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技術專文

脈衝電場時，電壓產生瞬間劇烈波
圖 4、脈衝電場殺菌原理
動形成電離作用，在膜上產生震盪
效應，此時膜的離子通道加大和震
離子通道 養分及廢棄物
盪效應共同作用使細胞發生崩潰， 脈衝電場於細胞膜上震盪
出入口
阻斷了細胞膜的正常生物化學反
應和新陳代謝，使細菌體內物質發 離子通道加大和震盪效應共同作用
生變化，從而達到殺菌及預處理效
果，如 圖 4。
阻斷細胞養分及廢棄物之進出
此外，經過高壓脈衝處理後的水體
會充滿電荷，而電荷切割效應所產 細胞組織死亡 細胞膜
生高活性的小分子水，可大幅提升
臭氧 (O 3 ) 在水中的溶解度與擴散
係數，如 表4 ，因此能以更有效率
表 4、脈衝產生器之配置有效提高臭氧 (O 3 ) 溶解度約 3 倍
的方式達到暫態氧電漿團之處理效
果。
O 3 溶解濃度測試 水體臭氧 備註
(O 3 generator產生1% O 3 ) (O 3 )濃度
超音波震盪殺菌
O 3 generator 3.88 ppm O 3 水有效殺菌濃度約0.02~1.5 ppm
聲波是機械振動能量的一種傳播型
態，聲波可在氣、液、固態中傳遞， O 3 generator + 脈衝電磁場產生器 9.25 ppm
超音波具有能夠傳遞很強的能量，
其主要特性為聲壓、聲強及聲特性
阻抗。當在液體或固體中傳遞超音 圖 5、超音波殺菌示意圖
波時，由於介質密度及振動頻率關
係都要比在空氣中傳播超音波時高
出許多倍，因此同一振幅時，液體、
超音波
固體中的超音波聲壓、聲強比空氣 裝置
中的聲波要高出千萬倍。超音波滅
菌機所產生的效應主要有機械效 細菌 細菌破裂
應、空化效應和彌散效應……等，
如 圖 5。
圖 6、氧氣經高壓放電分解產生具強氧化性的活性氧原子 (O˙) 與臭氧分子 (O 3 )

臭氧殺菌
臭氧是一種高效滅菌劑，國際衛生 米勒尤里實驗
(高壓放電概念)
組 織（World Health Organization,
WHO）對於滅菌劑的功效曾進行過
歸納比較，對大腸桿菌的滅菌效 Lightening discharge 閃電
果，最好的是臭氧 (O 3 )，次之則是
普通氣體 電漿氣體
次氯酸 (HClO)，依序為：二氧化
+
氯 (ClO 2 )、 銀 離 子 (Ag )、次氯酸
-
2–
根 (ClO )、高鐵酸鹽 (FeO 4 )、氯
氨 (NCl 3 )。臭氧滅菌速度較氯氣快 暫態氧電漿團產生器 (Transient- 理，是通過高壓放電產生一種綜合
600~3,000 倍。 [1] state oxygen plasma generator) 式的電漿型態，是一種帶有分子、
本計劃案與工業技術研究院合作， 氧氣經高壓放電分解產生具強氧化 中性原子及正負電子所構成的一團
搭配量測技術發展中心開發之具臭 性的活性氧原子 (O˙) 與臭氧分子 物質，該組合（電漿團）產生極強
(O 3 )，如 圖6，溶於水後形成氫氧 的氧化反應，其中暫態氧 (excited
氧濃度控制功能之臭氧產生系統
-
自由基 (OH˙) 以及 HO 2 •、O 2 、與
（Plasma 脈衝電漿殺菌系統），是 singlet state oxygen atom)， 這 種
-
一種高效率且低耗能之智慧型臭氧 O 3 等活性物質（暫態氧電漿團）， 激發態的氧原子（暫態氧 O）比基
產生系統暫態氧電漿團產生器搭配 具有強殺菌力與分解水中有機物之 態的氧原子 (O 2 ) 有更高的活性，暫
評估結果非常適合用於水處理之處 效果。 態氧原子易與碳氫化合物 (HC) 或
理程序，如 圖7 。 脈衝式類電漿高活性自由基滅菌處 水反應而生成 OH˙ 自由基受激發

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