臭氧在大氣環(huán)境中天然存在、能吸收紫外線輻射,是一種具有魚腥氣 味的氣體,與氧氣是同素異形體,化學(xué)式是O3。
(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
臭氧的性質(zhì)
強氧化性
臭氧是自然界最強的氧化劑之一,在水中氧化還原電位僅次于氟而居第二位,高于過氧化氫、高錳酸鉀、二氧化氯等氧化劑。
穩(wěn)定性差
臭氧的穩(wěn)定性極差,在常溫下可自行分解為氧,隨著溫度升高,分解速度加快。溫度超過100℃時,分解劇烈;溫度達到270℃時,可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。pH值越高,分解也越快。
在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧被迅速分解消耗,而在純水中分解速度會相對慢一些,20℃下半衰期大約是20min。
消毒的機理
臭氧幾乎對所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原蟲、卵囊都具有明顯的滅活效果。
其消毒機理如下:臭氧是一種強氧化劑,其分子極不穩(wěn)定,能分解產(chǎn)生氧化能力極強的單原子氧(O)和羥基(OH),是獨有的融菌型制劑,可迅速融入細胞壁,破壞細菌、病毒等微生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu),短時間內(nèi)破壞細菌、病毒、各種霉菌、真菌、原蟲孢體卵囊及微生物的生物結(jié)構(gòu),使之失去生存條件。
臭氧不能像其它工業(yè)氣體一樣可以用瓶貯存,一般通過臭氧發(fā)生器現(xiàn)場生產(chǎn)。其系統(tǒng)部件通常由四部分組成包括氣源制備、臭氧發(fā)生、接觸反應(yīng)和尾氣處理。
應(yīng)用系統(tǒng)常見的工況影響因素有氣源純凈度,設(shè)備腔體溫度以及氣液混合方式。
原料氣體中的油、粉塵和水分都會在電暈放電的臭氧發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生短路電弧,降低放電效率使臭氧濃度減少。設(shè)備腔體溫度過高加快臭氧分解,影響生成效率。常見的臭氧與水混合的方式有鼓泡法、射流法、混合泵等幾種,不同的方式混合效率不同。
消毒的特點
臭氧不僅滅菌速度快,滅菌率高,還可去色除臭,但很不穩(wěn)定,容易被還原分解,持續(xù)性差(10 min~15 min即可衰減一半;40 min后濃度幾乎衰減為零),因此,一般與其他消毒劑聯(lián)合使用,比如氯,以維持水中一定消毒劑水平。
臭氧雖然自身會分解成氧氣,但消毒過程仍會產(chǎn)生副產(chǎn)物,如氮氧化物、溴酸鹽、甲醛等。
臭氧的檢測
只有把臭氧溶解到水中,使水中含有一定濃度的臭氧,并維持一定的反應(yīng)時間,才能達到殺菌消毒的目的。因此需要對水中臭氧余量進行監(jiān)測。
由于臭氧在水中穩(wěn)定性很差,因此最好現(xiàn)場取樣立即測定。
臭氧常用的檢測方法主要有:碘量法、靛藍法、DPD法,其中碘量法與靛藍法是《GB 5750-2006生活飲用水標準檢驗方法》推薦的臭氧檢測方法。
不同方法檢測特點與應(yīng)用
1、碘量法
碘量法顯色直觀,不需要貴重儀器,檢測靈敏度可高達2μg/L,但碘量法檢測屬于手工操作,因此測量的精度與操作者經(jīng)驗、操作過程、所需的化學(xué)物質(zhì)及實驗儀器設(shè)備有關(guān),對操作者要求高。
檢測時易受氧化劑(如NO、Cl2等)的干擾。一般用于不含其他氧化劑的清水中臭氧濃度的測量,適合實驗室檢測。
2、DPD法
DPD法是非特異性的非標方法,水中氧化性物質(zhì)均會影響DPD顯色。 而臭氧處理水的過程中,存在氮氧化物副產(chǎn)物,還可能會形成過氧化氫等其它氧化劑,因此,DPD法測定水中剩余臭氧時容易出現(xiàn)測定結(jié)果偏高的現(xiàn)象。
一般當水樣中同時存在氯或者溴,測量時可用甘氨酸試劑破壞水樣中的臭氧,通過前后兩次測量差值(未加甘氨酸、加了甘氨酸)測得臭氧濃度值。
另外,DPD試劑顯色程度會隨時間加深,因此溶液顯色反應(yīng)時間應(yīng)控制在1min左右,確保檢測準確性。
3、靛藍法
該方法為國標方法,具有測定簡便、迅速,選擇性強、抗干擾能力優(yōu)于其他方法的優(yōu)點,可用于大批量的現(xiàn)場水樣測定。
過氧化氫和有機過氧化物等干擾物和靛蘭試劑反應(yīng)緩慢,反應(yīng)時間要在6 h以上,一般在4 h內(nèi)測完水樣就影響不大。
檢測時,應(yīng)注意水樣與試劑充分搖勻溶解,以確保反應(yīng)完全。
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