浅谈国产工业用大型臭氧发生器的现状与发展方向

国外大型臭氧发生器应用于工业生产当中已有上百年历史，单机臭氧产量目前已有30kg/h、460kg/h的超大型臭氧发生器的出现，广泛应用于水处理、化工氧化、包装、造纸等行业，在国民经济的诸多领域发挥着举足轻重的作用。
在上百年的发展中，技术水平不断进步，在臭氧产生机理、发生器材料、结构、系统、驱动电源、气源处理技术、检测，以及不同领域臭氧的应用等方面都建立了完善的理论与规范。
一、国产大型臭氧发生器的历史与现状
我国臭氧技术起步较晚，上世纪七十年代中期才开始进行研究及开发应用，并在八十年代能生产出单机产量为1kg/h的工频臭氧发生器。虽然当时的条件比较艰苦，工业基础也相对落后，但这是我国在研制大型臭氧设备方面发展比较快的一个历史时期。
在其后的十多年中，随着我国在瓶装水及桶装水生产中强制使用臭氧消毒政策的出台，以及一些家用臭氧空气消毒产品的推广应用，对整个臭氧行业的发展起到了巨大的推动作用，一些生产臭氧发生器及相关产品的企业如雨后春笋般的出现，中小型臭氧发生器及空气消毒产品在技术和性能上也日趋完善。尽管这段时期臭氧及应用被越来越多的人所认识和了解，应用领域不断拓展，但是，国产大型臭氧发生器在技术上却没有明显的进步，还是以工频放电为主，尤其在单机产量上没有突破，直至目前，仍没有1kg/h以上的工频臭氧发生器在实际运行当中，这与我国工业目前对大型臭氧设备的巨大需求甚不相符。
国内目前运行的1kg/h以上大型臭氧设备，基本上依赖于进口，如昆明、上海、常州、桐乡等地自来水厂，采用的臭氧设备是瑞士ＯＺＯＮＩＡ、德国ＶＥＤＥＣＯ、法国ＴＲＩＬＩＧＡＺ等国外几个知名厂家的设备，在性能和节能方面具有非常突出的优势，使国内所生产的大型工频臭氧设备比较起来相形见拙。
国产大型工频臭氧发生器所存在的问题，经分析如下：
1.工频放电，效率低、耗电大。
国产工频臭氧发生器的放电频率为50Hz，仅靠升高电压来提高臭氧产量，大部分电能转化为热能。每公斤臭氧的电耗一般都在20kw以上，不少运行的设备产生一公斤臭氧的功率在25kw－29kw，这与国家倡导节能政策和企业降低费用显得格格不入。
2.臭氧浓度低、气体流量大。
大型工频臭氧发生器的臭氧浓度较低，一般为8-12mg/l（空气源），这样在某些应用领域，其浓度满足不了生产应用的需求。氧气源的臭氧浓度也只能在15-25mg/l之间，且常因玻璃介质管内涂有石墨，在使用氧气源过程中会出现着火现象。工频放电发热较大，为冷却玻璃介质管、降低臭氧出气温度，气体流量一般在80-140m3/h之间，为国外同类产品的3-4倍，使空气压缩机的能耗增加。
3.放电介质易损坏，维护周期短。
工频臭氧发生器采用玻璃管作为放电介质，以玻璃管内涂石墨层作为高压电极，石墨涂层在放电过程中遇热造成粘接强度下降，易脱落；同时玻璃介质管（击穿电压在16kv左右）在13kv左右（接近其击穿电压）的高压下工作，易被击穿。这样，石墨涂层玻璃介质管在工作两个月后，便出现玻璃管爆裂、高压击穿及石墨脱落等现象，需经常进行拆卸、更换。维修工作量大，降低了生产效率。
4.产品规格小，设备体积大。
玻璃介电体材料由于其耐击穿强度、介质常数（ε）、介质损耗（tgδ）等性能的限制，臭氧产量、浓度都提高不大；其次，国内缺乏对臭氧专用大功率高压变压器的研制，限制了大型臭氧发生器的产量；由于效率较低，则设备体积相对较大。因此国产工频臭氧发生器的臭氧产量多为1kg/h，使某些领域需要几十公斤甚至上百公斤臭氧的企业在选择和使用上面临极大困难和不便。
5.自动化程度低。
设备的控制、检测、监测、保护水平低下。
二、国内市场需求前景广阔
随着我国经济的高速发展、环保意识的增强和人们对臭氧认识水平的提高，不同行业对工业用大型臭氧发生器的需求将逐步增加。
目前国内企业所面临的问题不是工业用大型臭氧发生器有没有市场，而是有没有能力生产更大规格臭氧设备，性能和技术指标能不能满足用户的需要。以自来水行业为例，目前在国内使用的进口臭氧放生器单机产量都在10kg/h以上，正在筹建之中的广州南州水厂、深圳毕架山水厂，臭氧的需求量分别为140kg/h和90kg/h，要求单机产量都在30kg/h以上，这使我们国内的生产企业望尘莫及。由此可以看出，我国自来水行业不仅对臭氧的需求量的大，而且应用臭氧也仅仅是个开端，随着国家对自来水水质的要求越来越严格和人们健康意识的逐步提高，先进的臭氧＋生物活性炭工艺必将代替传统的水处理工艺，不同规格的大型臭氧放生器都将面临巨大的市场需求，希望各生产企业能加快科研的步伐，把握住市场机遇。
另外，国内的污水处理、中水回用、香料合成及化工氧化等领域，对大型臭氧放生器的需求量也与日俱增，一般规格在1-10kg/h，国内生产企业应以次为台阶，在三两年内生产出更大产量的臭氧放生器（10-30kg/h），才能与进口设备相抗衡。
三、国产大型中频臭氧放生器的研制取得可喜成果
国外大型臭氧放生器的放电频率一般采用中频，臭氧产量大，浓度高，耗电省，而我国在过去的二十多年中一直沿袭生产工频臭氧放生器，因为各种技术问题，单机臭氧产量只能在１kg/h左右。近几年，一些新兴的臭氧生产企业加大了对中频臭氧放生器的研究，并取得了突破性进展。由青岛市臭氧应用工程技术研究中心与青岛国林臭氧应用研究所、青岛国林实业有限责任公司联合开发，汲取了国内外先进的技术和经验，成功研制了大功率可控硅中频电源、中频高压变压器、可连接式搪瓷涂层高压电极及高压熔断器等一系列产品，解决了生产大型中频臭氧放生器的关键性技术难题。
2001年底，空气源1kg/h中频臭氧放生器调试成功，各项指标达到设计要求；2002年11月，两台空气源3kg/h中频臭氧放生器在杭州香料香精有限公司调试成功并投入使用，现已稳定运行一年多的时间；2003年6月，氧气源6kg/h中频臭氧放生器也已调试成功，臭氧浓度可达6%－8%。2004年2月，研制的10kg/h臭氧系统采用液氧为气源，电源采用数字控制技术，为适应自来水的需要，设计臭氧浓度为5-10%，运行压力为0.05-0.15Mpa。经过近三个月的厂内运行试验，进一步验证了该设备臭氧产量、浓度、可靠性、稳定性的有效性，运行参数达到了预期的设计要求。它的成功研制，将大大提高我国现有臭氧技术产品制造水平，是替代进口设备的理想产品。行业内有关资深专家进行了现场考察及检测，予以了高度评价，并对国内能生产大型中频臭氧放生器而感到由衷的欣慰。
目前，我公司研制的自来水厂用20kg/h氧气源臭氧发生器，已在建设部立项，正处于调试运行阶段，在本文的撰写过程中，运行数据正在统计整理当中，相信很快会与大家公布，并诚邀各位专家到我公司参观指导。
四、国产大型臭氧放生器的发展方向
笔者认为，国内从事臭氧设备制造的企业，面对目前我国臭氧放生器的现状，在借鉴国外先进技术和经验基础上，应清楚地认识到我国工业用大型臭氧放生器的发展方向。
1.工频设备向中频设备过度
工频臭氧发生器因诸多弊端，已越来越不适应市场的需要，生产企业如不能尽快进行技术革新和产品改进，必将遭受市场的淘汰。国内致力于生产中频臭氧放生器的企业，应尽快从技术、规模上完善和壮大起来，提高与进口产品的竞争力。
2.单机产量越来越大
1kg/h的单机臭氧产量在日益增长的市场需求下已显得微不足道，根据近几年国内自来水行业的对臭氧放生器需求情况来看，国内生产企业要想占有一席之地，必须有能力生产氧气源达到10-30kg/h的臭氧放生器。
3.臭氧浓度需有待于提高
目前国内大型设备的浓度普遍较低，为满足不同领域对臭氧浓度的特殊需要，臭氧浓度有待于进一步提高。建议氧气源大型臭氧设备，稳定运行时能达到80mg／L以上。
4.高效、节能
随着工业的高速发展和市场竞争的不断加剧，效率与节能将成为用户选择设备的重要指标。
5.设备自动化、智能化
控制、检测、监测、保护等自动化水平需进一步提高。
五、几点建议：
1.转变观念
在过去几十年中，我国的臭氧技术一直在比较封闭的环境下和自我摸索中发展，技术上相对保守，形成的思路难以改变。但面对国内外臭氧放生器的现状和发展趋势，固有的观念必须改变，应从使用新材料、采用新工艺、学习新技术等多方面入手，并引进年轻的、高学历的人才加入到臭氧行业当中，从原有的手工作坊设备向现代化工业装备方向发展。
2.加大科研力度、作好基础性工作
大型臭氧放生器本身就是一个复杂的系统工程，从气源处理到臭氧产生，牵连到众多的领域和学科，而不是简单的高压放电就是臭氧发生器。所以说，科研机构及生产企业应加大科研的投入，对臭氧产生机理，介质材料及特性与电压、频率及放电气隙的匹配，驱动电源、高压变压器结构与特性，气源处理及水冷却等等进行多方面扎实而系统的研究，才能把设备做好做精，切记浅尝则止、自欺欺人，把不成熟的产品推向到市场。
3.行业自律
目前我国臭氧行业还没有完善的标准及规定，真正致力于臭氧研究的单位和设备制造的企业，应本着科学、务实的宗旨面对市场与经营。目前有些企业虚报产量、夸大效果、炒做概念、追求短期效应，承接与企业的技术和生产能力不相符的大型设备，不但会使自己企业蒙受巨大损失，而且也把整个臭氧界给搞“臭”了。
4.交流与合作
臭氧设备的生产企业和研究机构，不但要学习国外的先进经验与技术，而且要与国内企业和研究机构之间，进行多方面、多种方式的交流与合作，取长补短、共同发展。切记自我封闭，抱着自认为先进的技术孤芳自赏。“一枝独秀不是春，万紫千红春满园”，只有中国臭氧技术水平整体提高了，我们的臭氧产业才能真正的兴起！