臭氧对纯化水杀菌.doc

臭氧灭菌 一.臭氧的基本物化性质 1.物理性质 在常温、常态、常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到 15%时，呈现出淡蓝色。臭氧可溶于水，在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍，比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧，在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C，0.1MP)，沸点是-111°C，熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧的主要物理性质列于表1-1，臭氧在不同温度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在实用上它的溶解度甚小，因为他遵守亨利定律，其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低，故分压也极低，那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出，使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。 化学性质 性质 数据 分子量 47.99828 沸点 -111.9℃ 熔点 -193℃ 临界温度 -5℃ 临界压力 92.3atm 等张比容 75.7（90.2K） 生成热 -144KJ/mol 在水中的溶解度ml/100ml 49.4 1. 臭氧很不稳定，在常温常态常压下即可分解为氧气。臭氧的主要物理、化学特性臭氧是一种高活性的气体，通过对氧气的放电而形成，其分子式是O3，是氧的同素异形体。臭氧最显著的特性是具有强烈的气味，臭氧的英文词为“OZONE”，来源于希腊语，意为“味道”。在常温常压下，臭氧是淡蓝色的具有强烈刺激性气味的气体。  臭氧具有很高的氧化电位（2.076V），比氯（1.36V）高出50%以上，因此它具有比氯更强的氧化能力。臭氧是由氧按以下热化学方程式形成：  3O3 →2O3-69kcal 由上式可见臭氧的形成是吸热过程,因此,臭氧分子极不稳定,可自行分解,伴随着分解过程全放出能量因此,臭氧比氧具有更高的活性和氧化能力。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是2.07．1.36．1.28伏特，可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上，生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的两性离子，后者是不稳定的，可分解成酸和醛。其反应式为： 2O?→3O? + 285kJ （ 1-2 ） 由于分解时放出大量热量，故当其含量在 25 %以上时，很容易爆炸。但一般臭氧在空气中，臭氧的含量很难超过 10 %以上，在臭氧用于饮用水处理的较长过程中，还没有一例氧爆炸的事例。 含量为 1 %以下的臭氧，在常温常态常压的空气中分解半衰期为 16h 左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过 100℃ 时，分解非常剧烈，达到 270℃高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 时，其半衰期为 5 ～ 30min ，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是 20min （ 20℃ ），然而在二次蒸馏水中，经过 85min后臭氧分解只有 10 %，若水温接近 0℃ 时，臭氧会变得更加稳定。 2. 臭氧的氧化能力 臭氧的氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于 F? ，在其应用中主要用这一特性。 3. 臭氧的氧化反应 a 、与无机物的氧化反应 臭氧与亚铁、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均发生反应 如： O3+SO2==SO3+O2 O3+CO==CO2+O2 O3+NO==NO2+O2 O3+4NH3==NH4NO3+2NH4O? 4O3+PbS==PbSO4+4O2 Ag+O3==AgO+O2 XeO3+4OH-+O3==XeO6（4-）+O2+2H2O 3CN-+O3==3OCN2 2OCN2+O3==CO2+O2+N2 b 、臭氧与有机物的反应 臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂， ⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双链的烯烃化合物发生反应，反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。 ⑵ 臭氧和芳香族化合物的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯萘菲嵌二萘蒽中，其反应速度常数逐渐增大。 ⑶ 对核蛋白（氨基酸）系、有机氨也都发生反应 臭氧在下列混合物的氧化顺序为 链烯烃胺酚多环芳香烃醇醛链烷烃 c 、臭氧的毒性和腐蚀性 臭氧属于有害气体，浓度为 6.25×10mol/L(0.3mg/m3) 时，对眼、鼻、喉有刺激的感觉；浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/m3) 时，出现头疼及呼吸器