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淺談中國臭氧行業的現狀及發展前景

2020-10-28 3082 分享

  一、臭氧的起源及國外發展現狀

  早在1785年,德國物理學家馮·馬魯姆用大功率電機進行實驗時發現當空氣流過一串電火花時,會產生一種特殊氣體,但并未深究。1840 年德國科學家舒貝因將電解和火花放電試驗過程中產生的一種異味氣體確定為 O3,命名為OZONE(臭氧),臭氧的特性和功能開始進入科學研究領域,并逐漸進入了工業化生產應用。到二十世紀末,臭氧的工業應用已非常普遍, 廣泛應用于飲用水處理、污水處理、紙漿漂白、醫藥中間體合成、香料合成、煙氣脫硝、廢舊輪胎處理、疾病治療、倉儲運輸等領域。

  目前,以 Ozonia 、WEDECO、OEI、日本三菱電機、美得華等為代表的國際臭氧行業知名企業都已進入中國市場,并通過并購、國產代工等形式迅速擴張,加大了對包括中國在內的新興國家市場的開拓力度。

  二、國內臭氧的發展歷程及現狀

  我國臭氧發生技術起步較晚,上世紀 70年代中期,國內開始進行臭氧技術的研究開發; 90年代,礦泉水、純凈水臭氧消毒技術的推廣應用,醫藥行業采用臭氧進行空氣殺菌處理,以及小型家用臭氧發生器的應用,促進了我國臭氧行業的發展。

  2000年后,我國工業用大型臭氧設備制造技術的研究取得大量成果,在臭氧放電管、熔斷器、中高頻電源、特種變壓器等大型臭氧發生器制造的關鍵技術取得重大突破,相繼研制成功的 3kg/h、10kg/h、20kg/h、50kg/h、80kg/h、100kg/h、120kg/h等大型中高頻臭氧發生器,將中國臭氧技術逐步提升到國際先進水平。

  2010年6月1日實施臭氧發生器行業標準《水處理用臭氧發生器》(CJ/T 322-2010)以及2020年7月1日實施的臭氧發生器國家標準《水處理用臭氧發生器技術要求》(GB/T 37894-2019),使我國臭氧發生器標準與國際先進標準接軌,對我國臭氧行業整體技術水平的提升和市場的規范起到重要作用。經過多年的積累和發展,我國的臭氧系統設備技術水平、制造水平和市場規模有了很大提高,并在市政給水、市政污水、工業廢水、低溫煙氣脫硝、精細化工氧化、泳池水消毒、空間消毒、飲料食品等行業得到了廣泛應用。 隨著我國經濟社會的高速發展、環境保護意識的提高及環境保護力度的持續加大,中國臭氧行業將迎來新的高速發展的時期。

  但我國臭氧行業目前仍存諸多問題,還需進一步完善和規范。第一,行業內企業發展水平良莠不齊,大部分企業研發投入有限,需要加大產品研發力度,進一步提高產品規格和性能指標,以滿足市場對大產量、高性能臭氧設備的需求;第二,臭氧設備加工水平、集成度、系統配套水平有待提高,應用技術研發需加大投入,拓展臭氧的應用領域;第三,市場競爭有待進一步規范,避免行業內惡性競爭局面,鼓勵臭氧設備制造企業積極參與國際高端市場的競爭;第四,需要加大臭氧應用的宣傳、加強臭氧系統基礎知識的科普,提高廣大設計單位、工程公司、用戶的認知水平,從監督、使用規范的角度減少部分制造企業虛報性能參數、虛報產量、以次充好等惡意競爭行為。

  三、臭氧行業的應用前景

  未來,臭氧在市政給水、市政污水、工業廢水、低溫煙氣脫硝、化工氧化、泳池水消毒、空間消毒、飲料食品、半導體清洗、水產養殖等領域都將有更加廣泛的應用,其中:

  1、市政給水深度處理

  臭氧-生物活性炭技術應用于給水深度處理,主要以改善水質為主要目的。未來,市政給水的水源將越來越依賴地表水,地表水有相當一部分為Ⅳ類、Ⅴ類,有些為劣Ⅴ類,水體受到一定程度的污染;盡管政府采取措施對水體污染進行了控制,但難以在短期內有效控制。常規給水處理工藝對溶解性有機物處理效果不理想,出水有異味、口感差、色度偏高、COD偏高等問題突出,臭氧-活性炭深度處理工藝能夠有效解決此類問題,使出水水質全面達到生活飲用水衛生標準。此工藝技術特點鮮明、占地面積小、處理效果好、運行成本低,特別是在深度處理升級改造項目中優勢突出;隨著全民生活水平的提高和安全意識的加強,深度處理在縣級、園區級、鄉鎮級的給水深度處理項目中將得到越來越廣泛的應用。

  2、市政污水及各類難降解工業廢水處理

  市政污水處理廠深度處理升級改造項目,出水水質要求達到一級A、地表Ⅳ類,甚至地表Ⅲ類的水平,常規處理工藝難以達到技術要求;往往需要臭氧高級氧化或者催化臭氧氧化工藝。特別是北方缺水地區利用深度處理后的出水作為河道補水、地下水補水、中水回用等,具有很高的環保價值和經濟效益。

  難降解工業廢水,諸如煤化工廢水、焦化廢水、印染廢水、制藥廢水、化工廢水、煉油廢水、化纖廢水等等。臭氧氧化應用于廢水處理有多重明顯的作用,能夠氧化細胞內酶、破壞DNA、RNA物質,透過細胞膜使之發生通透性的畸變,破壞發色基團中的不飽和鍵(芳香基或者共軛雙鍵)、破壞C=C雙鍵轉化為羧基、羧酸或者酮,去除氰、硫氰等毒性有機物。催化臭氧氧化工藝能夠進一步改善臭氧氧化的局限性,降低臭氧氧化的選擇性、提高廢水COD 的去除率,減少小分子的醛、酮、羧酸等中間中間產物、將有機物徹底礦化為CO2、H2O,減少硝基苯等毒性中間產物。催化臭氧氧化工藝不產生二次污染,處理效果好、經濟性好,工程可行性最強,發展前景良好。

  3、煙氣脫硝處理

  臭氧氧化法脫硝,是將煙氣中不溶于水的NO和難溶于水的NO2氧化成易溶于水的N2O5,隨脫硫洗滌一并脫除。具體脫除反應機理有65種之多,起主要作用的基元反應如下:

     NO  + O3=NO2 + O2       快
     2NO2 + O3=N2O5 + O2    快
     N2O5 + H2O=2HNO3        快
     Hg0 + O3 =Hg+2O2    快

  NOx 被迅速轉化成溶于水溶液的硝酸酐,很容易通過水洗吸收,并與漿液快速反應,從而不可逆地脫除了NOx;除了NOx 之外,一些重金屬,如汞及其他重金屬污染物也同時被臭氧所氧化,因此氧化脫硝具有很好的脫汞效果;與CO、SOx 等其他燃燒產物相比,臭氧對 NOx 的氧化反應速率常數比氧化CO、SOx高幾個數量級,故CO、SOx 等的存在對其影響較小。

  臭氧化法脫硝與傳統的還原法相比具有明顯的優勢

 ?、?、在現有的脫硫塔中對多種污染物一并脫除,不需要增加其他設施;

 ?、?、氧化過程在煙道中進行,僅需對煙道改造,工程量小,爐外脫硝對鍋爐影響??;

 ?、?、反應區溫度范圍要求不高;不使用氨等還原劑;

 ?、?、調節靈活,可根據NOx含量和煙氣量進行調節,脫硝效率可達90%以上

 ?、?、適應今后煙氣排放脫汞要求,提前達標,無需再上脫汞設施。

  目前,臭氧氧化法脫硝工藝已經廣泛應用于重油裂解加熱爐、熱電鍋爐、工業鍋爐、煤電鍋爐、生物質鍋爐、焦爐、鋼鐵燒結機等,取得了良好的環保效益和經濟效益。隨著環保力度的進一步加大、排放標準的進一步提高,臭氧在脫硝行業的應用也將越來越廣泛。

  四、競爭充分,行業前景向好

  近年來,在國家節能環保政策推動下,臭氧發生器行業發展前景明朗,行業新注冊企業數量增多,據不完全統計,2019年,臭氧發生器行業新注冊企業數量就達到了80多家。截至2020年6月,國內共擁有臭氧發生器相關生產企業數量為700多家,主要分布在山東(150多家)、江蘇(140家)、廣東(100多家)三個省份。越來越多的企業和專業人員參與到臭氧行業中,為臭氧行業加入了新鮮血液,推動了行業的發展,同時也加劇了行業競爭。臭氧發生器主機(以液氧氣源計)的單價已經從10年前8-10萬元/kg.O3下降到2-4萬元/kg.O3,行業平均毛利率下降到35%以下。充分競爭的背后,很多中小臭氧企業也面臨被兼并和整合。

  在大型環保治理工程中,臭氧發生器系統設備是關鍵的工藝設備,是國家實現“十三五”節能環保目標的關鍵設備之一。臭氧行業的未來發展與國家環境保護、節能減排的政策和執行力度密切相關。國家“十三五規劃綱要”提出的培育服務主體,推廣節能環保產品,支持技術裝備和服務模式創新,完善政策機制,促進節能環保產業發展壯大。同時,提出要增強節能環保工程技術和設備制造能力,研發、示范、推廣一批節能環保先進技術裝備。相關規劃的出臺為主要應用于環保行業的臭氧設備制造創造了良好的發展環境。預計至2020年,我國GDP總量將比2010年翻一番,這將會帶動與此相關的臭氧設備制造行業的發展。

  “十二五”期間,我國節能環保產業以15%至20%的速度增長,十二五期間環保投資3.4萬億元,比十一五期間增長了62%。據環保部規劃院測算,預計“十三五”期間環保投入將增加到每年 2 萬億元左右,“十三五”期間社會環??偼顿Y有望超過17萬億元。大量的社會環保投資將帶動大型臭氧系統設備的市場需求。受益于國民經濟的高速發展、產業結構升級加速、國家對環保問題的日益重視以及投入的不斷增大,臭氧設備制造行業正處于快速發展階段,其應用領域在不斷延伸和豐富,對國民經濟的直接貢獻將逐漸增大,將成為改善經濟運行質量、促進經濟增長的先進制造業,發展前景廣闊。

  此外,國際市場臭氧設備需求逐年增加,隨著我國臭氧設備制造技術逐漸達到并超越國際同類先進企業水平,依靠成本和服務優勢,我國臭氧設備制造企業的國際競爭力將進一步提升,國際市場占有率將不斷提高。

 

 

 

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