安力斯环境

臭氧运用于循环冷却水

臭氧应用于循环冷却水 ——兼论ModuOzone 陶瓷板放电系统的技术优势

循环冷却水系统（ Recirculating Cooling Water, RCW）是火电、石化、冶金、数据中心等耗水大户，全球工业用水量中的很大一部分为冷却塔用水，其中因为盐度的累积及微生物污染等问题， 70%以上因排污而浪费。

行业背景与挑战

传统 “ 六药剂 ”方案（缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、 pH 调节、消泡剂、分散剂）带来四重痛点：

◆水耗高：浓缩倍数（ Cycles of Concentration, COC）普遍≤5 ，每MW机组年排污水 ≈ 10–15万m³ ;

◆ 药耗高：年投加化学药剂200–400g/m ³ , 药剂费、储运费、人工费叠加；

◆ 环保风险：AOX 、磷、氮、重金属累积，末端废水处理成本飙升；

◆微生物耐药性： Legionella （军团菌属) 及Pseudomonas （假单胞菌属）等形成生物膜，杀菌剂轮换使用仍难根除，且诱发腐蚀与传热效率下降15–30%。

臭氧（ O3 ）因其氧化还原电位2 . 07V （pH = 7 ）仅次于·OH ，可同步完成杀菌、灭藻、除垢、防腐、消色、除臭，被 EPA 列为 “ 非化学型杀菌技术（ Non-chemical Device, NCD） ”。

近十年，欧美600余座冷却塔已经实现臭氧化改造， COC 提升至10–30(远大于传统的5倍标准) ，节水30–70% ，运行费用下降20–50% 。中国2025年《工业水效提升行动计划》明确将 “ 臭氧等高级氧化替代技术 ”列入绿色低碳先进适用技术目录，行业需求进入爆发期。

臭氧在循环冷却水中的作用机理

1 . 杀菌灭藻： O3 通过细胞壁脂质过氧化、酶蛋白巯基氧化导致细胞裂解（lysis ），对军团菌 3-log 灭活 CT 值仅为 0 . 2–0 . 5mg·min/ L ，比游离氯低两个数量级；藻类叶绿体膜被破坏，光合作用中断。

2 . 生物膜控制：臭氧可穿透 EPS 多糖基质，切断微生物 “ 通讯信号 ” AHL s ，生物膜厚度下降 90% 以上，换热器热阻系数 Kf 由 3 . 5 × 10 ⁻ ⁴ 降至 0 . 5 × 10 ⁻ ⁴m²·K/W。

3 . 阻垢分散： O3 将 Ca²+ 诱导的 CaCO3 过饱和微晶表面电荷反转 (ζ 电位 – 15mV → –35mV），晶体停留在纳米级（ 50–200nm），形成可流动 “ 钙粉 ” 而非硬垢；同时氧化有机物后降低 “ 晶核胶黏 ”效应，实现 “ 无磷阻垢 ”。

4 . 缓蚀：高COC下金属离子（ Fe ³ + 、 Cu ² + 、 Zn²+ ）饱和析出，形成自限式氧化物保护膜；臭氧不引入 Cl ⁻ 、 SO 4 ² ⁻ 等侵蚀性离子，实测碳钢腐蚀率 <0 . 025mm/ a。

5 . 水质稳定：臭氧消耗碱度弱，循环水 pH 自然平衡在 8 . 0–8 . 5 ，处于碳钢钝化区，可省却酸碱调节；同时氧化降解氨氮、 COD ，提高排放水质。

系统设计关键参数

1 . 投加浓度： 0 . 1–0 . 3g/m³ 循环水量即可维持 0 . 05–0 . 15mg/L 残余臭氧，满足杀菌需求；高污染补水或粉尘侵入时短时冲击至0 . 4g/ m ³ 。

2 . 接触时间： ≥15min 可保证 3-log 军团菌灭活；设计侧流反应器（ Side - stream Ozone Contact or, SOC）体积 ≈ 5 %循环量，空塔速度8–12m/h。

3 . OR P 控制： 750–850mV （ Ag/AgCl ）对应 0 . 05mg/L O 3 ，与 PLC 联锁实现 “ 按需投加 ”。

4 . 材料兼容： 316 L 、 PV DF 、 E PDM 耐臭氧；避免天然橡胶、铜合金、镀锌件。

5 . 尾气分解：采用 MnO2/CuO 催化分解器，出口臭氧 <0 . 1 ppm ，符合 OSHA 要求。

经济-环境-社会效益

以 11000m³/h 、 ΔT = 7 ℃ 冷却塔为例，对比 “ 传统化学法 COC = 5 . 5 ” 与 “ 臭氧法 COC = 1 5 ”：

年节水量： 163 → 143m³/h ，按 8000h 运行，节水 16 万 m ³ , 水费 3 . 2 元/ m ³ , 年省51万元；
年节药剂量：缓蚀、阻垢、杀菌剂共120t ，节省96万元；
减少排污费： COD 、 AOX下降70% ，年降低末端废水处理费28万元；
换热效率提升3% ，压缩机功耗下降220MWh/年，折合18万元；
扣除臭氧系统电耗 12 . 5 kWh/kgO 3 、年电费 38 万元，综合节省 155 万元，投资回收期1 . 2–1 . 5年。

安力斯 ModuOzone 陶瓷板放电

技术解析

安力斯环境在板式臭氧发生器领域深耕 20 年，其 Mod u Ozone系列采用 “ 微间隙陶瓷板介质阻挡放电（ Dielectric Barrier Discharge , DB D） ” 技术路线，针对冷却水行业痛点实现五大突破：

01 高浓度低功耗

0 . 1 mm微间隙叠层 + 高铝陶瓷基片 ( εr = 9 . 8 ，介电损耗＜ 0 . 2 ‰ ），使放电功率密度提升至3 . 5 kW/ L ，臭氧浓度0–260mg/L可调；
牵引级 IG BT 高频电源（ 20–30kHz）配合 “ 频率 - 功率双闭环 ” 算法，实时锁定最优谐振点，单位臭氧电耗 5 . 0–6 . 5Wh/g ，比传统管式（ 9–10 Wh/g ）节电 35% ，年运行费再降20%。

02 模块化冗余

单机 0 . 3–60kg/h 采用 “ 积木式 ” N + 1 模块，单模块（ 300g/h 与 2 . 5 kg/h 可选），可在5min 内热插拔更换，系统在线率 >99%；
冷却水行业季节负荷波动大， Mod u Ozone10–100%线性调产，避免 “ 大马拉小车 ” 功耗浪费。

03 高可靠长寿命

陶瓷电极经微弧氧化（ MAO）生成 50μ m Al2 O3 陶瓷膜，硬度 HV1200 ，耐 20kV击穿，抗氧化腐蚀，寿命>10年；
非压力容器设计，放电室耐压10 . 5 bar无泄漏，免除压力容器年检；
三级保护（过压、过温、过流） + 云边协同故障预测， MTBF≥20000h。

04 智能云运维

内置 Modbus-TCP/ RS485 、蓝牙、 4G 模块，与工厂 DCS 、手机 APP 无缝接入；
云端大数据 A I 对比同类项目运行曲线，提前 7–10 天预警放电板老化、冷却水温度漂移，实现 “ 无人值守 ”；
远程OTA升级控制策略，平均故障响应时间由48h缩短至4h。

05 冷却水场景定制

一体化 Side-streamSkid 集成臭氧发生器、文丘里 injector 、 OR P 仪、尾气破坏器、循环泵，占地 < 2 m ² , 现场仅需对接 DN100 管道与电源， 12h 完成投运；
针对高温高湿环境（冷却塔屋顶 45℃ 、 RH 90% ），电源柜独立空调 + IP54 防护，保证50℃ 不降额；
冷却水电导率 0–8000μS/ cm宽适应，模块化钛合金曝气器防止结垢堵塞， 3 年免维护。

结语

臭氧技术已从 “ 替代杀菌剂 ” 升级为循环冷却水系统 “ 零药剂、零排污、高效传热 ” 的绿色支点。安力斯 Mod u Ozone凭借陶瓷板微间隙放电、高频数字电源、模块化冗余与云智能四大核心技术，将臭氧系统电耗、占地、维护量降至传统方案的一半以下，使冷却水COC ≥ 15的 “ 近零排污 ”成为经济可行选项。