臭氧技術(shù)的發(fā)展及應用

2018-4-8 0:42:35??????點擊：

   臭氧作為千千萬萬既普遍而又特殊的一種化學物質(zhì)，由于其自身的一些特性，如極強的氧化性、極優(yōu)的消毒殺菌和防腐保鮮作用、無殘留、以空氣為原料用物理方法可以生產(chǎn)等，使其在全世界已形成了一種獨立的產(chǎn)業(yè)——臭氧技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
“臭氧”一詞因“保護大氣臭氧層”宣傳而廣為人知。由于臭氧冰箱除臭器、臭氧消毒碗柜等家電產(chǎn)品上市，人們對臭氧應用也逐漸熟悉。

一、臭氧的發(fā)現(xiàn)

　　臭氧具有獨特的腥臭味，最初人們正是根據(jù)這種氣味而發(fā)現(xiàn)這種新物質(zhì)的。1840年，德國科學家舒貝因向慕尼墨科學院提出的報告里宣布發(fā)現(xiàn)了臭氧。他依據(jù)電解與火花放電實驗產(chǎn)生的氣味與雷電之后空氣中的腥臭氣味相同，判定這種氣味是一種新物質(zhì)產(chǎn)生的，并對此新物質(zhì)命名為“ＯＺＯＮＥ”—臭氧，該詞是依據(jù)希臘語“ＯＺｅｉｎ”（臭氣）一詞音譯的。
　　在臭氧被正式發(fā)現(xiàn)的60年里，各國科學家研究確定了臭氧為三個原子的結(jié)構(gòu)及其物理、化學特性參數(shù)，并進行了人工產(chǎn)生臭氧的裝置——臭氧發(fā)生器的研制與臭氧應用試驗。

　　二、臭氧的性質(zhì)

　　臭氧Ｏ３是氧氣Ｏ２的同素異形體，組成元素相同，構(gòu)成形態(tài)相異，性質(zhì)差異很大。氧與臭氧的主要物理性質(zhì)對比見表1。
表1　氧和臭氧的主要性質(zhì)


氧

臭氧

分子式

Ｏ２

Ｏ３

分子量

32

48

一般情況下的形態(tài)

氣態(tài)

氣態(tài)

氣味

無

腥臭味

氣體顏色

無色

淡藍色

液體顏色

淡藍色

暗藍色

1大氣壓，0℃時的溶解度（ｍＬ／L水）

49．1

640

穩(wěn)定性

穩(wěn)定

易分解

1大氣壓，0℃時的密度（ｇ／Ｌ）

1．429

2．144

以空氣為基準時的密度

1．103

1．658

　　臭氧的氧化能力很強，其氧化還原電位僅次于Ｆ２。

　　三、臭氧應用技術(shù)的發(fā)展

　　臭氧的應用基礎(chǔ)是其極強的氧化能力與殺菌性能。早在19世紀，人們就認識到了臭氧的強氧化作用，發(fā)現(xiàn)臭氧對木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動植物油與酒精等物質(zhì)都有氧化作用。1868年德·格貝斯獲得了臭氧應用技術(shù)的第一項專利，這項技術(shù)是利用臭氧將煤焦油混合物氧化為適于涂料、油漆使用的產(chǎn)品。1873年報導了臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面的生產(chǎn)應用。一百年來臭氧應用已深入到多個領(lǐng)域，對生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展作出了重大貢獻。
　　臭氧應用按用途分為水處理、化學氧化、食品加工與醫(yī)療四個領(lǐng)域，各領(lǐng)域的應用研究與適用設備開發(fā)都達到很高的水平。
1．水處理
　　臭氧在水中對細菌、病毒等微生物殺滅率高、速度快，對有機化合物等污染物質(zhì)去除徹底而又不產(chǎn)生二次污染，因此飲用水殺菌消毒是當前臭氧應用的最主要部門，自來水行業(yè)是臭的最大市場。
　　隨著水源受有機化學工業(yè)產(chǎn)物污染，氯消毒后會產(chǎn)生氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等氯化有機物，這些物質(zhì)具有致癌性，而臭氧處理中氧化作用不產(chǎn)生二次污染化合物。
　　我國瓶裝水采用臭氧殺菌凈化工藝最為普遍、積極。粗略估算，礦泉水、純水、潔凈水廠一千多家，約60%已采用臭氧殺菌工藝。

表2　臭氧在飲用水處理中的作用表

細菌消毒

溶解有機物的微凝聚作用（氧化）

病毒滅活

無機物氧化

可溶性鐵和錳的氧化

氰化物

去配合有機結(jié)合錳（氧化）

硫化物

除色（氧化）

亞硝酸鹽

除嗅、除味（氧化）

去除懸浮固體或濁度（氧化）

除藻類

生物過程預處理（氧化）

有機物氧化

砂

酚

無煙煤

洗滌劑

粒狀活性炭

農(nóng)藥


　　 美國在本世紀七十年代初開始利用臭氧處理生活污水，其主要目的為消毒并降低生物耗氧量（ＢＯＤ）和化學耗氧量（COD），去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色，已達到全面生產(chǎn)應用的水平。日本則在缺水地區(qū)進行污水臭氧處理后作為非食用水（即中水）循環(huán)使用。游泳池水臭氧消毒應用廣泛，其處理效果和優(yōu)點已被公認，國外應用極為普遍。我國廣州天河游泳館，北京亞運村英東游泳館等都采用臭氧消毒，池水清沏透明，徹底解決了氯消毒刺激眼睛、皮膚及使頭發(fā)變黃的難題。

　　2．化學氧化

　　臭氧作為氧化劑、催化劑和精制劑而應用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業(yè)。臭氧的強氧化能力很容易打斷烯烴、炔烴類有機物的碳鏈結(jié)合鍵，使其部分氧化后組合成新的化合物。我國宜賓、上海、天津等香料廠利用臭氧代替高錳酸鉀等氧化劑，產(chǎn)品質(zhì)量提高、成本下降并減少了環(huán)境污染。我國一批高級香料合成提純項目將采用臭氧工藝。
　　新型材料炭素纖維經(jīng)臭氧表面處理后品質(zhì)提高；塑料薄膜臭氧處理后提高了表面印刷著色能力；紙漿漂白在挪威已發(fā)展到生產(chǎn)驗證階段。
　　在生物、化學污染氣體凈化方面，臭氧發(fā)揮了重要作用。皮毛、腸衣與魚類加工廠的惡臭，橡膠、化工廠的污染氣體均可通過臭氧分解除味。英國把臭氧與紫外線共同作用作為處理化學污染氣體的優(yōu)選技術(shù)，一些應用取得了很好的效果。我國的科研單位也成功地應用臭氧處理橡膠硫化生產(chǎn)的污染氣體，凈化了環(huán)境。
　　臭氧可氧化分解芥子氣等化學毒劑，作為化學戰(zhàn)污染物品專用消毒設備的臭氧發(fā)生器獲得全軍科技進步二等獎。
　　臭氧對農(nóng)藥的合成產(chǎn)生催化作用，對某些農(nóng)藥的殘留又可以氧化分解。海軍醫(yī)學研究所對臭氧去除農(nóng)藥殘留污染進行了深入研究，肯定了臭氧的良好作用。

　　3．食品行業(yè)應用

　　臭氧的強殺菌能力及無殘余污染優(yōu)點使其在食品行業(yè)的消毒除味、防霉保鮮方面得到廣泛應用。
　　1904年就有利用臭氧保存牛奶、肉制品、奶酪、蛋白等食品的報導，1909年法國德波涅冷凍廠正式使用臭氧對冷卻肉表面殺菌，取得了微生物數(shù)量顯著減少的效果。1928年英國人在天津建立“合記蛋廠”，其打蛋車間就利用臭氧消毒。三十年代末，美國80%的冷藏蛋庫都裝有臭氧發(fā)生器，提高了雞蛋的貯藏期。
　　特別值得指出的是，美國食品與醫(yī)藥管理局（FDA）1997年4月，修改了一直把臭氧作為“食品添加劑”限制使用的規(guī)定，允許不必申請即可在食品加工、貯藏中使用臭氧。這是臭氧技術(shù)發(fā)展的里程碑。

　　4．醫(yī)療應用

　　對病房、手術(shù)室空氣進行消毒在我國是推廣臭氧的主要方向，而國外則開展了很多治療的應用研究試驗。德國、瑞士、俄羅斯、法國及意大利的內(nèi)科和牙科醫(yī)生，多年來都在運用臭氧進行治療，如口腔手述和鑲牙用臭氧水保持口腔無菌，采用臭氧與放射治療合用冶療癌癥，喝臭氧水治療婦女病，注射臭氧氣體治療瘺痔、靜脈曲張等。
　　保護環(huán)境是我國的基本國策，臭氧技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)是保護環(huán)境、改善人民生活質(zhì)量的重要手段。我們要用科學的態(tài)度和方法，宣傳、推廣臭氧技術(shù)與成果，屏棄損害臭氧名聲、損害消費者利益的行為。共同攜手，努力開發(fā)我國的臭氧技術(shù)產(chǎn)業(yè)。