臭氧在水中的溶解度

液體中的臭氧溶解度可表示為水中臭氧的飽和點。臭氧的溶解度將是使臭氧溶解成任何液體的最大限制因素。 由於水是最常見的液態臭氧溶解,為了本文的目的,我們將僅使用水作為我們計算臭氧飽和度的液體。

臭氧溶解度取決於水的溫度,臭氧在水中的溶解度液體中的臭氧溶解度可表示為水中臭氧的飽和點。臭氧的溶解度將是使臭氧溶解成任何液體的最大限制因素。 由於水是最常見的液態臭氧溶解,為了本文的目的,我們將僅使用水作為我們計算臭氧飽和度的液體。

臭氧溶解度取決於水的溫度,臭氧氣體的濃度和水的壓力。本文將說明這些因素如何改變臭氧溶解度。

當臭氧溶解在液體中時, 亨利的定律得到了密切的遵守。因此,必須確定飽和比(溶解的氣體體積/液體體積)。根據臭氧的飽和比,臭氧的溶解度可表示如下:

CL = CG×S×P
哪裡:
• CL =液體中的溶解濃度( mg / l)
• CG =氣體濃度( g / m3)
• S =本生係數(溶解度比),溫度依賴性
• P =氣體壓力(大氣壓)

臭氧溶解度比率
下表說明了臭氧或 S 的溶解度比,如上面的計算所示。

臭氧溶解度比率是可以溶解到水中的臭氧氣體體積/液體體積的比率。這些來源於基於水溫的亨利定律常數。該比率用於使用上面列出的亨利定律方程確定臭氧氣體在水中的潛在溶解度。以下計算用於一些示例以供參考。

有關此工作計算的示例:
這計算了在大氣壓下( 1 個大氣壓= 14.7psia)的臭氧在水中的溶解度。實際溶解度是基於臭氧進入水中的飽和度的理論最大值。許多其他因素將在水中實際溶解的臭氧水平中起作用。有機負荷, PH,臭氧半衰期等都會降低水中實際溶解的臭氧水平。這些計算有助於確定您當前的臭氧設備能夠和不可能實現的目標,同時了解對溶解在水中的臭氧起作用的因素。

溫度和臭氧濃度對臭氧溶解度的影響下表顯示了基於水溫和臭氧濃度的臭氧在水中的溶解度(以重量%表示)。這些是業內最常用的值,並提供了一個簡單的參考工具。

重量%假定來自氧氣的臭氧。 14.3g / m 3 = 1%
此數據也在下面的圖表中說明,以便於視覺參考。

該圖表顯示了溫度和臭氧濃度對臭氧在水中溶解度的顯著差異。這表明水溫的微小變化可能在溶解到水中的潛在臭氧產生很大差異。此外,臭氧濃度的變化(乾燥空氣與氧氣)將顯著改變臭氧溶解度。
雖然溫度是我們無法控制的變量,但臭氧濃度是我們可以控制的變量。將臭氧濃度從 3%增加到 9%可以克服顯著的溫差。
壓力對臭氧溶解度的影響
下表顯示了臭氧溶解度的壓差。臭氧濃度為 6 重量%,水溫為 15℃。根據水壓計算臭氧溶解度的差異。

將水壓輸入溶解度計算為 P.水壓力計算為大氣壓。 0 psig = 1 大氣壓= 14.7 psia。隨著對水的壓力增加,臭氧的溶解度增加。上表和下表是基於臭氧濃度為 6 重量%( 85.8g / m 3)和 15℃水溫的該計算的實例。這些是許多臭氧應用的非常平均值。
下圖顯示了上圖中的表格數據。

很明顯,壓力會對臭氧在水中的溶解度產生顯著影響。較高的水壓=較高的臭氧
溶解度=臭氧向水中的較高質量傳遞。但是,還要注意水壓可能對氣體轉移產生
的影響,以實現純粹的效果,以及更快速地分解臭氧氣體。
摘要:
• 臭氧濃度越高=水中溶解臭氧濃度越高
• 較低的水溫=水中溶解的臭氧水平較高
• 水壓越高=水中溶解臭氧水平越高
將此信息應用於您的應用程序
臭氧以兩種主要方法轉移到水中。氣泡消脂和文丘里注射器。 兩種方法目標都是相同的,將臭氧溶解在水中。根據我們審查的信息,我們可以將其用於盡可能實現臭氧向水的最佳傳質。 我們將討論每種臭氧發生器的差異。
臭氧發生器:
每個臭氧系統的核心都是臭氧發生器。從所提供的信息中可以明顯看出,臭氧濃度在臭氧溶解度中起著顯著的作用,因此臭氧在水中的傳質。您選擇的臭氧發生器類型將在臭氧在水中的傳質中發揮重要作用。將討論只有電暈放電臭氧發生器,因為紫外線臭氧發生器沒有將臭氧溶解在水中的優點,電解臭氧發生器已經完成了這項工作。
臭氧可以由乾燥空氣或氧氣產生。由於空氣供給臭氧發生器僅使用環境空氣中的氧氣( ~20%),因此產生的臭氧濃度要低得多。因此,氧氣供應的臭氧發生器總是比干燥空氣具有更好的臭氧質量傳遞到水中。大多數乾燥空氣臭氧發生器產生的臭氧重量為 1.5-3%。雖然大多數氧氣供應的臭氧發生器產生 4.5-10%重量的臭氧。
而且,氧氣比空氣更容易溶於水。因此,臭氧本身的載體也將更有效地溶解在水中。
臭氧發生器採用空氣冷卻或水冷卻,以消除臭氧產生產生的熱量。水冷臭氧發生器通常會更有效地冷卻電池並產生更高濃度的臭氧。此外,冷卻水(或環境空氣溫度)將影響臭氧濃度。較冷的溫度會產生更高濃度的臭氧,並且臭氧溶解度更高!
臭氧輸出(克/小時)不是唯一可以選擇臭氧發生器的數字。如果您的目標是在水中產生 10 毫克/升的臭氧,但您的臭氧發生器僅產生 1%重量的臭氧,它可以產生盡可能多的臭氧(以克/小時計),但它永遠無法實現您的目標。臭氧濃度同樣重要,在某些應用中,臭氧濃度比總體臭氧產量( g / hr)更重要。
水溫:
在大多數應用中,我們無法控制水溫。這只是我們必須注意的價值,並據此制定計劃。在較高溫度下,應用使用臭氧濃度最高的臭氧發生器來克服這個問題。
增加水壓時要小心,因為增加的壓力也會增加溫度。
在小型應用中,將實驗室玻璃器皿放置在冰或較冷的環境中可能是可以接受的。
盡可能使用最冷的水溫。在過程應用中,當選擇將臭氧溶解在水中的哪個位置時,請尋找水溫最冷的過程步驟。
水壓力:
上述數據表明,水壓從 5 PSIG 增加到 25 PSIG,使臭氧溶解度增加一倍。在一些應用中,水壓的小幅增加可能使臭氧質量轉移到水中產生顯著差異。
同樣重要的是要記住,隨著水壓降低,臭氧溶解度降低。因此,當高濃度的臭氧溶解在水中並且用噴霧棒或軟管末端將水釋放到大氣中時,可能發生臭氧排氣。
這可能是一個安全問題,可以通過調整其他變量或消除水壓的急劇下降來緩解。
氣泡擴散器:
臭氧可以被鼓泡到水中,或者在實驗室中像信標一樣小的系統中的另一種液體,到達市政水廠接觸盆。如果適當地實施,氣泡擴散器可以並確實提供足夠的臭氧質量傳遞到液體中。
較小的氣泡每單位體積具有較大的表面積,因此增加了向水中的質量傳遞。使用最小的孔擴散器。
船隻高度將提供2倍的優勢。較高的容器創建在底部的更高的水壓力容器,其中,所述漫射器通常被放置。較高的水壓等於較高的臭氧溶解度。此外,較高的容器將增加氣泡在水中的時間並增加臭氧轉移到水中的時間。通過足夠的高度和其他必要的變量,氣泡擴散器可以實現臭氧向水中的傳質,這與任何其他系統相同。
文丘里系統:
當使用文丘里系統時,文丘里管上的壓差產生真空,將臭氧吸入水中並有效地將臭氧與水混合。這產生了增加文丘里管排放時的水壓的機會。臭氧接觸罐上的較高壓力將導致臭氧向水中的較高質量傳遞(在合理範圍內)。