臭氧溶解理论基础与实验研究_张芝涛
不同制备方式臭氧水溶解规律及喷雾特性研究
Ｏｎ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｏｚ ｏ ｎ ｅ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ｓｐ ｒ ａ ｙ Ｃｈ ａｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
ＨＥ Ｈｕ ａ － ｍｉ ｎ ｇ ，ＬＩ Ｙａ － ｆ ｅ ｉ ，ＧＥＮＧ Ｘｉ ｎ － ｈ ｕ ｉ ，ＡＮ Ｘｉ ｎ ｇ － ｃ ｈ ｅ ｎ ，Ｓ ＯＮＧ Ｗｅ ｉ － ｔ ａ ｎ ｇ
沈 阳农 业 大学 学报 ， ２ ０ １ ３ — １ ０ ， ４ ４ （ ５ ） ： ６ ７ ８ — ６ ８ ２
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， ２ ０ １ ３ — １ ０， ４ ４ （ ５ ） ： ６ ７ ８ — ６ ８ ２
Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｒｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ，ｔ ｈｅ ｕｓ ｅ ｏ ｆ ｏ ｚ ｏ ｎｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｌ ｙ ｅ ｘ ｐａ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ａ ｇ ｉｃ ｒ ｕ ｌ ｔ ｕｒ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｉ ｔ ｓ ｉ ｍｐｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｔ ｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｙ
摘要 ： 为 了探 索 结 构 简 单 、 溶 解效 率 高 的臭 氧 水制 备 方 式 以 及 臭 氧水 喷 施 过 程 中 的损 耗 规 律 ， 研 究 ４种 制 备 方 式 和 ３ 种溶液 ｐ Ｈ 值 对 臭 氧 水 浓度 和稳 定 性 的影 响 以及 不 同 喷雾 粒 径 、 水温 、 ｐ Ｈ值 对 臭 氧 水 喷雾 特性 的影 响 。 结果 表 明 ： ４种 气 液混 合 方 式 的溶 解 效 率
船舶压载水中海洋微生物的羟基自由基致死特性研究
第33卷第3期2013年3月环㊀境㊀科㊀学㊀学㊀报㊀Acta Scientiae CircumstantiaeVol.33,No.3Mar.,2013基金项目:国家自然科学基金项目(No.50877005);国家杰出青年科学基金项目(No.61025001);国际科技合作项目(No.2010DFA61470);国家高技术研究发展(863)计划(No.2012AA062609);中央高校基本科研业务费(No.2011QN63,2012QN067)Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.50877005),the National Science Fund for Distinguished Young Scholars(No.61025001),the International Science and Technology Cooperation Project (No.2010DFA61470),the National High-tech R&D Program (No.2012AA062609)and the Central University Basic Scientific Research Operation Cost(No.2011QN63,2012QN067)作者简介:薛晓红(1979 ),女,E-mail:xiaohong-xue@;∗通讯作者(责任作者),E-mail:newzhangzhitao@Biography :XUE Xiaohong(1979 ),female,E-mail:xiaohong-xue@;∗Corresponding author ,E-mail:newzhangzhitao@薛晓红,张芝涛,白敏冬,等.2013.船舶压载水中海洋微生物的羟基自由基致死特性研究[J].环境科学学报,33(3):749-753Xue X H,Zhang Z T,Bai M D,et al .2013.Treatment characteristics of marine microalgae hydroxyl radicals in shipᶄs ballast water[J].Acta Scientiae Circumstantiae,33(3):749-753船舶压载水中海洋微生物的羟基自由基致死特性研究薛晓红1,张芝涛1,∗,白敏冬2,张拿慧1,田一平11.大连海事大学高气压强电场电离放电辽宁省重点实验室,大连1160262.厦门大学环境与生态学院,厦门361005收稿日期:2012-05-10㊀㊀㊀修回日期:2012-07-04㊀㊀㊀录用日期:2012-07-14摘要:鉴于当前尚无一种有效治理压载水中外来有害生物入侵的方法,为解决这一难题,本文采用高级氧化技术,即生成高浓度羟基溶液的方法治理船舶压载水中的海洋微生物.研究主要是利用介质阻挡强电离放电的方法,将空气中的O 2和海水中H 2O 电离离解成㊃OH 等氧化自由基,溶于海水中形成高浓度羟基溶液.同时,实验以羟基致死压载水中的湛江等鞭金藻㊁牟氏角毛藻和大肠杆菌为例进行了研究.结果表明:羟基致死微生物的阈值为0.6mg ㊃L -1,主要是破坏了藻类体内的叶绿素,进而导致藻类的死亡.关键词:强电离放电;羟基;压载水;入侵性生物文章编号:0253-2468(2013)03-749-05㊀㊀㊀中图分类号:X131㊀㊀㊀文献标识码:ATreatment characteristics of marine microalgae hydroxyl radicals in shipᶄs ballast waterXUE Xiaohong 1,ZHANG Zhitao 1,∗,BAI Mindong 2,ZHANG Nahui 1,TIAN Yiping 11.Liaoning Key Laboratory of Strong Electric Field Ionization Discharge,Dalian Maritime University,Dalian 1160262.College of the Environment and Ecology,Xiamen University,Xiamen 361005Received 10May 2012;㊀㊀㊀received in revised form 4July 2012;㊀㊀㊀accepted 14July 2012Abstract :Currently,there is no effective method to treat the introduced algaes and bacteria in the shipᶄs ballast water.To solve this problem,the method of advanced oxidation technology producing high-concentration hydroxyl radical solution was used to treat marine microorganisms.With strong ionization discharge,O 2in air and H 2O in seawater could be ionized and dissociated into a number of activate particles such as hydroxyl radicals (㊃OH),which can dissolve into seawater (a part of ballast water)to form the high concentration ㊃OH solution.With the high reaction rate and broad -spectrum lethalcharacteristic,㊃OH radicals could kill the introduced microorganisms through dissociative radical reactions in the course of both discharging and inputting the ballast water,without the pollution by medicament.In this study,Isochrysis zhanjiangensis ,Chaetoceros muelleri and Escherichia coli in ballast waterwere killed by ㊃OH radicals.Results indicated that the threshold lethal concentration of ㊃OH radicals for microorganisms in ballast water was 0.6mg ㊃L -1.A-chlorophyll was damaged by ㊃OH radicals during the treatment,which resulted in the death of algaes.Keywords :strong ionization discharge;hydroxyl radicals;ballast water;introduced microorganisms1㊀引言(Introduction)外来生物入侵性传播是海洋生态环境面临的威胁之一(全球压载水管理项目中国国家项目实施小组,2001).海洋外来生物在新的适宜生存的环境中繁殖,会给近岸海域的生态系统带来灾难性破坏,甚至导致土著物种灭绝,进而严重威胁海洋生态系统的安全.船舶压载水的给排过程是造成地理性隔离水体间海洋生物传播的最主要途径,每年全球船舶携带的压载水约有35亿t(Endresen et al .,环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报33卷2004),每天随船舶压载水周游世界的生物约有7000多种(David et al.,2004),并已确认有500多种海洋生物是由船舶压载水传播的(Ruiz et al., 2000;Gross,1999),给全球经济造成的损失以每年近百亿美元的速度递增.2004年2月13日,国际海事组织(IMO)通过了‘国际船舶压载水和沉积物管理与控制公约“,制定了严格的D-2排放标准(Global Ballast Water Management Program,2008. ),并规定2012年后强制执行.国务院颁布的‘国家中长期科学和技术发展规划纲要“也将 海洋生态与环境保护 列入环境重点领域中的优先主题,因此,如何安全有效治理船舶压载水是目前国际海洋环境研究中的难点和热点之一.国际海事组织(IMO)认定在‘国际公约“生效之前,采用在航深海更换压载水的方法作为压载水治理方法(Rigby et al.,2002),即在公海将压载水打入500m以下,更换相当于3倍船容量的压载水,但实际只能更换掉95%,且更换过程中会产生剪切弯矩使船体强度降低,造成船体结构损坏;同时,存在消耗能量过高,操作㊁运行时间过长(一艘30万t 油轮需36h)等问题,运行成本较高,且还是无法达到D-2排放标准.另外,国际上众多企业和学者进行了化学药剂法(氯法㊁臭氧法㊁过氧化氢H2O2等)㊁紫外照射(UV)㊁生化法㊁过滤法及加热和电解相结合的方法治理船舶压载水的研究(Debra et al.,2004;Zhang et al.,2003;Rigby et al., 1997;Cooper,2002;Oemcke et al.,2005; Matheickal et al.,2001;Mario et al.,2001),但存在的主要问题是生化反应速率低㊁杀灭微小生物时间长㊁设备庞大㊁处理费用高,残留药剂会严重腐蚀压载水舱㊁危害海洋生态安全.海上环境保护委员会(MEPC)及全球压载水管理项目小组(Global Ballast Water Management Program,2008.http:// )认为当前尚无一种成熟有效的治理压载水方法.采用高级氧化技术(AOP或AOT)治理压载水,能从源头上解决治理过程中的环境污染问题,且对水环境不会造成二次污染.为此,采用 绿色 强氧化剂羟基自由基(㊃OH)是首选的方法,㊃OH(E0= 2.80V)与氟的氧化能力相当,是进攻性最强的化学物质之一,它几乎能与所有的生物大分子㊁有机物和无机物发生不同类型的化学反应.反应最终降解为CO2㊁H2O和微量无机盐,剩余的㊃OH会分解成无公害的H2O㊁O2.课题组前期在高气压下(Pȡ0.1MPa),在极窄的放电间隙中(0.47mm)获得了电场强度Eȡ100kV㊃cm-1㊁电子平均能量ȡ10eV㊁电子密度ȡ1014个㊃cm-3㊁电离占空比ȡ2%的强电场电离放电,将O2㊁H2O电离离解成O+2㊁H2O+㊁H2O∗等活性粒子,再以高传质效率溶于海水中(从压载水中取出的一部分),制备出㊃OH溶液(Bai et al.,2005;Zhang et al.,2004).研究发现,㊃OH 致死海洋入侵生物的时间是常规化学法(氯法)的1/400,致死浓度是氯法的1/140,每t水的处理费用是国际通用方法(在航更换压载水法)的1/30(Dang et al.,2003).2002年,实验室的研究人员成功地完成了㊃OH 快速致死船舶压载水海洋入侵生物的中试试验(处理量20t㊃h-1),以及快速致死赤潮生物海上(山东龙口海域)围隔中宇宙试验(Bai et al.,2005).基于此,本文在50t㊃h-1的船舶压载水处理试验系统中,进行㊃OH致死海洋微藻㊁细菌实验,并研究湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)㊁牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)的㊃OH致死特性.以期为在船上输送压载水过程中快速致死海洋有害生物提供一种 绿色 新方法.2 材料与方法(Materials and methods)2.1㊀实验材料实验海水为辽宁省水产研究所提供的大连市星海湾的过滤海水,取水时间为2008年2月25日,水温6ħ.微小生物采用大小为10~50μm的湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)㊁牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)及大肠杆菌(Escherichia coli),其中,牟氏角毛藻是常见的赤潮藻.藻种使用前经分离㊁纯化后,在光照培养箱中进行培养.培养液采用f/2营养盐配方,在培养温度(20ʃ1)ħ㊁盐度35ɢ㊁光照强度8000lx㊁光暗比= 10hʒ14h的条件下进行藻类培养,把湛江等鞭金藻㊁牟氏角毛藻富集到106cells㊃mL-1.大肠杆菌(Escherichia coli,编号8099)由中国普通微生物菌种保藏管理中心和中国工业微生物菌种保藏管理中心提供,采用牛肉膏蛋白胨培养基进行培养.分别在3个50mL的牛肉膏蛋白胨培养基中接种大肠杆菌,37ħ于振荡数显培养箱中培养18~24h.采用平板计数,其菌数大约在每mL1090573期薛晓红等:船舶压载水中海洋微生物的羟基自由基致死特性研究个,置于4ħ冰箱中保存备用.2.2㊀实验系统船舶压载水㊃OH 处理试验系统如图1所示,外排的船舶压载水被泵打到主管路中,机械过滤器滤掉ȡ50μm 的浮游生物,其流速为1.5m ㊃s -1.一部分压载水通入到自制的羟基产生设备中,制备高浓度的㊃OH 溶液,设备的处理量为50t ㊃h -1,㊃OH 溶液浓度10mg ㊃L -1.㊃OH 溶液注入到液液溶解器,充分混溶稀释,在主管路中得到分布均匀的试验所需的㊃OH 浓度.在5个取样点中可准确地获得不同时间的浮游生物的杀灭效果.采用该方法剩余的㊃OH 又分解成H 2O 和O 2,对海洋环境无负面环境效应,符合高级氧化技术(AOT)原则.图1㊀船舶压载水㊃OH 处理中试试验系统Fig.1㊀Shipsᶄballast water of ㊃OH processing in a pilot system2.3㊀检测方法藻类及细菌检测:在外排压载水的主管路中,将羟基自由基浓度准确地调控在0.3~0.6mg ㊃L -1之间,对于个体大小在10~50μm 的藻类,实验中采取5个藻液浓度梯度,分别为1ˑ103㊁5ˑ103㊁1ˑ104㊁5ˑ104和9ˑ104cells ㊃mL -1,用碘液固定后,在显微镜下用血球计数板直接计数.细菌总数用海洋2216E 培养基平板菌落计数.光合色素的检测:根据各种光合色素在有机溶剂中的溶解特性,可将它们从细胞中提取出来,并可根据它们在有机溶剂中的最大吸收波长不同,进行分光光度法测定.以丙酮溶液提取浮游植物色素,依次在664㊁647㊁630nm 下测定吸光度,按Jeffrey-Humphrey 的方程式计算(国家质量技术监督局,1998),可以得出叶绿素a 的含量.㊃OH 浓度检测:用电化学方法检测,并用苯甲酸荧光法校定.㊃OH 溶于水的等离子体化学反应过程是极其复杂的连锁反应,系统以产生㊃OH 为主,还存有HO -2㊁HO ㊃2㊁HO ㊃3㊁OH -㊁O 3OH +㊁O -㊃2㊁O -㊃3㊁O 3㊁H 2O 2等活性粒子,其浓度根据它们的氧化力折算成㊃OH 的比值浓度.3㊀结果(Results)3.1㊀杀灭海洋微藻实验在初始藻液浓度为1ˑ104和9ˑ104cells ㊃mL -1的条件下考察了㊃OH 浓度变化与藻类致死率之间的关系,结果如图2所示.从图2可以看出,随着㊃OH 浓度的不断升高,两种藻类的致死率也随之升高.对于同一种藻类,在相同的㊃OH 浓度下,藻类的初始浓度越高致死率越低,即越难杀灭.当湛江等鞭金藻和牟氏角毛藻的初始浓度相同时,在相同的㊃OH 浓度下,总是牟氏角毛藻的致死率较低,说明牟氏角毛藻较难杀灭.图2㊀㊃OH 浓度与海洋微藻致死率的关系曲线Fig.2㊀Relation between ㊃OH concentration and killing efficiency ofalgae对于处理后致死率达到100%的藻液,稀释1倍后,经48h 培养没有发现再生现象.对于两种藻类5种不同初始浓度的藻液,在致死率100%的条件下,使其完全致死所需的㊃OH 浓度变化如图3所示.可以看出,同一种藻类随着藻液初始浓度的升高,所需要的羟基致死浓度也随之升高.对于湛江等鞭金藻和牟氏角毛藻来说,在任一相同的初始浓度下,湛江等鞭金藻所需的羟基致死浓度都低于牟氏角毛藻.㊃OH 对藻类致死阈值浓度的变化说明在相同条件下,㊃OH 对湛江等鞭金藻的致死效果好于牟氏角毛藻.在实验的藻类浓度数量范围内,试验中两种藻类的最高致死阈值浓度分别为0．55mg ㊃L -1和0.6mg ㊃L -1.157环㊀㊀境㊀㊀科㊀㊀学㊀㊀学㊀㊀报33卷图3㊀各藻种初始浓度下的㊃OH 致死浓度比较曲线Fig.3㊀Relation between algae content and ㊃OH concentration3.2㊀显微镜下藻类细胞形态本文在显微镜下对羟基处理前后藻类细胞的形态进行了观察,结果如图4所示.㊃OH 处理前,各类藻细胞通体周圆,细胞壁光滑完好,胞内细胞物质均匀分布,绿色素鲜亮稠密(图4a,4c).㊃OH 处理后,藻细胞胞体全都变形㊁破裂,大量内容物溢出,不能观察到完整细胞(图4b,4d);细胞壁和细胞膜破损,可能发生氨基酸氧化和磷脂过氧化反应,细胞有明显的破裂㊁缺失㊁击碎的现象,这些损伤对藻类来说都是致命的.显微镜下的照片证实了㊃OH 药剂能够破坏㊁分解㊁杀死藻细胞.图4㊀㊃OH 处理前后湛江等鞭金藻(a ,b )和牟氏角毛藻(c ,d )的照片Fig.4㊀Photos of Isochrysis zhanjiangensis (a,b)and Chaetocerosmuelleri (c,d)before and after treatment by ㊃OH㊃OH 致死阈值浓度与藻种及它们的各自形态结构有关.牟氏角毛藻细胞大小为(4.0~4.9)μmˑ(5.5~8.4)μm(环面观),细胞不仅具有硅质细胞壁,还有圆弧形的角刺,因此,细胞受外界干扰更少,较难杀死.而湛江等鞭金藻大小为(6~7)μm ˑ(5~6)μm,属于金藻,不具有细胞壁,细胞处于裸露状态,更易受外界毒物影响,因此,完全致死所需的㊃OH 浓度较低.3.3㊀杀灭海洋细菌实验羟基致死海水中细菌实验结果如图5所示,实验结果表明,随㊃OH 溶液浓度的上升,大肠杆菌菌落数(C )明显下降.㊃OH 浓度提高到0.32mg ㊃L -1时,所有培养基上无菌落长出,灭菌率达到100%.可见与单细胞藻类相比,大肠杆菌对外界毒物的防护能力更差.图5㊀㊃OH 浓度与细菌菌落数的关系Fig.5㊀Relation between ㊃OH concentration and kill efficiency ofbacteria㊀3.4㊀羟基对叶绿素的作用仅仅测定细胞的存活还不能全面说明羟基药剂对海洋微藻的杀灭效果,为此改进实验方法,在实验中测定了羟基作用后30min,受试混合藻类的叶绿素a 变化,结果如图6所示.由图6可知,随着㊃OH 溶液浓度的增加,藻液中的叶绿素含量都呈减小的趋势;在㊃OH 浓度为0.6mg ㊃L -1的条件下,经过30min 作用,水样中的叶绿素a 含量很低,近似于0.说明㊃OH 的作用效果很明显,这与活体计数法的实验结果是一致的.分析其原因是由于叶绿素a 是由单㊁双键交替的不饱和结构组成的,极易与㊃OH 反应,发生氧化㊁断裂㊁变构和分解等生化反应.随着㊃OH 溶液浓度的不断增加,不断氧化使细胞膜破裂,叶绿素流出,叶绿素在㊃OH 溶液的作用下含量不断减少.叶绿素是藻细胞光合作用的重要2573期薛晓红等:船舶压载水中海洋微生物的羟基自由基致死特性研究组成部分,本实验说明㊃OH 可以氧化分解叶绿素,破坏其光合作用,导致生物细胞体的死亡.图6㊀㊃OH 浓度与藻类叶绿素a 含量的关系曲线Fig.6㊀Relation between ㊃OH concentration and content of algaechlorophyll-a㊀4㊀结论(Conclusions)1)在实验的藻类浓度范围内,湛江等鞭金藻和牟氏角毛藻的最高致死阈值浓度分别为0.55mg ㊃L -1和0.6mg ㊃L -1,杀灭海洋微生物的浓度为0.6mg ㊃L -1.2)通过显微镜观察,在羟基的作用下,藻类细胞有明显的破裂㊁缺失㊁击碎的现象,从而证明了羟基具有杀灭微生物的特性.3)羟基对大肠杆菌的致死阈值浓度为0.32mg ㊃L -1,且羟基可氧化分解藻类的叶绿素,从而杀灭藻类.责任作者简介:张芝涛(1965 ),男,教授,博导,主要研究方向是等离子体技术及应用,目前在相关领域发表论文50余篇.参考文献(References ):Bai M D,Bai X Y,Zhang Z T,et al .2005.Treatment of red tide inocean usingnon-thermalplasmasbasedadvancedoxidationtechnology[J].Plasma Chemistry and Plasma Processing,25(5):530-538Bai X Y,Zhang Z T,Bai M D,et al .2005.Killing of invasive species ofshipᶄs ballast water in 20t /h system using hydroxyl radicals [J].Plasma Chemistry and Plasma Processing,25(1):15-22Cooper W J.2002.Ozone seawater and aquatic nonindigenous species:Testing a full-scale ozone ballast water treatment system on an American oil tanker[A].11th International Conference on Aquatic Invasive Species.Alexandria[C]党坤,王真茂.2003.船舶压载水不同处理方法的经济性分析[J].世界海运,26(3):46-48David M,Perkovic M.2004.Ballast water sampling as a criticalcomponent of biological invasions risk man agement [J ].Marine Pollution Bulletin,49:313-318Debra M W,Chris O,Mike D S,et al .2004.Eradication success downunder:heat treatment of a sunken trawler to kill the invasive seaweed Undaria pinnatifida[J].Marine Pollution Bulletin,49:844-849Endresen A,Lee Behrens H,Brynestad S,et al .2004.Challenges inglobal ballast water management[J].Marine Pollution Bulletin,49:313-318Geoff R.2000.From ballast to bouillabaisse[J].Science,289:241-241国家质量技术监督局.1998.海洋监测规范GB 17378.7 1998[S].北京:中国标准出版社Gross M.1999.Alien invaders[J].New Scientist,162:18-19Mario N T,Kerstin W,Masayasu M.2002.Ballast water deoxgenationcan prevent aquatic introductions while reducing ship corrosion[J].Biological Conservation,103:331-341Matheickal J T,Waite T D,Mylvaganan S T.2001.Ballast watertreatment by filtration[C].1st.International Ballast Water Treatment R +D Symposium,IMO.LondonOemcke D J,Leeuwen J V.2005.Ozonation of the marine dinoflagellatealge Amphidinium sp.-implications for ballast water disinfection[J].Water Research,39:5119-5125全球压载水管理项目中国国家项目实施小组.2001.全球更换压载水管理项目[J].交通环保,22(1):1-4Rigby G R,Hallegraeff G M.1997.Ballast Water Exchange Trials andMarine Plankton Distribution on the MV Iron Whyalla [M ].Canberra:Australian Government Publishing ServiceRigby G R,Hallegraeff G M.2002.On the nature of ballast tanksediments and their role in shipᶄs transport of harmful marinemicroorganisms[J].Marine Environ,7:528-536Ruiz G M,Rawlings T K,Dobbs F C,et al .2000.Global spread of microorganisms by ships[J].Nature,408:49-50Zhang S,Chen X,Yang D.et al .2003.Effects of the chlorinationtreatment for ballast water [C ].2nd International Ballast WaterTreatment R&D Symposium IMO.London.21-23Zhang Z T,Bai M D,Bai X Y,et al.2004.Studies of the effect ofhydroxyl radicals on photosynthesis pigments of phytoplankton in shipᶄs ballast water[J].Journal of Advanced Oxidation Technologies,7(2):178-183357。
臭氧研究报告
臭氧研究报告
臭氧研究报告
一、研究目的
本研究的目的是深入了解臭氧（O3）的性质、产生机制、分
布情况以及对人类健康和环境的影响。
二、研究方法
1. 文献调研：通过查阅相关文献和资料，了解臭氧的研究进展，并概述当前研究的主要问题和研究方向。
2. 实地观测：选择不同城市和地区进行臭氧的实地观测，测量臭氧的浓度和分布情况。
3. 实验室实验：在实验室中模拟臭氧的生成过程，并通过不同条件下的实验来研究臭氧的产生机制和反应规律。
三、研究结果与讨论
1. 臭氧的性质：臭氧是一种pale蓝色气体，具有强烈的刺激
性气味，并且是一种强氧化剂。
2. 臭氧的产生机制：主要有自然源和人为源两种产生途径，自然源包括太阳辐射、雷电活动等。
人为源主要是由于工业活动、交通排放、挥发性有机物等引起的。
3. 臭氧的分布情况：臭氧在大气中的分布具有明显的垂直差异，地面臭氧浓度通常较低，而在对流层较高处达到最高值。
4. 臭氧对环境的影响：高浓度的臭氧对植物生长、农作物产量和森林健康有负面影响。
5. 臭氧对人类健康的影响：长期暴露于高浓度的臭氧环境中，可能引发呼吸系统疾病、免疫系统紊乱和心血管疾病等健康问
题。
四、结论
臭氧是大气中重要的组成部分，它的产生机制和分布情况对于环境和人类健康具有重要影响。
为了减少臭氧对环境和人体健康的危害，应采取有效的减排措施，控制工业排放和交通污染，并提高人们的环保意识。
此外，对于臭氧的研究还需要加强，以更好地了解其产生机制和规律，为环境保护提供科学依据。
臭氧消毒实验
实验设计方案及步骤（一）、实验目的及要求1.熟悉臭氧消毒的原理和机制。
2.通过实验结果分析不同品种草莓产量。
3.要求学生掌握数据收集、整理与分析方法。
4.掌握草莓的基本信息、营养价值及有机种植技术等知识5.臭氧对草莓常见病害防治效果，运用对草莓种植及病虫害防治研究方面知识，从实践及理论方面解决的草莓种植有机生产过程的病虫害防治问题。
6.通过查阅文献，实验设计，记录观察，动脑动手，提高学生理论结合实际的运用能力，培养学生实际操作及大田管理的能力。
（二）、实验原理臭氧对病菌的毒杀过程属于生物化学氧化反应，其杀毒机理为臭氧的氧化作用氧化病菌内部分葡萄糖发生代谢时所需的酶，使病菌细胞内代谢紊乱，进而达到抑制病菌细胞生长，甚至让其死亡。
病菌死亡大体可分为失活死亡和溶解死亡；失活死亡:臭氧通过渗透病菌细胞的胞膜组织，浸入病菌的细胞膜内，后使病菌细胞发生通透性畸变，进而抑制病菌细胞繁殖生长，使其渐渐死亡。
溶解死亡:臭氧直接与细菌、病毒发生作用，破坏细菌、病毒细胞内的部分细胞器和DNA、RNA,让病菌不能正常发育繁殖，进而让其细胞死亡。
臭氧消毒的毒杀作用效果很强，灭杀病菌彻底，几乎对所有细菌、霉菌、真菌、原虫、卵囊都有较强的灭杀作用。
同时臭氧的分解能力也极强，可利用这个性质来灭杀草莓种植时附着在种植环境的水中、空气中及幼苗叶面上的各种细菌、致病微生物，病毒真菌及原虫等。
臭氧灭杀细菌的原理是将细菌的细胞体直接氧化，即破坏其DNA的基因而达到抑制的效果。
臭氧的杀虫机理为当害虫吸入臭氧时，臭氧的强氧化作用将它们的呼吸和循环系统氧化破坏，使其窒息死亡至于臭氧杀菌机理，一般认为臭氧首先作用于真菌、细菌等微生物的细胞膜，使细胞膜受到损伤，并继续渗到膜内组织，与细胞中的多种成分产生反应，产生不可逆转的变化，导致新陈代谢紊乱，并抑制其生长，直至细胞死亡，从而达到消毒作用。
臭氧是直接作用于微生物的细胞壁或细胞膜上使其发生溶菌死亡或是穿过细胞壁或细胞膜而作用于微生物内部的蛋白质、酶等，破坏正常的生理代谢，最终使微生物死亡。
臭氧溶解理论基础与实验研究
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提高臭 氧的传 质效 率 （ Ｍ盯 ） 获得 高 质量 浓 是
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溶解 率 是 亨利 定律 另一 种 实用 的 表达 方 式 ：
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作者 作 了大 量研 究 工 作［ ０．９６年 Ｈ．ｕ ｏ研 １９ Ｊ Ｆ ｍｉ
在 臭 氧质量 浓度 为 １８ｇｍｓ ／ 为 ０ ０ ８时 ， ２ ／ ， ＶＩ ．３
．
技 术 在我 国 已经 取于水 中可 形 成 臭 氧 水 ． 量 浓 度 大 于 ４ｍｇ Ｌ 质 ／
的臭 氧水 是 无残 留物 的强 氧化 药 剂 、 杀 菌 消 毒 强 药剂 、 漂 白剂及 除 臭药 剂 ． 高质 量浓 度臭 氧水 强 将
摘
要 ：依 据臭 氧溶 解理 论 ， 高浓 度臭 氧发生 器与射 流器 、 将 气液 溶解 器等设备 组成 高浓度
臭氧水发生系统 ， 利用该 系统对影响臭 氧溶解的相关 因素进 行 了实验研究 ． 结果 表明 ， 在该 系统 中 采用高浓度 的臭 氧气体 、 低的气液 体积 比及较 高 的系统 运行 压力 ， 利于 提高臭 氧传 质效 率及 较 有 臭氧溶解效 率 ． １Ｔ长的管路上经 过 １Ｓ 在 Ｉ Ｉ 的溶解 时间臭氧传质效 率可高达 ９ ％左右 ． ８ 这一结果有 利于高浓度 臭氧水生产设备 和水处理系统 ｆ ｚ 型化 ， ｌＪ Ｏ ，， 从而可以降低运行 成本 ． 关 键 词 ：臭氧 ； 氧水 ； 质效 率 ； 解效率 ；氧化剂 ；杀菌消毒剂 臭 传 溶
ｌ …
也可以直接加入输水 （ 或污水 ） 管道 ， 在水输送过
程 中实现水 的净 化 或 污水 的深 度 处 理 ， 去 传 统 省 方 法 中庞 大 的气 液 溶 解 池 或 高 大 的 氧 化 塔 （ 触 接
臭氧的溶解度
臭氧的溶解度一、引言臭氧是一种具有强氧化性的气体，它在大气中起到了净化空气的作用。
然而，臭氧也有一定的危害性，过度暴露于高浓度的臭氧环境中会对人体健康造成影响。
因此，了解臭氧在不同溶液中的溶解度是非常重要的。
二、臭氧溶解度的影响因素1. 温度温度是影响臭氧溶解度的主要因素之一。
一般来说，随着温度升高，臭氧在水中的溶解度会降低。
这是因为温度升高会使水分子更活跃，从而降低了水分子与臭氧分子之间的相互作用力。
2. 压力压力也是影响臭氧溶解度的因素之一。
在相同温度下，随着压力增加，臭氧在水中的溶解度也会增加。
这是因为增加压力可以促进臭氧分子与水分子之间相互作用力的形成。
3. 溶液pH值pH值也会对臭氧溶解度产生影响。
一般来说，当溶液的pH值较低时，臭氧在水中的溶解度会更高。
这是因为酸性条件下，水分子会形成较强的氢键，从而增加了水分子与臭氧分子之间的相互作用力。
4. 溶质浓度在一定范围内，溶质浓度对臭氧溶解度也会产生影响。
当溶质浓度较低时，臭氧在水中的溶解度会更高。
这是因为低浓度的溶质可以减少水分子之间的相互作用力，从而增加了水分子与臭氧分子之间的相互作用力。
三、不同溶剂中臭氧的溶解度1. 水中臭氧的溶解度在常温下，100 mL纯水最多只能溶解2.7 mg 的臭氧。
随着温度升高和压力增加，臭氧在水中的溶解度也会增加。
2. 有机物中臭氧的溶解度有机物对于臭氧具有较好的稳定性。
例如，在二甲基亚砜（DMSO）中，100 mL DMSO可以溶解约11 g 的臭氧。
而在甲醇中，100 mL 甲醇只能溶解约0.5 g 的臭氧。
3. 氯化银水溶液中臭氧的溶解度氯化银水溶液是一种常用的臭氧检测试剂。
在常温下，100 mL 0.1 mol/L 氯化银水溶液最多只能溶解约0.2 mg 的臭氧。
四、结论综上所述，臭氧的溶解度受到多种因素的影响，包括温度、压力、pH 值和溶质浓度等因素。
在不同的溶剂中，臭氧的溶解度也有所不同。
了解这些因素对臭氧的影响可以帮助我们更好地理解和应用臭氧在环境保护和医疗领域中的作用。
臭氧溶解度
臭氧溶解度
臭氧（O3）是一种具有抗生物毒功能的高能量的强氧化剂，它具有强烈的清洁作用，可以有效地净化空气中的污染物，减少化学污染和通风系统内的细菌。
同时，还有许多类似酸碱度之类的水质指标，可以用来衡量臭氧溶解度，下面将从溶解度的定义、检测方法以及控制臭氧溶解度等几个方面探讨臭氧溶解度的实质及其重要性。
首先，需要明确的是，臭氧溶解度是指水中溶解的臭氧的量。
通常，它以毫克每升（mg/L）的形式表示，而检测臭氧溶解度的方法有两种：化学法和电化学法。
化学法是指以“溶剂萃取-微量滴定”的
方式检测臭氧溶解度，而电化学法是指用电化学传感器直接测量臭氧溶解度，这种方法检测速度快、结果准确、使用方便。
其次，臭氧溶解度的具体控制措施要根据不同的地点而有所不同。
比如，在农田水体中，应避免使用含氯的杀菌剂，并采取山洪治理措施，以降低水体中的细菌含量；在湖泊水体中，应进行生物多样性保护，限制性养殖，以改善水体的质量，同时也可以采用添加抑菌剂的方式控制水体污染；在城市供水水系中，应采取有效的水处理措施，如污水处理、水质监测等，以减少水体污染。
最后，臭氧溶解度是水质指标中重要的一项，控制臭氧溶解度对于改善水质质量十分重要。
因此，各地有关部门应该加强对臭氧溶解度的监测，并采取有效的控制措施，保护人类健康，净化水体环境。
综上所述，臭氧溶解度是水质监测指标中的重要指标，它可以提供有关水质质量的参考，从而使我们能够更好地了解水体水质情况，
并采取有效的控制措施，保护人类健康，净化水体环境。
同时，我们还应该采取一些有效的控制措施，如减少污染物的排放，增强水体的净化能力，以减少对环境的污染。
臭氧消毒实验报告
臭氧消毒实验报告臭氧消毒实验报告引言：臭氧消毒是一种常用的消毒方法，它能有效杀灭空气和水中的细菌、病毒和其他微生物，被广泛应用于医疗、食品加工和水处理等领域。
本实验旨在探究臭氧消毒的效果，并评估其在不同条件下的杀菌效果。
实验目的：1. 研究臭氧消毒对不同细菌的杀灭效果；2. 探究臭氧消毒在不同温度和湿度条件下的杀菌效果；3. 评估臭氧消毒的安全性和环境适应性。
实验材料：1. 臭氧发生器；2. 细菌培养基；3. 不同种类的细菌培养物；4. 温度和湿度控制设备；5. 实验室安全设备。
实验步骤：1. 准备不同种类的细菌培养物，包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等；2. 将细菌培养物均匀涂布在培养基上，形成菌斑；3. 将臭氧发生器置于实验室通风橱中，打开臭氧发生器，使其产生臭氧；4. 将培养基上的菌斑分成若干组，分别放置在不同条件下进行消毒处理，包括不同温度和湿度；5. 设定不同的消毒时间，如5分钟、10分钟、15分钟等；6. 消毒结束后，将培养基进行培养，观察细菌生长情况；7. 记录并分析实验结果。
实验结果：1. 不同种类的细菌对臭氧消毒的敏感性不同，金黄色葡萄球菌对臭氧消毒效果最好，而大肠杆菌对臭氧消毒效果较差；2. 在相同的消毒时间下，温度和湿度对臭氧消毒的效果有一定影响，高温和低湿度条件下臭氧消毒效果更好；3. 延长消毒时间可以提高臭氧消毒的效果，但时间过长可能导致一些杀菌剂的残留。
讨论：臭氧消毒作为一种物理消毒方法，具有一定的优势。
首先，臭氧具有强氧化性，能够破坏细菌的细胞膜和核酸，从而杀灭细菌。
其次，臭氧消毒无需添加化学物质，不会产生有毒残留物，对环境友好。
然而，臭氧消毒也存在一些限制，如对人体呼吸系统有一定刺激性，需要在通风条件下进行操作。
结论：本实验结果表明，臭氧消毒对不同种类的细菌具有一定的杀灭效果。
在高温和低湿度条件下，臭氧消毒效果更好。
然而，实验结果仅限于实验室条件下的研究，实际应用中还需要进一步考虑环境因素和安全性问题。
臭氧对二级出水中溶解性有机物的氧化特性
臭氧溶解度
臭氧溶解度臭氧溶解度是衡量大气中臭氧浓度的重要量化指标，是诊断污染大气状况、控制臭氧污染的重要依据。
年来，随着各种污染物排放的增多，地球大气中臭氧浓度的下降，臭氧溶解度的研究变得尤为重要。
臭氧是一种温室气体，是构成大气的主要组成部分，也是地球上最重要的自然屏障之一，可阻止太阳辐射的部分紫外线，从而保护了地球表面的植物和动物。
大气中的臭氧浓度下降，对人类健康和生态系统的影响不容忽视。
由于火灾、交通污染、水质污染等人为活动，大气中臭氧含量会发生明显变化。
由此，如何准确检测臭氧浓度变化就成为一个重要的研究课题。
臭氧溶解度是一种描述大气中臭氧化学反应动态变化的量化指标，用来衡量臭氧浓度下降的幅度，反映了大气中某种物质对臭氧趋势的影响。
臭氧溶解度的测量技术主要有两种：一种是气相色谱仪技术，通过测量不同温度、气体组分和臭氧浓度，计算臭氧溶解度；另一种是大气悬浮颗粒物的滤网法，就是将地面的大气悬浮颗粒物收集在滤网上，然后用色谱技术对滤网上的航空粉尘进行分析，从而计算出臭氧溶解度。
臭氧溶解度很大程度上受大气各种组分比例、气温、湿度、太阳辐射等外界因素的影响。
例如，大气中氧气含量的增加会显著提高臭氧溶解度；比如，当大气中的气温较高时，臭氧溶解度也会相应增加；此外，太阳辐射对大气臭氧水平也有影响，太阳辐射越大，臭氧溶解度就越高。
研究表明，臭氧溶解度受到许多因素的影响，因此准确测量臭氧溶解度可以有效控制臭氧污染，实现清洁生态环境。
首先，应加强对大气臭氧浓度变化的定期监测，及时收集大气中不同组分的海拔层次的气体样本，以准确测定大气中臭氧的含量；其次，建立良好的气候监测系统，定期测量气温、湿度、太阳辐射等气象数据，以准确描述大气臭氧溶解度；第三，实施空气污染控制，加强对有害污染物（如氮氧化物、硫氧化物等）的控制和治理，减少臭氧的形成和破坏，从而控制臭氧污染、减少有害气体的排放。
臭氧溶解度不仅是衡量大气中臭氧浓度的重要指标，更是诊断污染大气的有效信息来源，可有效指导大气污染的治理与防治。
臭氧和氧气的溶解度
臭氧和氧气的溶解度哎，你知道吗？说起臭氧和氧气，这俩就像是亲兄弟，但性格却大不相同。
氧气嘛，咱们天天吸，就跟老朋友似的，亲切得很；而臭氧呢，虽然听起来有点“高大上”，但其实也是咱们生活中不可或缺的小伙伴。
要说溶解度这事儿，得先聊聊它们俩的脾气秉性。
氧气这家伙，挺随和的，哪儿都能去，水里、空气里，哪儿都见得到它的身影。
它就像是个喜欢交朋友的家伙，哪儿热闹往哪儿钻。
所以，你在水里也能找到不少氧气，虽然比不上空气里那么多，但足够让水生生物们活得挺滋润。
臭氧呢，就有点儿不同了。
它就像是个性格孤僻的艺术家，不太爱跟大伙凑热闹。
臭氧的溶解度，嘿，那叫一个挑剔！它在水里可不像氧气那么随和，得在特定的条件下才肯露面。
不过，虽然它在水里不常出现，但一旦出现，那威力可不容小觑。
它能杀菌消毒，就像是给水质来了个深度SPA，让水变得更加纯净。
你可能会问，这俩兄弟为啥溶解度差别这么大呢？其实，这还得从它们的分子结构说起。
氧气分子结构简单，就像是个平易近人的邻家大哥；而臭氧分子呢，多了个氧原子，就像是多了个负担，让它在水里不太自在。
所以，臭氧在水里就显得有点“高冷”，不太容易跟水分子打成一片。
不过，你可别小看了这溶解度的小差别。
在咱们日常生活中，它可是扮演着重要角色。
比如，在游泳池里，臭氧就能发挥大作用。
它能有效地杀灭水中的细菌和病毒，保护咱们的健康。
而氧气呢，虽然在水里溶解度不高，但它在空气中可是个“大块头”，给咱们提供了源源不断的呼吸支持。
这俩兄弟虽然溶解度不同，但各有各的用处，各有各的好。
就像是咱们生活中的调料，少了哪一个，这日子都得少了点味儿。
氧气让咱们呼吸顺畅，精神饱满；臭氧呢，就像是咱们健康的守护者，默默地保护着咱们免受细菌和病毒的侵害。
所以啊，下次当你再看到臭氧和氧气这两个词时，不妨想想它们在水里的那些小故事。
虽然它们性格迥异，但都是咱们生活中不可或缺的好伙伴。
咱们得好好珍惜它们，才能让生活更加美好。
臭氧更比溶于水易溶于四氯化碳的原因
臭氧更比溶于水易溶于四氯化碳的原因臭氧（O3）是一种具有强烈氧化性的气体。
它与水（H2O）和四氯化碳（CCl4）之间的溶解性差异可以通过物理性质和分子相互作用的角度来解释。
首先，我们可以从物理性质的角度来分析臭氧与水和四氯化碳的相互作用。
水是一种极性溶剂，具有较强的分子间相互作用力。
水分子之间通过氢键形成连接，这使得水具有较高的溶解能力。
臭氧的分子也是极性的，但与水分子相比，臭氧的极性较弱。
因此，臭氧在水中的溶解度相对较低。
相反，四氯化碳是一种非极性溶剂。
非极性溶剂中的分子之间没有氢键或其他强烈的相互作用力。
溶解在四氯化碳中的物质通常是非极性物质，如脂溶性物质。
由于臭氧也是非极性分子，它与四氯化碳之间的相互作用较强，因此臭氧在四氯化碳中的溶解度较高。
其次，我们可以从分子相互作用的角度来分析臭氧与水和四氯化碳的溶解性差异。
臭氧分子与水分子之间的相互作用较弱，主要是由于氢键的形成较弱。
臭氧分子与水分子之间的相互作用不够强，因此水对臭氧的溶解能力相对较低。
然而，臭氧分子与四氯化碳分子之间的相互作用较强，这可以通过分子间力、范德华力和静电吸引力来解释。
四氯化碳是一种非极性溶剂，其分子间力和范德华力对臭氧分子的吸引相对较大。
此外，四氯化碳分子中的氯原子具有较高的电负性，而臭氧分子中的氧原子具有较高的电负性。
因此，氧原子与氯原子之间的静电吸引力增加了臭氧分子在四氯化碳中的溶解度。
综上所述，臭氧在水中的溶解度较低，而在四氯化碳中的溶解度较高，主要是由于臭氧与水和四氯化碳之间的物理性质和分子相互作用的差异。
水的极性和其分子间相互作用力使其对臭氧的溶解能力较低，而四氯化碳的非极性和强相互作用力使其对臭氧的溶解能力较高。
这种溶解性差异是由于溶剂的物化性质和溶质的分子间相互作用的差异所造成的。
经皮穿刺臭氧髓核(1)
3.精确定位。在CT引导定位准确,无偏差;
4.起效迅速,疗效高.根治腰椎间盘突出顽 症,一般只需注射一次,见效快;
5.无明显并发症.臭氧本身具有消毒作用, 感染机会大大降低。
医用臭氧治疗腰椎间盘突出症的 有效率是68％～85％。
臭氧注入椎间盘1周后髓核体积未见明显 缩小，狗髓核组织出现明显水肿， 在1个 月后才出现萎缩， 体积明显缩小。这一时 间与临床病例取得良好疗效的时间一致。 但也有部分病例在术后短时间内即出现明 显的临床疗效，推测这部分患者的临床症 状和体征在很大程度上是由于神经根周围 的炎症所致。
的直接诱导剂）、前列腺素E2（炎症诱导 剂），它们可以刺激分布于小关节囊、后 纵韧带以及纤维环表面的细小神经或神经 末梢引起疼痛。
臭氧治疗椎间盘突出
特别适用于症状不能缓解的腰椎间盘膨出、 早期腰椎间盘突出且无合并椎管骨性狭窄 及神经根粘连者。
有效率可达80％以上。损伤小、费用少、 治疗周期短（住院治疗1～3天）及并发症 少等。
机械因素包括
除突出间盘对神经根的机械压迫外，变形 的韧带、盘环刺激脊髓背根Luschka神经 （窦椎神经sinovertebral nerve）伤 害性感受器；脱出髓核内释放的化学物质 以及突出间盘造成上行动脉和椎体侧后方 静脉血流淤滞引起的缺血。
化学因素包括
间盘突出细胞介导的免疫系统反应； 生物体液因子如P物质和磷酸酶A2（疼痛
髓核大体标本观察
髓核标本 椎间盘内压力
髓核外观
髓核体积大小
髓核弹性
正常 髓核通过纤维环切口
呈圆丘状、灰白
外膨,椎间盘内压大
色透明胶冻样
正常体积
弹性好
注射后1周 髓核通过纤维环切口轻度外 呈圆丘状,略呈黄色, 膨,椎间盘内压接近正常 略呈黄色透明度下降
产生臭氧的等离子体过程及其特性
产生臭氧的等离子体过程及其特性
白敏;张芝涛;白希尧;沈丽
【期刊名称】《核聚变与等离子体物理》
【年(卷),期】2001(021)003
【摘要】当电子从强电场(＞300Td)放电取得的平均能量大于8.4eV时，氧分子便分解且分解电离成高浓度的氧原子和氧原子离子，从而产生高浓度(＞200g*m －3)的臭氧。
利用电离放电电场的物理量可控制臭氧产生浓度、产生效率及臭氧分解速率，从而实现臭氧产生装置小型化，拓宽了臭氧在环境工程上的应用领域。
【总页数】6页(P183-188)
【作者】白敏;张芝涛;白希尧;沈丽
【作者单位】大连海事大学环境工程研究所;东北大学理工学院,;大连海事大学环境工程研究所;大连海事大学环境工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O461
【相关文献】
1.新型等离子体水下臭氧发生器特性研究 [J], 王红霞;金伟锋;廖振方
2.介质阻挡放电产生臭氧的特性研究 [J], 杜喆华
3.介质阻挡放电产生臭氧等离子体特性 [J], 杨海锋;孙亚兵;徐跃武;冯景伟;朱洪标
4.低温等离子体除苯过程中臭氧的演变与作用 [J], 张益坤; 姚鑫; 陈铭夏; 施建伟; 上官文峰
5.膜电极产生臭氧的工作时间特性 [J], 王景平;李翔;牛育华
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强电离放电产生臭氧气体的方法
强电离放电产生臭氧气体的方法
张芝涛;韩慧;初庆东;白希尧
【期刊名称】《环境科学》
【年(卷),期】2001(22)2
【摘要】为实现用电场强度、电子能量控制臭氧产生浓度和臭氧分解 ,采用α型Al2 O3 制成电介质薄层( 2 30 μm)以及窄放电间隙( 1 1 0 μm )的新工艺 ,取得折合电场强度E大于 4 0 0Td的强电离放电 ,电子取得平均能量大于1 0eV ,臭氧浓度达到 2 0 0 g/m3,臭氧产生效率达到1 0 0 g/ (kW·h) .进而实现臭氧产生装置生产组合模块化、小型化 .
【总页数】3页(P126-128)
【关键词】强电离放电;电介质;臭氧浓度;窄放电间隙;臭氧产生装置
【作者】张芝涛;韩慧;初庆东;白希尧
【作者单位】大连海事大学环境工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ123.2
【相关文献】
1.气体绝缘组合电器内部局部放电产生原因及检测方法探析 [J], 代文章;杨慧;黄华;陈海东
2.静电探针测量强流电子束电离气体产生的等离子体密度 [J], 贾云峰;钱宝良;张建
德;刘永贵
3.臭氧的气体电晕放电制备及食品加工厂臭氧应用系统 [J], 程宝平;郭毅;黄继昌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
取得高溶解率和高浓度臭氧水的方法
取得高溶解率和高浓度臭氧水的方法
白敏冬;沈丽;左军;白希尧
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】2001(27)1
【摘要】本文介绍了臭氧水溶液研究的进展及其广泛诱人的应用前景 ,同时阐叙了产生高浓度臭氧、高效率溶解臭氧及制取臭氧水溶液等方法。
利用这些方法 ,臭氧水溶液的臭氧浓度达 8g/m3 ,臭氧溶解率达 98%以上。
【总页数】3页(P42-44)
【关键词】臭氧水溶液;溶解率;氧化剂;杀菌消毒剂;水处理剂
【作者】白敏冬;沈丽;左军;白希尧
【作者单位】大连海事大学环境工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ123.2;TQ085.4
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1.探析溶解氧水质测定方法 [J], 高华辉;吴迪
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利用介质阻挡放电方法产生高质量浓度臭氧
技术在我国已经取得了较大的进展[1 ,2 ] ·将臭氧 溶于水中可形成臭氧水·质量浓度大于 4 mg/ L 的臭氧水是无残留物的强氧化药剂 、强杀菌消毒
药剂 、强漂白剂及除臭药剂·将高质量浓度臭氧水 作为一种药剂 ,以 1∶10 左右比例加入水中 ,既可 用于食品工业 、饮料工业 、医药卫生等部门的加工
度 ; HA 为亨利常数·溶解率与水的温度 、p H 值 、
有机物及杂质的质量分数等参数有关·p H 值小于
810 时 ,在 20 ℃条件下 , S = 01322 ( IOA 标准) ,当
p H > 810 时 , S 值锐减 , 例如 p H = 1015 时 , S =
01005· 臭氧在水中的溶解速度为
(3) 本方法可以在输水主管路上就地进行水 处理 ,从主管路中取一小部分水或污水制成高浓 度臭氧水后再注入主管路 ,在主管路输送水过程 中实现了在主管道内进行水净化或污水处理 ,达 到净水或水处理目的 ,省去传统庞大溶解设备及 其他附加设备 ,大幅度减少了一次投资和能耗·
Michel Meyer 等人作了臭氧的传质效率及其溶解 效率研究·采用射流器与喷嘴相结合的方法 ,在水 的流速为 019 m/ s 时 ,传质效率达到了 93 %左右 , 在臭氧质量浓度为 128 g/ m3 , V G/ V L 为 01038 时 , 水溶液臭氧质量浓度达到 418 mg/ L ,其溶解效率 达到 75 %·Michel Meyer 等人的研究成果具有很大 实用意义·
水 ,必须提高气相臭氧质量浓度;降低水温 ,减小
气液体积比 V G/ V L ,扩大气液接触面积 ,促使臭 氧在水中快速有效溶解·
2 实验流程
研究高浓度臭氧水产生方法时要对其主要因
素 :臭氧质量浓度 、气液体积比 、系统压力 、气液溶 解方式和溶解时间等问题进行实验研究·为了获 得较高传质效率及溶解效率 ,本实验采用高质量 浓度臭氧气体 (80～250 g/ m3) ,高系统压力 ,低气 液体积比 ,同时尽量减少气液溶解时间 ,以实现设 备小型化 ,降低运行成本 ,有利于推广应用·本实 验采用自来水作为实验用水 ,其流量为2 m3/ h·实 验系统如图 1 所示·有关臭氧传质效率实验采用 如下流程 :经 Nikuni32N PD 涡流叶轮泵 12 ,射流 器 13 ,气液溶解器 14 (内有喷嘴) 输出臭氧水 ,臭 氧气体输入射流器 13·用瓶装氧气向 B GGD2C42 40 型臭氧产生装置供气 ;氧气流量采用 L ZB 型气 体转子流量计计量 ;水流量用 Burkert Flow 8035 流量计计量·臭氧气体浓度用 Orbisphere Model 3 600型 臭 氧 浓 度 分 析 仪 检 测 , 臭 氧 水 浓 度 用 Orbisphere Model3660 型溶解臭氧分析仪检测·同 时分别采用碘化钾滴定 、靛蓝法来校正准确度 ,其 差值范围在 218 %以内·
实验平台为 018 m ( W ) ×016 m ( L ) ×115 m ( H) ,臭氧水浓度检测点选取在距离臭氧气体加 入射流器注入口 112 m 的臭氧水出口处·臭氧气 体与水的溶解时间仅在1 s左右 ,水的流速在1 m/ s 左右·
3 实验结果与讨论
311 传质效率实验 影响传质效率的主要参数有臭氧气体质量浓
314 溶解系统运行压力对臭氧溶解效率影响 臭氧溶解系统运行压力对臭氧溶解效率影响
函数关系如图 4 所示·随着系统运行压力增加 ,则 臭氧溶解效率线性增加 ,高的系统运行压力有利 于更多的臭氧溶解于水中 ,增加系统运行压力也 是提高臭氧溶解效率可取方法之一·
图 4 臭氧溶解效率与系统压力函数关系 Fig. 4 Dissolved efficiency of ozone vs. system pre ssure
315 施加臭氧剂量对臭氧溶解效率影响 施加臭氧剂量对臭氧溶解效率影响如图 5 所
示 ,在系统运行压力 、气液体积比 、水流量和溶解 时间等参数一定时 ,施加臭氧剂量无论如何变 ,其 臭氧溶解效率不变 ,是一个常数 ,通常在 75 %左
图 5 臭氧溶解效率与施加臭氧剂量的关系 Fig. 5 Dissolved efficiency vs. applied ozone do se
v = kL ·a (ρL3 - ρL ) - k dρL
(3)
收稿日期 : 2002202216 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (60031001) ·
作者简介 : 张芝涛 (1965 - ) ,男 ,辽宁鞍山人 ,东北大学博士研究生 ; 鲜于泽 (1936 - ) ,男 ,朝鲜江原道杨口郡人 ,东北大学教授 ,博 士生导师 ,日本东北大学理学博士·
从图 2 中曲线可知 ,实际的臭氧水质量浓度 ρL 随着施加臭氧剂量 ρLcalc 增加而增加 , 是线性
函数 , 当气液体积比 、系统压力 , 臭氧气体质量浓 度 、水流量 、被处理水温及溶解时间一定时 , 则臭 氧水浓度取决于加入水中的臭氧气体的供应量· 313 气液体积比对臭氧溶解效率影响
臭氧溶解效率与气液体积比的函数曲线如图
3 所示·在系统压力 、水流量等参数一定时 ,随着
1018
东北大学学报 (自然科学版) 第 23 卷
气液比增加则臭氧溶解效率就会下降 ,应尽量降 低气液体积比 ,以便取得较高臭氧溶解效率 ,但也 不是越小越好 ,气液体积比过小时 ,臭氧水浓度会 明显降低 ,应选取在最佳值范围内·降低气液体积 比 ,有助于降低运行成本·
2002 年 10 月 第23卷第10期
东北大学学报 (自然科学版) Journal of Nort heastern University (Nat ural Science)
文章编号 : 100523026 (2002) 1021016204
Oct . 2 0 0 2 Vol123 ,No. 10
臭氧溶解理论基础与实验研究
张芝涛1 ,2 , 鲜于泽1 , 宗 旭2 , 王 燕2
(1. 东北大学 理学院 , 辽宁 沈阳 110004 ;2. 大连海事大学 环境科学与工程学院 , 辽宁 大连 116026)
摘 要 : 依据臭氧溶解理论 ,将高浓度臭氧发生器与射流器 、气液溶解器等设备组成高浓度 臭氧水发生系统 ,利用该系统对影响臭氧溶解的相关因素进行了实验研究 ·结果表明 ,在该系统中 采用高浓度的臭氧气体 、较低的气液体积比及较高的系统运行压力 ,有利于提高臭氧传质效率及 臭氧溶解效率·在 1 m 长的管路上经过 1 s 的溶解时间臭氧传质效率可高达 98 %左右·这一结果有 利于高浓度臭氧水生产设备和水处理系统的小型化 ,从而可以降低运行成本· 关 键 词 : 臭氧 ; 臭氧水 ; 传质效率 ; 溶解效率 ; 氧化剂 ; 杀菌消毒剂 中图分类号 : X 505 文献标识码 : A
4 结 论
(1) 本系统大幅度减少了臭氧溶解时间 ,仅 在 1 s 时间内 、在 1 m 长距离上 ,臭氧传质效率就 高达 98 %左右 ,有利于高浓度臭氧水生产设备和 水处理系统设备的小型化·
(2) 采用高质量浓度臭氧气体 、低的气液体 积比和高系统运行压力对取得高质量浓度的臭氧
水十分重要 ,有利于提高臭氧传质效率和臭氧溶 解效率 ,降低了运行成本·
度 、气液体积比 、系统压力和溶解时间等·为了实 现制造高质量浓度臭氧水设备的高效化 、小型化 , 气液溶解时间控制在 2 s 左右 ,气液比控制在 011 以下 ,臭氧气体质量浓度控制在 80～180 g/ m3 · 当气液体 积 比 为 01075 , 系 统 运 行 压 力 为 0126 MPa ,水流速为 111 m/ s ,气液溶解时间为 1 s 时 , 臭氧 传 质 效 率 仅 在 1 m 长 的 路 程 上 就 能 达 到 9819 %～9911 %·这也表明了射流器和气液溶解 器溶解臭氧性能优良 ,在极短时间内就可以取得 理想的臭氧传质效率·它为臭氧水产生设备及臭 氧水处理系统小型化铺平了道路· 312 施加臭氧剂量对臭氧水质量浓度影响
1 臭氧溶解理论基础
臭氧溶解是一个复杂的过程 ,它与臭氧的反 应速率 、热力学分布以及催化分解等参数有关·通 常条件下臭氧溶解遵守亨利 ( Henry′s) 定律 :
ρL3 = H1AρG
(1)
溶解率是亨利定律另一种实用的表达方式 :
S
=
1 HA
=
ρL3 ρG
(2)
式中 ,ρL3 为臭氧水平衡浓度 , 表示平衡状态下水 中溶解的臭氧质量浓度 ;ρG 为气相臭氧质量浓
ρL = φ·ρL3 = φ·S ·ρG
(5)
传质效率与臭氧溶解效率 (ηef ) 是评价臭氧
在水中溶解性能的重要指标·
M TE
=ρGin
Q
Gin -
ρGin
ρGout
Q Gin
Q
Gout
×100
(6)
ηef
=ρρGiLn
Q Q
L Gin
×100
(7)
式中 ,ρGin为加入臭氧溶解系统的进口臭氧气体质
第 10 期 张芝涛等 : 臭氧溶解理论基础与实验研究
1017
式中 , kL 为液相传质系数 ; a 为单位体积内气液 接触面积 ; kL·a 为臭氧液相传质速率 ; kd 为臭氧 分解常数 ;ρL 为臭氧水实际的质量浓度·
臭氧在水中的溶解系数为
φ
=
ρL ρL3
(φ
<
1)
(4)
因此臭氧在水中实际溶解的质量浓度为
塔) ,大幅度降低能耗和运行成本[6 ]· 提高臭氧的传质效率 (MET) 是获得高质量浓
度臭氧水需要解决的关键问题·近年来不少科学工 作者作了大量研究工作[7～10]·1996 年 H. Fumio 研 制了高浓度臭氧水制造机 ,处理水量为 3 m3/ h ,在 水温 15 ℃时 ,臭氧水质量浓度达到 6 mg/ L·1999 年 Farines 等人采用充填直径小于 5 mm 硅球的反 应罐进行臭氧溶于水的研究 ,被处理水的流速仅为 01000 4 m/ s·气液体积比 V G/ V L 为 01167 时 ,水溶 液臭氧质量浓度达到5 mg/ L ,臭氧溶解效率仅达到 30 % ;气液体积比为 1 时 ,水溶液臭氧质量浓度达 到 19 mg/ L ,臭氧溶解效率仅达到 19 %·1999 年