利用臭氧发生器制取的臭氧在冷却水处理方面的应用
【摘 要】本文主要阐述了臭氧发生器用于制取臭氧，在冷却水水处理方面的作用，比较利用其他原料处理冷却水上的优点及缺点，以及应用臭氧发生器在冷却水处理方面应注意的问题。
【关键词】臭氧发生器；臭氧；冷却水处理
臭氧发生器是用于制取臭氧的设备装置。臭氧易于分解无法储存需现场制取现场使用（但是在特殊的情况下是可以进行短暂时间的储存），凡是能用到臭氧的场所均需使用臭氧发生器。臭氧发生器在自来水，污水，工业氧化，空间灭菌等领域广泛应用。其通电把氧变成臭氧。
臭氧发生器中广泛使用，但制造成本较高。按臭氧发生器结构划分，有间隙放电式（DBD）和开放式两种。间隙放电式的结构特点是臭氧在内外电极区间的间隙内产生臭氧，臭氧能够集中收集输出使用其浓度较高，如用于水处理。开放式发生器的电极是裸露在空气中的，所产生的臭氧直接扩散到空气中，因臭氧浓度较低通常只用于较小空间的空气灭菌或某些小型物品表面消毒。间隙放电式发生器可代替开放式发生器使用。但间隙放电式臭氧发生器成本远高于开放式。
那么下面我们主要讲解下用臭氧发生器制取来的臭氧用于冷却水处理方面的用途。
臭氧是世界公认的广谱高效杀菌消毒剂。采用空气或氧气为原料利用高频高压放电产生臭氧。臭氧比氧分子多了一活泼的氧原子臭氧，化学性质特别活泼，是一种强氧化剂，在一定浓度下可迅速杀灭空气中的细菌。没有任何有毒残留，不会形成二次污染，被誉为“最清洁的氧化剂和消毒剂”。
臭氧仅作杀菌剂，臭氧是一种氧化性很强但又不稳定的气体。在水溶液中，臭氧保持着很强的氧化性。在许多化学反应中，它很想氯。作为杀菌剂，臭氧的作用机理与其他氧化性杀菌剂有许多相同之处。臭氧可与蛋白质结合，破坏细胞呼吸所不可缺少的还原酶的活性。检验经臭氧氧化后细胞时发现，细菌的细胞因失去了维持生命的细胞质而被破坏。和氯不同的是，用臭氧作杀菌剂不会增加水中的氯离子浓度，当冷却水排放时不会污染环境或伤害水生物，而且臭氧在光合作用下还会分解生成氧。臭氧是通过将氧或干燥空气经过臭氧发生器中的放电管而生成的气体。添加臭氧时，首先应将它溶解在水中，然后把溶液有臭氧的水注入冷却水中。臭氧可以从不同的部位注入冷却水系统。例如可以加入到冷却塔的集中水池中，或加到冷却水循环泵出口的一侧。在较为简单的冷却水系统中，只需在一处加入臭氧就足够了；对于复杂的，有多个支路的体系，则建议在几个不同的部位加入臭氧，使臭氧在水中的分布较为均匀。
在制定臭氧操作过程时，需要考虑的重要参数是：该冷却水系统的工况、水量、补充水和循环水的水质，尤其是化学需氧量和PH值。采用臭氧连续加注发时，所需的臭氧量很小。在进行冷却水处理时，一般认为，除了添加臭氧作为杀菌剂以控制水中的微生物生长外，还需要同时加入阻垢剂和缓蚀剂，以分别控制冷却水系统中的结垢和腐蚀。使用臭氧作为杀菌剂后，可使冷却水系统中不再有生物沉积物生成。原先存在于冷却水系统中的生物沉积物和冷却塔中的藻类，也会随之消失，循环冷却水变得清澈透明，异菌养数也会比以前大大减少，换热器的换热效果则会明显改善。
在冷却水中，臭氧对碳钢和不锈钢没有任何不利的影响，但臭氧对铜和铜合金有腐蚀性。如果冷却水系统中铜质设备，则应避免游离的臭氧量过高，否则通知设备表面稳定的一价铜的氧化物有可能被氧化为二价铜的氧化物。但是，只要加入极少量的铜缓蚀剂，就可抑制臭氧对铜的腐蚀。
臭氧作为冷却水杀菌剂的优点是：臭氧是将氧或干燥空气通过臭氧发生器中的放电管而制备的，该制备过程不会引起环境的污染；臭氧降解后生成氧，故不像其他的杀菌剂，它不会增加冷却水的含盐量；它不会增加冷却水的COD；通过臭氧不会像通氯时那样在水中生成有机氯化物；作为杀菌剂使用时，不需要另外再加入分散剂或表面活性剂；从长远看，它很有希望成为氯杀菌剂的换代杀菌剂。
影响臭氧应用于大型工业冷却水系统的一些缺点是：臭氧的挥发性强，不易保留在水中；当PH大于7.5和温度大于40摄氏度时，臭氧将迅速分解；臭氧对铜和铜合金有腐蚀性；臭氧发生器等配套设备的投资大。
单一臭氧的冷却水处理。单一臭氧的冷却水处理是指只使用臭氧一种水处理剂，就可以同时进行阻垢、缓蚀和杀菌灭藻的水处理。在1990年的第51届国际水会议上，Pryor在“臭氧冷却水处理的特点和经济性”的报告中，介绍了美国全国水处理公司在三年时间内用臭氧成功地处理了130多座冷却塔，受到了人们的重视。Pryor认为，臭氧可以作为单一的冷却水处理药剂来代替其他的冷却水处理剂，它同时能阻垢、缓蚀和杀菌灭藻；臭氧能使冷却水系统在高浓度倍数，甚至在零排污下运行，从而节水又节能；用臭氧进行冷却水处理不存在任何环境污染问题。
此外，使用时，先在废水中缴入臭氧反应几分钟，然后再加入活性碳吸附。单独采用臭氧的处理工艺，对轻度污染地下水中的石油类污染物取出效果有限，随着臭氧投入量的增加，水中非饱和有机物含量先增加后减少，因此存在一个最佳臭氧投入量，使处理水样中非饱和有机物的含量最大，以利于后续的活性炭吸附。由于石油类污染物多为相对分子质量较高的有机化合物，单独采用活性碳吸附处理均不能有效去除轻度污染地下水中的石油类污染物。经臭氧/活性炭复合水处理剂处理后，出水中主要污染指标：石油类污染物含量和高猛酸盐指数，均可以达到我国饮用水标准。臭氧/活性炭复合水处理剂对石油类污染物含量小于2mg/L的轻度污染地下水有较好地处理效果。
此外，臭氧发生器应用于冷却水处理时应注意的问题：冷却水的水质要好，防止结垢，以免影响发生器的散热效果。二对水冷发生器采说，为使传热表面的结垢最少，冷却水的水质十分重要。结垢会使传热效率降低，从而减少臭氧产量，增加维护费用。在技术上自来水是被优先选择的冷却剂，不过，对大型工业用发生器所需要的耗水量来说，使用自来水经济上毫无吸引力，也许只有发生系统用在水处理厂的情况除外。与自来水水质相反，一般处理后的污水作为冷却水，效果不是很好，因为它容易导致结垢。如果高质量的水或其他流体用在密封的十次冷却回路中，末级热交换器又是专门设计得最少结垢；且便于清洗，而且污水出水还可以作为末级散热使用。为了水费和设备维护费之间的最佳平衡，系统设计时多数采用冷却塔水或热交换器优质饮用水（无悬浮固体、氯化物<5mg/L）。
参考文献
[1]周本省.工业冷却水处理的物理方法及工程应用.化学工业出版社，2008
[2]李琦.臭氧在水处理中的应用.中国化工出版社，2007