1、山 西科技 SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY 2013 年 第 28 卷 第 1 期臭氧具有极强的氧化性和优良的杀菌效果，广泛用于饮用水净化 、消毒灭菌 、果蔬保鲜等 。但由于它不稳定 、易分解，无法作为一般的产品贮存，因此需在使用时现场制造 。臭氧发生器按照臭氧产生的方式可分为 3 种：高压放电式 、紫外线照射式 、电解式 。空气源高压放电式臭氧发生器结构简单，臭氧产量大 、成本低，得到较大规模的推广；但其副产物氮氧化物的产生（以 NO2为主， NO2有毒，具刺激性，会损害呼吸道，造成大气污染等）制约了其推广空间 。氮氧化物是空气源高压放电产生臭氧最关键的约束条件之
2、一 。本文针对市售臭氧机的缺陷自制了空气源臭氧发生器，并对其结构和功能进行改进，研究了氮氧化物的产生规律 。1 材料与方法1.1 仪器与试剂仪器：市售某品牌家用臭氧机；自制空气源臭氧发生器（冷却方式为风冷型，臭氧产量标注为 3 g/h）；活性炭柱：高度为 18cm；吸收瓶：直径为 8 cm，有效水深 9 cm（仪器间采用硅胶管连接并进行测定，要求气密性完好）；尤尼柯 2100 分光光度计（上海尤尼柯） 。试剂：碘化钾，硫代硫酸钠，硫酸，亚硝酸钠， N（ 1萘基）乙二胺盐酸盐，对氨基苯磺酸，冰乙酸，均选用分析纯试剂（天津光复化工公司） 。1.2 实验方法臭氧产量采用碘量法测定，分别于开机后 、关
3、机前测定至少两次，取平均值 。将臭氧发生器出气通过活性炭柱滤除臭氧，测定滤除效果为 100，开机 7 min 后用 1 L 纯水作吸收液直接吸收 NO2，通气 1 h，每隔 10 min 取样 2 mL 于比色管，然后立即加入 8 mL 显色剂，于暗处放置 15 min 显色，采用分光光度计测定吸收液吸光度值 1，根据标准曲线计算 NO2产量 。2 结果与分析前期对家用臭氧机副产物进行了研究 。家用臭氧机工作 15min 后会产生 NO2，并且随时间延长 NO2产量增大，如果我们长时间使用臭氧机，就有可能对人体健康造成危害 2。针对市售家用臭氧机以陶瓷管高压放电产生臭氧的方式以及电晕产生的场强
4、在空气通道中分布不均匀 、电压较高 、能量消耗大 、发热量大等缺陷 。本文对电场进行了改进 。主要改进体现在采用平面放电方式，改善电场分布均匀度，降低电压，减少能量消耗，降低发热量，以期达到臭氧产量大而其副产物 NO2的产量又尽可能小的目的 。在此基础上研究了改进后臭氧发生器氮氧化物的产生规律，并且与家用臭氧机作了对比 。2.1 不同空气流量下 NO2的产量随时间的变化调节空气进气流量为 0.10 m3/h、0.28 m3/h、0.48 m3/h、0.64 m3/h，在不同流量下测定 NO2产量（见图 1） 。该臭氧发生器在每个空气流量下， NO2产量都随时间的增加而增大，并且随着空气流量的增
5、大， NO2产量先增大后减小，空气流量为 0.28 m3/h 时，其时产量最大；空气流量为 0.64 m3/h 时 NO2产量又高于空气流量 0.48m3/h 时 NO2的产量 。由表 1 可看出，随着空气流量增大（ 0.10 m3/h0.64 m3/h），臭氧产量由 351.0 mg 升高到 866.4 mg， NO2的产量在 0.975 mg文章编号 :10046429（ 2013） 010035-03 收稿日期 :20121127臭氧发生器氮氧化物的产生规律研究*高艳雄，刘海龙，高冠龙（山西大学环境与资源学院，山西太原， 030006）摘 要：对家用臭氧发生器的结构和功能进行了改进，利用
6、分光光度法 、碘量法等测定方法，对自制空气源臭氧发生器在正常工作状态下臭氧及副产物 NO2的产量进行测定，研究了 NO2产生的规律，为臭氧机结构的进一步改进提供了理论依据 。关键词：臭氧发生器；氮氧化物；产生规律中图分类号： X51 文献标识码： A3.02.52.01.51.00.50.00.085 m3/h0.1 m3/h0.28 m3/h0.48 m3/h0.64 m3/h空气流量NO2产量/mg时间 /min图 1 不同空气流量下 NO2的产量注：图中 0.085 m3/h 的流量为家用臭氧机的数据 。* 基金项目：山西省科技攻关项目 “难降解污染集成处理技术研究 ”（项目编号： 20
7、11032102101） 。0 10 20 30 40 50 60352.609 mg 之间波动；当空气流量为 0.64 m3/h 时，臭氧产量增幅不明显，且 NO2产量高于空气流量为 0.48 m3/h 时的产量 。原因是发生器在该流量下工作时温度较高，臭氧分解率较高，由于空气流量大，发生腔中气体平均停留时间短，导致臭氧生成速率低于分解速率，而此时却有利于 NO2的形成 。在臭氧发生元件中，介电体与外电极之间是气体放电间隙，空气原料从间隙中流过，在内外电极上加交流电压，是放电间隙间形成电晕放电 。空气原料在电晕放电作用下被电离，其中的氧离子同氧分子以及氧离子间会产生反应，导致氧分子形成臭氧
8、3：OO2MO3Mq式中： M 为除氧以外的其他气体组分， q 为热量 。与此同时，臭氧分子也可同气体中的氧原子反应生成氧分子：OO32O2由此可见，在一定环境条件下，同时存在臭氧形成和分解过程，两者达到动态平衡后，保持气氛中一定的臭氧浓度 。在放电作用下的 M 组分参与的反应式中，其中又以 N2为主要成分，它在放电作用下的反应式为：N2O22NONOO3NO2O22NOO22NO2NO2的产量取决于两方面的因素：一方面是环境条件，环境温度 、压力 、空气原料中的氮浓度，这些条件决定了气体中 NO2所能达到的最高浓度；另一方面是，气体从环境中获取能量的大小，该条件决定气体中 NO2产生的速度
9、。很多资料和研究表明，温度升高，臭氧分解速度加快，臭氧浓度会降低 。而 NO 与 O2生成 NO2的反应是吸热反应，升高温度会有助于 NO2的生成，因此，要提高臭氧产量，同时抑制 NO2的生成，就要先定气体粒子获取能量的方式，气体获取的能量不能只是导致气体热运动速度加快 、温度升高，这样反而会起到反作用，气体粒子获取的能量应当主要用来促进气体粒子的电离或提高粒子能级，尽量减少热量增加，才能保证臭氧浓度，同时降低 NO2的产率 。因此，我们通过采用平面放电方式 、改善电场分布均匀度 、降低电压达到了这样的效果 。该自制臭氧机在空气流量为 0.48 m3/h 时效果达到最佳， 1 h 内 NO2积
10、累量占臭氧产量的百分数最低（ 0.160），明显优于家用臭氧机（ 0.207） 。2.2 不同空气流量下 NO2产量随时间的增量在 1 h 的工作时间内 NO2随时间的增量与它的产量呈现一定的正相关关系（见图 2），即 NO2产量高，相应流量下的增量也维持在较高水平 。起初的 10 min 内， NO2产量增幅较大， 20 min后增幅有所降低，且趋于平稳，最大值不超过 0.5 mg/min，其余的值都在 0.5 mg/min 以下；空气流量为 0.48 m3/h 时，增幅下降最多 。可见该臭氧发生器的副产物 NO2随时间的增量相对较稳定，且增幅不大 。2.3 与家用臭氧机比较以参数 NO2占
11、 O3的百分数（ m（ NO2） /m（ O3）而言，在 1 h内，自制臭氧发生器的性能要优于家用臭氧机 。当空气流量为0.48 m3/h 时， 20 min 后，自制臭氧发生器 NO2积累量占臭氧百分数一直处于较低水平（ 0.0810.160）；而家用臭氧机的 m（ NO2） /m（ O3）为 0.0510.207；但对于发生器的稳定性，前者稍次于后者，前者的 NO2在 10 min 内的增量在 0.110 mg0.283 mg 之间波动，后者的 NO2在 10 min 内的增量在 0.026 mg0.058 mg 之间波动，波动幅度较小 。可见，该臭氧发生器经改进后对 NO2产量的控制要优
12、于该品牌家用臭氧机，但其改进方法仍不足够完善，还有进一步研究的价值 。3 结论（ 1）臭氧发生器工作时的副产物 NO2产量会随着时间的增加而增大，随空气流量增加先增大后减小；其随时间增量，在机器工作 20 min 后维持在 0.5 mg/min 以下，随时间的变化较稳定 。臭氧产量随空气流量的增加而增大，在空气流量超过 0.48 m3/h 时增幅不明显 。（ 2） 空气流量为 0.48 m3/h 时，该臭氧发生器的效果达到最表 1 NO2积累量占 O3产量的百分比0.0850.310149.40.2070.1000.975351.00.2780.2802.609676.80.3850.4801
13、.372858.60.1600.6401.665866.40.192空气流量 /（ m3/h）NO2积累量 /（ mg/h）O3产量 /（ mg/h）每小时 NO2产量占 O3产量百分数 /%0.085 m3/h0.1 m3/h0.28 m3/h0.48 m3/h0.64 m3/h空气流量NO2积累量占臭氧产量比例/%时间 /min0.70.60.50.40.30.20.10.00.085 m3/h0.1 m3/h0.28 m3/h0.48 m3/h0.64 m3/h空气流量NO2增量/mg时间 /min图 2 不同空气流量下 NO2在 10 min 内的增量图 3 NO2积累量占臭氧产量百分
14、数放电高艳雄，刘海龙，高冠龙 臭氧发生器氮氧化物的产生规律研究 本刊 E-mail: 科技论坛0 10 20 30 40 50 600.400.350.300.250.200.150.100.050.000 10 20 30 40 50 6036山西科技 SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY 2013 年 第 28 卷 第 1 期Research on the Rules of the Generation of Nitrogen Oxides in Ozone GeneratorGAO Yan-xiong, LIU Hai-long, GAO Guan-longABST
15、RACT: This paper improves the structure and functions of ozone generator, and by using the spectrophotometricmethod, Iodometric method and other determination methods, detects the output of ozone and the byproduct NO2generatedby homemade airsource ozone generator under normal operation conditions, a
16、nd studies the rules of the generation of NO2for providing theoretical basis for further improvement of the structure of ozone generator.KEY WORDS: ozone generator; nitrogen oxides; generation rules佳， 1 h 内 NO2积累量占臭氧产量的百分数最低（ 0.160），明显优于家用臭氧机（ 0.207） 。通过对家用臭氧机的结构进行改进，采用平面放电方式，改善了电场分布均匀度，降低电压，减少能量消耗，
17、降低发热量，臭氧发生器对副产物 NO2产量的控制达到了一定效果，但改进方法仍不够完善，有待进一步研究 。参考文献 1 黄芳，黄晓兰 .臭氧发生器所产生气体中氮氧化物的 HPLC法测定 J .分析试验室， 2005， 24（ 5）： 6366. 2 刘海龙，王相文，焦茹媛，等 .家用臭氧机副产物氮氧化物的产量及控制 J .环境与健康杂志， 2009， 26（ 3）： 235236. 3 姚河清，朱天宇 . 电晕放电式臭氧发生器工作原理的探讨 J .高压电器， 2002， 38（ 6）： 2830.（责任编辑：戚米莎）第一作者简介：高艳雄，男， 1987 年 11 月生，现为山西大学环境与资源学院
18、 2010 级在读硕士研究生，山西省太原市， 030006.随着全世界煤炭工业的快速发展，建设高产高效的综合机械化采煤矿井（以下均简称综采矿井），已成为全世界煤炭工业以及我国煤炭工业目前发展的方向 。随着我国经济的高速发展，煤炭资源的分布和供求关系的不平衡，直接导致综采矿井的开采强度不断增大，矿井水害已成为制约矿井生产发展的重要因素之一 。如何解决矿井水害防治与采掘生产这对矛盾，已成为目前急待解决的重要课题 。本文以松藻矿区石壕煤矿矿井水文地质类型划分为例，对该矿矿井水文地质条件以及矿井水文地质类型划分进行了阐述 、分析和研究，通过对矿井水文地质类型划分结论分析，提出分区划分类型的意见，作为大
19、型综采矿井水文地质类型划分结论 。1 矿井概况石壕煤矿隶属重庆松藻煤电有限责任公司（前松藻矿务局），原属煤炭工业部全国统配煤矿，现为国有控股的股份制大型矿山（国有独资经济类型），所开采煤炭资源属松藻矿区石壕井田 。现将矿井井田交通位置 、范围和基本情况分叙如下 。1.1 井田交通位置及范围重庆松藻煤电有限责任公司石壕煤矿位于重庆市南部，临渝黔两省交界，行政区划属綦江县石壕镇境内，石壕煤矿主斜井和竖井距煤电公司所在地打通镇分别为 10.4 km 和 6.4 km，以打通镇为中心，公路四通八达，北至綦江区赶水镇 28 km，綦江城区83 km，重庆市区 174 km；南至綦江区石壕镇 11 km，
20、贵州省温水文章编号： 10046429（ 2013） 010037-05 收稿日期： 20121113大型综采矿井水文地质类型划分探析李吴波1，吴周洪1，蒋 玲1，向新涛2，张世林1，张文武3（ 1.重庆一三六地质队，重庆， 401147； 2.四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司，四川广安，638600； 3.重庆中梁山煤电气有限公司，重庆， 400047）摘 要：以松藻矿区石壕煤矿矿井水文地质类型划分为例，研究了该矿矿井水文地质条件以及矿井水文地质类型划分，对矿井水文地质类型划分结论进行了对比分析，基于现有的成果资料，提出了对 煤矿防治水规定 及释义进行修订的相关建议 。关键词：大型综采矿井；水文地质类型；类型划分中图分类号： TD163 文献标识码： A37
