%，产出的臭氧伴随物为氮、氧、氮氧化物和其它杂质，氮氧化物为不分解的有毒致癌物质，并且电晕放电法臭氧发生器具有工作不稳定、电极使用寿命短(<3000小时)等无法克服的弊病。

　　DJ-Q型电解法臭氧发生器的臭氧产出量与膜电极的大小和电流密度的高低有关，在一般操作下要求温度为4~35^oC，相对空气湿度≤90%，工作电压3.5V±10%，臭氧浓度为18%~20%(空气重量比) ，电耗≤50kW.h/kgO₃。DJ-Q型电解法臭氧发生器与电晕放电式臭氧发生器的特性比较如下列叙述及表1所示，不难看出低压电解式臭氧发生系统有着电晕放电式臭氧发生系统无可比拟的优势。

电晕放电式臭氧发生器采用高频(或中频)高压在空气或氧气室内放电产出臭氧，发生器的核心电极为消耗型，若不采取气源和工作环境的预处理和保护措施，核心电极的寿命和臭氧的产出率将会大大降低。高压放电所产生的热若不采取降温冷却措施，将会直接影响到臭氧的产出量，严重时甚至会发生爆炸(特别是采用氧气源时)而引发火灾等事故。高压放电过程中产生的电磁波会干扰附近精密仪器，影响仪器的正常使用。

　　DJ-Q型电解法臭氧发生器采用工频低压电解纯水产出臭氧，发生器的核心电极为非消耗型，只需能保证电解液--纯水的电导率符合要求，设备即可得以稳定的运行。核心电极的导入体为纯水，其本身就具备循环冷却的功能，所以无需另外采取降温冷却等措施。低压电解不会产生电磁波等干扰，即使在实验室或高精密度的设备间内工作都可以放心使用。

低压电解式的优势

1、设备优势

1. 所产生的臭氧浓度，重量比数倍于高压电晕法（可达20%）。

2. 所产生的臭氧气体中，不含氮氧化合物，无致癌物质。

3. 采用低压电解原理(3-5V)，无电力危险隐患。不产生电磁波和噪音，与其他精密仪器共同工作时不造成干扰。

4. 臭氧发生器的产气源为纯水，工作时无需使用氧气源及高压臭氧主机外的其他配套仪器,操作方便,安全可靠。

5. 电极损耗低，可连续性工作，有超长使用寿命长。

6. 工作时不受工作环境和温度影响，抗湿度能力高达85%。

7. 纯水自循环冷却无因设备连续工作而产生高温的事故隐患。

8.因所产生的臭氧浓度高，投入水中同等值的臭氧量，采用本方式可达到较高的水中臭氧浓度

2、DJ-Q型电解法臭氧发生器与电晕放电式臭氧发生器的特性比较

性能指标	DJ-Q型电解法	电晕放电式
性能指标	DJ-Q型电解法	板式	管式
气源	去离子水	空气	空气或氧气
气源露点/^oC	4~35^oC	-60	-60
冷却方式	__	水冷或气冷	水冷
工作电压	3~5V	7.6~20/kV	15~19/kV
电源频率/Hz	50~60	50~500	60
电耗/kW.h/kgO₃	50	20~30	15~19
介电体	去离子水	陶瓷片(板)	玻璃管
气室压力/kPa	__	7~86	20~100
臭氧浓度/%(重量比)	18~20	1~3	1~3(空气源) 2~6(氧气源)
工作环境湿度/%	≤90	≤40	≤50
发生器电极寿命/h	≥10000	≤1000	≤3000
产出气体成份	O₃ + O₂	N + O₂ + O₃ + NO_X	N + O₂ + O₃ + NO_X
污染状况	无	氮氧化物和电磁波	氮氧化物和电磁波
使用中相关设备	无需	循环冷却塔、空气除湿器、无油气泵	循环冷却塔、空气除湿器(氧气瓶或制氧机)、无油气泵
运行成本 /h (臭氧产出量g／h)	0.09元	0.13元	0.12元(空气源) 0.18元(氧气源)

新型低压电解臭氧应用在水处理上更明显的特点是；1、因从纯水中提取臭氧故所产生的臭氧中，不含有氮氧化合物等其他杂质（特别是不含有二氧化氮等致癌物质），不产生亚硝酸盐，不会影响水质。2、抗湿度能力高达90%。模块电解水原理不易受潮，不会击穿。3、电极3-5V低耗，可连续性工作，安全性能好，有超长的使用寿命。4、所产生的臭氧浓度高（低压臭氧18-20%，高压臭氧1-3%）投入水中同等值的臭氧量，采用本方式可达到更高的水中臭氧浓度。5、综合使用成本低，同等水流量达到相同的臭氧浓度使用成本不到高压设备的一半。