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一、工作原理

1. 高壓放電式
   利用一定頻率的高壓電流制造高壓電暈電場，當空氣或氧氣通過這個電場時，電場內(nèi)或電場周圍的氧分子會發(fā)生電化學反應，氧分子被分解并重新組合生成臭氧（O?）。具體來說，在發(fā)生器的放電間隙中，高能量的電子撞擊氧分子，使其變成活性氧原子，這些活性氧原子再與其他氧分子結合就形成了臭氧。按照高壓電頻率，可分為工頻（50 - 60Hz）、中頻（400 - 1000Hz）和高頻（>1000Hz）三種類型，目前中頻和高頻發(fā)生器因具有體積小、功耗低、臭氧產(chǎn)量大等優(yōu)點應用更為廣泛。根據(jù)所使用的氣體原料不同，又可分為氧氣型和空氣型，氧氣型以高純度氧氣為氣源，產(chǎn)生的臭氧濃度相對更高，常用于對水質要求較高、處理規(guī)模較大的循環(huán)水系統(tǒng)；空氣型則以經(jīng)過過濾、干燥處理后的潔凈空氣為氣源，成本相對較低，但臭氧產(chǎn)量和濃度也會稍低一些。
2. 紫外線照射式
   運用特定波長（通常為 185nm 左右）的紫外線照射氧分子，促使氧分子分解產(chǎn)生臭氧。不過，這種方式的紫外線燈管體積較大，且臭氧產(chǎn)量較低、使用壽命有限，所以在循環(huán)水處理領域應用相對較少，一般多應用于一些小型、對臭氧產(chǎn)量需求不高的設備中，比如小型水族箱循環(huán)水系統(tǒng)等。
3. 電解式
   通過電解純凈水產(chǎn)生臭氧，能制取高濃度的臭氧水，其制造成本較低，使用和維修相對簡單。但它存在臭氧產(chǎn)量小、電極使用壽命短以及臭氧不容易收集等缺點，主要適用于對臭氧產(chǎn)量要求不大、處理水量較小的特定循環(huán)水場景，比如小型的實驗室循環(huán)水裝置等。

二、結構組成

1. 臭氧發(fā)生單元
   • 電極：是產(chǎn)生臭氧的關鍵部件之一，包括內(nèi)電極和外電極，在高壓放電式臭氧發(fā)生器中，它們之間形成放電間隙，高壓電通過電極施加到這個間隙中，促使氧分子發(fā)生反應生成臭氧。電極材料通常選用具有良好導電性和耐腐蝕性的金屬，如不銹鋼等。
   • 介電材料：放置在電極之間，起到隔離和穩(wěn)定電場的作用，防止電極之間直接短路，同時有助于提高臭氧產(chǎn)生效率。常見的介電材料有石英管、陶瓷板、搪瓷管等，不同的介電材料在介電常數(shù)、機械強度、耐高溫性能等方面各有特點，例如石英管具有較高的介電強度和化學穩(wěn)定性，能夠承受較高的電壓和溫度，在許多大型臭氧發(fā)生器中廣泛應用。
   • 放電室：為臭氧的產(chǎn)生提供一個相對封閉的空間環(huán)境，確保氧分子在特定的電場條件下能夠高效地轉化為臭氧。放電室的結構設計會影響臭氧的產(chǎn)量和濃度，常見的有管式放電室和板式放電室，管式放電室電極和介電材料呈管狀排列，結構緊湊、臭氧產(chǎn)生效率高，適用于中大型臭氧發(fā)生器；板式放電室則電極和介電材料呈平板狀排列，多用于小型臭氧發(fā)生器。
2. 氣源系統(tǒng)
   • 空氣源組件（針對空氣型臭氧發(fā)生器）：主要由空氣壓縮機、空氣過濾器、干燥器等組成。空氣壓縮機負責將外界空氣吸入并進行壓縮，以提供足夠的空氣流量進入臭氧發(fā)生器；空氣過濾器用于去除空氣中的灰塵、雜質等顆粒物，避免這些雜質進入發(fā)生器影響臭氧產(chǎn)生和設備正常運行；干燥器則是為了降低空氣濕度，因為水分過多會降低臭氧產(chǎn)生效率，甚至可能導致設備故障，經(jīng)過干燥、潔凈處理后的空氣才能作為氣源用于生成臭氧。
   • 氧氣源組件（針對氧氣型臭氧發(fā)生器）：可以配備氧氣瓶、制氧機或者液氧儲罐等作為氧氣供應來源，同時搭配減壓裝置、氣體流量調(diào)節(jié)閥等部件。氧氣瓶可直接提供高純度氧氣；制氧機通過空氣分離等技術制取氧氣，能夠持續(xù)穩(wěn)定地為發(fā)生器提供氧氣；液氧儲罐儲存量較大，適合大型循環(huán)水處理系統(tǒng)，但需要相應的氣化和減壓設備將液氧轉化為氣態(tài)氧，并調(diào)節(jié)到合適的壓力輸送給臭氧發(fā)生器。氣體流量調(diào)節(jié)閥能精確控制進入臭氧發(fā)生單元的氧氣流量，進而調(diào)節(jié)臭氧的產(chǎn)量，以滿足循環(huán)水處理不同階段和不同水質狀況下的需求。
3. 冷卻系統(tǒng)
   由于臭氧發(fā)生器在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，若熱量不能及時散發(fā)出去，可能會導致設備溫度過高，影響臭氧產(chǎn)生效率，甚至損壞設備部件。冷卻系統(tǒng)常見有水冷型和風冷型兩種。水冷型冷卻效果好，通過循環(huán)冷卻水帶走設備產(chǎn)生的熱量，工作穩(wěn)定，臭氧無衰減，可長時間連續(xù)工作，但結構相對復雜，成本稍高，需要配套的冷卻塔、水泵、冷卻水管路等設施；風冷型則是利用風扇產(chǎn)生的空氣流動來冷卻設備，結構簡單，成本較低，但冷卻效果相對有限，臭氧產(chǎn)量可能會隨著設備溫度升高而有所衰減，一般適用于臭氧產(chǎn)量較小的中低檔臭氧發(fā)生器或小型循環(huán)水系統(tǒng)。
4. 控制系統(tǒng)
   • 參數(shù)調(diào)節(jié)模塊：操作人員可通過該模塊設定臭氧發(fā)生器的關鍵參數(shù)，如臭氧產(chǎn)量、運行時間、啟?？刂频?，還能根據(jù)循環(huán)水的流量、水質變化情況等靈活調(diào)整這些參數(shù)。例如，在循環(huán)水水質較差、污染物含量較高時，可以適當提高臭氧產(chǎn)量，增加消毒和凈化的強度；而在水質穩(wěn)定良好的情況下，則可以降低產(chǎn)量，節(jié)約能源和運行成本。
   • 監(jiān)測與報警功能：實時監(jiān)測臭氧發(fā)生器的運行狀態(tài)，包括設備溫度、壓力、臭氧濃度、氣源流量等關鍵參數(shù)，一旦某個參數(shù)超出正常設定范圍，系統(tǒng)會立即發(fā)出聲光報警信號，提醒操作人員及時采取措施進行處理，同時還可能自動執(zhí)行一些保護操作，如當溫度過高時自動停止設備運行，防止設備損壞，保障設備的安全穩(wěn)定運行。
5. 氣液混合裝置（用于將臭氧融入循環(huán)水）
   • 曝氣裝置：通過在循環(huán)水的水池或水箱底部等位置安裝曝氣頭、布氣板等部件，將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧氣體以微小氣泡的形式分散到水中，增大臭氧與水的接觸面積，使臭氧能夠更好地溶解在水中，實現(xiàn)對循環(huán)水的消毒、殺菌、氧化有機物等處理。這種方式簡單易行，成本較低，但氣液混合效果相對一般，可能需要較長的接觸時間和較多的曝氣點來保證較好的混合效果，常用于小型或對水質要求不是特別高的循環(huán)水系統(tǒng)。
   • 文丘里射流混合器：利用文丘里管的原理，當循環(huán)水高速流過文丘里管的喉部時，此處形成低壓區(qū)，將臭氧氣體吸入并與水在高速流動且壓力變化的大環(huán)境下充分混合，混合效率較高，能在較短時間內(nèi)使臭氧較好地溶解到水中，但對水流速度和壓力有一定要求，設備安裝和調(diào)試相對復雜一些，在許多中大型循環(huán)水系統(tǒng)中應用較多。
   • 氣液混合泵：把臭氧氣體引入到泵的吸入端，借助泵葉輪的高速旋轉，對臭氧和水進行加壓混合，使臭氧在水中的溶解度大大提高，并且可以直接將混合好的臭氧水輸送到循環(huán)水系統(tǒng)的相應部位，操作相對簡便，但氣液混合泵的流量和揚程有一定限制，適用于處理水量適中的循環(huán)水系統(tǒng)。

三、在循環(huán)水處理中的作用

1. 殺菌消毒
   循環(huán)水中往往容易滋生細菌、病毒、真菌、藻類等各種微生物，臭氧憑借其強大的氧化性，能夠迅速破壞這些微生物的細胞壁、細胞膜等結構，使其內(nèi)部的蛋白質、核酸等生物大分子發(fā)生變性，從而失去活性，達到高效殺菌消毒的目的。相較于傳統(tǒng)的消毒劑，如氯制劑，臭氧殺菌速度更快，能在短時間內(nèi)將循環(huán)水中的微生物數(shù)量降低到很低的水平，而且對一些耐藥性較強的微生物同樣具有良好的殺滅效果，可有效防止因微生物大量繁殖導致的循環(huán)水系統(tǒng)堵塞、腐蝕以及水質惡化等問題。
2. 氧化分解有機物
   循環(huán)水中會存在各種有機物，例如工業(yè)循環(huán)水中的油污、化工原料殘留，生活循環(huán)水中的洗滌劑殘留、人體分泌物等。臭氧可以與這些有機物發(fā)生氧化反應，將復雜的大分子有機物逐步分解為小分子有機物，甚至最終礦化為二氧化碳和水，從而降低循環(huán)水中的化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指標，減少有機物對循環(huán)水水質的影響，使水更加清澈透明，同時也減輕了后續(xù)其他水處理工藝（如過濾、吸附等）的負擔。
3. 去除異味和顏色
   一些循環(huán)水由于含有特定的污染物，可能會產(chǎn)生難聞的氣味，如污水循環(huán)處理中的硫化氫等惡臭氣體，或者呈現(xiàn)出不正常的顏色，像印染行業(yè)循環(huán)水的染色問題。臭氧能夠與這些產(chǎn)生異味和顏色的物質發(fā)生化學反應，將其轉化為無臭、無色的物質，起到去除異味和脫色的作用，改善循環(huán)水的感官性狀，使其符合相應的使用或排放標準。
4. 抑制藻類生長
   在循環(huán)水系統(tǒng)中，特別是一些敞開式的循環(huán)水系統(tǒng)（如景觀水池循環(huán)水等），藻類容易大量繁殖，不僅影響水質美觀，還可能造成水質惡化、堵塞管道等問題。臭氧可通過破壞藻類的光合色素、細胞壁等結構，抑制藻類的光合作用和生長繁殖，控制藻類在循環(huán)水中的生長數(shù)量，保持循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行和良好水質。

四、優(yōu)勢

1. 高效性：臭氧具有很強的氧化能力，在循環(huán)水處理中能快速實現(xiàn)殺菌、氧化有機物等多種功能，處理效率高，可以在較短時間內(nèi)顯著改善循環(huán)水的水質狀況，滿足循環(huán)水系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行的要求。
2. 無殘留污染：與使用含氯消毒劑等傳統(tǒng)方法不同，臭氧消毒處理后會自行分解為氧氣，不會在循環(huán)水中留下有害的化學殘留物，避免了因化學殘留對循環(huán)水系統(tǒng)設備造成腐蝕，也不會對后續(xù)用水環(huán)節(jié)產(chǎn)生不良影響，更加環(huán)保健康。
3. 廣譜性：對循環(huán)水中常見的各種細菌、病毒、真菌、藻類以及不同類型的有機物等都有良好的處理效果，適用范圍廣泛，無論是工業(yè)循環(huán)水、生活循環(huán)水還是景觀循環(huán)水等不同領域的循環(huán)水處理，都能發(fā)揮重要作用。
4. 可改善水質整體性能：除了殺菌消毒和去除有機物外，還能同步去除異味、脫色、抑制藻類生長等，從多個方面提升循環(huán)水的整體水質，使循環(huán)水不僅在微生物指標上達標，而且在感官性狀、化學指標等方面都能滿足相應的使用或排放要求。

五、應用案例

1. 工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)（以某化工企業(yè)為例）
   某化工企業(yè)有一套用于冷卻生產(chǎn)設備的循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水量約為 1000 立方米 / 小時。由于化工生產(chǎn)過程中，循環(huán)水中會混入各種化工原料、油污以及微生物等污染物，水質容易惡化，影響設備冷卻效果并增加設備腐蝕風險。企業(yè)采用了氧氣型高壓放電式臭氧發(fā)生器，配合文丘里射流混合器進行氣液混合處理循環(huán)水。通過控制系統(tǒng)設定，每天定時定量投加臭氧，臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量根據(jù)循環(huán)水水質監(jiān)測情況動態(tài)調(diào)整，維持循環(huán)水中臭氧濃度在 0.3 - 0.5mg/L 左右。經(jīng)過臭氧處理后，循環(huán)水中的細菌總數(shù)從原來的每毫升數(shù)千個降低到每毫升幾十個以內(nèi)，化學需氧量（COD）降低了約 30%，同時有效地去除了水中因化工原料帶來的異味和顏色，設備的冷卻效率明顯提高，因水質問題導致的設備維修次數(shù)大幅減少，保障了企業(yè)生產(chǎn)的正常進行。
2. 生活小區(qū)生活用水二次循環(huán)系統(tǒng)
   在一個大型生活小區(qū)，為了保證居民用水的穩(wěn)定供應，設有生活用水二次循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水量約為 500 立方米 / 小時。為確保水質安全衛(wèi)生，防止微生物滋生和異味產(chǎn)生，采用了空氣型高壓放電式臭氧發(fā)生器與曝氣裝置相結合的方式對循環(huán)水進行處理。每天分時段（如凌晨 2 - 5 點、下午 13 - 16 點）進行臭氧消毒，將循環(huán)水中臭氧濃度控制在 0.1 - 0.2mg/L 左右，有效地殺滅了水中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見病菌，去除了因管道老化等原因產(chǎn)生的異味，保障了居民生活用水的水質，提高了居民的生活滿意度。
3. 景觀水循環(huán)系統(tǒng)（以城市公園湖泊為例）
   某城市公園內(nèi)的湖泊設有景觀水循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水量約為 200 立方米 / 小時，主要目的是保持湖水的清澈和美觀，防止藻類大量繁殖以及去除水中的異味。采用了小型的紫外線照射式臭氧發(fā)生器與氣液混合泵配合的方式進行水處理。在春夏藻類容易滋生的季節(jié)，增加臭氧發(fā)生器的運行時間，使湖水中臭氧濃度維持在 0.2 - 0.3mg/L 左右，有效抑制了藻類生長，湖水保持了良好的透明度和外觀，同時異味問題也得到了解決，為公園游客營造了優(yōu)美的景觀環(huán)境。