طورت شركة سيمنز أول مولد أوزون ، والذي كان يعتمد على تصريفات كورونا في عام 1957. واليوم يتم إنتاج الأوزون بعدة طرق مختلفة على الصعيدين التجاري والمختبر.
يتضمن توليد الأوزون التكوين الوسيط لجذور الأكسجين الذري التي يمكن أن تتفاعل مع الأكسجين الجزيئي. جميع العمليات التي يمكن أن تفكك الأكسجين الجزيئي إلى جذور الأكسجين لديها القدرة على توليد الأوزون. مصادر الطاقة التي تجعل هذا الإجراء ممكنًا هي الإلكترونات أو طاقة الفوتون. يمكن استخدام الإلكترونات من مصادر الجهد العالي في تفريغ الهالة ، ومن المصادر النووية ، ومن عمليات التحليل الكهربائي. تتضمن الطاقة الكمومية المناسبة للفوتون ضوء الأشعة فوق البنفسجية بأطوال موجية أقل من 200 نانومتر وأشعة جاما.
في الطبيعة ، يحدث توليد الأوزون عندما تتفاعل جزيئات الأكسجين في وجود تصريفات كهربائية ، على سبيل المثال ، البرق ، وبعمل إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة. تولد بعض المعدات الكهربائية عن غير قصد مستويات من الأوزون يمكن شم رائحتها بسهولة ؛ هذا صحيح بشكل خاص إذا كان هناك شرارة أو جهد عالي جدًا.
توليد الأوزون عن طريق تفريغ كورونا
يعتبر تفريغ كورونا في غاز العملية الجافة المحتوي على الأكسجين في الوقت الحالي الطريقة الأكثر استخدامًا لتوليد الأوزون لمعالجة المياه. يتم إنشاء الهالة أو البلازما في مولد الأوزون عن طريق تطبيق جهد عالي بين قطبين. يتكون الأوزون من التفاعلات التالية:
A 1/2 O2 = O حرارة التفاعل A = +59.1 Kcal
B O + O2 = O3 حرارة التفاعل B = -24.6 Kcal
AB 3/2 O2 = O3 حرارة التفاعل AB = +34.5 Kcal
يتطلب التفاعل الكلي (AB) الذي ينتج الأوزون طاقة وهو تفاعل ماص للحرارة يحصل على الطاقة من التفريغ الكهربائي. يتكون نظام توليد الأوزون الأساسي مما يلي: مصدر الغاز (هواء مضغوط أو أكسجين) ، ومجففات الغاز ، ومولدات الأوزون.
من الأهمية بمكان أن يتم تطبيق غاز المعالجة الجافة على تفريغ الإكليل. يعد الحد من تكوين حمض النيتريك مهمًا أيضًا من أجل حماية المولدات وزيادة كفاءة عملية التوليد. في التشغيل العادي للأنظمة المصممة بشكل صحيح ، يتم الحصول على حد أقصى من 3 إلى 5 جم من حمض النيتريك لكل كيلوغرام من الأوزون المنتج بالهواء. في حالة وجود كميات متزايدة من بخار الماء ، تتشكل كميات أكبر من أكاسيد النيتروجين عند حدوث تصريفات شرارة. أيضًا ، يتم تكوين جذور الهيدروكسيل التي تتحد مع جذور الأكسجين وأيضًا الأوزون. كلا التفاعلين يقللان من كفاءة توليد الأوزون. وبالتالي ، فإن جفاف غاز العملية مهم للحصول على عائد جيد من الأوزون. علاوة على ذلك ، مع الهواء ، يمكن أن تشكل أكاسيد النيتروجين حمض النيتريك ، والذي يمكن أن يسبب التآكل.
يعتمد تكوين الأوزون من خلال التفريغ الكهربائي في غاز المعالجة على تفريغ الهالة في الهواء أو الأكسجين. يوجد في مولد الأوزون العديد من التفريغات الكهربائية الدقيقة الموزعة (القوس أو البلازما) التي يتم من خلالها توليد الأوزون بشكل فعال. يبدو أن كل تفريغ دقيق فردي يدوم عدة نانو ثانية فقط. تتراوح الكثافة الحالية بين 100 و 1000 أمبير / سم 2. باستخدام الأكسجين أو إثراء هواء العملية بالأكسجين ، يمكن زيادة قدرة التوليد لمولد أوزون معين بعامل يتراوح من 1.7 إلى 2.5 مقابل الهواء وحده. سواء تم فقد طاقة تغذية الهواء أو الأكسجين في شكل حرارة ، فإن تبريد غاز العملية مهم للغاية. في الأنظمة الأصغر ، غالبًا ما يتم تقليل هذا باستخدام الهواء المحيط لتبريد أحد القطبين أو كليهما. في الأنظمة الأكبر ، يتم التبريد عادةً بالماء على القطب الكهربائي الأرضي.
تشمل الطرق الأخرى لتوليد الأوزون ما يلي:
توليد الأوزون الكيميائي الضوئي
تم الإبلاغ عن تكوين الأوزون من الأكسجين المعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية عند 140-190 نانومتر لأول مرة بواسطة Lenard في عام 1900 وتم تقييمه بالكامل بواسطة Goldstein في عام 1903. وسرعان ما تم التعرف على أن الأطوال الموجية النشطة للتوليد التقني تقل عن 200 نانومتر. في ضوء التقنيات الحالية مع مصابيح انبعاث الأشعة فوق البنفسجية القائمة على الزئبق ، ينتقل الطول الموجي 254 نانومتر مع الطول الموجي 185 نانومتر ، لذلك يحدث تدمير الأوزون بالتزامن مع تولده. علاوة على ذلك ، تكون كثافة الانبعاث النسبية أعلى من 5 إلى 10 مرات عند 254 نانومتر مقارنة بطول موجة 185 نانومتر. وبالتالي يمكن إنتاج كمية صغيرة فقط من الأوزون.
فشلت محاولات الوصول إلى حالة ثابتة للصور الفوتوغرافية لتكوين الأوزون بمصابيح الزئبق. السبب الرئيسي لهذا الفشل هو أن التحلل الحراري يصاحب تكوين الأوزون. باستثناء الاستخدامات الصغيرة أو التأثيرات التآزرية ، لم يجد التوليد الكيميائي الضوئي للأوزون للأوزون استخدامًا واسع النطاق.
توليد الأوزون كهربائيا
التوليد الكهربائي للأوزون له أهمية تاريخية لأن الأوزون الاصطناعي تم اكتشافه لأول مرة بواسطة Schönbein في عام 1840 عن طريق التحليل الكهربائي لحمض الكبريتيك. يمكن أن تجعل بساطة المعدات هذه العملية جذابة للمستخدمين على نطاق صغير أو المستخدمين في المناطق النائية.
ترتبط العديد من المزايا المحتملة بتوليد التحليل الكهربائي ، بما في ذلك استخدام تيار تيار مستمر منخفض الجهد ، وعدم تحضير غاز التغذية ، وتقليل حجم المعدات ، والتوليد المحتمل للأوزون بتركيزات عالية ، والتوليد في الماء ، والقضاء على ملامسة الأوزون إلى الماء العمليات. تشمل مشاكل وعيوب الطريقة: تآكل وتآكل الأقطاب الكهربائية ، والحمل الزائد الحراري بسبب الجهد الزائد الأنودي وكثافة التيار العالي ، والحاجة إلى إلكتروليتات خاصة أو ماء منخفض التوصيل ، ومع عملية التوليد في الموقع ، قشور ورواسب تتشكل على الأقطاب الكهربائية ، ويكون إنتاج الكلور الحر ملازمًا للعملية عند وجود أيونات الكلوريد في الماء أو الإلكتروليت المستخدم.
توليد الأوزون الكيميائي الإشعاعي
يمكن أن يؤدي تشعيع الأكسجين عالي الطاقة بواسطة الأشعة المشعة إلى تعزيز تكوين الأوزون. حتى مع العائد الديناميكي الحراري المناسب للعملية والاستخدام المثير للاهتمام لنظائر انقسام النفايات ، فإن عملية توليد الأوزون النووي لم تصبح بعد تطبيقًا مهمًا في معالجة المياه أو مياه الصرف الصحي بسبب متطلبات العملية المعقدة.
