TWI427189B - Method and apparatus for producing high concentration hypochlorochloride sterilized water - Google Patents

Description

高濃度次氯酸滅菌水之製造方法及裝置

本發明係關於次氯酸滅菌水之製造方法，尤其是以兩階段電解方式製造高濃度次氯酸滅菌水之方法。本發明亦關於次氯酸滅菌水之製造裝置。

已知次氯酸具有良好的滅菌能力，且可簡單地以電解含氯電解質溶液的方式製得。例如本國專利公告第301644號，傳統上使用無隔膜電解裝置電解含氯電解質溶液，製備具有滅菌能力的次氯酸水。惟，以無隔膜電解裝置電解生成的電解水通常呈弱鹼性。又，次氯酸濃度與pH值有關，且pH值在5.5~6.5的範圍時，次氯酸濃度最高可達100%。因此，為了提高次氯酸濃度，以無隔膜電解裝置製備的鹼性電解水需要額外地添加酸，以降低pH值。

本發明之目的在於提供高濃度次氯酸滅菌水之製造方法，透過兩段式電解方式將鹼性電解水調和成酸性電解水，無須透過額外添加酸之步驟，即可製成高濃度次氯酸滅菌水。

本發明之另一目的在於提供高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，其適用於以兩段式電解方式製造高濃度次氯酸滅菌水。

本發明之另一目的在於提供高濃度次氯酸滅菌水之製造方法，透過第一階段的無隔膜電解方式及第二階段的陽離子交換方式，將電解水調和成酸性電解水，無須透過額外添加酸之步驟，即可總成高濃度次氯酸滅菌水。

根據本發明，高濃度次氯酸滅菌水係批次或連續製造

本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在閱讀此說明書之後，將可理解本發明其他目的及優點。

參照第1圖，第1圖顯示根據本發明第1實施例之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，整體以元件符號10標示。

高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置10包含無隔膜電解裝置12及隔膜電解裝置14。

無隔膜電解裝置12係配置有陽極20及陰極22。隔膜電解裝置14包含以隔膜28分隔的陽極側電解槽18及陰極側電解槽16。於該陽極側電解槽18中配置有陽極26，於該陰極側電解槽16中配置有陰極24。

無隔膜電解裝置12係與隔膜電解裝置14串接並配置於隔膜電解裝置14之上游，使得無隔膜電解裝置12製備的鹼性電解水可自動地導引至隔膜電解裝置14之陽極側電解槽18。

接著，將參照第1圖所示之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置10說明根據本發明之高濃度次氯酸滅菌水之製造方法。

本發明之特點在於兩段式的電解方式，由無隔膜電解裝置12進行第1階段的電解反應以製備鹼性電解水，由隔膜電解裝置14進行第2階段的電解反應以調整鹼性電解水之pH值，使得pH值落在能提高次氯酸濃度之範圍。

將含氯電解質溶液，例如氯化鈉溶液，包括過飽和、飽和或未飽和食鹽水、海水、滷水或生理食鹽水等，注入於無隔膜電解裝置12。作為含氯電解質並不以氯化鈉為限，鹼金屬氯化物、鹼土金屬氯化物或含氯的鹽類同樣可應用於製造次氯酸滅菌水。

先以無隔膜電解裝置12電解氯化鈉溶液。在此第1階段的電解過程中，在陽極20處，水H₂ O釋出電子e^- 產生氧氣O₂ 及氫離子H⁺ ，同時氯離子Cl^- 釋出電子e^- 產生氯氣Cl₂ 。氯氣Cl₂ 溶於電解槽10中的氯化鈉溶液，因而在無隔膜電解裝置12產生鹽酸HCl、次氯酸HClO及次氯酸鈉NaClO。在陰極22處，水H₂ O接收電子e^- 產生氫氣H₂ 及氫氧離子OH^- 。氫氧離子OH^- 又與鈉離子Na⁺ 結合產生氫氧化鈉NaOH。持續第1階段的電解反應，直到電解水中自由氯(Free Active Chlorine,FAC)達預定濃度為止。此時，以無隔膜電解裝置12電解生成的電解水會呈現鹼性或弱鹼性。

應瞭解的是，文中所稱的自由氯係指次氯酸HOCl、次氯酸根離子OCl^- 及氯氣Cl₂ 三者之總和。

將以無隔膜電解裝置12電解生成的電解水導引至隔膜電解裝置14之陽極側電解槽18，而膜電解裝置14之陰極側電解槽16則收容有電解質溶液。

接著以隔膜電解裝置14進行第2階段的電解反應。在此第2階段的電解過程中，在陽極側電解槽18之陽極處，水H₂ O釋出電子e^- 產生氧氣O₂ 及氫離子H⁺ ，同時氯離子Cl^- 釋出電子e^- 產生氯氣Cl₂ ，使得陽極側電解槽18的氫離子H⁺ 濃度會逐漸升高，FAC也逐漸增加。第2階段的電解反應進行預定時間，使得pH值落在5.5~6.5的範圍。

第2圖顯示根據本發明第2實施例之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，整體以元件符號40標示。

高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置40包含三極式有隔膜電解裝置42及切換裝置44。

三極式有隔膜電解裝置42包含以隔膜52分隔的陽極側電解槽46及陰極側電解槽48。

第1電解槽46係配置有第1電極54及第2電極56，而第2電解槽48係配置有第3電極58。

切換裝置44係用於改變該等電極的極性配置。較佳地，第1電極54係恆常地或可控制地作用成陽極，而藉由切換裝置44之切換，第2及第3電極56、58之其中一者作用成陰極，而另一者則閒置。

當第2電極56作用成陰極時，配合作用成陽極的第1電極54，第1電解槽46係作用成無隔膜電解裝置，用於進行第1階段的電解反應，此時第3電極58為閒置。當第3電極58作用成陰極時，配合作用成陽極的第1電極54，第1電解槽46及第2電解槽48係作用成隔膜電解裝置，用於進行第2階段的電解反應，此時第2電極56為閒置。關於第1階段及第2階段的電解反應，原理與前述實施例相同，故省略其說明。

本發明之第3實施例係顯示於第3圖，可藉由在第2電解槽48中配置第4電極60而將三極式有隔膜電解裝置修改成四極式有隔膜電解裝置。當第1電極54及第2電極56之一者作用成陰極且第1電極54及第2電極56之另一者作用成陽極時，第1電解槽46係作用成無隔膜電解裝置，用於進行第1階段的電解反應。當第3電極58及/或第4電極60作用成陰極且第1電極54及/或第2電極56作用成陽極時，第1電解槽46及第2電解槽48係作用成隔膜電解裝置，用於進行第2階段的電解反應。

於另一替代方式中，當第3電極58及第4電極60之一者作用成陰極且第3電極58及第4電極60之另一者作用成陽極時，第2電解槽48係作用成無隔膜電解裝置，用於進行第1階段的電解反應。當第3電極58及/或第4電極60作用成陽極且第1電極54及/或第2電極56作用成陰極時，第1電解槽46及第2電解槽48係作用成隔膜電解裝置，用於進行第2階段的電解反應。關於第1階段及第2階段的電解反應，原理與前述實施例相同，故省略其說明。

在第2圖及第3圖所示實施例中，藉由改變電極的極性配置，即可在單一的三極式或四極式有隔膜電解裝置中完成兩階段的電解反應。

根據本發明，酸鹼調整並不以利用隔膜電解裝置進行的電解反應為限，亦可在第1階段的電解反應後，將經第1階段電解反應產生的電解水導引通過陽離子交換樹脂。由於存在於電解水中的鈉離子與陽離子交換樹脂之氫離子之間的交換，流過陽離子交換樹脂的電解水之pH值會降低，藉以將pH值調整在5.5~6.5的範圍。

第4圖顯示根據本發明第4實施例之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，整體以元件符號30標示。

高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置30包含過濾器32、兩個無隔膜電解裝置34及離子交換器36。待處理的原水經由過濾器32淨化後，連續地流經兩個無隔膜電解裝置34並被電解成鹼性電解水。接著，鹼性電解水流經收容有陽離子交換樹脂的離子交換器36而調整成酸性電解水，尤其是pH值調在5.5~6.5範圍的酸性電解水。可在待處理的原水流經過濾器32之前或之後，添加含氯電解質。電解水的流率、無隔膜電解裝置的數量及陽離子交換樹脂的含量可依需求而調整。

雖然本發明參照較佳實施例而進行說明示範，惟應了解的是在不脫離本發明之精神及範疇內，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，仍得有許多變化及修改。因此，本發明並不限制於所揭露的實施例，而是以後附申請專利範圍之文字記載為準，即不偏離本發明申請專利範圍所為之均等變化與修飾，應仍屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置

12．．．無隔膜電解裝置

14．．．隔膜電解裝置

18．．．陽極側電解槽

16．．．陰極側電解槽

20．．．陽極

22．．．陰極

24．．．陽極

26．．．陰極

28．．．隔膜

30．．．高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置

32．．．過濾器

34．．．無隔膜電解裝置

36．．．離子交換器

40．．．高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置

42．．．三極式有隔膜電解裝置42

44．．．切換裝置

46．．．陽極側電解槽

48．．．陰極側電解槽

52．．．隔膜52

54．．．第1電極

56．．．第2電極

58．．．第3電極

60．．．第4電極

第1圖顯示根據本發明之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置之實施例；

第2圖顯示根據本發明之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置之第2實施例，其中採用三極式有隔膜電解裝置；

第3圖顯示根據本發明之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置之第3實施例，其中採用四極式有隔膜電解裝置；及

第4圖顯示根據本發明之高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置之第4實施例，其中採用離子交換器。

10．．．濃度次氯酸滅菌水之製造裝置

12．．．無隔膜電解裝置

14．．．隔膜電解裝置

18．．．陽極側電解槽

16．．．陰極側電解槽

20．．．陽極

22．．．陰極

24．．．陽極

26．．．陰極

28．．．隔膜

Claims (10)

1. 一種高濃度次氯酸滅菌水之製造方法，其包含下列步驟：提供多極式有隔膜電解裝置，其包含以隔膜分隔的第1電解槽及第2電解槽，該第1電解槽係配置有第1電極及第2電極，該第2電解槽係配置有至少第3電極且收容有導電性電解質溶液，該第1電極係恆常地或可可控制地作用成陽極，而該2及3電極可切換地作用成陽極或陰極；藉由作用成陽極的第1電極及作用成陰極的第2電極電解該第1電解槽中的含氯電解質溶液以製備鹼性電解水；藉由作用成陽極的第1電極及作用成陰極的第3電極電解該第1電解槽中的該鹼性電解水一預設時間，以將該鹼性電解水之pH值調整在5.5~6.5的範圍，藉以製造高濃度次氯酸滅菌水。
2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中電解該第1電解槽中的含氯電解質溶液以製備鹼性電解水之步驟係持續直到該鹼性電解水中自由氯達一預定濃度為止。
3. 如申請專利範圍第1或2項之製造方法，其中該含氯的電解質包含鹼金屬氯化物、鹼土金屬氯化物或含氯的鹽類。
4. 如申請專利範圍第1或2項之製造方法，其中在該含氯電解質溶液之溶質為氯化鈉的情況下，該含氯電解質溶液包括過飽和、飽和或未飽和食鹽水、海水、滷水或生 理食鹽水。
5. 一種高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，其包含三極式有隔膜電解裝置及切換裝置，其中該三極式有隔膜電解裝置包含以隔膜分隔的第1電解槽及第2電解槽，該第1電解槽係配置有第1電極及第2電極，該第2電解槽係配置有第3電極，該第1電極係可恆常地或可控制地作用成陽極，而該第2及3電極之每一者可藉由該切換裝置切換地作用成陽極或陰極；當藉由該切換裝置使該第2電極作用成陰極時，配合作用成陽極的第1電極，該第1電解槽係作用成無隔膜電解裝置，用於電解該第1電解槽中含氯電解質溶液以製備鹼性電解水；當藉由該切換裝置使該第3電極作用成陰極時，配合作用成陽極的第1電極，電解該第2電解槽中的該鹼性電解水，而將該鹼性電解水之pH值調整在5.5~6.5的範圍，藉以製造高濃度次氯酸滅菌水。
6. 如申請專利範圍第5項之製造裝置，其中該含氯的電解質包含鹼金屬氯化物、鹼土金屬氯化物或含氯的鹽類。
7. 如申請專利範圍第5項之製造裝置，其中在該含氯電解質溶液之溶質為氯化鈉的情況下，該含氯電解質溶液包括過飽和、飽和或未飽和食鹽水、海水、滷水或生理食鹽水。
8. 一種高濃度次氯酸滅菌水之製造裝置，其包含四極式有隔膜電解裝置及切換裝置，其中 該4極式有隔膜電解裝置包含以隔膜分隔的第1電解槽及第2電解槽，該第1電解槽係配置有第1電極及第2電極，該第2電解槽係配置有第3電極及第4電極，該第1、2、3及4電極之每一者可藉由該切換裝置切換成陽極或陰極；當藉由該切換裝置使該第1電極及該第2電極之一者作用成陽極並使該第1電極及該第2電極之另一者作用成陰極時，該第1電解槽係作用成無隔膜電解裝置，用於電解該第1電解槽中含氯電解質溶液以製備鹼性電解水；當藉由該切換裝置使該第3電極及/或第4電極作用成陰極且使該第1電極及/或該第2電極作用成陽極，電解該第2電解槽中的該鹼性電解水，而將該鹼性電解水之pH值調整在5.5~6.5的範圍，藉以製造高濃度次氯酸滅菌水。
9. 如申請專利範圍第8項之製造裝置，其中該含氯的電解質包含鹼金屬氯化物、鹼土金屬氯化物或含氯的鹽類。
10. 如申請專利範圍第8項之製造裝置，其中在該含氯電解質溶液之溶質為氯化鈉的情況下，該含氯電解質溶液包括過飽和、飽和或未飽和食鹽水、海水、滷水或生理食鹽水。