一、工作原理

1. 高压放电式
   利用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，当空气或氧气通过这个电场时，电场内或电场周围的氧分子会发生电化学反应，氧分子被分解并重新组合生成臭氧（O₃）。具体来说，在发生器的放电间隙中，高能量的电子撞击氧分子，使其变成活性氧原子，这些活性氧原子再与其他氧分子结合就形成了臭氧。按照高压电频率，可分为工频（50 - 60Hz）、中频（400 - 1000Hz）和高频（>1000Hz）三种类型，目前中频和高频发生器因具有体积小、功耗低、臭氧产量大等优点应用更为广泛。根据所使用的气体原料不同，又可分为氧气型和空气型，氧气型以高纯度氧气为气源，产生的臭氧浓度相对更高，常用于对水质要求较高、处理规模较大的循环水系统；空气型则以经过过滤、干燥处理后的洁净空气为气源，成本相对较低，但臭氧产量和浓度也会稍低一些。
2. 紫外线照射式
   运用特定波长（通常为 185nm 左右）的紫外线照射氧分子，促使氧分子分解产生臭氧。不过，这种方式的紫外线灯管体积较大，且臭氧产量较低、使用寿命有限，所以在循环水处理领域应用相对较少，一般多应用于一些小型、对臭氧产量需求不高的设备中，比如小型水族箱循环水系统等。
3. 电解式
   通过电解纯净水产生臭氧，能制取高浓度的臭氧水，其制造成本较低，使用和维修相对简单。但它存在臭氧产量小、电极使用寿命短以及臭氧不容易收集等缺点，主要适用于对臭氧产量要求不大、处理水量较小的特定循环水场景，比如小型的实验室循环水装置等。

二、结构组成

1. 臭氧发生单元
   • 电极：是产生臭氧的关键部件之一，包括内电极和外电极，在高压放电式臭氧发生器中，它们之间形成放电间隙，高压电通过电极施加到这个间隙中，促使氧分子发生反应生成臭氧。电极材料通常选用具有良好导电性和耐腐蚀性的金属，如不锈钢等。
   • 介电材料：放置在电极之间，起到隔离和稳定电场的作用，防止电极之间直接短路，同时有助于提高臭氧产生效率。常见的介电材料有石英管、陶瓷板、搪瓷管等，不同的介电材料在介电常数、机械强度、耐高温性能等方面各有特点，例如石英管具有较高的介电强度和化学稳定性，能够承受较高的电压和温度，在许多大型臭氧发生器中广泛应用。
   • 放电室：为臭氧的产生提供一个相对封闭的空间环境，确保氧分子在特定的电场条件下能够高效地转化为臭氧。放电室的结构设计会影响臭氧的产量和浓度，常见的有管式放电室和板式放电室，管式放电室电极和介电材料呈管状排列，结构紧凑、臭氧产生效率高，适用于中大型臭氧发生器；板式放电室则电极和介电材料呈平板状排列，多用于小型臭氧发生器。
2. 气源系统
   • 空气源组件（针对空气型臭氧发生器）：主要由空气压缩机、空气过滤器、干燥器等组成。空气压缩机负责将外界空气吸入并进行压缩，以提供足够的空气流量进入臭氧发生器；空气过滤器用于去除空气中的灰尘、杂质等颗粒物，避免这些杂质进入发生器影响臭氧产生和设备正常运行；干燥器则是为了降低空气湿度，因为水分过多会降低臭氧产生效率，甚至可能导致设备故障，经过干燥、洁净处理后的空气才能作为气源用于生成臭氧。
   • 氧气源组件（针对氧气型臭氧发生器）：可以配备氧气瓶、制氧机或者液氧储罐等作为氧气供应来源，同时搭配减压装置、气体流量调节阀等部件。氧气瓶可直接提供高纯度氧气；制氧机通过空气分离等技术制取氧气，能够持续稳定地为发生器提供氧气；液氧储罐储存量较大，适合大型循环水处理系统，但需要相应的气化和减压设备将液氧转化为气态氧，并调节到合适的压力输送给臭氧发生器。气体流量调节阀能精确控制进入臭氧发生单元的氧气流量，进而调节臭氧的产量，以满足循环水处理不同阶段和不同水质状况下的需求。
3. 冷却系统
   由于臭氧发生器在工作过程中会产生大量的热量，若热量不能及时散发出去，可能会导致设备温度过高，影响臭氧产生效率，甚至损坏设备部件。冷却系统常见有水冷型和风冷型两种。水冷型冷却效果好，通过循环冷却水带走设备产生的热量，工作稳定，臭氧无衰减，可长时间连续工作，但结构相对复杂，成本稍高，需要配套的冷却塔、水泵、冷却水管路等设施；风冷型则是利用风扇产生的空气流动来冷却设备，结构简单，成本较低，但冷却效果相对有限，臭氧产量可能会随着设备温度升高而有所衰减，一般适用于臭氧产量较小的中低档臭氧发生器或小型循环水系统。
4. 控制系统
   • 参数调节模块：操作人员可通过该模块设定臭氧发生器的关键参数，如臭氧产量、运行时间、启停控制等，还能根据循环水的流量、水质变化情况等灵活调整这些参数。例如，在循环水水质较差、污染物含量较高时，可以适当提高臭氧产量，增加消毒和净化的强度；而在水质稳定良好的情况下，则可以降低产量，节约能源和运行成本。
   • 监测与报警功能：实时监测臭氧发生器的运行状态，包括设备温度、压力、臭氧浓度、气源流量等关键参数，一旦某个参数超出正常设定范围，系统会立即发出声光报警信号，提醒操作人员及时采取措施进行处理，同时还可能自动执行一些保护操作，如当温度过高时自动停止设备运行，防止设备损坏，保障设备的安全稳定运行。
5. 气液混合装置（用于将臭氧融入循环水）
   • 曝气装置：通过在循环水的水池或水箱底部等位置安装曝气头、布气板等部件，将臭氧发生器产生的臭氧气体以微小气泡的形式分散到水中，增大臭氧与水的接触面积，使臭氧能够更好地溶解在水中，实现对循环水的消毒、杀菌、氧化有机物等处理。这种方式简单易行，成本较低，但气液混合效果相对一般，可能需要较长的接触时间和较多的曝气点来保证较好的混合效果，常用于小型或对水质要求不是特别高的循环水系统。
   • 文丘里射流混合器：利用文丘里管的原理，当循环水高速流过文丘里管的喉部时，此处形成低压区，将臭氧气体吸入并与水在高速流动且压力变化的大环境下充分混合，混合效率较高，能在较短时间内使臭氧较好地溶解到水中，但对水流速度和压力有一定要求，设备安装和调试相对复杂一些，在许多中大型循环水系统中应用较多。
   • 气液混合泵：把臭氧气体引入到泵的吸入端，借助泵叶轮的高速旋转，对臭氧和水进行加压混合，使臭氧在水中的溶解度大大提高，并且可以直接将混合好的臭氧水输送到循环水系统的相应部位，操作相对简便，但气液混合泵的流量和扬程有一定限制，适用于处理水量适中的循环水系统。

三、在循环水处理中的作用

1. 杀菌消毒
   循环水中往往容易滋生细菌、病毒、真菌、藻类等各种微生物，臭氧凭借其强大的氧化性，能够迅速破坏这些微生物的细胞壁、细胞膜等结构，使其内部的蛋白质、核酸等生物大分子发生变性，从而失去活性，达到高效杀菌消毒的目的。相较于传统的消毒剂，如氯制剂，臭氧杀菌速度更快，能在短时间内将循环水中的微生物数量降低到很低的水平，而且对一些耐药性较强的微生物同样具有良好的杀灭效果，可有效防止因微生物大量繁殖导致的循环水系统堵塞、腐蚀以及水质恶化等问题。
2. 氧化分解有机物
   循环水中会存在各种有机物，例如工业循环水中的油污、化工原料残留，生活循环水中的洗涤剂残留、人体分泌物等。臭氧可以与这些有机物发生氧化反应，将复杂的大分子有机物逐步分解为小分子有机物，甚至最终矿化为二氧化碳和水，从而降低循环水中的化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指标，减少有机物对循环水水质的影响，使水更加清澈透明，同时也减轻了后续其他水处理工艺（如过滤、吸附等）的负担。
3. 去除异味和颜色
   一些循环水由于含有特定的污染物，可能会产生难闻的气味，如污水循环处理中的硫化氢等恶臭气体，或者呈现出不正常的颜色，像印染行业循环水的染色问题。臭氧能够与这些产生异味和颜色的物质发生化学反应，将其转化为无臭、无色的物质，起到去除异味和脱色的作用，改善循环水的感官性状，使其符合相应的使用或排放标准。
4. 抑制藻类生长
   在循环水系统中，特别是一些敞开式的循环水系统（如景观水池循环水等），藻类容易大量繁殖，不仅影响水质美观，还可能造成水质恶化、堵塞管道等问题。臭氧可通过破坏藻类的光合色素、细胞壁等结构，抑制藻类的光合作用和生长繁殖，控制藻类在循环水中的生长数量，保持循环水系统的正常运行和良好水质。

四、优势

1. 高效性：臭氧具有很强的氧化能力，在循环水处理中能快速实现杀菌、氧化有机物等多种功能，处理效率高，可以在较短时间内显著改善循环水的水质状况，满足循环水系统连续稳定运行的要求。
2. 无残留污染：与使用含氯消毒剂等传统方法不同，臭氧消毒处理后会自行分解为氧气，不会在循环水中留下有害的化学残留物，避免了因化学残留对循环水系统设备造成腐蚀，也不会对后续用水环节产生不良影响，更加环保健康。
3. 广谱性：对循环水中常见的各种细菌、病毒、真菌、藻类以及不同类型的有机物等都有良好的处理效果，适用范围广泛，无论是工业循环水、生活循环水还是景观循环水等不同领域的循环水处理，都能发挥重要作用。
4. 可改善水质整体性能：除了杀菌消毒和去除有机物外，还能同步去除异味、脱色、抑制藻类生长等，从多个方面提升循环水的整体水质，使循环水不仅在微生物指标上达标，而且在感官性状、化学指标等方面都能满足相应的使用或排放要求。

五、应用案例

1. 工业循环水系统（以某化工企业为例）
   某化工企业有一套用于冷却生产设备的循环水系统，循环水量约为 1000 立方米 / 小时。由于化工生产过程中，循环水中会混入各种化工原料、油污以及微生物等污染物，水质容易恶化，影响设备冷却效果并增加设备腐蚀风险。企业采用了氧气型高压放电式臭氧发生器，配合文丘里射流混合器进行气液混合处理循环水。通过控制系统设定，每天定时定量投加臭氧，臭氧发生器的臭氧产量根据循环水水质监测情况动态调整，维持循环水中臭氧浓度在 0.3 - 0.5mg/L 左右。经过臭氧处理后，循环水中的细菌总数从原来的每毫升数千个降低到每毫升几十个以内，化学需氧量（COD）降低了约 30%，同时有效地去除了水中因化工原料带来的异味和颜色，设备的冷却效率明显提高，因水质问题导致的设备维修次数大幅减少，保障了企业生产的正常进行。
2. 生活小区生活用水二次循环系统
   在一个大型生活小区，为了保证居民用水的稳定供应，设有生活用水二次循环系统，循环水量约为 500 立方米 / 小时。为确保水质安全卫生，防止微生物滋生和异味产生，采用了空气型高压放电式臭氧发生器与曝气装置相结合的方式对循环水进行处理。每天分时段（如凌晨 2 - 5 点、下午 13 - 16 点）进行臭氧消毒，将循环水中臭氧浓度控制在 0.1 - 0.2mg/L 左右，有效地杀灭了水中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见病菌，去除了因管道老化等原因产生的异味，保障了居民生活用水的水质，提高了居民的生活满意度。
3. 景观水循环系统（以城市公园湖泊为例）
   某城市公园内的湖泊设有景观水循环系统，循环水量约为 200 立方米 / 小时，主要目的是保持湖水的清澈和美观，防止藻类大量繁殖以及去除水中的异味。采用了小型的紫外线照射式臭氧发生器与气液混合泵配合的方式进行水处理。在春夏藻类容易滋生的季节，增加臭氧发生器的运行时间，使湖水中臭氧浓度维持在 0.2 - 0.3mg/L 左右，有效抑制了藻类生长，湖水保持了良好的透明度和外观，同时异味问题也得到了解决，为公园游客营造了优美的景观环境。