3臭氧的基础知识
臭氧的分子式为O3，是氧气（O2）的同素异形体。臭氧分子是由三个氧原子组成，其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接。臭氧被誉为“绿色化学品”，属强氧化剂，它具有杀菌、脱色、氧化、除臭四大功能及无残留、无二次污染等优点，是环保型绿色工业原料之一。
3.1臭氧的物理性质
臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，在常温常压下，臭氧为蓝色气体，不过蓝色并不明显，除非是相当高浓度的气体。臭氧的密度为2.144Kg/m3（标准状态下），比空气和氧气重。臭氧略溶于水，标准状态下，其溶解度比氧大13倍，比空气大25倍。
氧气和臭氧的主要性质比较：
氧分子式分子量一般情况下的形态气味O232气态无无色淡蓝色49.11.429稳定1.103气臭O348气态腥臭味淡蓝色暗蓝色6402.144易分解1.658氧气体颜色液体颜色1个大气压，0℃时的溶解度（mg/L）1个大气压，0℃时的密度（g/L）稳定性以空气为基准时的密度3.2臭氧的化学性质3.2.1臭氧的氧化能力
臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：
2O3→3O2+285kJ
含量为1%以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为16h左右。随着温度的升高而分解速度加快，35℃时分解速度明显加快，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的多，在含有杂质的水溶液中臭氧迅速分解成氧气，如水中臭氧浓度为6.25×10-5mol/L（3mg/L）时，其半衰期为5～30min，但臭氧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℃），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。
3.2.2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F2，在其应用中主要使用这一特性，见下表。
氧化还原电位比较：
名氟臭氧称分子式F2O3H2O2KMnO4ClO2Cl2
氧化还原电位（mV）2.872.071.781.671.501.36过氧化氢高锰酸钾二氧化氯氯气从表中可以看出，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比过氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯及氯气等氧化剂都高，这说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。
3.2.3臭氧的毒性和腐蚀性
臭氧属于有害气体，对眼、鼻、喉有刺激的感觉，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症。其毒性与浓度和接触时间有关，例如长期接触4ppm（约8mg/m3）以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触20ppm（约40mg/m3）以下的臭氧不超过2h，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为0.1ppm（约0.2mg/m3），接触时间小于8h。由于臭氧的臭味很浓，浓度为0.1ppm时，人们就能明显感觉到并能及时采取措施。世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道。
臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化，但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。基于这一点，生产上常使用含25%Cr的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。
臭氧对非金属材料也有强烈的腐蚀作用，即使在别处使用得相当稳定的聚氯乙烯塑料等，在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备连接用的密封圈、垫片等接触臭氧的部件必须使用聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、全氟橡胶等耐臭氧氧化材料。
3.3臭氧的应用领域
根据臭氧的特性，臭氧被广泛应用于水处理（饮用水、污水及中水）、纸浆漂白、工业废水处理、化工氧化、食品加工、空间消毒等。
给水排水
印染废水
脱色氧化
纸浆漂白
去除氧化氮、
COD自来水去铁香料生产
由三个氧原子组成仅次于氟的强氧化性比氯还强的杀菌力无二次公害
给水排水游泳池水族馆半导体生产
杀菌
除臭
污水处理厂畜牧养殖厂牲畜屠宰场厕所
其作用机理如下所述：1、杀菌
臭氧是一种广谱杀菌剂，可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧能破坏分解细菌和病毒的细胞壁或衣体壳，氧化分解其内部的活性酶、脱氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白质、脂质类和多糖等，达到灭菌的目的。
2、脱色
染料显色是由其发色基团引起的，如乙烯基、偶氮基、氧化偶氧基、羟基、硫酮、亚硝基、亚乙烯基等，这些发色基团都有不饱和键，臭氧能使染料中所含的这些基团氧化分解，生成分子量较小的有机酸和醛类，使其失去发色能力。
3、氧化
臭氧对无机物的氧化：臭氧能与水中的二价铁、锰离子等发生反应，使溶解性的铁、锰变成固态物质，以便通过沉淀和过滤除去；常规的水处理对氰化物的去除效果不大，而臭氧则能很容易地将氰化物氧化成毒性小100倍的氰酸盐；臭氧可以将工业废气中难溶于水的NO氧化成易溶于水的N2O5等高价态氮氧化物，从而达到脱除的目的。
臭氧对有机物的氧化：臭氧能够与蛋白质、氨基酸、有机胺、链型不饱和化合物、芳香族、木质素、腐蚀质等发生反应，可应用于化工氧化；在水处理中，臭氧使水中的悬浮固体、胶体杂质、极微颗粒、大分子有机物发生分解、裂变、聚合等一系列反应，形成絮体并从水中析出，对降低水中COD、BOD等都具有显著的效果。
4、除臭
自然界引起臭味与腐败味的主要成分是氨、硫化氢、甲硫醇、二甲硫化物、二甲二硫化物等，臭氧可以与它们发生化学反应将其氧化分解为无毒、无臭的物质，从而达到除臭的效果。
3.4臭氧的制取
电晕放电合成臭氧是目前世界上应用最多的臭氧制取技术，也是目前最经济的方法。电晕放电法（无声放电或辉光放电法）就是一种干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧的方法，如右图所示。常用的原料气体有：氧气、空气以及含有氮、二氧化碳或许还有其他惰性稀释气体的含氧混合气体。
臭氧的产生机理：
虽然有若干机理可能同电晕内臭氧的形成有关，但①式特殊反应途径被认为是主要的。
e+O2→2O+e
①
1-高压电极；2-介质；3-气隙；4-地极；利用高速电子轰击氧气，其分解成氧
原子。高速电子具有足够的动能（6～7eV），紧接着通过三体碰撞反应形成臭氧。
O+O2+M→O3+M②
式中M是气体中任何其它气体分子，不过与此同时，原子氧和电子也同样同臭氧反应形成氧气。
O+O3→2O2e+O3→O+O2+e
③④
因为放电电晕内的气体是处于可促进臭氧分解反应的高温下，所以净臭氧产量是形成和分解臭氧所有反应的总和。净产率因众多因素而变，包括：原料气中氧气含量和温度、原料气含的污染物、达到的臭氧浓度、电晕中的功率密度、冷却剂的温度和流量及冷却系统的效率。这些因素都影响臭氧发生器和系统的设计和使用。
臭氧发生器安装、操作、维护手册 - 图文
