循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(Recirculating Cooling Water, RCW)是火電、石化、冶金、數(shù)據(jù)中心等耗水大戶(hù)，全球工業(yè)用水量中的很大一部分為冷卻塔用水，其中因?yàn)辂}度的累積及微生物污染等問(wèn)題，70%以上因排污而浪費(fèi)。
 

　　行業(yè)背景與挑戰(zhàn)
 

　　傳統(tǒng)“六藥劑”方案(緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑、pH 調(diào)節(jié)、消泡劑、分散劑)帶來(lái)四重痛點(diǎn)：
 

　　??水耗高：濃縮倍數(shù)(Cycles of Concentration, COC)普遍≤5，每MW機(jī)組年排污水≈10–15萬(wàn)m³；
 

　　?? 藥耗高：年投加化學(xué)藥劑200–400g/m³，藥劑費(fèi)、儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)、人工費(fèi)疊加；
 

　　?? 環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)：AOX、磷、氮、重金屬累積，末端廢水處理成本飆升；
 

　　??微生物耐藥性：Legionella(軍團(tuán)菌屬)及Pseudomonas(假單胞菌屬)等形成生物膜，殺菌劑輪換使用仍很難去除，且誘發(fā)腐蝕與傳熱效率下降15–30%。
 

　　臭氧(O?)因其氧化還原電位2.07V(pH=7)僅次于·OH，可同步完成殺菌、滅藻、除垢、防腐、消色、除臭，被EPA列為“非化學(xué)型殺菌技術(shù)(Non-chemical Device, NCD)”。
 

　　近十年，歐美600余座冷卻塔已經(jīng)實(shí)現(xiàn)臭氧化改造，COC 提升至10–30(遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的5倍標(biāo)準(zhǔn))，節(jié)水30–70%，運(yùn)行費(fèi)用下降20–50%。中國(guó)2025年《工業(yè)水效提升行動(dòng)計(jì)劃》明確將“臭氧等高級(jí)氧化替代技術(shù)”列入綠色低碳先進(jìn)適用技術(shù)目錄，行業(yè)需求進(jìn)入爆發(fā)期。
 

　　臭氧在循環(huán)冷卻水中的作用機(jī)理

　　1. 殺菌滅藻：O?通過(guò)細(xì)胞壁脂質(zhì)過(guò)氧化、酶蛋白巰基氧化導(dǎo)致細(xì)胞裂解(lysis)，對(duì)軍團(tuán)菌3-log滅活CT值僅為0.2–0.5mg·min/L，比游離氯低兩個(gè)數(shù)量級(jí)；藻類(lèi)葉綠體膜被破壞，光合作用中斷。

　　2. 生物膜控制：臭氧可穿透EPS多糖基質(zhì)，切斷微生物“通訊信號(hào)”AHLs，生物膜厚度下降90% 以上，換熱器熱阻系數(shù)Kf由3.5×10??降至0.5×10??m²·K/W。
 

　　3. 阻垢分散：O?將Ca²?誘導(dǎo)的CaCO?過(guò)飽和微晶表面電荷反轉(zhuǎn)(ζ電位–15mV→–35mV)，晶體停留在納米級(jí)(50–200nm)，形成可流動(dòng)“鈣粉”而非硬垢；同時(shí)氧化有機(jī)物后降低“晶核膠黏”效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)磷阻垢”。
 

　　4. 緩蝕：高COC下金屬離子(Fe³?、Cu²?、Zn²?)飽和析出，形成自限式氧化物保護(hù)膜；臭氧不引入Cl?、SO?²?等侵蝕性離子，實(shí)測(cè)碳鋼腐蝕率<0.025mm/a。
 

　　5. 水質(zhì)穩(wěn)定：臭氧消耗堿度弱，循環(huán)水pH自然平衡在8.0–8.5，處于碳鋼鈍化區(qū)，可省卻酸堿調(diào)節(jié)；同時(shí)氧化降解氨氮、COD，提高排放水質(zhì)。
 

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)

　　1. 投加濃度：0.1–0.3g/m³循環(huán)水量即可維持0.05–0.15mg/L殘余臭氧，滿(mǎn)足殺菌需求；高污染補(bǔ)水或粉塵侵入時(shí)短時(shí)沖擊至0.4g/m³。
 

　　2. 接觸時(shí)間：≥15min可保證3-log軍團(tuán)菌滅活；設(shè)計(jì)側(cè)流反應(yīng)器(Side-stream Ozone Contactor, SOC)體積≈5%循環(huán)量，空塔速度8–12m/h。
 

　　3. ORP控制：750–850mV(Ag/AgCl)對(duì)應(yīng)0.05mg/L O?，與PLC 聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)“按需投加”。
 

　　4. 材料兼容：316 L、PVDF、EPDM 耐臭氧；避免天然橡膠、銅合金、鍍鋅件。
 

　　5. 尾氣分解：采用MnO?/CuO催化分解器，出口臭氧<0.1ppm，符合OSHA要求。
 

　　經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益
 

　　以11000m³/h、ΔT=7℃冷卻塔為例，對(duì)比“傳統(tǒng)化學(xué)法COC=5.5”與“臭氧法COC=15”：
 

　　- 年節(jié)水量：163→143m³/h，按8000h運(yùn)行，節(jié)水16萬(wàn)m³，水費(fèi)3.2元/m³，年省51萬(wàn)元；
 

　　- 年節(jié)藥劑量：緩蝕、阻垢、殺菌劑共120t，節(jié)省96萬(wàn)元；
 

　　- 減少排污費(fèi)：COD、AOX下降70%，年降低末端廢水處理費(fèi)28萬(wàn)元；
 

　　- 換熱效率提升3%，壓縮機(jī)功耗下降220MWh/年，折合18萬(wàn)元；
 

　　- 扣除臭氧系統(tǒng)電耗12.5kWh/kgO?、年電費(fèi)38萬(wàn)元，綜合節(jié)省155萬(wàn)元，投資回收期1.2–1.5年。

　　安力斯 ModuOzone 陶瓷板放電

 

　　技術(shù)解析
 

　　安力斯環(huán)境在板式臭氧發(fā)生器領(lǐng)域深耕20年，其ModuOzone系列采用“微間隙陶瓷板介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge, DBD)”技術(shù)路線，針對(duì)冷卻水行業(yè)痛點(diǎn)實(shí)現(xiàn)五大突破：

　　01
 

　　高濃度低功耗
 

　　- 0.1mm微間隙疊層+高鋁陶瓷基片(εr=9.8，介電損耗<0.2‰)，使放電功率密度提升至3.5kW/L，臭氧濃度0–260mg/L可調(diào)；
 

　　- 牽引級(jí)IGBT高頻電源(20–30kHz)配合“頻率-功率雙閉環(huán)”算法，實(shí)時(shí)鎖定諧振點(diǎn)，單位臭氧電耗5.0–6.5Wh/g，比傳統(tǒng)管式(9–10 Wh/g)節(jié)電35%，年運(yùn)行費(fèi)再降20%。
 

　　02
 

　　模塊化冗余
 

　　- 單機(jī)0.3–60kg/h采用“積木式”N+1 模塊，單模塊(300g/h與2.5 kg/h可選)，可在5min內(nèi)熱插拔更換，系統(tǒng)在線率>99%；
 

　　- 冷卻水行業(yè)季節(jié)負(fù)荷波動(dòng)大，ModuOzone10–100%線性調(diào)產(chǎn)，避免“大馬拉小車(chē)”功耗浪費(fèi)。
 

 

　　03
 

　　高可靠長(zhǎng)壽命
 

　　- 陶瓷電極經(jīng)微弧氧化(MAO)生成50μm Al?O?陶瓷膜，硬度HV1200，耐20kV擊穿，抗氧化腐蝕，壽命>10年；
 

　　- 非壓力容器設(shè)計(jì)，放電室耐壓10.5bar無(wú)泄漏，免除壓力容器年檢；
 

　　- 三級(jí)保護(hù)(過(guò)壓、過(guò)溫、過(guò)流)+ 云邊協(xié)同故障預(yù)測(cè)，MTBF≥20000h。
 

　　04
 

　　智能云運(yùn)維
 

　　- 內(nèi)置Modbus-TCP/RS485、藍(lán)牙、4G模塊，與工廠DCS、手機(jī)APP無(wú)縫接入；
 

　　- 云端大數(shù)據(jù)AI對(duì)比同類(lèi)項(xiàng)目運(yùn)行曲線，提前7–10天預(yù)警放電板老化、冷卻水溫度漂移，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”；
 

　　- 遠(yuǎn)程O(píng)TA升級(jí)控制策略，平均故障響應(yīng)時(shí)間由48h縮短至4h。
 

　　05
 

　　冷卻水場(chǎng)景定制
 

　　- 一體化Side-streamSkid集成臭氧發(fā)生器、文丘里injector、ORP儀、尾氣破壞器、循環(huán)泵，占地<2m²，現(xiàn)場(chǎng)僅需對(duì)接DN100管道與電源，12h完成投運(yùn)；
 

　　- 針對(duì)高溫高濕環(huán)境(冷卻塔屋頂45℃、RH 90%)，電源柜獨(dú)立空調(diào)+IP54防護(hù)，保證50℃ 不降額；
 

　　- 冷卻水電導(dǎo)率0–8000μS/cm寬適應(yīng)，模塊化鈦合金曝氣器防止結(jié)垢堵塞，3年免維護(hù)。
 

　　結(jié)語(yǔ)
 

　　臭氧技術(shù)已從“替代殺菌劑”升級(jí)為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)“零藥劑、零排污、高效傳熱”的綠色支點(diǎn)。安力斯ModuOzone憑借陶瓷板微間隙放電、高頻數(shù)字電源、模塊化冗余與云智能四大核心技術(shù)，將臭氧系統(tǒng)電耗、占地、維護(hù)量降至傳統(tǒng)方案的一半以下，使冷卻水COC≥15的“近零排污”成為經(jīng)濟(jì)可行選項(xiàng)。
 

　　隨著雙碳、雙控、水效等政策加碼，以及高鋁陶瓷、SiC功率器件、AI預(yù)測(cè)算法的持續(xù)迭代，臭氧技術(shù)在循環(huán)冷卻水領(lǐng)域的滲透率有望從當(dāng)前不足5%，將會(huì)提升至2030年的30% 以上，為工業(yè)節(jié)水、節(jié)能、減碳貢獻(xiàn)“臭氧方案”。