(一)臭氧行业发展概况和市场前景
1、国际臭氧行业发展概况
1840 年德国科学家舒贝因将电解和火花放电试验过程中产生的一种异味气体确定为 o3，命名为臭氧，臭氧的特性和功能开始进入科学研究领域，在发现其广谱灭菌效果后，逐渐进入了工业化生产应用阶段。1902 年，世界第一座采用臭氧处理工艺的大型水厂在德国帕德博恩建立，目前臭氧工艺在欧美日等发达国家已得到广泛应用，净化后的自来水可供直接饮用;1937 年，世界上第一座使用臭氧处理的商业游泳池在美国启用，目前臭氧已成为奥运水中竞赛项目指定的水质消毒方式; 上世纪六七十年代美国开始利用臭氧技术处理生活污水， 1975 年，全美有超过 1,000 套臭氧装置被安装在污水处理厂，近年来发达国家陆续建立了大规模的臭氧深度处理污水处理厂，例如，日本在缺水地区将污水用臭氧深度处理后作为中水使用; 1982 年瓶装水开始使用臭氧杀菌，目前矿泉水、纯净水厂家几乎都装备了臭氧设备。1973 年成立的国际臭氧协会(ioa)成为臭氧研究和应用推广的平台。到二十世纪末，臭氧的工业应用已非常普遍， 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、仓储运输等领域。例如： 2002 年， wedeco 提供的 3 台 175kg/h 臭氧发生器在巴西 vcp 纸厂用于纸浆漂白，该设备是目前世界上单机产量最大的臭氧发生器。2006年， boc 公司开发的 lotox 技术利用氧/臭氧混合气进行烟气脱硝目前已有应用实例，大西洋中部某石油精炼厂采用该技术进行 nox 脱除，美国俄亥俄州 1 台 2.5万千瓦燃煤锅炉采用该技术进行工程示范， nox 去除率可达 85%～90%;美国加利福尼亚州，利用 lotox 技术的熔铅炉可去除 80%的 nox。随着臭氧技术的不断进步，臭氧在新的应用领域将不断得到突破。
目前以瑞士 ozonia 和德国 wedeco 为代表的国际臭氧行业知名企业国际化发展扩张迅速，分别于 1995 年和 2002 年进入中国市场，加大了对包括中国在内的新兴国家市场的开拓力度。
2、中国臭氧行业发展概况
我国臭氧技术起步较晚，上世纪 70 年代中期，国内开始进行臭氧技术的研究开发; 90 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，以及小型家用臭氧发生器的应用，促进了我国臭氧行业的发展。2000 年后，我国工业用大型臭氧设备制造技术的研究取得大量成果，在臭氧放电管、熔断器、中高频电源等大型臭氧发生器制造的关键技术取得重大突破，相继研制成功的 3kg/h、 10kg/h、 20kg/h、 50kg/h、 80kg/h、 100kg/h、 120kg/h 等大型中频臭氧发生器，将中国臭氧技术逐步提升到国际先进水平。2010 年，《水处理用臭氧发生器 cj/t322-2010》的实施，使我国臭氧发生器标准与国际先进标准接轨，对我国臭氧行业整体技术水平的提升和市场的规范起到重要作用。经过多年的发展，我国的臭氧系统设备制造技术水平和市场规模有了很大提高，并在市政给水、市政污水、工业废水、烟气脱硝、精细化工、泳池消毒、空间消毒、饮料食品等行业得到广泛应用。 随着我国经济快速发展和环境保护力度的加强，臭氧行业将迎来一个高速发展的时期。但我国臭氧行业还需进一步完善和规范。首先，产品规格和性能指标需进一步提高，以满足市场对大型、高性能臭氧设备的需求;其次，臭氧设备的集成度、系统配套水平和系统控制水平有待提高， 应用技术研发需加大投入，拓展臭氧应用领域，寻求更大市场空间;最后，市场竞争有待进一步规范，避免中、小型臭氧发生器低端市场的恶性竞争局面，鼓励臭氧设备制造企业积极参与国际高端市场的竞争。
3、中国臭氧行业发展前景
臭氧系统设备广泛应用于自来水处理、废水处理、烟气脱硝、纸浆漂白、精细化工、食品及饮料杀菌等领域。尤其在市政给水深度处理、市政污水和中水处理、各类难降解工业废水处理、烟气脱硝处理等行业的大型环保治理工程中，臭氧系统设备是关键的工艺设备，是国家实现“十三五”节能环保目标的关键设备之一。臭氧行业的未来发展与国家环境保护、节能减排的政策和执行力度密切相关。国家“十三五规划纲要”提出培育服务主体，推广节能环保产品，支持技术装备和服务模式创新，完善政策机制，促进节能环保产业发展壮大。同时，提出要增强节能环保工程技术和设备制造能力，研发、示范、推广一批节能环保先进技术装备。相关规划的出台为主要应用于环保行业的臭氧设备制造创造了良好的发展环境。2010-2015 年我国环境污染治理投资总额为 7,612.19 亿元、 7,114.03 亿元、8,253.46 亿元、 9,037.20 亿元、 9,575.50 亿元和 8,806.30 亿元，预计至 2020 年，我国 gdp 总量将比 2010 年翻一番，这将会带动与此相关的臭氧设备制造行业的发展。
“十二五”期间，我国节能环保产业以 15%至 20%的速度增长，十二五期间环保投资 3.4 万亿元，比十一五期间增长了 62%。据环保部规划院测算，预计“十三五”期间环保投入将增加到每年 2 万亿元左右，“十三五”期间社会环保总投资有望超过 17 万亿元。大量的社会环保投资将带动大型臭氧系统设备的市场需求。受益于国民经济的高速发展、产业结构升级加速、国家对环保问题的日益重视以及投入的不断增大，臭氧设备制造行业正处于快速发展阶段，其应用领域在不断延伸和丰富，对国民经济的直接贡献将逐渐增大，将成为改善经济运行质量、促进经济增长的先进制造业，发展前景广阔。此外，国际市场臭氧设备需求逐年增加，随着我国臭氧设备制造技术逐渐达到并超越国际同类先进企业水平，依靠成本和服务优势，我国臭氧设备制造企业的国际竞争力将进一步提升，国际市场占有率将不断提高。
(二)臭氧细分行业的发展概况和市场容量
1、臭氧设备在给水处理行业的发展概况和市场容量
(1)臭氧设备在我国给水处理行业发展背景
①生活饮用水水源污染严重，威胁人身健康
我国地表水总体为轻度污染，ⅳ～ⅴ类和劣ⅴ类 地表水水质的断面比例分别为 23.7%和 8.6%， 112 个重要湖泊(水库)中，ⅳ～ⅴ类和劣ⅴ类共有 38 个。而在地下水环境质量的监测显示，水质优良的测站比例仅占 2.9%，良好的测站比例为 21.2%，较差的测站比例为 56.2%，极差的测站比例为 19.8%，无较好测站。在枯水期、丰水期和平水期，监测的 68 条河流入海断面水质劣于第 v 类地表水水质标准的比例分别为 35%、 29%和 38%。造成饮用水水源污染的主要原因是随着我国经济的高速发展，工业废水、废渣、化肥、农药以及日化用品等逐步污染水源。当前水源中的污染物不仅包括细菌、藻类、寄生虫、病毒等微生物，还出现了铅、汞、铬等重金属和氰化物、氟化物、亚硝酸盐等对人体健康有害的无机物，而且还有对生活饮用水安全影响最大的有机物，包括一些“三致”物质和造成人类生育能力下降及其后代生存能力减弱的内分泌干扰物。人们的健康生活正受到水污染的巨大困扰，成为社会可持续发展的重大障碍。近年来我国严重的水污染事件不断发生，公众已经认识到饮用水安全对自身健康的重要性，意识到饮用水深度处理的迫切性。
②现有自来水常规处理工艺的局限性
自来水生产技术主要分为预处理、常规处理和深度处理。目前，大多数自来水厂采用的絮凝—沉淀—过滤—氯消毒常规水处理工艺， 在当前我国污染严重的现实情况下有很多局限性： a、对有机污染为主的微污染去除能力非常有限; b、难以去除异味; c、氯消毒难以杀灭“两虫”; d、加氯消毒副产物使水中毒物含量增加。
③国家对饮用水安全的日益重视和相应政策支持
2007 年 8 月 22 日，国务院通过《全国城市饮用水安全保障规划》，提出到2020 年，全面改善设市城市和县级城镇的饮用水安全状况，建立比较完善的饮用水安全保障体系，全面实现小康社会目标对饮用水安全的要求。2006 年颁布的《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)属强制性国家标准。新标准中的饮用水水质指标由原标准的 35 项增至 106 项，并要求全部指标最迟于2012 年 7 月 1 日实施。其中有机化合物指标由 5 项增至 53 项，无机化合物指标由10 项增至 21 项，感官性状和一般理化指标由 15 项增加至 20 项，微生物学指标由2 项增至 6 项，增加了对“两虫”等易引起腹痛等肠道疾病，一般消毒方法很难全部杀死的微生物的检测。
随着水质标准的提高和水源水质的恶化，要完全去除水中的污染物，除强化常规处理外，还需增加臭氧预处理工艺和臭氧—活性炭深度处理工艺。目前，臭氧—活性炭工艺在我国新建的市政给水厂取得广泛应用，是已被证明的实现新的生活饮用水标准的主流工艺。此外，我国的一些老水厂，其处理工艺及构筑物均参照建设年代的水质标准设计，已难以达到新的水质标准，需采用臭氧—活性炭深度处理工艺进行升级改造。
(2)臭氧在饮用水处理中的作用
臭氧在饮用水处理中主要功能为氧化分解有机物，降低 cod，臭氧将大分子有机物降解为小分子有机物，将小分子有机物降解为水与二氧化碳，再辅以其它方法，使有机物的去除更为经济有效。新饮用水标准规定 codmn 应小于 3mg/l，很多地区水源水中 codmn 约在 5-6mg/l，常规工艺无法达到标准要求，臭氧工艺是降解 cod 最有效的手段之一。臭氧还可以杀菌、消毒、除臭、除味、脱色，去除铁、锰等金属离子，一般情况下不产生副污染物。臭氧作为消毒剂，对一般细菌、大肠杆菌、病毒等特别有效，其杀菌能力比氯系列消毒剂要强几十倍到数百倍，在足够 ct(臭氧浓度×反应时间)值条件下可以控制抗氯性的“两虫”。目前饮用水处理中采用的消毒技术主要有液氯、二氧化氯、紫外线和臭氧，臭氧杀菌消毒效果最好且没有二次污染。 氯消毒技术采用最广泛，但氯消毒会产生“三致”物质，并且难以杀灭抗氯性的“两虫”，单纯的氯消毒已不能达到处理效果，需寻找氯消毒的替代技术。臭氧与紫外线设备投资费用高，并且不能维持管网持续的消毒能力，目前还没有发现既有氯的持续消毒能力又有臭氧的强消毒能力的药剂。氯与臭氧的组合应用成为一种很好的选择，在水集中处理段采用臭氧降解有机物和消毒，提高杀菌消毒能力的同时又没有二次污染，在供水线路上采用添加少量氯，减少氯使用量，降低副作用的同时保持了持续消毒能力。
(3)臭氧-生物活性炭工艺在饮用水深度处理中的优势地位
①臭氧-生物活性炭工艺是目前饮用水深度处理最为成熟的工艺
臭氧-生物活性炭处理工艺在世界发达国家已得到广泛运用， 有悠久应用历史、丰富实施技术数据和大量成功案例。欧洲的自来水厂在 20 世纪初就开始采用臭氧工艺，目前法国、德国的水厂大多采用了臭氧深度处理工艺。 20 世纪八十年代以来，由于美国环保局对出厂水和管网水的消毒作了更加严格的规定，迫使当时的美国水厂必须采用臭氧深度处理技术改造来达到供水要求。我国饮用水应用臭氧-生物活性炭深度处理技术已有十几年历史。臭氧-生物活性炭工艺是集活性炭物理吸附、臭氧化学氧化、生物降解及臭氧灭菌消毒等功效为一体的工艺。该工艺首先利用臭氧预氧化作用，在预臭氧接触池内投加臭氧，主要作用是杀藻、改善絮凝效果和初步氧化分解水中的大分子有机物及其他还原性物质，降低生物活性炭滤池的有机负荷，同时臭氧氧化能使水中难以生物降解的有机物断链、开环，转化成简单的脂肪烃，改变其生化特性，避免了预氯化产生消毒副产品。在后臭氧接触池内投加臭氧，主要作用是氧化有机物(将大分子有机物变为小分子有机物，以利后续生物活性炭吸附降解)、杀死细菌、病毒、病原体等，并为后续活性炭提供充足的氧源。活性炭能够迅速地吸附水中的溶解性有机物，同时也能富集微生物，靠臭氧产生的充足氧源，炭床中的微生物就能以有机物为养料大量生长繁殖，使活性炭吸附的小分子有机物充分生物降解。
臭氧在饮用水处理工艺中的应用示意图臭氧-生物活性炭工艺可以处理微污染水中的有机物、氨氮、色度、浊度、嗅味等，使有机物浓度降低至 0.7mg/l~1.6mg/l，氨氮浓度低于检测限值，对水中的无机还原性物质、色度、浊度、嗅味也有很好的去除效果，并且能有效降低出水的“三致”物质，解决膜技术无法去除的溶解性有机物和嗅味，有效去除药物及个人护理品污染物。
②臭氧-生物活性炭与粉末炭—超滤膜两种深度处理工艺对比
目前，我国的饮用水深度处理工艺主要有臭氧-生物活性炭工艺与刚刚出现的粉末炭+超滤膜深度处理工艺(膜技术)。膜技术是新兴的高效分离、浓缩、提纯、净化技术，是采用高分子膜作介质，以附加能量作推动力，对双组分或多组分溶液进行表面过滤分离的物理处理方法。粉末炭+超滤膜工艺在饮用水深度处理方面尚处于起步阶段，其对进水水质要求较高，必须要经过各种严格的预处理和常规处理， 避免频繁的膜淤塞和污染等问题而提高运行成本。 在 codmn 为 6mg/l 左右、有嗅味、氨氮高的水质条件下，与臭氧-生物活性炭处理工艺特�...