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臭氧及其應用
專欄:企業新聞
發布日期:2011-11-04
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1、 臭氧作用簡述及臭氧裝置的商業機會 “醫藥養生保健報”2003年2月24日一篇題為“燒開水有學問”的報道中提到:科學研究證實,自來水含有13種對人具有潛在致癌、致畸和致突變的氯化物(為鹵代烴和氯仿)。水中這類有害物質的含量,與水溫密切相關。900C時,鹵代烴含量由原來常溫下53ug上升到191ug,氯仿則由43.8ug升到177ug;繼續沸騰3分鐘,則降為9.2ug和8.3ug。這時...

1、 臭氧作用簡述及臭氧裝置的商業機會
      “醫藥養生保健報”2003年2月24日一篇題為“燒開水有學問”的報道中提到:科學研究證實,自來水含有13種對人具有潛在致癌、致畸和致突變的氯化物(為鹵代烴和氯仿)。水中這類有害物質的含量,與水溫密切相關。900C時,鹵代烴含量由原來常溫下53ug上升到191ug,氯仿則由43.8ug升到177ug;繼續沸騰3分鐘,則降為9.2ug和8.3ug。這時的開水,才是符合衛生標準的飲用水??茖W實驗證明,煮沸1-3分鐘,水中亞硝酸鹽含量增加十分緩慢,煮沸超過5分鐘,其含量才會急劇增加;如果繼續煮沸至10分鐘,有害物質就會成倍增加。這篇報道也表明,利用傳統方法對水進行消毒處理,會產生二次污染物,即處理過的水(如自來水)中仍含有13種對人體有害的物質??茖W研究證明,利用臭氧對水進行處理,可以提高飲用水的產量,而且不產生二次污染物。也就是說利用臭氧處理水是一種理想的方法。因此,國外早在20世紀九十年代以前,就采用臭氧處理水,以提高飲用水的產量,如美國、加拿大、法國、荷蘭和原蘇聯等國家。目前北京個別水廠也引進臭氧處理水設備。10年前,北京個別化工廠就開始采用我國自己生產的中頻臭氧處理水設備。
       20世紀九十年代,鞍山靜電技術研究設計院發表了一篇題為“臭氧水應用研究”文章,該文較全面闡述了臭氧水產生技術、臭氧水的氧化滅菌機理及其多方面的作用和應用前景,此處不再贅述?,F只就臭氧在避免或減少環境和保護人類健康方面的作用簡述如下:
(1)自來水的再處理:降低水的致癌物和再凈化,
(2)蔬菜和瓜果表面農藥殘留物降解,
(3)城市和船上污水處理,
(4)室內空氣消毒凈化,
(5)櫥具、碗筷和衣物等消毒,
(6)防腐和保鮮,
(7)某些醫療應用,
(8)其他。
     以上敘述表明,臭氧不僅在工農生產上有關廣泛的用途,而且在家用領域也也派上用場。隨著我國環境意識日益深入人心和人民生活質量的提高,對臭氧性質、作用和安全防范認識的逐漸深入以及臭氧應用知識的普及,臭氧應用進入家庭成為可能。21世紀開始,國內市場就出現價格為數百元的家用臭氧儀器。這為臭氧應用進入家庭邁出探索市場的第一步。一旦臭氧應用進入家用領域,成為家電行業的一員,則蘊藏著巨大的商場。其一臺物美價廉、安全可靠和使用方便的家用臭氧儀器定價在500-1000元,則國內市場總容量將可能達到500-1000億元。分十年普及,則每年的市場規模為50-100億元。這比目前我國通信電源年市場的規模還大。
 

2、 自居裝置框圖及發展趨勢
   一個完整的臭氧裝置由三大主體部分構成:臭氧發生器、臭氧氧電源和混合器,另有一些輔助設備(如空氣干燥器、冷卻系統和混合器),如圖1所示。干燥的空氣或氧氣進入發生器,在臭氧電源的作用下,則產生臭氧氣體。水和臭氧氣體一起進入混合器,則輸出臭氧水。

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臭氧氣體和臭氧水產生裝置框圖


       目前,國內臭氧發生器分為三類:(1)工頻(50Hz);(2)中頻(數kHz);(3)高頻(≥10kHz)。因此,臭氧電源的工作頻率應當與臭氧發生器相配合,其啟輝電壓通常要達到數千伏。
       20世紀八十年代中期,清華大學自動化系電力電子及其控制技術研究至成功研究出中頻臭氧電源(專利號:CN85200020.0)。它與臭氧發生器聯合試驗表明:與工頻臭氧裝置相比,其臭氧產生技術研究表明,利用沿面放電技術解決放電氣體散熱問題,同時將陡峭高頻電壓波施加在臭氧發生器上,則可大大提高臭氧濃度、臭氧的產成量和臭氧的產生效率。因此,中高頻臭氧產生技術是當今臭氧技術的主要發展趨勢。1993年,國家科委成果辦也發出“關于推薦采用高頻臭氧發生器及其應用技術”函[(93)國科成辦字第100號],加以推廣。

3、 臭氧裝置發展簡況及存在問題
       20世紀八十年代以前,我國生產的臭氧裝置基本上都是工頻的。而且發生器壽命短、電源工作可靠性差的問題也比較突出。20世紀八十年代中期,我國研制成功中頻臭氧裝置,并在水處理、保鮮、空氣凈化和防酶等方面獲得良好應用,其臭氧產成量高、裝置體積小重量輕的特點也得到顯露,引起業界的關注。遺憾的是,這種中頻臭氧裝置,由于種種原因,沒有在發展規模生產方面多下工夫,而一直保持比較低的生產量。20世紀九十年代初期,一些單位就開始進行高頻臭氧發生器和高頻臭氧電源的研制工作,隨后也有單位引進國外高頻臭氧發生器。隨著人們環保意識的提高,20世紀九十年代后期,臭氧的家庭應用引起了大家的重視。這在客觀上也促進了高頻臭氧技術的發展。1997年清華大學電力電子工程研究中心與澳門大學科技學院合作研制“多功能高效臭氧清洗機”。其一期目標是為連續降解蔬菜和瓜果表面農藥殘留物以及清除沾污的細菌和病毒進行前期研究,以便提供高效的降解、消毒和清洗設備。它利用超聲和臭氧的聯合作用,進一步提高其處理能力和擴大功能。其二期目標是轉為家用。樣機試驗表明,其降解、消毒和清洗目的均能達到。進入21世紀,國內市場出現了家用臭氧儀器,如廣州市正奧環保實業有限公司的“正奧多功能解毒清洗機”,“正奧果蔬解毒清洗機”等。這些投入市場的家用臭氧儀器。

4、 一種實用的臭氧原理電路
       圖2是清華大學自動化系20世紀八十年代中期研制的一種臭氧原理電路,供參考。這是一種單管變換電路。圖中的開關管使用高頻(20kHz)晶閘管,其反并聯二極管為快速整流管。只要電路參數和開關管選擇合適,該電路可工作在數kHz到上百kHz。該電路略加變形,可作為超聲清洗、調頻式感應加熱和高頻電流定額測試等電路使用。由圖2可知,圖中開關器件也可用MOSFET或IGBT等場控器件代替,以實現更好的電源性能。

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臭氧原理電路

 

5、 小結
    臭氧氣體和臭氧水作為強氧化劑,具有消毒、滅菌、除臭、水中農藥降解以及氧化、分解水中污染物和雜質等作用,且不產生二次污染。除廣泛應用于農業生產外,還可以在減輕環境污染和保護人類健康方面發揮作用。特別是臭氧的合理應用一旦進入家庭,成為家電行業一員,則蘊藏著巨大的商機。對于這種家用臭氧裝置,價廉物美、安全可靠和便于家庭使用是三個基本的要求。為此,走高頻化臭氧產生技術的發展道路,是取勝之道。其中,研制較長壽命臭氧發生器和高可靠的高頻臭氧電源成為問題的關鍵,值得認真研究。


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