CN1199874C - 一种制取臭氧氧化水的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的制取臭氧氧化水的方法，是一种采用高负压射流工艺，结合吸收连续生成的微量微压臭氧气体的调节控制，控制定量水水温，使之在压力下循环流动，并连续吸收、混合臭氧，在短时间内制取中、高浓度臭氧氧化水的方法。利用该方法制造的制取臭氧氧化水设备是一个循环系统，包括臭氧发生装置(12)、制冷装置、射流器(8)、微量微压气体控制观察盒(11)、臭氧气体调节控制阀(14)和紊流混合吸收装置(7)，或者，包括臭氧发生装置(12)、制冷装置、射流器(8)、微量微压气体控制观察盒(11)、臭氧气体调节控制阀(14)。本发明具有成本低和安装、操作、维修方便，利于臭氧氧化水的基础研究和应用等优点。

Description

一种制取臭氧氧化水的方法及设备

技术领域

本发明涉及臭氧应用领域，特别是一种制取臭氧氧化水的方法及设备，它用于中、高浓度臭氧氧化水的制取。

背景技术

臭氧这种物质自发现160多年以来，很多科学家、学者、工程技术专家一直不断地致力于对它进行基础研究、发生技术研究和应用研究，在这三个方面都取得了重大的成果，作为一种强氧化剂的应用，已初步形成了一门边缘学科的雏形。特别是近三十年来，随着科学技术和文明的进步，“以人为本”和“以环境为本”的观念日趋深入和扩展，臭氧的应用意义更引起了人们的重视。

对臭氧氧化水(实质上是溶解态臭氧)的应用研究是臭氧应用研究很重要的方面，己日趋显示出重要的应用价值和意义，但至今还很难获得剩余浓度大于3mg/L的臭氧氧化水，使广泛的臭氧氧化水基础研究和应用研究相当困难。其原因是：1.臭氧易分解且为不可逆分解，臭氧氧化水在常温常压下不能保存。2.常压下臭氧不易溶解于水中。3.臭氧还原电位高，强氧化性能且氧化反应速度快。4.高频高压臭氧发生技术虽然在混合技术上比较成熟，但由于臭氧质量百分浓度低，很难方便地获得中、高浓度的臭氧氧化水，即便获得，成本也很高，设备复杂；电解法臭氧发生技术，近几年来有进步，但制取中、高浓度臭氧氧化水的工艺不成熟，或者流量太小不适用，或者易损坏臭氧发生装置，性能很不稳定。

因此，如何方便、快捷、低成本和大量的获得中、高浓度的臭氧氧化水成为一个难题，这个难题解决后将促使臭氧有益应用的进步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制取臭氧氧化水的方法，它直接使用自来水，可在短时间内，稳定地相对大量地制取中、高浓度臭氧氧化水。利用该方法提供的制取臭氧氧化水设备，具有成本低，以及安装、操作、维修方便和工作稳定等特点。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

提供的制取臭氧氧化水的方法，是一种采用高负压射流工艺，结合吸收连续生成的微量微压臭氧气体的调节控制，控制定量水水温，使之在压力下循环流动，并连续吸收、混合臭氧，在短时间内制取中、高浓度臭氧氧化水的方法，即：按工艺要求进定量水；通过制冷装置，控制定量水水温；循环泵使水循环流动，随之射流器产生真空压，同步启动臭氧发生装置产生臭氧；通过微量微压气体控制观察盒和臭氧气体调节控制阀的控制，射流器的真空压连续吸收臭氧；通过射流器和紊流混合吸收装置，促使定量循环水和连续吸收的臭氧混合；往复进行步骤b、c、d和e后，制得臭氧氧化水，臭氧在臭氧氧化水中的剩余浓度为3～20mg/L；所述射流器是高负压射流器，臭氧发生装置是低压电解纯水臭氧发生装置。

利用上述方法提供的制取臭氧氧化水设备是一个循环系统，包括：臭氧发生装置、制冷装置、射流器、微量微压气体控制观察盒、臭氧气体调节控制阀和紊流混合吸收装置，该设备用于制取高浓度臭氧氧化水。或者，包括臭氧发生装置、制冷装置、射流器、微量微压气体控制观察盒和臭氧气体调节控制阀，该设备用于制取中浓度臭氧氧化水。

本发明的优点如下：

其一.能够实现方便、快捷、较低成本、相对大量的获得中、高浓度臭氧氧化水，设备制造成本低，有利于工业化生产，为多学科、多领域的科学技术工作者对臭氧，特别是臭氧氧化水的基础研究和应用研究及多领域的应用提供物质保证，利于臭氧有益的应用。

其二.采用高纯度水制取中、高浓度臭氧氧化水，有利于在医疗领域中臭氧氧化水应用的基础研究、临床研究和临床使用提供物质保证。臭氧氧化水疗法有可能成为一种重要的有效的安全的治疗方法。

其三.为自然或人为灾难、瘟疫或者其它因素造成的人和环境的损害，提供了对人、生态和环境无害的大面积使用的高效消毒剂。

其四.为缺水地区(例如我国西部)或者特殊情况下的缺水，提供了可靠的、高效的、有益的、无害的水循环使用设备。

其五.制造工艺简明，制造成本、运行成本和社会成本低。制造、操作、维修简单、安全、可靠。无高频、微波、电磁幅射，噪音较小，移动方便，设置地点和条件无特殊要求。对人、生态、环境无害。

其六.根据工作性质要求，供给量可大可小，只要有自来水或者洁净的地下、地表水既可生产高浓度臭氧氧化水。

其七.对农业、林业、渔业、化工、环保，降解农残、农付产品保鲜和流行病控制等有较大的使用价值。

附图说明

图1是本发明设备的第一种结构示意图。

图2是本发明设备的第二种结构示意图。

图3是本发明的设备的第三种结构示意图。

图4是本发明的微量微压气体控制系统结构示意图。

图5是本发明设备的安装示意图。

图6是图5的左视剖面示意图。

图1中：1.进水控制阀；2.散热器；3.制冷压缩机；4.热交换器；5.预循环水箱；6.机内循环水管路；7.紊流混合吸收装置；8.射流器；9.循环泵；10.循环控制阀；11.微量微压气体控制观察盒；12.臭氧发生装置；13.臭氧气管；14.臭氧气体调节控制阀；15.臭氧氧化水工作泵；16.臭氧氧化水工作控制阀。

图2中：17.臭氧尾气毁灭装置。

图3中：18.自来水过滤装置；19.使用液温控装置。

图4中：20.连通孔；21.左腔室；22.溢流口；23.大气连通口；24.臭氧输出口；25.臭氧进气口；26.右腔室。

图5中：27.自来水进水接口；28.机箱；29.控制面板；30.臭氧氧化水出口。

图6中：31.微电脑。

具体实施方式

下面结合实施实例及附图对本发明作进一步的说明。

一.本发明的依据及基本设计原则

(一)依据

臭氧氧化水是一种具有极为广泛用途的强氧化剂，对人、生态和环境无害。这种氧化剂起作用的关键点是其剩余浓度。臭氧的化学性能不稳定，易分解，臭氧氧化水不能保存，能否实现方便地制取臭氧氧化水是应用的关键，也是本发明要解决的一个重点。

本发明能够连续大量制取中、高浓度臭氧氧化水的依据是：

1、由于臭氧发生装置是低压电解纯水臭氧发生装置，它可以连续生产含臭氧和氧气的混合气体，臭氧的质量百分浓度为16～20％，该装置中的每个发生器(指每片复合电极膜块阳极面)混合气体产生量约为0.1mol/h，臭氧气体质量在0.6-0.8g/h之间。相对于其它类型臭氧发生装置，它具有纯度高而且臭氧分压高的特点。气体分压高，则臭氧的溶解度高，同时，臭氧的溶解度是氧气的10～13倍，是空气的25倍。

2.采用制冷技术，可用较强功率的制冷设备，或者冰块投入的方法，对预循环水箱中一定量的水制冷，尽快控制为10℃以下，最好是0～4℃，这样臭氧的溶解度将比一般城市自来水水温23～30℃的臭氧溶解度提高数倍。

水温是气体水中溶解度的重要参数，水温愈低，则气体的溶解度愈高。

3、本工艺方法的流程是循环投加方式。循环过程中由于水在循环泵和射流混合装置、紊流混合装置中的摩擦生热和臭氧的自身分解生热，使定量水水温迅速不断提高，这种热能对臭氧在水中剩余浓度破坏性很大，加快臭氧分解，严重缩短臭氧的半衰期，同时分解产生的氧气又占据了臭氧的溶解空间，1mol臭氧分解后生成1.5mol氧气。采用制冷技术则可有效的解决这一问题，延长溶解态臭氧的半衰期。

4、射流混合装置应设计为高负压射流器。在真空引力和高速的喷流中，气相臭氧在液相水的界面接触，可有效提高臭氧在相间接触时的瞬间分压，臭氧在喉管和扩散水腔中的扩散速度和溶解速度加快，使水中溶解态臭氧的浓度梯度相对均匀，以利后续溶解。

紊流混合吸收装置有助于提高臭氧的溶解。

5、目前，低压电解纯水臭氧发生装置的发生器每只每小时只能产生大约0.1mol的臭氧和氧气的混合气体，发生器的阴极与阴极瓶连通，阳极与阳极瓶连通，阴、阳极瓶装有去离子水，臭氧由阳极产生。要采用高负压射流混合装置，就必须通过微量微压气体控制观察盒和臭氧气体调节控制阀的压力调节性能，才能使其正常工作和连续工作。这是由低压电解纯水臭氧发生装置的特性和结构所要求的。

6、气态臭氧的循环投加是本工艺方法的一环。在循环管路的水封作用下，将有效提高射流混合装置和紊流混合吸收装置中吸入的混合气体压力，从而提高臭氧分压，同时通过射流混合装置和紊流混合吸收装置充分加大气相和液相的接触面积。

7、为了满足一定流量和一定浓度的要求，还可以在以上所述的循环系统中设置微电脑和设置至少两个预循环水箱，巡检发生器电流、定量水水温和将预循环水箱中的臭氧氧化水有序使用，设备性能稳定可靠，工作连续。

8、为了防止预循环水箱的臭氧尾气溢出累加，影响机体外部环境，还可以在以上所述的主循环系统中安装臭氧尾气毁灭装置。例如热毁灭、活性碳毁灭装置等。

9、还可以在以上所述循环系统中安装进水过滤装置、使用液温控装置，本臭氧氧化水生成设备可用于医疗领域。通过进水过滤装置使医用臭氧氧化水不含杂质；针对医疗需要，可通过使用液温控装置控制使用的臭氧氧化水温度，减少病人的不适感。

(二)基本设计原则

①根据臭氧氧化水的需要量确定循环水水量，确定每个预循环水箱容积。②根据臭氧氧化水浓度要求和循环水水量确定臭氧投加量，从而确定低压电解纯水臭氧发生装置的配置。浓度要求高时应考虑采用臭氧富投加量的方法。③根据循环水水量、水温、臭氧氧化水浓度和时间要求，设计制冷装置的配置或者根据条件选择制冷方式。④根据循环水水量和时间要求，确定循环工作泵的选型。泵的选型还应综合考虑臭氧投加量、浓度、温度和射流混合器的高负压要求。⑤根据泵的流量和扬程，设计射流混合器和紊流混合装置。射流混合器应设计为高负压。⑥定量水循环时间设计一般在5～15分钟。⑦对臭氧氧化水大流量和连续供给的要求，采用将循环原料水的制冷设计为集中制冷，多条臭氧循环投加工作线并联运行的技术方案。⑧每一循环系统工作线都应配置微量微压气体调节装置。⑨根据臭氧氧化水的使用性质，确定上述各装置的配置。

二.制取臭氧氧化水的方法实施例

本方法是针对低压电解纯水臭氧发生装置的特性和结构，采用高负压射流器同时结合吸收连续生成的微量微压臭氧气体的调节控制，将低压电解纯水臭氧发生技术、制冷技术、高负压射流混合技术、紊流混合吸收技术、微量微压气体调节技术，通过降低并控制定量水水温并在压力下循环流动从而连续投加臭氧的技术方式组合，同时发挥各自的性能，综合作用于载体(自来水)，从而制取中、高浓度臭氧氧化水。或者可以不用紊流混合吸收技术，运用于制取中浓度臭氧氧化水，用于对臭氧氧化水浓度要求低且射流混合后流程长的情况。

例1.制取高浓度臭氧氧化水的方法，该方法包括以下步骤：

  a.按工艺要求进定量水。

  b.通过制冷装置，或者通过投入冰块方式，控制定量水水温为0～10℃。

  c.循环泵使水循环流动，随之射流器8产生真空压，同步启动臭氧发生装置12产生臭氧。

  d.通过微量微压气体控制观察盒11和臭氧气体调节控制阀14的控制，射流器8的真空压连续吸收臭氧。

  e.通过射流器8和紊流混合吸收装置7，促使定量循环水和连续吸收的臭氧混合。

  f.往复进行步骤b、c、d和e，总时间为5～15分钟，制得臭氧氧化水，臭氧在臭氧氧化水中的剩余浓度为6～20mg/L。

上述射流器8是高负压射流器，臭氧发生装置12是低压电解纯水臭氧发生装置。

例2.制取中浓度臭氧氧化水的方法

将例1中的步骤e改为：通过射流器8，促使定量循环水和连续吸收的臭氧混合。其余步骤同例1。即可制得臭氧在臭氧氧化水中的剩余浓度为3～6mg/L的臭氧氧化水。

例3.满足臭氧氧化水的大流量和连续供给要求的方法

上述例1、例2中，步骤b对循环原料水的制冷，应采用集中制冷。多条由所述步骤c、d和e构成的连续吸收、混合臭氧的工作线应并联运行。

三.依上述方法制造的制取臭氧氧化水的设备实施例

(一)设备是一个循环系统。

例1.包括臭氧发生装置12、制冷装置、射流器8、微量微压气体控制观察盒11、臭氧气体调节控制阀14和紊流混合吸收装置7。

其连接关系如图1所示：臭氧发生装置12、微量微压气体控制观察盒11、臭氧气体调节控制阀14、射流器8进气口，它们依次由臭氧气管13连接。通过机内循环水管路6，将射流器8进、出水口分别连通循环泵9、紊流混合吸收装置7下进水口，将紊流混合吸收装置7上出水口连通预循环水箱5上水口，将预循环水箱5下水口分别连通进水控制阀1、循环控制阀10、臭氧氧化水工作控制阀16，将臭氧氧化水工作控制阀16连通臭氧氧化水工作泵15，将循环控制阀10连通循环泵9。臭氧氧化水工作泵15，由水管路连通臭氧氧化水出口30。进水控制阀1，由自来水进水接口27连通外自来水管。制冷装置包括有热交换器4和与之耦合连接的制冷压缩机3、散热器2，热交换器4置于预循环水箱5中。

例2.包括臭氧发生装置12、制冷装置、射流器8、微量微压气体控制观察盒11、臭氧气体调节控制阀14。如图1所示：将射流器8出水口连通预循环水箱5上水口。其余连接关系同例1。

例3.在例1、例2的基础上，增设了微电脑31和臭氧尾气毁灭装置17。

如图2所示：微电脑31控制设备的运行。臭氧尾气毁灭装置17的进、出口分别连通预循环水箱5、大气。

例4.医用设备：在例1～例3基础上，增设自来水过滤装置18和使用液温控装置19。

如图3所示：自来水过滤装置18通过管路分别连通进水控制阀1、预循环水箱5。使用液温控装置19，与臭氧氧化水工作泵15、臭氧氧化水出口30连接。

上述设备的4个实施例中，微量微压气体控制观察盒11的结构如图4所示：腔体装有水。腔体分为左腔室21、右腔室26，它们相对处设有连通孔20。左腔室21，设有大气连通口23、溢流口22。右腔室26，设有臭氧输出口24、进气口25，它们分别通过臭氧气管13连通臭氧气体调节控制阀14、臭氧发生装置12。射流器8，设有气体吸入口，它通过臭氧气管13连通臭氧气体调节控制阀14。

上述设备的4个实施例中，预循环水箱5的数量根据需要而定，可由2个或2个以上有序依次工作的水箱组成，一般采用4个左右的水箱即可。

如图5、图6所示：本发明设备可装在机箱28内，机箱正面装有控制面板29。

(二)设备的操作过程

1、启动进水控制阀1，预循环水箱5通过自来水进水接口27进水。或者可以多个预循环水箱5进水。水位计控制定量水。同时启动制冷装置，制冷装置包括热交换器4，制冷压缩机3，散热器2。或者也可以投入冰块。

2、当水温降至10℃或者以下时，温度传感器关闭进水控制阀1，启动循环泵9和循环控制阀10，同时启动臭氧发生装置12，启动臭氧尾气毁灭装置17，对预循环水箱5投加臭氧。

3、达到确定的循环时间后，关闭循环控制阀10和循环泵9，启动臭氧氧化水工作泵15，启动臭氧氧化水工作阀16，高浓度臭氧氧化水可使用。

或者可以启动臭氧氧化水工作泵15，启动臭氧氧化水工作阀16，关闭循环控制阀10，启动臭氧尾气毁灭装置17，对第二个预循环水箱投加臭氧，有序往复进行。

4、工作完成后停机。或者还可以循环有序使用，直至工作完成停机。

以上工作在启动后，也可以由微电脑31控制工作流程，自动连续操作。微电脑系统中含温度传感器，水位传感器，电流检测传感器；通过机箱控制面板29控制微电脑31运行和显示生成设备工况。

四、微量微压气体调节控制装置的说明(见图4)

微量微压气体调节控制装置的连接：射流器8通过气体吸入口与臭氧气体调节控制阀14连接，臭氧气体调节控制阀14通过臭氧气管13与微量微压气体调节控制盒11臭氧输出口24连接，微量微压气体调节控制盒11的臭氧进气口25通过臭氧气管13与臭氧发生装置12连接，气体调节控制盒11左腔室21设有溢流口22，气体调节控制盒11左腔室21还设有大气连通口23，左腔室21与右腔室26通过连通孔20连通，气体调节控制盒11内装有一定量的水。

电解法臭氧发生装置的工作过程中并非很稳定，其产生的气体处于微量微压微动过程中，要想获得一定浓度的臭氧氧化水，必须连续的、稳定的抽取臭氧发生系统产生的混合气体。通过微量微压气体控制观察盒11和臭氧气体调节控制阀14的调整，大气压、臭氧发生装置12产生的微气压、气体调节控制盒11内定量水的水压、射流器8产生的真空压共同构成有机的微自调节系统。溢流孔22可防止射流器8故障失压时杂水倒灌入臭氧发生装置12，从而保证整个设备系统的工作稳定性，否则整个系统不能工作或不能稳定工作，严重时会损坏臭氧发生系统。

五、其它

可把一个中、高浓度臭氧氧化水生成设备作为一个模块，将数个模块同步并联工作即可满足臭氧氧化水的不同需求量。

Claims (10)

1.一种制取臭氧氧化水的方法，其特征是采用高负压射流工艺，结合吸收连续生成的微量微压臭氧气体的调节控制，控制定量水水温，使之在压力下循环流动，并连续吸收、混合臭氧，在短时间内制取中、高浓度臭氧氧化水的方法，具体步骤如下：

a.按工艺要求进定量水，

b.通过制冷装置，控制定量水水温，

c.循环泵使水循环流动，随之射流器(8)产生真空压，同步启动臭氧发生装置(12)产生臭氧，

d.通过微量微压气体控制观察盒(11)和臭氧气体调节控制阀(14)的控制，射流器(8)的真空压连续吸收臭氧，

e.通过射流器(8)和紊流混合吸收装置(7)，促使定量循环水和连续吸收的臭氧混合，

f.往复进行步骤b、c、d和e后，制得臭氧氧化水，臭氧在臭氧氧化水中的剩余浓度为3～20mg/L，

上述射流器(8)是高负压射流器，臭氧发生装置(12)是低压电解纯水臭氧发生装置。

2.根据权利要求1所述的制取臭氧氧化水的方法，其特征是：

所述步骤e.通过射流器(8)，促使定量循环水和连续吸收的臭氧混合。

3.根据权利要求1所述的制取臭氧氧化水的方法，其特征是：

所述步骤b.通过制冷装置，或者通过投入冰块方式，控制定量水水温为0～10℃，

所述步骤f.往复进行步骤b、c、d和e，其总时间为5～15分钟。

4.根据权利要求1所述的制取臭氧氧化水的方法，其特征是对臭氧氧化水的大流量和连续供给要求，步骤b应采用将循环原料水的制冷设计为集中制冷，多条由所述步骤c、d和e构成的连续吸收、混合臭氧的工作线应并联运行。

5.一种使用权利要求1所述方法的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的制取臭氧氧化水设备是一个循环系统，包括臭氧发生装置(12)、制冷装置、射流器(8)、微量微压气体控制观察盒(11)、臭氧气体调节控制阀(14)和紊流混合吸收装置(7)，其连接关系为：臭氧发生装置(12)、微量微压气体控制观察盒(11)、臭氧气体调节控制阀(14)、射流器(8)进气口，它们依次由臭氧气管(13)连接；通过机内循环水管路(6)，将射流器(8)进、出水口分别连通循环泵(9)、紊流混合吸收装置(7)下进水口，将紊流混合吸收装置(7)上出水口连通预循环水箱(5)上水口，将预循环水箱(5)下水口分别连通进水控制阀(1)、循环控制阀(10)、臭氧氧化水工作控制阀(16)，将臭氧氧化水工作控制阀(16)连通臭氧氧化水工作泵(15)，将循环控制阀(10)连通循环泵(9)；臭氧氧化水工作泵(15)，由水管路连通臭氧氧化水出口(30)；进水控制阀(1)，由自来水进水接口(27)连通外自来水管；制冷装置包括有热交换器(4)和与之耦合连接的制冷压缩机(3)、散热器(2)，热交换器(4)置于预循环水箱(5)中。

6.根据权利要求5所述方法的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的制取臭氧氧化水设备是一个循环系统，包括臭氧发生装置(12)、制冷装置、射流器(8)、微量微压气体控制观察盒(11)和臭氧气体调节控制阀(14)，射流器(8)出水口连通预循环水箱(5)上水口，其余连接关系不变。

7.根据权利要求5所述的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的设备，设有微电脑(31)和臭氧尾气毁灭装置(17)，微电脑(31)控制设备的运行，臭氧尾气毁灭装置(17)的进、出口分别连通预循环水箱(5)、大气。

8.根据权利要求6所述的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的预循环水箱(5)，至少由2个有序依次工作的水箱组成。

9.根据权利要求7或8所述的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的制取臭氧氧化水设备，设有自来水过滤装置(18)，通过管路分别连通进水控制阀(1)、预循环水箱(5)；设有使用液温控装置(19)，与臭氧氧化水工作泵(15)、臭氧氧化水出口(30)连接。

10.根据权利要求5所述的制取臭氧氧化水设备，其特征是所述的微量微压气体控制观察盒(11)，盒内腔体装有水；腔体分为左腔室(21)、右腔室(26)，它们相对处设有连通孔(20)；左腔室(21)，设有大气连通口(23)、溢流口(22)；右腔室(26)，设有臭氧输出口(24)、进气口(25)，它们分别通过臭氧气管(13)连通臭氧气体调节控制阀(14)、臭氧发生装置(12)。

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