Ozonator co to jest

Co to jest ozonator?

Ozonator to urządzenie, aparat elektryczno-mechaniczny służący do wytwarzania, generowania ozonu. Ozon to trójatomowa cząsteczka tlenu; tlen atmosferyczny to cząsteczka dwuatomowa. Odkryty przez Schoenbeina w 1840 roku był użyty do odkażania rzeki Marny już w 1896. W górnych warstwach atmosfery wytwarza się dzięki promieniowaniu UV, w dolnych – wyładowaniom elektrycznych. Jest gazem o przenikliwym zapachu, o 50% lepiej rozpuszczalnym w wodzie niż tlen dwuatomowy.

Zastosowania ozonu

Ozon posiada dwie szczególne i bardzo ważne pod względem chemicznym, technicznym, a w końcu ekonomicznym cechy: silne właściwości utleniające i nietrwałość  – szczególnie pod wpływem wilgoci i zanieczyszczeń. Ozon jest jednym z najskuteczniejszych znanych środków dezynfekcyjnych. Działanie bakteriobójcze wykazuje w stężeniu ok. 13µg/dm3. Działanie bakteriobójcze ozonu jest około 50 razy skuteczniejsze i 3000 razy szybsze niż chloru. Zabija wirusy, bakterie, grzyby i przetrwalniki; jest gazem biobójczym. Generator ozonu może być stosowany do celów naukowych do różnego typu ozonoliz jak również zmian struktury powierzchni tworzyw sztucznych, degradacji matryc pestycydów i innych. Ozon utlenia większość zanieczyszczeń w roztworach. Powoduje rozpad związków wielocząsteczkowych do niskocząsteczkowych, które są już biodegradowalne i nietoksyczne. Dzięki temu jest możliwy rozpad amin, kwasów karboksylowych, związków siarki, odbarwianie roztworów. Wpływa na redukcję ChZT. Trzy mechanizmy opisują te działania: oddawanie atomu tlenu, dołączanie się do cząsteczki utlenianej – ozonoliza oraz katalityczne działanie ozonu w mieszaninie powietrzno-ozonowej. Pierwsza reakcja jest szybka, podobna do reakcji innych utleniaczy. Druga to tworzenie ozonków w wyniku rozbicia podwójnego wiązania oraz trzecia – powodująca rozpad ozonu do tlenu dwuatomowego, cząsteczkowego.

Metody otrzymywania ozonu

Skala przemysłowa to otrzymywanie ozonu:

  • metodą elektryczną pola cichych wyładowań, w większości zimnej plazmy wyładowań koronowych,
  • metodą elektrochemiczną poprzez elektrolizę zdemineralizowanej wody,
  • falą o długości 185 nm napromieniowującą tlen, powietrze oraz wodę pitną,
  • radiacyjno-chemiczną – napromieniowywanie wody promieniami X i φ,
  • termiczną, wysokotemperaturową – promienie UV i IR wzbudzające wodę.

Ozon tworzy się podczas wyładowań atmosferycznych pod wpływem promieni UV.

Najpowszechniejszą metodą produkcji ozonu, najtańszą i niezbyt skomplikowaną są wyładowania elektryczne.

Producenci ozonatorów – w tym nasza firma wykorzystują tę technikę.

Synteza ozonu w ozonatorach

Do elektrod, walców współosiowych oddzielonych dielektrykiem przykładane jest wysokie napięcie. Kanały mikrowyładowań – strimery zapełniają szczelinę z przepływającym gazem z tlenem. Natężenia, amplituda i częstotliwość prądu zależą od wielkości szczeliny, ciśnienia gazu, składu, wilgotności i temperatury. Synteza ozonu następuje w trzech fazach:

  1. Wyładowania w gazie: liczne wyładowania podczas których pod wpływem zderzenia z wysokoenergetycznymi elektronami następuje przekroczenie energii dysocjacji, następuje rozpad cząsteczek tlenu na tlen atomowy – to proces zamiany energii elektrycznej na chemiczną
  2. Fazę reakcji podczas której następuje synteza ozonu w wyniku zderzeń tlenu atomowego z cząsteczkowym
  3. Posiadające nadmiar energii cząsteczki ozonu zderzają się z atomami lub cząsteczkami „trzecimi”, niereaktywnymi oddając nadmiar energii – jest to proces równoważenia energetycznego reakcji egzotermicznej

Proces produkcji ozonu to elegancki przykład do zrozumienia równań cząstkowych wielkości molowych.

Energia swobodna, entropia, entalpia, energia wewnętrzna, potencjał chemiczny, ciepło właściwe i tak dalej, ich zależności są opisane trywialnymi równaniami i cytowanie ich uważamy za zbędne.

Ozonatory powszechnie sprzedawane

Konstruktorzy i producenci ozonatorów powietrza stosują najczęściej płytki ceramiczne z nadrukowaną ścieżką metalową. Te elektrody produkują ozon, ale też porównywalne ilości wielotlenków azotu. Często powodują one białą mgłę w pomieszczeniu gdzie działa ozonator powietrza. Mierniki stężenia ozonu pokazują sumaryczną ilość ozonu i wielotlenków azotu. Tak niestety są skonstruowane – wielotlenki i ozon absorbują tę samą długość fali. Zatem nie można, przy określaniu wydajności takich ozonatorów kierować się wskazaniami miernika – wyniki są nieraz kilkakrotnie zawyżone.

Wracając do czasów trwania faz powstawania ozonu:

  • czas powstawania mikrowyładowań – w przybliżeniu 10÷30·10-9 s
  • czas fazy reakcji – w przybliżeniu 3·10-6 s
  • czas dyfuzji ozonu z kanału mikrowyładowania – w przybliżeniu 6·10-3 s
  • czas przebywania ozonu w sferze wyładowań – w przybliżeniu 4 s

Zasygnalizowany proces produkcji wielotlenków azotu przebiegający jednocześnie z wytwarzaniem ozonu jest niepożądanym derywatem ozonatorów wytwarzających ozon z powietrza czyli ozonatorów „przedmuchowych”.

Proces dysocjacji tlenu jest znacznie szybszy niż proces syntezy ozonu. Proces syntezy w kanale mikrowyładowań jest już zakończony gdy startuje proces dyfuzji ozonu z przestrzeni o dużym jego stężeniu do reszty fazy gazowej, do przepływającego tlenu lub powietrza (mieszaniny). Część ozonu jest dysproporcjonowana w reakcji z jonami, cząsteczkami lub atomami tlenu. Pozostała energia, niezużyta w kanale mikrowyładowań jest emitowana w postaci ciepła. Dlatego należy przyłożyć wagę do zrozumienia procesu przenikania ciepła, chłodzenia lampy z zewnątrz, jak również strumieniem gazu płynącym wewnątrz niej.

Ilość i stężenie otrzymanego ozonu, czyli parametry najbardziej istotne zarówno dla konstruktora jak i dla nabywcy zależą od wielu parametrów. Najważniejszymi przy konstruowaniu ozonatorów są ciśnienie i objętość strumienia gazu, jego czystość, wilgotność, temperatura oraz skład.

Temperatura wpływa na szybkość rozkładu wytworzonego ozonu i powinna być jak najniższa. Gazem zasilającym ozonatory może być tlen z butli, koncentratora opartego na sicie molekularnym lub powietrze.

Ozonatory przedmuchowe

Tutaj powrócimy do problemu produkcji wielotlenków azotu w generatorach ozonu opartych na płytkach ceramicznych, często niskiej jakości, wyprodukowanych w Chinach, bardzo powszechnie stosowanych i tanich. Stosując powietrze, a nie ma innej możliwości w ozonatorach „przedmuchowych”, należy zwrócić uwagę, że azot łączy się z tlenem tworząc wspomniane tlenki. Energetycznie ujmując – przy syntezie ozonu z powietrza zawierającego 21% tlenu, energia potrzebna do syntezy jest 5 razy większa niż przy użyciu samego tlenu. Azot, będąc gazem inertnym, bierze udział w syntezie ozonu w wyniku dysocjacji cząsteczek tlenu w zderzeniach z wysokoenergetycznymi atomami azotu. Największy stopień przereagowania tlenu otrzymuje się stosując mieszaninę zasilającą reaktor: 40% tlenu+ 60% azotu, a nie przy czystym tlenie. Nawet kilkuprocentowy dodatek azotu do tlenu zwiększa wydajność ozonatora, jednakowoż zwiększa zapotrzebowanie energetyczne. Syntezując ozon z powietrza udział tlenków i wielotlenków azotu powodują spadek wydajności i wzrost zapotrzebowania energetycznego. Analizując zmiany stosunku azotu, ozonu i wielotlenków w stosunku do gęstości energii w szczelinie wyładowczej explicite otrzymujemy wynik, że równolegle do procesu syntezy ozonu przebiega proces syntezy i rozkładu tlenków azotu. Znaczna część tych procesów przebiega poza ozonatorem, w strumieniu gazu opuszczającym jak również później, podczas przebywania gazu w pomieszczeniu. Zatem stosowanie tanich technologii prowadzi do zwiększenia zapotrzebowania energetycznego i skutkuje, jak już wspomniałem, produkcją niepożądanych, szkodliwych dla otoczenia, jak również dla ludzi wielotlenków azotu. Nasza firma, stosując elektrody platynowe obniża zapotrzebowanie na prąd ozonatora, zmniejsza produkcję wielotlenków azotu i podwyższa trwałość elektrod. Dlatego udzielamy długiej gwarancji na produkowane przez naszą firmę urządzenia mając na uwadze technologię produkcji, materiały, poprawną konstrukcję. To wynik pracy we własnym laboratorium.

Ozonator – budowa

Budowa ozonatorów jest nieskomplikowana pod względem inżynieryjnym. Składają się z obudowy, najczęściej stalowej, wentylatorów odprowadzających ciepło i zasilających powietrzem reaktor przy aparatach „przedmuchowych”, przetwornicy wysokiego napięcia, lampy ozonującej oraz rotametrów, regulacji stężenia ozonu, timerów, liczników czasu pracy według potrzeb i wymagań klienta.

O ozonatorach – podsumowanie

Podsumowując. Generatory ozonu ciągle bazują na technologii twórcy pierwszego ozonatora Wernera von Siemensa w 1856 roku. To technika wyładowań cichych. Zmieniły się materiały, podniosła wydajność reaktorów wyładowań koronowych, zrozumieliśmy mechanizmy tego zjawiska (chociaż nie do końca). Zmalało także zapotrzebowanie energetyczne ozonatorów. Jednak ciągle popełniane i powielane są już omówione błędy inżynieryjne. Wynikają one z braku zrozumienia procesu, a także chęci oszczędności na materiałach, niechęci do własnych badań. Wiele firm, chociaż nie wszystkie obudowują tanie, awaryjne materiały w coraz to bardziej wymyślne obudowy, naszpikowane zbędnymi miernikami i gadżetami.

Nasi partnerzy

Formularz kontaktowy