中国臭氧技术发展历程(修订稿&征求意见稿)
中国臭氧技术发展历程
(修订稿&征求意见稿)
魏林生 张磊
中国臭氧技术走过了几十年的风雨历程,近十年来得到了快速的发展和进步,各项性能指标不断提升,应用领域不断拓展,市场需求量不断扩大,经历了从一个高峰到另一个高峰的过程。中国臭氧发展到今天,从国外垄断到现在国产设备几乎能完全替代,从小众市场发展到数十亿市场,从个别应用发展到现在100多个应用场合,实现了如今臭氧发生器产能世界第一、市场世界第一的良好局面,扎实地服务于我国经济建设和生态文明建设。
这些成就的取得是我国从事臭氧技术(包括臭氧发生技术和臭氧应用技术)研发和推广的几代人共同努力的结果。本文记录这些来之不易的点点滴滴,以此向为我国臭氧行业作出巨大贡献的专家学者和企业家们的坚守表达崇高敬意;同时,方便臭氧界同仁较全面了解我国臭氧技术的发展历程和现状,并激励我国新一代臭氧人继往开来。
一、解放前(启蒙期)
十九世纪初期,随着帝国主义的入侵,一些臭氧设备和技术被带到了中国,在某些水处理和空气杀菌等领域开始使用臭氧。
1928年,英国人在天津建立“合记”蛋厂,开始利用臭氧对打蛋车间的空气进行消毒。
同年,白俄罗斯工程师设计选用德国西门子公司生产的400Hz中频臭氧发生器(配备了中频发电机),用于厦门南普陀自来水厂进行饮用水净化处理,作为来往外国轮船饮用补给水。该臭氧发生器采用外管玻璃管和铝合金电极。玻璃管厚度仅1mm,加工精密。日本侵华战争爆发后于1938年停止使用。
在此期间通过国外臭氧设备进入中国,中国的技术人员开始认识和使用臭氧,但对臭氧产生技术及设备制造方面的研究还是空白。
二、六七十年代(萌芽期)
解放后的六十年代中末期,辽宁本溪轻化工研究所开始进行臭氧发生技术和臭氧应用于腐植酸处理的研究。上海轻工研究设计院对臭氧应用于洋茉莉醛生产进行研发,并成功地在上海香料二厂投产,利用臭氧取代重铬酸钾作为氧化剂,降低环境污染。1976年天津香料厂引进日本尼普臭氧发生单元,但电耗较大,放电管易击穿。
在此期间,中国的一些院校及科研单位,在前人研究的基础上和借鉴国外臭氧发生器的经验成果,开展了相关研究工作,开创了我国对臭氧发生技术和设备制造技术研究的先河。
1973年初,清华大学王占生,沈英鹏、张汉升等研制了卧式外置玻璃管系列臭氧发生器,相继在北京顺义环保厂、广东肇庆电子研究所及清华校内设备仪器厂等单位投产。
1973年,上海华东化工学院为解决将兴建的上海石油化工总厂的废水处理问题,在上海市环保办、科委的支持下成立上海市臭氧协作组,开展臭氧发生技术与应用的研究。华东化工学院为组长单位,参加人员有:魏兴义、张大年、吴生等;成员单位上海石化厂研究院,参加人员有:吴梁材、李士华、王雄等;成员单位上海轻工研究院,参加人员:付子龙;成员单位上海龙华刀具厂(上海环保设备厂前身),参加人员有:周为民、周新、许传;成员单位上海交通大学,参加人员:管喜康;其它参与单位还有上海玻璃厂、上海试剂五厂、上海香料二厂、上海第二印染厂、上市第二空压机厂、上海情报所、上海自来水公司、南市水厂等单位。以上单位和人员经过分工,分别对臭氧发生单元介电体、内涂层、变压器、脱水吸附剂、无油空压机、无热再生干燥机及臭氧在水中接触氧化塔等进行研究,并对石油化工厂废水、印染废水脱色、丙烯腈/腈纶生产废水、重油裂解废水、饮用水等进行臭氧处理的应用研究。
1974年,张汉升与国家二机部二院、石油部炼油设计院合作研制成功变压吸附无热再生干燥器,臭氧系统的重要空气干燥处理设备达到设计、生产国产化水平。
1976年后,北京环保所马世豪和胡正操工程师,参照了美国Tii公司资料研究外管为玻璃管介质,高压电极为不锈钢管的立式臭氧发生器,在北京玉渊潭环保厂投产并应用于包头自来水厂饮用水处理等工程。
以上三个单位或协作组对臭氧发生技术和设备制造技术的开拓性研究,是中国臭氧发生技术发展的基石,技术成果相继在一些生产企业应用,在北京、上海、泰兴等地建立了中国第一批专业的臭氧发生器生产企业。
上海环保设备厂在上海臭氧协作组小试和工业试验的基础上,1978年由周为民负责具体工作,生产出臭氧发生器系列产品,并研制成功1-2kg/h的工频臭氧发生器。1979年9月和1980年10月,由上海市科委和环保局组织,邀请了清华大学等有关专家召开了鉴定会。
1979年4月上海交通大学管喜康老师与华东化工学院合作进行机械高压脉冲臭氧发生系统的研究,当时检测的空气源臭氧电耗仅为8~10kw·h/kgO3,该成果在日本高压电讨论会上受到与会专家的高度评价。
1979年12月由华东化工学院研究、上海环保设备厂制造的车载式臭氧发生和废水、废气、饮用水制备多功能系统,应用于系统废水处理、常用消毒剂解毒和战时饮用水供应,合作单位有海军东海舰队、南京军区、防化研究院。
三、八九十年代(成长期)
1、臭氧发生技术方面
泰兴环保厂李爱成于1980年左右开始生产臭氧发生器及高速搅拌臭氧吸收机,技术上得到华东化工学院的支持,后又转让了清华大学技术同时生产两种类型的臭氧发生器,于80年代初也生产出了1kg/h的工频臭氧发生器。
在其后的二十多年中,国内化工、香料、饮用水处理及废水处理所需求的国产大产量臭氧发生器,基本上都由上海环保设备厂和泰兴环保厂来提供,这两家企业为中国臭氧行业的发展作出了较大的贡献。
1980年9月本溪轻化工研究所研制陶瓷介质材料臭氧发生单元。河北邯郸718研究所、宁夏大学、清华大学等单位开发了“开式”臭氧发生器产品,并应用于蛋果蔬易腐食品防霉保鲜、食品加工杀菌净化等领域。
1981年,李汉忠教授担任清华大学通力臭氧研究中心主任,与黄曼青、黄元生等人一起,在原有工频臭氧发生器技术的基础上,开发了小型的高频臭氧发生器,其中空气源25g/h高频臭氧发生器获得了国家科技奖励。
1981年开始,清华大学设备仪器厂李汉忠、黄曼青、王淑玲等先后与环境系、自动化系合作组成研制小组,开发研制了板式高频逆变电源臭氧发生器系列产品,弥补了国家的高中频臭氧技术空白。其中CN87107561X《脉冲型高频臭氧电源》是我国最早的臭氧电源发明专利,而CN85200020《双面放电叠层臭氧放电室》则是我国第一个臭氧放电室专利。3g/h~200g/h系列板式、管式高中频臭氧发生器产品分别获解放军科技进步二等奖、北京市高新技术产品等奖项,在导弹推进剂污水处理,化学战剂解毒等项目和食品加工贮藏防霉保鲜等领域进行了应用。此系列产品通过技术转让、产品推广等途径对臭氧技术行业的进步发展起到了推动作用。
1982年和1984年,清华大学王占生,沈英鹏和张汉升等研制的1kg/h和2kg/h臭氧发生器分别进行了部、省级产品鉴定。该系列产品应用于北京东方红炼油厂废水处理、北京燕山石化饮用水车间、东北等地多所医院污水处理等领域。其中80年代中期燕山石化水厂5×1kg/h臭氧设备,利用臭氧—活性炭工艺对密云水库源水进行处理,一直运行到2000以后,这是当时使用国产臭氧设备发生量最大的水厂。
另外,上海海医所丁南瑚与上海导航仪器厂合作研制板式臭氧发生器,并应用于海军舰艇日常用水的消毒处理。上海香料二厂在上海市臭氧协作组支持下进行双水内冷中频臭氧发生单元的研究,中频电源由上海长江电器厂研制,并应用于香料的生产。
早期的臭氧检测技术除国外已有的碘量法外,在八十年代,北京劳动环保研究所杨存金高级工程师研制了半定量的靛蓝法检测管,山东滨州商检局的比色法,中科院环化所的库仑法,尤其是北京气体分析仪器厂的紫外吸收法,使我国臭氧检测当时达到世界水平,而且得以实现在线检测。
1994年4月建设部颁布了两项臭氧相关标准,CJ/T 3028.1-1994《臭氧发生器》和CJ/T 3028.2-1994《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》,于1994年12月1日开始实施,对臭氧发生的规范起到较大作用,直到2010年被新标准替代。
1994-1996年,武汉大学牵头对电解臭氧发生技术进行了一些较有成效的研究工作,成功申报了发明专利“电解式臭氧发生装置(97122126.X)”,是电解臭氧发生技术发展过程中一个重要的里程碑。
1996年清华大学通力臭氧研究中心李汉忠与黄曼青访问俄国莫斯科动力学院与全俄电工研究院,了解了搪瓷放电体技术。回来后,李汉忠与卓维韩教授(前清华大学电机系主任、高压专家)合带研究生,研发了中国第一支应用臭氧合成的搪瓷管。
1997年深圳唐锋电器股份有限公司成功研发了电解法高浓度臭氧水机。随后浙江企业家潘栋梁先生从武汉大学有偿获得发明专利“电解式臭氧发生装置97122126.X”的使用权,成立武汉康桥电器有限公司,开发电解臭氧相关产品,为电解臭氧产品的应用开发做出了有利贡献。
随着化工、香料、水处理、食品、医药等行业对臭氧认识不断提高,应用领域不断扩大,市场前景被人们看好,全国各地纷纷建立了一些臭氧设备生产企业,随着臭氧设备生产企业队伍不断扩大,臭氧行业也成立了自己的组织。九十年代末,臭氧行业活动频繁踊跃,1997年北京电子报社举办全国性臭氧技术研讨会,1998年4月消毒学会举办臭氧消毒技术研讨会,1998年8月清华大学通力臭氧技术开发中心与《家用电器》杂志社等联合在济南举办为期五天的臭氧技术研讨班,此次会上48个单位和个人联合发起成立行业技术交流协作组织——臭氧技术信息服务网,推举李汉忠等人筹办实施。臭氧技术信息服务网1999年开始工作,成立了理事会,发展网员近百个,李汉忠任主任。臭氧技术信息服务网编印国内外臭氧技术资料,为网员和用户提供国内外信息,加强行业交流协作与规范自律。臭氧行业每年举办一次年会,相互交流和学习。李汉忠教授为臭氧行业付出了大量的心血,作出了巨大的贡献。5年来各会员单位在臭氧技术信息服务网的组织下,相互交流和学习,对中国臭氧技术的发展起到了巨大的推进作用。
2、臭氧应用技术方面
80年代初上海环保设备厂为广州白云宾馆处理饮用水,还有南京炼油厂和上海周家渡自来水厂,这是国产臭氧发生器在国内最早应用臭氧处理饮用水的一批企业。
1980年8月至1981年3月,武汉中南研究设计院王克强高工研究了臭氧处理医院废水技术,并在武汉职工医院建设了臭氧处理站。
1980年华东化工学院研究了医院废水臭氧杀菌消毒技术,并在苏州结核病医院进行示范应用。1982至1983年在福建永发铁路医院、南昌传染病医院、福州中医二院福州妇幼保健院、石家庄市13家医院、矿务局医院等全国几十家医院进行了推广应用。
华东化工学院与上海环保设备厂在臭氧应用方面的研究,取得了较多成果。新华医院和上海和平保健院的手术室臭氧杀菌消毒,上海沪西电影院臭氧空气净化,上海食品公司南货批发部干果类的臭氧防霉保鲜,上海蛋品公司龙华蛋库鸡蛋臭氧保鲜,以及华东化工学院与烟台罐头厂和张裕葡萄酒公司合作进行的鲜果和葡萄的臭氧保鲜应用。
80年代初,华东理工大学与上海环保设备厂设计了臭氧/UV催化氧化技术设备与天水某单位合作应用于导弹发射废水的处理。天津军事医学研究所也进行相关的研究。
1983年6月,中国海军医学研究所秦思昌、周凤贤等人进行臭氧处理有机磷农药污染水的试验,分别对含乐果、1605、敌敌畏三种废水进行臭氧处理,取得了非常理想的效果,三种农药的去除率都在90%以上。
1984年北京田村山水厂引进了日本富士2台5kg/h空气源臭氧系统,处理水量17万t/d;同年长辛店水厂也引进了1台5kg/h空气源臭氧系统,处理水量10万t/d。这是我国自来水行业最早引进国外大型臭氧设备用于自来水深度处理的企业。
1986年开始,清华大学原设备仪器厂在标准型高中频臭氧发生器的基础上研制开发了“开式”系列产品,在全国数十家大中型鸡蛋储藏单位做臭氧空气消毒、储藏防霉保鲜。
另外,国防科工委研究所张志仁研究了臭氧含硅废水处理。华东市政院邱填初进行臭氧处理毛纺废水的研究。在工业废水处理应用上,上海重型机器厂进行了煤气洗涤水催化臭氧处理应用。三机部进行了南昌飞机场含氰废水处理应用。此时臭氧—紫外、臭氧—催化氧化、臭氧—H2O2、臭氧/Fenton工艺在工业废水处理的研究也开始了。
自九十年开始,昆明自来水公司与瑞士苏黎士供水局合作开展了滇池水深度处理的研究工作,前后历时4年。1995年,昆明市自来水公司决定以滇池为主要水源的第五自来水厂和第六自来水厂南分厂引进臭氧—生物活性炭深度处理工艺。1997年5月,深度处理工艺在第六自来水厂南分厂投入运行,设备采用瑞士OZONIA公司3台11kg/h空气源臭氧发生器,日处理水量10万m3/d。北京田村山水厂、长辛店水厂和昆明市自来水公司第五、六自来水厂等企业应用臭氧深度处理,在我国自来水行业产生了巨大的影响,为我国今后自来水采用臭氧—活性炭深度处理提供了宝贵经验。
大庆石化公司水气厂采用嫩江水源生产饮用水,每年春夏交替季节出现水源水质高浊现象,1995年通过水质化验检出166中有机物,其中4种为致癌物质。针对水质现状大庆石化公司采用了臭氧—活性炭深度处理工艺,处理水量1500m3/h,引进了法国TRALIGAZ公司3台3kg/h臭氧发生器。源水COD含量3-6mg/L,浊度3-5mg/L,经臭氧—活性炭处理后,COD< 2.5mg/L,浊度<1NTU,水质明显提高。
1997年,天津市水产研究所与清华大学通力臭氧研究中心合作,由孙广明、李汉忠、李宝化、龚婉茹等人参与,进行臭氧对水产养殖水处理方面的研究。
八九十年代,随着矿泉水、纯净水臭氧消毒技术的推广应用,医药行业采用臭氧进行空气杀菌处理,以及小家用臭氧发生器的出现,对我国臭氧技术的发展和臭氧知识的宣传起到了巨大的推动作用。在上海、无锡展开全国臭氧处理矿泉水交流讨论会,盛况空前。
1984年由北京环保所马世豪、清华大学沈英鹏等发起组织在北京温泉疗养院召开第一次全国臭氧技术讨论会。
1986年在清华大学召开第二次全国臭氧技术讨论会,并拟定成立全国臭氧协会,挂靠国家环境工程协会,但未获国家相关部门的批准。
1987年华东化工学院徐春易教授参加第八届国际臭氧会议并担任分组主席,并发表了技术论文。国内参加者还有哈建工的王宝贞教授【有待进一步核实】。
早期介绍国外臭氧技术资料到我国的有:清华大学环境系译美国赖斯和内泽尔1982年合编的《臭氧技术及应用手册》(1991年中国建筑工业出版社),清华大学环境系刘存礼教授译苏联谢甫钦柯和利蒙诺夫合编的《臭氧化法水处理工艺学 》(1987年清华大学出版社出版)。
四、2000—2019年(壮大期)
1、臭氧发生技术方面
北京理工大学倪国年、眭英在多年对陶瓷片研究的基础上,2000年拟订了《沿面放电陶瓷片的性能检测与验收标准》,2003年改进了沿面放电陶瓷片钨电极镀镍的工艺。
自2000年前后,以浙江金华光源仪器厂和百特环保(烟台)科技有限公司为代表的企业逐渐发展成为国内外著名的电解臭氧发生器、高浓度臭氧水机专业制造商。
2001年,青岛国林等企业开始对非玻璃放电体的研究。青岛国林经过一年多的时间研制成功了DTA非玻璃放电体、高压熔断器、可控硅中频电源、中频变压器等制造大型臭氧发生器的关键技术。自主研发的“GL-CF-G004A型臭氧食品消毒机”、“200g/h双冷却高频臭氧发生器”等产品被认定为“国家重点新产品”。
2002年青岛国林研制成功国内首台3kg/h大型臭氧发生器,臭氧浓度16mg/L,臭氧产量3.1kg/h,电耗17kWh/kgO3。这是当时国产单机臭氧产量最大的设备,也是中国第一台大型中频臭氧发生器,打破了中国30多年来只能生产2kg/h级以下臭氧发生器的历史。
2003年,济南三康臭氧科技公司刘勇总工对陶瓷介质材料进行试验和研究,其研制的微间隙陶瓷管式臭氧放电室,匹配相应的IGBT电源,氧气源臭氧浓度可达到122mg/L,2004年,实现了陶瓷管式臭氧发生器系列产品的定型。同期,清华大学材料科学与工程系马天、杨金龙等人也进行了相关的试验。
2003-2006年青岛科脉科技有限公司张宽照做出1公斤板式臭氧发生器功能样机,于2006年被清华同方水务工程公司收购正式进入同方研发板式臭氧发生器的时期,在密云建立了生产基地。板式臭氧发生器也开始进入自来水行业,在北京长辛店自来水有应用。同方水务工程公司改组后并入到同方环境。
2004年青岛国林在国家建设部立项,研制国内首台单机产量最大的“20kg/h大型臭氧发生器”并通过建设部科技成果鉴定,臭氧浓度85.4mg/L,臭氧产量21.5kg/h,电耗7.9kWh/kgO3,是当时国内单机产量最大的臭氧发生器,填补了我国大型臭氧发生器的制造空白,该产品各项性能指标均达到国际先进水平,被列为“2005年国家火炬计划项目”。该产品主要应用方向为我国对臭氧需求量日益增长的自来水行业,替代进口产品。
2005年中国工业经济联合会臭氧专业委员会正式成立,首任主任为李汉忠教授。该组织持续到2009年后解散。
2008年青岛国林生产的国内首台“50kg/h大型臭氧发生器”通过了建设部科技成果评估,臭氧浓度127.6mg/L,臭氧产量53.7kg/h,电耗7.6kWh/kg。被科技部、国家环保局等部委联合认定为“国家重点新产品”,被列为“建设部行业推广计划项目”。
2009年青岛国林实业有限公司联合清华大学环境科学与工程系、中国工业经济联合会臭氧专业委员会、青岛市臭氧应用工程技术研究中心、同方股份有限公司水务工程公司、江苏康尔臭氧有限公司、福建新大陆环保科技有限公司和济南三康环保科技有限公司制定了行业标准CJ/T322-2010《水处理用臭氧发生器》。
2010年江苏康尔自主成功研发20kg/h的搪瓷管式高频臭氧发生器,经住建部组织专家鉴定该产品技术达到国际先进水平,臭氧浓度153.0mg/L,臭氧产量22.0kg/h,电耗9.0kWh/kg。
2011年济南三康成功自主研发20kg/h臭氧发生器,成为国内第三家有能力制造20kg/h臭氧发生器的企业。
2011年青岛国林和新大陆环保分别承担水体污染控制与治理国家科技重大专项“饮用水安全保障技术体系研究与示范”主题下的“非玻璃介质大型臭氧发生器设备研制及其产业化”和“玻璃放电管大型臭氧发生器设备研制及其产业化”课题。
2011年北京乾润开元环保科技有限公司张宽照对板式臭氧发生器的设计进行了进一步的优化,结构设计上实现了在地电极面放电,表面陶瓷化技术得到规模化应用和推广,单个板式臭氧发生器模块的臭氧产量最大可以到1.2公斤,单机组合最大产量50公斤臭氧系统在印染废水处理中得到应用,在自来水领域,在化工废水领域、在市政污水领域开始小规模化应用。在2015年被中国华贸收购,开始进入华贸的经营时代。
2011年12月在新大陆环保在水专项阶段成果汇报会上,以王占生教授为组长的共11人出具的专家咨询意见一致认为:新大陆研制的130kg/h大型臭氧发生器达到了国际先进水平。最高浓度为296.3mg/L,额定运行浓度154mg/L,电耗7.38kWh/kgO3,水温24.8℃。2套130kg/h大型臭氧发生器于2012年在陕西蒲城清洁能源化工有限公司烟气脱硝项目成功运用。
2011年新大陆环保承担国家发改委资源节约和环境保护中央预算内投资备选项目“大型臭氧发生器装置产业化及其在高浓度有机废水治理中的应用(2011C0055)”。
2012年6月青岛国林“大型(120kg/h)臭氧发生器的研制”项目通过住建部科技发展促进中心科技成果评估,在冷却水温度25℃、臭氧浓度150.2mg/L条件下,臭氧产量为121.2kg/h,电耗6.8kWh/kgO3,性能指标达到国际先进水平。
2012年新大陆环保承担国家重大科技成果转化项目“100公斤/小时以上高性能大型臭氧发生器研制及产业化”。
2012-2013年江苏康尔与日本住友精密工业株式会社进行技术合作。
2013年新大陆环保承担国家重点产业振兴和技术改造专项“玻璃放电管大型臭氧发生器设备生产项目”。
2014年北京金大万翔环保科技有限公司成立对模块化板式臭氧发生器进行了研发和设计,单个模块单元臭氧产量可以达到2.5kg/h,单机组合最大臭氧产量可以达到150kg/h,150kg/h板式臭氧发生系统在烟气脱硝项目进行了应用。金大万翔在宁波建立并投产了一条年产一万公斤板式臭氧发生器的生产线。板式臭氧发生器也开始大型化并进入自来水深度处理、烟气脱硝等领域。
2016年青岛国林承担了国家重点研发计划“燃煤污染物(SO2,NOx,PM)一体化控制技术工程示范”项目”中的“基于前置臭氧氧化的NOx与SO2协同吸收技术”课题。
2017年青岛国林承担水体污染控制与治理国家科技重大专项“城镇供水系统关键材料设备评估验证及标准化”的子课题“大型臭氧发生器集成装备研发评估验证及标准化”。2017年青岛国林环保科技股份有限公司联合清华大学环境学院、山东省城市供排水水质监测中心等单位起草了国家标准《水处理用臭氧发生器技术要求》,目前该标准已完成报批流程。
2018年新大陆环保以第三单位荣获国家科技进步二等奖,“城市集中式再生水系统水质安全系统保障技术与应用”。其中主要创新性成果包括了:突破了臭氧/紫外线/氯消毒技术,大型臭氧发生器和大流量紫外线消毒设备制造技术,实现了大规模再生水系统高标准消毒。
2018年2月,新大陆环保并入福建龙净环保股份有限公司(股票代码:600388),成为国内首家纳入上市公司运作的臭氧发生器及紫外消毒产品制造企业。
2018年11月组建臭氧专业委员会,隶属于中国环保机械行业协会,首任主任为魏林生教授。
2019年6月青岛国林环保科技股份有限公司成功IPO,在深交所创业板上市(股票代码:300786),成为国际上第一家以臭氧技术研究、臭氧设备制造为主营业务的上市公司。
自2005年至今,以南昌大学资源环境与化工学院魏林生教授和浙江大学热能所王智化教授为代表的科研院所对臭氧发生机理也进行了深入研究,包括反应动力学特性、流光传播特性、能量转换和传热特性等,以及混合放电和脉冲放电等新型放电形式,取得了大量的卓有成效的研究成果,为臭氧发生器的技术指标进一步提升奠定了扎实基础。
在这一阶段国内也发展一批臭氧分析仪制造企业,如青岛朗科电子有限公司、淄博智普自动化科技有限公司,但臭氧分析仪的性能指标与国外品牌仍有不小差距。
(二)臭氧应用技术方面
2000年以后,臭氧的应用全面开花,应用领域拓展到100多个应用场合,广泛应用于饮用水处理、污水处理、纸浆漂白、中间体合成、纺织脱色、香料合成、废旧轮胎处理、疾病治疗、仓储运输等等领域。尤其在水处理和烟气脱硝领域发展迅速。
清华大学环境与工程系王占生教授,多年来深入研究了给水深度处理技术—臭氧+生物活性炭技术,对我国今后自来水深度处理工艺指明了方向。2000年以后,国内自来水行业应用臭氧—活性炭技术对饮用水进行深度处理,达到了前所未有的速度。江苏、上海、深圳、广州、杭州、嘉兴、常州、桐乡等地的自来水公司,纷纷采用臭氧—活性炭工艺。在这一时期,青岛国林2008年中标昆山自来水公司第三水厂20kg/h臭氧系统,打破了进口臭氧设备在市政给水领域垄断的局面。从此,国产臭氧发生器开始进入自来水处理领域,至今已占有近半壁江山。青岛国林和新大陆环保等企业在这方面表现较为突出。
目前采用臭氧-生物活性炭深度处理工艺的水厂处理水量超过了2000万m3/d以上,装备臭氧发生器超过3000kg/h。在水源水质恶化状况没有得到明显好转的情况下,饮用水水质标准的提高将大力促进臭氧—活性炭深度处理及优化工艺的采用,该技术将会逐渐成为占绝对主流的饮用水深度处理技术。如果按2020年预计的949亿m3用水量、每立方投加3mg/L臭氧、30%备用量计算,共需要臭氧发生器4.2万kg/h。另外,在臭氧在高浓度工业废水、垃圾渗滤液等难处理的废水中的应用也将会是一个爆发点,相关的研究正在展开。2008年起,青岛国林10kg/h臭氧发生器出口土耳其MELTEM公司化工氧化项目,2台6.5kg/h出口加纳P2W公司金矿废水处理项目,国内大中型臭氧发生器开始走向国外水处理工程。
近年来,雾霾现象逐渐引发全民关注。相较于其他氧化方式,臭氧在烟气脱硝领域的独特工艺优势引起了环保相关行业的重视。臭氧低温脱硝工艺对国内臭氧发生器的快速发展起到了关键性的推动作用,拉动了臭氧发生器的市场需求,推动了国产大型臭氧发生器的技术革新。浙江大学王智化教授在国内首次提出臭氧脱硝,并进行了大量基础研究和应用研究,以及工程应用,该技术2018年获浙江省技术发明二等奖“活性分子臭氧氧化燃烧烟气多种污染物一体化脱除技术”。
2010年,中石油四川石化在其250万t/年重油催化裂化装置的烟气处理项目中,引进美国LoTOx低温氧化脱硝工艺,采用青岛国林3套57kgkg/h臭氧系统。自此,国内大型烟气脱硝项目开始采用臭氧氧化脱硝工艺,并逐步推广至燃煤锅炉、钢厂烧结机、焙烧炉、焦炉等领域的烟气脱硝处理。青岛国林、新大陆环保、济南三康等企业在本领域成功推广应用了百公斤级的臭氧发生器产品,国产臭氧发生器市场迅速扩大。截至2018年底,臭氧低温脱硝推动了国内数万公斤臭氧产能的需求。2015年开始,臭氧脱硝技术也走出国外,新大陆环保中标了哈萨克斯坦阿特劳炼油厂项目的臭氧脱硝项目。臭氧发生器在本领域的应用,不仅为国内烟气治理作出了突出贡献,也为国产臭氧设备由量变到质变奠定了坚实基础,使国产臭氧设备厂商在目前国际最大的臭氧应用市场具备了绝对的话语权。
五、结束语
中国臭氧经历了六七十年的发展,从无到有,从有到大,臭氧设备主要性能指标已达到国际先进水平。在国家对环境保护日益重视的当下,臭氧正处于一个快速发展壮大阶段,随着环境保护标准和执行力度进一步增强,臭氧还将迎来更大的发展,前景广阔。另外,国际臭氧市场随着发展中国家的崛起也逐年增加,我国臭氧设备以优良的产品质量、显著的成本和服务优势,在国家“一带一路”政策的推动下,具有较大的国际竞争力,国际市场也将有较大所为,未来可期。接下来,中国臭氧将进入一个从大到强的过程,臭氧设备主要性能指标要达到和赶超国际领先水平,扩大占领国际高端市场。
致谢:在本文撰写的过程中,得到了魏兴义、李汉忠、王占生、周为民、黄曼青、丁香鹏、王东升、王承宝、姚向阳、刘新旺、胡松等人的大力支持,在此表示由衷的感谢!本文涉及单位众多且时间跨度大,难免挂一漏万,敬请诸位批评指正。