Озонатор: принцип работы и применение¶

Озонатор — устройство, предназначенное для получения озона (O₃) из кислорода воздуха или кислородосодержащих газов с помощью электрического разряда. Озон — сильный окислитель, используемый для обеззараживания воды, воздуха, поверхностей, хранения продуктов и в ряде промышленных процессов. По способу получения озона озонаторы подразделяются на коронные (электрический разряд в газе), ультрафиолетовые (фотохимические) и плазменные.

¶Принцип работы

Основной способ получения озона в озонаторах — электрический (коронный) разряд. Воздух или кислород пропускают через зазор между двумя электродами, один из которых покрыт диэлектриком (обычно стеклом или керамикой). При подаче высокого напряжения (обычно 3–15 кВ при частоте 1–20 кГц) возникает тихий коронный разряд, при котором молекулярный кислород O₂ частично распадается на атомы, а затем атомы кислорода объединяются с молекулами O₂ в молекулы озона O₃.

КПД коронных озонаторов зависит от концентрации кислорода в исходной газовой смеси. При использовании атмосферного воздуха (около 21 % O₂) выход озона составляет 1–3 % от массы пропущенного газа, при использовании чистого кислорода — до 6–8 %. Повышение влажности воздуха снижает выход озона, так как вода поглощает энергию разряда и участвует в побочных реакциях.

Ультрафиолетовые озонаторы используют излучение ртутных ламп с длиной волны 180–200 нм. Фотоны такой энергии разрывают связь в молекуле O₂, атомарный кислород в дальнейшем соединяется с O₂ в O₃. Выход озона в фотохимических озонаторах существенно ниже, чем в коронных, поэтому они применяются в основном для небольших объёмов — например, в лабораториях и бытовых воздухоочистителях.

¶Устройство

Типичный коронный озонатор состоит из следующих элементов:

• Источник высокого напряжения — инвертор или трансформатор, формирующий высокочастотное высокое напряжение;
• Озонаторная камера — ёмкость, в которой расположен разрядный зазор;
• Электроды — внутренний (обычно нержавеющая сталь или алюминий) и наружный (металлическая обмотка или сетка);
• Диэлектрик — стеклянная или керамическая трубка, разделяющая электроды;
• Вентилятор или компрессор — обеспечивает подачу воздуха через разрядный зазор;
• Система охлаждения — при интенсивной работе, поскольку разряд нагревает газ, а перегрев снижает выход озона и разрушает диэлектрик.

По конструкции разрядного зазора различают озонаторы с плоским, цилиндрическим и щелевым зазором. Цилиндрическая конструкция (внутренний электрод в виде трубки внутри керамического цилиндра) наиболее распространена в промышленных и бытовых моделях.

¶Применение

¶Обеззараживание воды

Наиболее массовое применение озонаторов — водоподготовка. Озон окисляет органические соединения, уничтожает бактерии, вирусы и простейших, устраняет привкус и запах. Озонирование воды применяется на городских водоочистных станциях, в бассейнах, аквасистемах, при производстве бутилированной воды. В России озоновые установки эксплуатируются на рядах водоканалов крупных городов.

¶Пищевая промышленность

Озон используют для обработки овощей, фруктов, мясной и рыбной продукции, дезинфекции тары и оборудования. Озонирование продлевает срок хранения продуктов, подавляя рост плесени и гнилостных бактерий. Метод получил распространение в хранилищах, холодильных камерах и на линиях переработки.

¶Медицина и санитария

В медицинских целях озон применяется для стерилизации инструментов, обработки раневых поверхностей, водоподготовки в стоматологии. Озонотерапия — методика, при которой озон-кислородная смесь используется в различных медицинских процедурах; эффективность и безопасность ряда её применений остаются предметом научных дискуссий.

¶Воздухоочистка

Бытовые и промышленные озонаторы применяются для обеззараживания воздуха в помещениях, устранения запахов, обработки транспорта, холодильных камер, складов. В сельском хозяйстве озон используют для обработки теплиц, хранилищ и вентиляционных систем.

¶Промышленность

Озон применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для отбеливания, в текстильной — для обработки тканей, в химическом синтезе как окислитель, в кислородной металлургии. Озон также используется при дезодорации сточных вод и их обеззараживании перед сбросом.

¶Опасность и меры предосторожности

Озон токсичен. ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,1 мг/м³, предельно допустимая разовая концентрация в атмосферном воздухе населённых мест — 0,16 мг/м³. При концентрации выше 1 мг/м³ озон вызывает кашель, раздражение слизистых оболочек, при длительном воздействии — отёк лёгких. В бытовых озонаторах обычно предусмотрены таймеры и датчики, отключающие генератор при превышении концентрации или присутствии людей в помещении. Работать в озонированном помещении без средств защиты не допускается.

¶Озонатор в России

В СССР промышленные озонаторы производства ВНИИЭМ (Москва) и ряда других предприятий применялись с 1960-х годов на водоочистных станциях. В 2000-е — 2010-е годы в России наладился выпуск бытовых и промышленных озонаторов отечественного производства; значительная часть рынка приходится на импортные устройства из Китая и Южной Кореи.

Источники:

• ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Озонирование
• Краткая химическая энциклопедия, т. 3
• Справочник по водоподготовке, под ред. Б. В. Пилипенко
• СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы
• Техническая энциклопедия. Оборудование для озонирования воды