臭氧(O3)发生器制作及相关知识

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如图所示为交流高压臭氧发生器。具有体积小、效率高、结构简单、安全可靠等特点。电路可连续工作。

220V市电经D和R1的整流、限流，单向脉动电流控制VS的通断，产生振荡，经变压器T升压后得到2-3KV左右的高压，经O3管放电，电离生成O3。

技术参数：

电源电压：交流220V
功耗：<1W
O3产量：5MG/H

元器件选择：

D   1N4007
C1  1μF/450V
C2  0.15μF/630V电容器
R1  30k/2W
R2  3K/0.25W
R3  1M/0.25W
VS  1A/400V单向晶闸管
T   升压变压器选用成品
O3  臭氧管
 

附录1：

    臭氧O3

    资料来源：viron.cn
　
    1840年德国科学家舒贝因在向幕尼黑科学院提出的报告里宣布发现了臭氧。

    臭氧的英文名字叫 OZONE ，分子式O3，分子量 48 ，是氧气（O2）的同素异形体，由三个氧原子组成，又称富氧、三子氧、超氧。

    臭氧的特性

    臭氧是由一个氧分子（O2）携带一个氧原子（O）组成，是氧气的同素异形体。与氧气相比，臭氧比重大。有色、有味。在常温下是淡蓝色，草腥味。雷电过后，时可闻到其气味。 1ppm 臭氧 =1.963mg/m3 。标准状态下，臭氧密度ρ = 2.144g/l ，空气ρ = 1.293g/l 。臭氧在水中的溶解度大约是氧的 10 — 15 倍，在水中稳定性较差。

    臭氧易分解，不稳定参比状态下臭氧的半衰期为 22~25 分钟，一个小时的衰退率为 61% ，在 1% 的臭氧水溶液中半衰期约为 16 分钟，且温度越高，湿度越大，半衰期越短。

    臭氧具有不稳定性。由于臭氧（O3）是由氧分子携带一个氧原子组成，决定了它只是一种暂存形态，携带的氧原子除氧化用掉外，剩余的又组合为氧气（O2）进入稳定状态。所以臭氧工作中没有二次污染产生，这是臭氧技术应用的最大优越性。

　　臭氧具有很强的氧化能力。

    臭氧的功用

    臭氧具有强氧化性，有四大功用：氧化、灭菌、脱色、除味。

    臭氧的应用主要是灭菌消毒。这主要是因为臭氧有极强的氧化能力，臭氧在一定浓度下能与细菌、病毒、病原体等微生物产生生化反应。臭氧具有很高的能量，在常温、常压下很快自行分解为氧（O2）和单个氧原子（O），单个氧原子具有很强的活性，对细菌、病毒、病原体等微生物具有较强的氧化作用。
　　
    国际卫生组织对其灭菌功效曾归纳比较，臭氧与其它杀菌剂对大肠杆菌的杀灭效果依次为：臭氧（O3） > 次氯酸（HCLO） > 二氧化氯（CLO2）> 银离子（Ag+） > 次氯酸根（CLO） > 高铁酸盐（Fe3+） > 氯胺（NHCl3）。

    臭氧是广谱、高效快速杀菌剂，可以迅速杀灭使人和动物致病的各种病菌、病毒、病原体及微生物。可以在较短时间内破坏细菌、病毒和其他微生物的生物结构，刺破细胞壁，使之失去生存能力，当其浓度达到一定值后，杀菌消毒甚至可以瞬间完成。

　　据国际公认的臭氧灭菌消毒实验数据表明：当加时到4分钟、投加浓度为12.6mg/L时，对冠状病毒的杀灭率为100%；当加时到3分钟、投加浓度为4mg/L时，对HIV的杀灭率为100%；当加时到20分钟，投加浓度为10mg/m3时，对乙肝表面抗原的杀灭率为99.9%；当加时到10分钟、投加浓度为8mg/m3时，对支原体、衣原体等病原体的杀灭率为99.85%……（摘自中国臭氧信息网）

    臭氧作为性能优良的消毒手段，在制药企业GMP、医疗卫生场所、食品加工车间和居民日常生活等许多领域都大规模应用，被称为“绿色消毒剂” ，在卫生部《消毒技术规范》等国家技术标准中对臭氧杀菌消毒都有明确的肯定。
   
    广东省卫生厅发布有关规定[粤卫〔2003〕63号]，臭氧被指定为重要的空气消毒方式。在非典时期起到了很大的作用。

    臭氧的消毒灭菌机理

    臭氧杀菌机理以氧化作用破坏微生物膜的结构实现杀菌作用。臭氧首先作用于细胞膜，使膜构成成份受损伤而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透穿透膜而破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，导致细胞溶解、死亡。而臭氧灭活病毒则认为氧化作用直接破坏其核糖核酸RNA或脱氧核糖核酸DNA物质而完成的。
　　
    臭氧水杀灭情况有些不同，其氧化反应有两种，微生物菌体既与溶解水中的臭氧直接反应，又与臭氧分解生成之羟基OH的间接反应，由于羟基OH为极具氧化性的氧化剂，因此臭氧水的杀菌速度极快。

    臭氧能氧化分解细菌、病毒内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶，并直接与细菌、病毒发生作用，氧化并穿透其细胞壁，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌、病毒的新陈代谢和繁殖过程遭到破坏，而夺取细菌病毒的生命。同时还可以渗透细胞膜组织、侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透性畸变，导致细胞溶解性死亡，并将死亡菌体内的遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、支原体及热源（内毒素）等溶解死亡。综观无菌技术对微生物作用的原理可分为抑菌型、杀菌和溶菌型三种。臭氧灭菌消毒属于溶菌型剂体，可以达到“彻底、永久地消灭物体内部所有微生物的目的”。而且它的作用是瞬间完成的。

    臭氧灭菌机理：臭氧灭菌的过程属于生物化学氧化反应，臭氧灭菌有以下三种形式：①臭氧氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶；②直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞壁和 DNA 和 RNA ，分解蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遭到破坏；③渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透性畸变，导致细胞的溶解死亡，并且将死亡菌体内的遗传基因，寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、枝原体及热原（细菌病毒代谢产物、内毒素）等溶解变性灭亡。由此可见，臭氧灭菌属于溶菌，是三种灭菌方式中最彻底的形式。既然臭氧能杀死病毒、细菌，那么会不会也把健康的细胞杀死呢？不会，因为健康细胞具有强大的平衡酶系统, 因而臭氧对健康细胞无害。

 

附录2：

 

中国环境保护产品认定技术条件
臭氧发生器
Ozone Generator
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　国家环保总局1999-00-00发布　　HCRJ--058--1999

1 、范围
　1.1 本技术条件规定了臭氧发生器的产品分类、命名、要求、引用标准、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。
　1.2 本技术条件适用于环境污染治理方面的臭氧发生器（以下简称发生器）。

2、 引用标准
   GB 150-1998 钢制压力容器
   GB 191-90 包装 储运 图示 标志
   GB 1408-89 固体电工绝缘材料工频电气强度试验方法
   GB 1958-80 形状和位置公差 检测规定
   GB 4064-83 电气设备安全设计总则
   GB 5083-85 生产设备安全卫生设计总则
   GB 6388-86 运输包装收发货标志
   GB/T 13306-1991 标牌
   GB/T 13384-1992 机电产品包装通用技术条件
   GB/T 15436-1995 环境空气 氮氧化物的测定Saltyman法
   CJ/T 3028.1-94 臭氧发生器
   CJ/T 3028.2-94 臭氧浓度 产量 电耗的测定

3、分类与命名
　
  3.1 分类
　　3.1.1 发生器按其基本臭氧发生单元分为气隙放电型式（管式、板式）与其他气体放电型式。
　　3.1.2 发生器按其放电频率分为工频（50Hz/60Hz）、中频（100Hz —1000Hz）和高频（＞1000Hz）。
　　3.1.3 发生器按其产生臭氧浓度分为低浓度（＜10mg/l）、中浓度（10-50mg/l）和高浓度（＞50mg/l）。
　　3.1.4 发生器按其臭氧产量分为微型（＜1000mg/h) 、小型（1—100g/h）、中型（100—1000g/h）和大型（＞1kg/h）。其数值宜按以下系列选取： 1，2，3，4，5，10，15，20，25，50，100，200，300，500，1000 ……。
　
  3.2 命名
　　 发生器命名与型号用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。
 

　　　　示例： CF-G-1-500G ，指每小时产生 500g 臭氧的工频管式臭氧发生器。

4、要求

　4.1 基本要求
　　4.1.1 发生器应符合本技术条件的规定，并按照经规定程序批准的图样和技术文件制造。
　　4.1.2 发生器的设计应按GB5083 、电气设计应按GB4064 进行。
　　4.1.3 发生器中各电气绝缘部件应符合高电压绝缘性能和结构的要求；处于电晕放电、臭氧氧化环境中的绝缘零部件还应满足使用环境对其物理（机械）和化学性能的要求。
　　4.1.4 臭氧发生器各零部件有关形状和位置技术要求应符合 GB 1958 的规定。
　
  4.2 性能要求
　　4.2.1 臭氧发生单元介质材料的技术要求
　　　4.2.1.1 臭氧发生单元中所使用介质材料的介质强度不得小于臭氧发生单元介质材料实际工作最高介质强度的２倍。
　　　4.2.1.2 臭氧发生单元中所使用的介质材料，如其介质强度数据不完整时，必须进行耐电压实验（击穿实验），并以耐电压实验所得实际数值作为介质强度的依据；实验方法按 GB1408 的规定进行。
　　　4.2.1.3 臭氧发生单元中所使用的介质材料的物理、化学性能要求应满足不同类型臭氧发生器的使用条件。
　　4.2.2 臭氧发生单元电极材料的技术要求
　　　4.2.2.1 臭氧发生单元中电极材料应保证在电晕放电条件下、臭氧环境中可长期稳定工作。
　　　4.2.2.2 臭氧发生单元中的电极材料应满足不同类型的臭氧发生器不同的使用条件。
　　　4.2.2.3 臭氧发生单元中，直接处于电晕放电界面的电极表面光洁度应保证正常稳定电晕放电的要求。
　　4.2.3 发生器性能试验技术要求
　　　4.2.3.1 发生器（包括臭氧发生单元）的性能试验，应满足下述要求：
　　　　　a ）以空气为气源，露点不得高于产品指标标称值。
　　　　　b ）臭氧浓度、臭氧产量、电耗等均按产品技术指标标称值检测。
　　　　　c ）臭氧浓度、产量检测应在发生器工作稳定半小时后进行，其结果不低于其标称值的 90% 。
　　　　　d ）稳定性检测：连续工作 72 小时后产量下降不大于初始值的 10% 。
　　　　　e ）氮氧化物（ NOX ）检测：以空气为气源的发生器氮氧化物浓度不大于臭氧浓度的 2.5% 。
　　4.2.4 不同的工频发生器生产每公斤臭氧的电耗见表 1 。
　　　　
　　　　 　表 1   不同的工频发生器生产每公斤臭氧的电耗（不包括气源净化）
 

不同臭氧产量	电耗指标（KW.H/KG.O3)）
大型	≤18
中型	≤20
小型	≤22

　　4.2.5 发生器无故障工作积累时间不得少于 8000 小时。

5、试验方法

　5.1 臭氧发生器的浓度、产量、电耗的测量方法 ，按 CJ/T3082 ， 2-94 进行。
　5.2 发生器的氮氧化物的测量，应按 GB/T15436 进行。
　5.3 整机使用寿命的测定，根据厂方提供用户名单随机追踪调查。

6、检验规则

　6.1 检验分类
　　　发生器的检验分为出厂检验和型式检验两类。
　6.2 出厂检验
　　　发生器出厂前需逐台按下述条件进行检验，检验合格并签发产品合格证后方可出厂。
　　　a)发生器中各臭氧发生单元定位准确，各紧固、支撑、连接部件安装牢固。
　　　b)发生器必须进行外观检验：
　　　　内部的外观检验包括：臭氧发生单元各部件应光洁，不得有任何油污、水渍、灰尘及其它有害外来物。 发生器内部防腐涂层应表面光洁，不得存在起皮、剥落及其他不良情况；高压电输配系统整洁，不得存在引起输配电异常的不良情况和外来物。
　　　　外部的外观检验包括：外壳表面应光滑平整，不得存在疤痕、凸凹等影响外观的缺陷：各处保护、装饰涂层应均匀，不存在起皮、剥落及其它不良情况（如根据需方要求在使用现场进行外部装修，此检验可在适当是进行）。外壳上个附属物（件）的安装位置准确，质量合格：外壳个部分均不应存在妨碍安装、检验、擦拭等的缺陷。
　　　c)发生器各仪器（表）接口、水、气管道接口位置准确，应符合设计文件的要求。
　　　d)发生器必须进行密封检验，检验应按GB150的有关规定进行。
　　　e)发生器必须进行性能试验，在4.2.3条规定的条件下，对臭氧浓度、产量、电耗等性能进行测定；并对式样结果进行记录作为产品合格证附件：在无异常情况且各项性能指标均达到要求后，方可确认产品合格。
　　　f)根据需方要求对产品性能复测时，容许与合格证附件记录数据存在10%的误差，但不得低于产品性能指标下限。

　6.3型式检验
　　　6.3.1当有下列情况之一时，发生器应进行型式检验：
　　　　　a)新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定；
　　　　　b)正式生产后，一年以上如结构、材料、工艺有较大改变，可能影响产品性能；
　　　　　c)产品正常生产，每三年进行一次；
　　　　　d)出厂检验结果与上次型式检验有较大差异；
　　　　　e)国家质量监督机构提出进行型式检验要求；
　　　6.3.2检验项目：发生器型式检验应满足4.1、4.2的全部要求；
　　　6.3.3国家环境保护产品认定检验按型式检验进行。
　6.4判定规则
　　6.4.1对检验项全部合格的，判定为合格品。
　　6.4.2对检验项目中有一项经检验不合格的则判定为不合格品。
　　6.4.3不合格品允许返工处理，返工后应对所有项目重新检验。
　　6.4.4抽样方法
　　　　6.4.4.1对小型发生器随机抽检2-5台；
　　　　6.4.4.2对中大型发生器抽检任一台。

7、标识、包装、运输及储存

　　7.1标志
　　　每台发生器均应在其明显部位固定耐久性产品标牌，其尺寸和技术要求应符合GB/T13306的规定。标牌上应标出下列内容：
　　　a)产品名称，型号；
　　　b)主要技术参数（臭氧浓度、臭氧产量、气源要求、工作气压范围、电源X相、X伏、电源容量 ）
　　　c)出厂编号；
　　　d)制造日期；
　　　e)制造厂名称。
　　7.2包装
　　　　7.2.1包装的技术要求应符合GB/T13384的规定；
　　　　7.2.2包装箱外标志的表示方法和要求应符合GB191；
　　　　7.2.3包装箱外的收发货标志应符合GB6388的规定；
　　　　7.2.4发生器包装前所有易锈零部件、外露加工面应涂防锈油或封存油脂，所有外露油孔应封闭;
　　　　7.2.5随机文件有
　　　　　　a)装箱单；
　　　　　　b)产品合格证；
　　　　　　c)产品使用说明书。
　　7.3运输
　　　　发生器在装运过程中不得翻滚、碰撞和倒置。
　　7.4储存
　　　　发生器应放置在通风干燥有遮蔽的场所。