專業資訊
2015-09-14
SHADEN夏登臭氧水生成器研發學理與應用
SHADEN夏登臭氧水生成器研發學理與應用
一、前言
由於抗生素之濫用,細菌抗藥性增強,進而突變,變種如SARS,禽流感等,細菌對人類之威脅與日俱增。
環境污染,水源含菌數逐年增加,自來水用來殺菌的添加劑-氯的添加量相對年年增加。
人類與細菌是共生結構存在,人類與細菌抗爭中,加熱殺菌,避免生食,是防止病從口入,最常用的方法。由於細菌對人類
威脅日益增加,一般的洗滌水已無法清除食物及身體上的細菌,因此近年來洗滌用的清潔劑,也加入殺菌功效的物質,相對
的產生二次污染也更嚴重。
其實,自然界中具有氧化、消毒、殺菌力最大的為氟,其次為臭氧,臭氧的殺菌力為氯之600~3000倍,因此歐美先進國家
,早已改用臭氧為水質處理劑,取代氯作為殺菌用,國內瓶裝水(礦泉水)業者,也放棄舊有的酒精雙氧水消毒,全程自動
以臭氧來消毒,稱之為「水革命」。
二、臭氧
臭氧的發現,乃於1785年德國Van Ma-rum利用空氣通過高壓放電( Electrical_Sparks)設備,獲得特殊氣味,
Cruickshank於1801年以鈍性陽極進行水的電解,於陽極上亦可獲得相同味道的氣體;此乃是電化學製造臭氧的開端。
此種特殊味道的氣體,直到1840年Schonbein 對此特殊味道之氣體命名為<臭氧>,<OZONE>。
臭氧的分子量為48,是以共振結構存在,故其性質非常不穩定,容易產生還原反應,是一種強氧化劑及強力的消毒殺菌劑。
臭氧在常溫下易還原為氧。2O3 → 3O2
根據Vensa等人的研究發現,在0℃到 30℃之間,臭氧對水之溶解度約為氧對水之溶解度的13倍,但臭氧並不會完全溶於
水,而在溫度越低,PH值越高時 [註1],臭氧越容易溶於水。【行政院環境保護署 臭氧對天然有機物的生物分解影響
http://www.epa.gov.tw/b/b0100.asp?Ct_Code=06X0001564X0003148&L=】
[註1]
水為中性,PH值等於7,若PH值大於7則為鹼性水,PH值小於7則為酸性水。
臭氧溶於水達一定滅菌濃度,即為臭氧水。
臭氧是一種強氧化劑及強力的消毒殺菌劑,具有殺菌、除臭、漂白及解毒(還原)及保鮮功能。臭氧水亦同,而殺菌力
較空氣中更大。
氣相-空氣與臭氧混合氣體,無色,具有特殊氣味 .液相-水與臭氧混合液即為臭氧水
臭氧存在空氣中,稱之為「氣相臭氧」。氣相臭氧對眼睛、呼吸道會造成傷害,各國均列為法定污染物,並訂有含
量標準。依我國行政院環保署「空氣品質標準」規定臭氧標準值為「1小時平均值」 0.12PPM,「八小時平均值」
0.06PPM。
*小時平均值-係指一小時內各測值之算術平均值(X-) *八小時平均值-係指連續8個小時之小時平均值之算術平
均值(X-) *PPM-體積濃度,百萬分之一。
臭氧溶解於水中,稱之為「液相臭氧」。
液相臭氧,在水中即產生二種反應: 1. 直接反應:O3→O2+O 2. 間接反應:與水產生氫氧基(OH-)[註2]
[註2]摘自「台大環工所」論文,間接反應化學式很多,請參閱相關論文。
直接與間接反應連鎖產生,而O及OH-具有強氧化力及消毒殺菌功能,因此對於水中金屬離子,會氧化而沉澱,也
會分解水中的有機物,實驗證明臭氧水中的金屬離子含量,生菌數,混濁度均有顯著降低。臭氧殺菌理論為「ALL
OR NONE」,水中臭氧濃度達到滅菌濃度,即可全數殺光光,反之未達滅菌濃度時,一隻細菌也殺不死。臭氧還原
時間約10~15分,因此臭氧水製成後至還原期間內仍具有殺菌力,稱為「能殺菌的健康水」。
臭氧水超過半衰期,即還原為氧。水中含氧量增加,而且沒有二次污染,臭氧水又稱為「沒有二次污染的環保水」。
臭氧水是能殺菌的水,沒有二次污染最環保的水(環保又滅菌),因此歐美先進國家均採用於自來水之水質改善添加
劑。我國行政院環境保護署於民國86年11月24日環署毒字第74031號公告-臭氧為飲用水水質處理藥劑,
編號:001 (環保署公告合法的水質處理藥劑全部共有18種)
三、臭氧生成器
臭氧製造方法很多,有紫外光法、水電解法、高壓放電法,依據專家學者研究結論,最有效率為“無聲放電法”。
製造臭氧的原料有:1.純氧 2.空氣
超高濃度工業用途多採用純氧製造臭氧,一般家庭用的均以空氣為原料。以空氣為原料者,因空氣中氮含量佔3/4強,氧佔
1/4弱,如何防止NOX氮化含物產生,是製造商及消費者都必須嚴肅面對的問題。因為NO3與水結合會產生硝酸(HNO3),
進而產生硝酸鹽、亞硝酸鹽等有害物質。
臭氧產生是一種放熱反應,在一定功率下其溫度隨使用時間增加[註3]臭氧產生效率最大,在於溫度40~50℃間,溫度超過
50℃後臭氧生成量隨溫升而遞減,NOX氮化合物則隨溫度升高而增加。防止NOX產生最有效方法為控制溫升,工業用臭氧
生成器大都用水冷方式來控溫,防止溫度過高並提高臭氧生成效率[註4]。
[註3]:
電能轉熱能公式:H=0.24Pt (P為電功率,t為時間,秒為單位,H為熱能,0.24為常數)
例如:P=6瓦,t= 1分鐘(60秒)
產生的熱能
H=0.24×6×60=86.4卡(熱能)
可使1CC提升86.4℃
[註4] 臭氧生成效率,隨溫度增加產生逆向反應,還原成氧,即使工業用以純氧為原料,仍需控溫。
四、臭氧水混合器
臭氧與水混合的方法有: 1.用幫泵把臭氧混合氣注入水中混合2.在水管通道內產生低壓,吸入臭氧混合氣與水混合
混合的容器有:1.開放容器中混合2.密閉容器中混合
混合效率則由攪拌時間與程度而定,攪拌越大時間越久,效率越高,反之則相反。
在密閉容器中,充分攪拌,則臭氧水中所含有臭氧量高,相對的,氣相臭氧量就降低。
五、連結水龍頭臭氧水生成器
連結於水龍頭的臭氧水生成器技術層面較一般臭氧機高很多,主要原因:
1.為求方便必須與水龍頭開關連動,成為全自動。
2.放置場所,濕度很大。
3.水中雜質、水壓、水膜、水氣…...影響全自動電子電路運作。
4.積垢影響耐久性。
基於上述原因,很多開發此類產品的廠商大都失敗收場。
本公司臭氧產生器、歷經多年研發,數次失敗,排除昔知的方法,創新發明 D.F.C檢測系統(世界專利)完成中國五千年來
第一台,世界第一台。命名為D.F.C AI 臭氧水生成器。
六、D.F.C AI 臭氧水生成器主要規格
1. 電源:D.C 12V 500mA
設置場所濕度很大,若採用交流(A.C)110V 50/60HZ電源,有漏電危險,因此採用如同乾電池之直流電,直流(D.C)
電壓12V 500mA (0.5安培)。隨機附上符合安規之電源轉換器(ADAPTER)
2. 消耗功率(瓦):待機時0.3瓦,開機時6瓦
一般稱1度電,為仟瓦小時,即1,000瓦負載,使用1小時。因此本機「開機時」1度電可使用166小時(1,000/6=166)
。「待機時」1度電可使用3333小時(1000/0.3=3333),全年不到3度電,效率高又節省能源。
(365*24=8760小時;8760/3333=2.628度)
3.臭氧濃度:約100mg/hr
氣相臭氧為法定污染物,而且用空氣為原料時必須有較高技術,才能輸出適量的臭氧。本機輸出臭氧濃度,已送交食品
工業研究所及遠東公證(SGS)檢測,瞬間殺菌力均達99%以上。
4.臭氧產生方法:無聲放電法
臭氧用無聲放電法效率最高,而其關鍵材料為介質,一般採用塑材、鈉玻璃、鉀玻璃、陶瓷….等,本機則採用99.9%
純度的石英玻璃。有一派人說,陶瓷的「介電常數」較佳,所以用陶瓷作介質較佳,
但實際上以陶瓷做成薄片或圓管,而且厚度在0.5-1mm間,並於燒製過程不產生氣孔,其難度大,成本高,若產生氣
孔,則會擊穿而故障。
5.水垢:檢測點自動除垢系統
水中含有百餘種物質,以離子存在。在實務上,感應點隨使用時間而累積水垢,進而失效,本機內建檢知感應點自動除
垢系統,沒有積垢問題產生。
6.NOX氮化合物防止:變頻控溫
臭氧生成過程是放熱反應,用固定功率輸出,溫度隨使用時間而增加,溫度大於50℃時,臭氧輸出隨溫升而遞減,
NOX氮化合物隨溫升而增加,因此本機採用最先進之變頻技術,輸出功率隨溫升自動遞減, 藉以控溫在40~50℃間
(通氣狀況),防止NOX產生,同時臭氧生成效率最大。
7.氣相臭氧濃度控管:內建4-5分定時器
氣相臭氧為法定污染物,因此本機內建4-5分定時器,藉以總量控管,符合法定「小時平均值」規定標準。
8.液相臭氧濃度提升:採用專利四段密閉式混合器
液相臭氧濃度提升,氣相臭氧濃度即減少。(物質不滅定律)
本機採用進水、低壓、混合、及出水四段密閉混合器、臭氧與水同時瞬間混合。「低壓段」作為自動吸入臭氧混合氣,
不需使用空氣幫泵,主要原理為改變水流速率後迅速擴張,水流密度降低,產生低壓(與颱風原理相同),使臭氧混合氣
自動流向混合器內與水混合。「混合段」作為臭氧與水充分混合,主要在延滯水流流出速率,增加混合時間,並產生旋
渦流,提高攪拌率,使臭氧溶解率提升。出水段內設有水阻器,使水流減緩,增加最後混合效率。
9.系統控制一人工智慧(AI)
臭氧濃度、變頻、溫控、定時、檢測均用人工智慧全自動控制。
10.全自動系統-D.F.C檢測:本機排除昔日傳統之方法:
a.利用水之「壓力變化」作為開關(用水之壓力變化作為開關是不錯的方式,但體積大,重量大,不適合。)
b.利用水之「導電特性」之水感應(利用水之導電特性,因水氣、水垢、水膜等因素,影響全自動電子電路,終
必產生耐久性不足。)
c.利用「水流發電」產生電能。(利用水流發電產生電能,因各住家場所,地區不同,水流流速均不相同,產生
的電力因地而異。)
本機採用D.F.C檢測,排除上述之方法,為最先進之發明(世界專利)
11.C.E電磁波檢驗合格
電器產品產生的電磁波,已受各國政府及消費者之重視,而以歐盟要求最嚴格,本機已符合歐盟C.E規範。
七、獨特的技術優點
別人有的,本機都有,別人的缺失不應有的,本機都予以避免或防止,此乃獨特的先進技術,主要的有
1.D.F.C檢測系統
2.密閉四段混合器
3.NOX氮氧化合物防止
4.氣相臭氧濃度控管
5.水垢自動清除
6.μ氣泡產生技術
八、功能
1.臭氧為合法的飲用水水質處理劑
2.臭氧水為健康水,具有除臭、漂白、解毒保鮮的功能
3.臭氧水為沒有二次污染之環保水
4.臭氧水於還原期間內仍有殺菌力,因此可降低污水管內微生物滋生,避免水管不通
5.經過生成器改變水流速率,可節約用水45%
6.最佳洗滌水
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