TWI611050B - 穩定生產高純度食品級二氧化氯之輔助裝置與系統 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種用於電解裝置的輔助裝置與系統,特別是關於一種供電解用之複合原料所形成飽和溶液的電解槽所使用的擾流產生裝置,而使得於該電解液於產生氣體產物的瞬間所產生的空隙能夠被迅速補充;以及,將該電解槽所產生的二氧化氯氣體是與經過預先處理的純水混合,預先的處理使得水中的污染物降低且成微鹼性,藉以增進電解的效能、降低二氧化氯氣體與純水混合時的內部損耗且提高二氧化氯水溶液的PH值而不會使輸出二氧化氯酸鹼值的相關管線受到腐蝕。
目前以鹽電解法產生二氧化氯之技術之副產物為亞氯酸根(ClO2 -)經檢驗的品質可達無產生(N.D.)。然而。尚有其他副產物如氯酸根(ClO3 -)、雙氧水(H2O2)的產生而有待改進,以及尚有氯(Cl)含量太高,使產品的純度不穩定及PH值太低。
目前二氧化氯水溶液的成品,內含之重金屬標準並未被環保相關法令嚴格規定其含量,導致二氧化氯水溶液含有對人體有害的過高污染物如氯酸根(ClO3 -)、亞氯酸根(ClO2 -)、雙氧水(H2O2,如前所述)等致癌物。
一般而言,二氧化氯成品的酸鹼值約為PH2.2至2.5,如此的
酸性程度會對成品儲槽以及相關電解設備的運送管線等設備如鋼鐵管線、塑膠管線或塑膠儲槽其本身被強酸或二氧化氯強氧化而造成嚴重的腐蝕,導致此等設備的壽命大幅簡短,若使用鈦金屬或不銹鋼等材質又會使成本過高,雖提高耐用性但需預防破損時的公安問題。另一方面,在處理飲用水時,過高的酸性也會對人體造成損害。此外,在二氧化氯水溶液應用於食品殺菌、空調冷氣管線、空污處理裝置等設備,酸性過高都會對設備本身有負面的影響,因此需改良對純水水質控管。
另外,於電解作業的過程中,由於因含有複合原料的電解液會於產生氣體(產物)時瞬間消失,且電解中發熱體於電解時的電解液高溫而與外圍經冷卻槽冷卻的電解液產生極大溫差的情況,此情況將會在該電解發熱體周圍產生橫向的強力熱對流,而造成電解槽下方的電解液被阻礙無法往上補充而導致電解液補充量的不穩定;再,雖然於電解液中任一位置的上方與下方仍有少許溫差,而造成微弱的液體流動,但,仍無法擴及前述橫向的強力熱對流,使得生成之二氧化氯氣體被抽取至成品儲槽時,發生有時量大、有時量少、有時抽不到氣體之斷續的情形,導致電解時間延長且每批製程所產出的二氧化氯成品品質以及量都不穩定,無法符合規格、製程時間需統一的要求。
當一般的純水(未處理地下水、自來水等)與二氧化氯氣體結合而形成二氧化氯水溶液時,二氧化氯會先對其中的重金屬、化學物質、微生物等作殺菌與強氧化分解,即,於製程中,二氧化氯本身就開始損耗,導致多台電解裝置在同時進行電解時,使製程時間不等或拖長且二氧化氯的純度不穩定,產出的二氧化氯水溶液品質不一,影響業者後續的作業效
率且無法全面量產。
因此,為了克服前述問題,遂有本發明的產生。
本發明的主要目的是藉由一輔助裝置與系統驅動該電解槽中的電解液,而使得於該電解液於產生氣體的瞬間所產生的空隙能被經迅速補充,藉以增進電解的效能;藉由於二氧化氯水溶液生產設備設置不同處理裝置的組合,將用於與二氧化氯水溶液混合的純水先進行處理而產生經處理的液體,於處理過程中將純水處理成小分子簇,而使其中的微生物、重金屬、化學物質大幅減少且呈微鹼性,讓二氧化氯本身的強氧效果得以維持而不耗損,而使得二氧化氯水溶液的淨化效果大幅提昇,且相關設備的使用壽命延長。此外,該輔助裝置與系統更設有一導流裝置,藉以因應不同的電解複合原料因溫度、濕度、純水純度調和之電解液而產生不同程度與類型的擾流。
為達上述之目的,本發明提供一種用於電解槽的擾流產生裝置,其包括:複數個螺旋狀環流通道,該複數個螺旋狀環流通道是配置在一用來生產二氧化氯的電解槽的外周緣且該複數個螺旋狀環流通道中的每一者設有至少一冷卻劑流入口;一冷卻劑供應單元,其是用於提供一冷卻劑;藉此,當來自該冷卻劑供應單元的該一冷卻劑經由該冷卻劑流入口分別流通該等螺旋狀環流通道時,得以使該電解槽內的電解液產生擾流,藉由該擾流驅動該電解液,而使得於該電解液於產生氣體的瞬間所產生的空隙被迅速補充,藉以增進電解的效能。在一實施例中,前述擾流產生裝置包括一方向閥,在該方向閥之換向導流下,該冷卻劑可被控制地由該冷卻
劑供應單元分別或同時流通設於該電解槽之該等螺旋狀環流通道,藉以產生不同程度的擾流。實施時,該等螺旋狀環流通道中的每一者更分別具有至少一冷卻劑流出口,而分別供該冷卻劑流出該螺旋狀環流通道。
在另一實施例中,本發明提供一種二氧化氯水溶液生產設備,其是包括前述擾流產生裝置的電解槽,以及一供水處理系統,該供水處理系統是提供經處理的純水;一成品混合槽,其是用來接收該電解槽所產生的二氧化氯並將該二氧化氯與該供水處理系統所提供的該經處理的純水進行混合,而產生二氧化氯水溶液。實施時,該供水處理系統更包括一處理裝置,該處理裝置是用於將來自一供水源的純水進行處理而產生該經處理的純水。實施時,該處理裝置包括至少一處理單元與一氧化還原單元,該處理單元是由一一氧化鋁陶瓷、一二氧化鈦陶瓷、一氧化鋯陶瓷與一奈米碳管中至少一者所製成,其中該處理單元用於將該來自該供水源的該純水進行處理。實施時,其中該處理裝置包括一第一處理單元與一第二處理單元,該第一處理單元是由一一氧化鋁陶瓷、一二氧化鈦陶瓷與一氧化鋯陶瓷中至少一者所製成;第二處理單元是由一奈米碳管所製成,該第一處理單元與該第二處理單元是彼此連接,以供將該純水分別進行處理。
實施時,該處理裝置更包括一儲槽,該儲槽是設於該第一處理單元與該第二處理單元間,用於將經由該第一處理單元所處理的該純水先進行儲存,再由儲槽供應至該該第二處理單元。
在另一實施例中,該儲槽更設有一第三處理單元,用於將經由該第一處理單元所處理的該純水進行過濾,再供應至該第二處理單元。實施時,該第三處理單元是為一RO逆滲透純水機。
10‧‧‧電解槽
11‧‧‧陰極
12‧‧‧二氧化氯釋出口
13‧‧‧二氧化氯輸出管
14‧‧‧陽極
15‧‧‧電極棒
16‧‧‧電解發熱體
20、40‧‧‧冷卻室
20A、20B、20C‧‧‧冷卻劑流入口
20a、20b、20c‧‧‧冷卻劑流出口
24a、24b、24c、44‧‧‧螺旋狀環繞通道
30‧‧‧成品混合槽
33‧‧‧抽氣泵
41‧‧‧第一方向閥
42‧‧‧第二方向閥
43‧‧‧第三方向閥
45‧‧‧第四方向閥
46‧‧‧第五方向閥
70‧‧‧冷卻劑供應單元
71‧‧‧冷卻機
72‧‧‧冷卻劑儲槽
72a‧‧‧出口
72b‧‧‧回流口
73‧‧‧冷卻劑供應泵
8‧‧‧供水處理系統
811‧‧‧第一處理單元
812‧‧‧第二處理單元
813‧‧‧儲槽
8131‧‧‧第三處理單元
814‧‧‧氧化還原單元
84、85‧‧‧供水壓力泵
86‧‧‧電解網桶槽清洗壓力泵
第1圖是為本發明穩定生產高純度食品級二氧化氯之輔助裝置的電解槽10設有的擾流裝置結構圖。
第2圖是為本發明穩定生產高純度食品級二氧化氯之輔助裝置與系統實施例之架構方塊示意圖。
為對於本發明之特點與作用能有更深入之瞭解,茲藉實施例配合圖式詳述於後,各圖中相同之符號是表示相同或等同的元件。
請參考本發明的第1圖,本發明之電解槽10設有電解發熱體16,該電解發熱體16是裝設於該電解槽10(直立式)的上半部,陽極14本身設有金屬網其外層電鍍有耐腐蝕的貴金屬如:銥、釕或前述金屬的組合所組成的群組作為電解用的陽極14;以及,陰極11是由鈦所組成,也可為其他習知金屬;將陽極14達成以主軸為中心作相同長度、不同直徑的圓形多層包覆,而具有圓形多層的有間隙電解網。該電解發熱體16的長度約佔電解槽10垂直方向長度的一半以內。注入該電解槽10內的電解液則要高於陽極14,直至接電極棒15與該電解發熱體16的焊接處或以上。在另一實施例中,陽極所含釕及銥之重量百分比為2:1。
於電解作業進行時,電解液因著化學反應而產生二氧化氯氣體,本發明使用的電解法為電化學法,所使用習知的陽離子交換膜位是介於電解槽10內側與陽極14間,在圖中省略,電解槽10中放置陽離子交換膜之主要目的在於避免於電解過程中所產生之氯氣與氫氣接觸因而降低歧化反應之發生機率,且使不參與二氧化氯產生反應之鈉離子通過至陰極槽中。
請參考本發明的第1圖,該電解槽10的外週緣設有圍繞該電解槽10之三個螺旋狀環繞通道24a、24b、24c,該螺旋狀環繞通道24a、24b、24c用以提供分段式、彼此獨立環繞電解槽10作由下往上之螺旋狀環流式流動,當來自冷卻機71的一冷卻劑分別藉由冷卻劑流入口20A、20B、20C分別流入該等螺旋狀環流通道24a、24b、24c時,能在該電解槽產生擾流,電解過程中,藉由該擾流驅動該電解槽中的電解液,而使得於該電解液於產生二氧化氯氣體(產物)的瞬間所產生的空隙能迅速補充,藉以增進電解的效能,冷卻室20則設於電解槽10的外側。之後,再由冷卻劑流出口20a、20b、20c流出至該冷卻機71再循環。如此大面積三段式、彼此獨立的熱交換,使電解槽10內的電解液產生不同方向、類型的擾流,藉由擾流的帶動將下方的電解液提升到上方電解發熱體16的周圍,迅速補充電解產物產出瞬間所產生的空隙,進而能產生品質穩定的二氧化氯氣體成品,有效縮短製程的時間。此外,在另一實施例中,該螺旋狀環繞通道24a、24b、24c彼此之間也可留有一定空間(間距)而不需彼此緊鄰,藉以產生不同程度的擾流。在另一實施例中,本發明的螺旋狀環繞通道也可依需求設為2段、4段或4段以上,藉以產生不同程度與類型的擾流。
請參考第2圖,在另一實施例中,成品混合槽30在其外週緣更具有一冷卻室40,而冷卻室40內設有螺旋狀環繞通道44。請參考第2圖,當二氧化氯的電解作業中,藉著抽氣泵33將電解槽10所產生之二氧化氯氣體經由二氧化氯輸出管13抽出至成品混合槽30進行氣液混合後,達到所設定的二氧化氯水溶液目標濃度而完成製程。在成品混合槽30進行氣液混合前,供水處理系統8會先將二氧化氯氣體所用來混合用的純水進行預先處
理。該供水處理系統8包括一第一處理單元811與一第二處理單元812,該第一處理單元811與該第二處理單元812是彼此連接以供將該純水處理為該經處理且呈微鹼性的液體。首先,該第一處理單元811將該純水進行處理。之後,該純水再經由該第二處理單元812進行處理而成為一經處理的液體,該經處理且呈微鹼性的液體的PH值介於7至8.5之間。在一實施例中,該第一處理單元811與該第二處理單元812可皆為一一氧化鋁陶瓷、一二氧化鈦陶瓷與一氧化鋯陶瓷中的至少一者,例如:該一氧化鋁陶瓷加上該二氧化鈦陶瓷、該二氧化鈦陶瓷加上該氧化鋯陶瓷或將該一氧化鋁陶瓷、該二氧化鈦陶瓷與該氧化鋯陶瓷三者相加等等。該一氧化鋁陶瓷、該二氧化鈦陶瓷與該氧化鋯陶瓷是經由高溫鍛燒與磁石化處理而使其雜質去除且產生微孔,且該微孔內具有迴道;或,在另一實施例中,該第一處理單元811與該第二處理單元812也可皆為一將石墨經3000℃鍛燒而製成的奈米碳管,該奈米碳管可產生1012-1014HZ/秒的遠紅外線;或,在另一實施例中,該第一處理單元811是由該一氧化鋁陶瓷、該二氧化鈦陶瓷或該氧化鋯陶瓷中至少一者所製成;該第二處理單元812是由該奈米碳管所製成;或,在另一實施例中,該第一處理單元811、該第二處理單元812可分別具有奈米陶瓷濾心,以對來自供水源的純水進行處理,藉由前述處理方式(該一氧化鋁陶瓷、該二氧化鈦陶瓷與該氧化鋯陶瓷、該奈米碳管與該奈米陶瓷濾心中至少一者),將水中的微生物、鈣、鎂、石灰質、泥污、鐵銹、漂白劑、農藥、氯、臭味、化學物質、致癌物等等去除。該供水處理系統8更包括一氧化還原單元(814)、氫離子電位還原單元(未圖示)或酸鹼中和單元(未圖示),而供分別以氧化還原、氫離子電位還原或酸鹼中和的方式將該純水轉變成呈微
鹼性的液體,而微鹼性的液體將不會對管線造成腐蝕。
為了克服該供水處理系統8在處理純水源所提供的純水所花時間較久之問題,該供水處理系統8更設有一儲槽813,該儲槽813是設於該第一處理單元811與該第二處理單元812間,用於將經由該第一處理單元811所處理的該純水先進行儲存,而該儲槽813是設有一第三處理單元8131,其中該第三處理單元8131為過濾裝置如一RO逆滲透純水處理裝置,藉以將儲存於其中的純水過濾而使純水淨化,之後,再由儲槽813經供水壓力泵85供應至該第二處理單元812進行第二次處理,使的對該純水的處理共分三階段進行。而該第一處理單元811、該第二處理單元812也可分別由多台處理裝置以並聯或串聯方式進行運作,例如:將多台第一處理單元811並聯可以因應供水量大的情況而可一次處理更大量的供水,而將多台第一處理單元811串聯則是可以提升所處理後的該純水之效能,以因應若該純水的微生物、雜質或污染物過多時的情況。此外,如果生產二氧化氯的需求量較少,可以不需設置該儲槽813;同樣的,也可依照生產二氧化氯需求量,可使用該第一處理單元811、該第二處理單元812、與該儲槽813中任一者、任兩者或該第一處理單元811、該第二處理單元812與該儲槽813三者的組合,配合該氧化還原單元814或該酸鹼中和單元即可達到本發明的技術效果。此外,經本發明所揭露前述處理裝置處理的純水,經檢驗能使其中的大腸桿菌減少90%,而總生菌數可以降低50%。
請參考第2圖,本發明還包括第一方向閥41、第二方向閥42、第三方向閥43,在該等方向閥之換向導流下,使用者可以依據電解液、陽極、陰極的組成特性而決定所需形成擾流的程度與類型,將該冷卻劑可控
制地由該冷卻劑供應單元70分別或同時流通設於該電解槽之該螺旋狀環流通道,也可以依照不同的時間順序分別開啟或關閉該第一向閥41、該第二方向閥42、該第三方向閥43藉以產生不同程度與類型的擾流。此外,在另一實施例中,本發明的螺旋狀環繞通道也若依需求設為多段以上時(例如:4段),可分別為前述螺旋狀環繞通道的每一者分別對應設置一方向閥,或設置一方向閥同時對應多個螺旋狀環繞通道,藉以更增加本發明對於擾流產生類型與程度的變化。此外,本發明對於使冷卻劑流經成品混合槽30與電解槽20的管線是為不同。請參考第2圖,第四方向閥45是供開啟或關閉來自冷卻劑供應單元70的冷卻劑流至成品混合槽30的管線;而第五方向閥46是供開啟或關閉來自冷卻劑供應單元70的冷卻劑流至電解槽20的管線,藉以讓成品混合槽30與電解槽20的冷卻作業彼此獨立,不互相干擾。
接下來說明本發明之整體運作,本發明是將電解槽10、成品混合槽30設定為一組電解工作機組,而多組的電解工作機組可搭配一組供水處理系統8與一組冷卻劑供應單元70進行運作。首先,一供水源藉由供水壓力泵84將純水供應至第一處理單元811進行處理,經由該第一處理單元811所處理後的該純水被供應至該儲槽813以RO逆滲透方式淨化後再進行儲存,然後,供水壓力泵85會將儲槽813所儲存的該純水供應至該第二處理單元812、氧化還原單元814進行處理而成為一經處理且呈微鹼性的液體而輸出至該成品混合槽30,至此,純水的前置作業即完成。
電解作業開始時,首先,依照電解液的特性,設定第一方向筏41、第二方向筏42以及第三方向筏43的開啟順序後,使冷卻劑由冷卻劑供應單元70流經該第一螺旋狀環流通道24a、第二螺旋狀環流通道24b以及
第三螺旋狀環流通道24c,得以使該電解槽內的電解液產生擾流,藉由該擾流驅動該電解液,而使得於該電解液於產生氣體的瞬間所產生的空隙被迅速補充,也使電解作業中所產生的高溫得以被降溫。而陸續產出之二氧化氯氣體將透過二氧化氯釋出口12往外沿著二氧化氯輸出管13被抽氣泵33抽送至成品混合槽30內部,經氣液混合機構(圖未示)之處理,而與前述經處理的純水混合形成二氧化氯水溶液。此時,成品混合槽30所配置之可調式溫度感測器(未圖示)如果溫測高於預設值(8至11℃)則發訊電控設備(未圖示)以令冷卻劑供應泵73將冷卻劑泵送前往降溫,流入冷卻槽40之冷卻劑流經環狀通道44進行螺旋狀環流式之全面性流動降溫,直至前述可調式溫度感測器之高溫訊息消除才停止。在電解槽10產氣及抽氣泵33抽氣作業過程中,如果電控單元設備再度接收可調式溫度感測器之溫昇訊息,將重複上述之動作,再度令冷卻劑供應泵73將冷卻劑泵送前往成品混合槽30冷卻降溫。而在此次電解作業開始的同時,供水處理系統8同時也重新進行前述將純水進行處理步驟,再次將該供水源所提供的純水進行處理而成為一經處理且呈微鹼性的純水而輸出至另一成品混合槽,藉以預備另一組電解工作機組使用。
採用本發明之電解作業,供水處理系統8先預處理編號30A(未圖示)之成品混合槽所需使用的純水,然後將經處理的純水供應至成品混合槽30A。開工時,以編號30A之成品混合槽搭配編號10A之電解槽進行第一輪之階段性作業;當電解槽10A進行電解作業時,供水處理系統8先預處理編號30B(未圖示)之成品混合槽所需使用的純水,然後將另一經處理純水供應至編號30B之成品混合槽,當編號30B之成品混合槽裝完經處理
的純水時,第一輪之電解作業也將告完成,如此即可進行下一輪(第二輪)之階段性作業,依此類推,整個作業過程將合理化的進行,而不會有習知常出現的等待時間。此外,本發明的有效二氧化氯於出貨時,會將有效二氧化氯水溶液成品的濃度(3000ppm)調整為1000ppm,藉以於出貨時減少成品揮發且有利於裝載成品容器的清洗。
因此,本發明具有以下之優點:
1.藉由於二氧化氯水溶液生產設備設置不同處理裝置(第一處理單元、該第二處理單元與該第三處理單元)的組合,而將用於與二氧化氯水溶液混合的純水先進行處理,配合該等將處理單元並聯與串聯的設置,藉以產生經處理(被處理成許多水分子簇)呈微鹼性的液體,而使其中的微生物、重金屬、化學物質大幅減少(微生物因其結構改變而自然死亡),讓二氧化氯本身的強氧化效果得以維持、酸性程度降低(微鹼性)且最佳化,經過處理的純水呈小分子化且不含有過多的微生物、重金屬、化學物質等,使得二氧化氯本身不會先與此等物質反應而造成自身強氧化能力的損耗,使得二氧化氯成品的品質大幅提高,且相關設備的使用壽命延長。
2.藉由設置複數個螺旋狀環流通道所產生的擾流驅動該電解槽中的電解液,而使得於該電解液於產生氣體的瞬間所產生的空隙能被迅速補充,藉以增進電解的整體效能。
3.藉由方向閥之換向導流,使冷卻劑可被控制地由該冷卻劑供應單元依序、分別或同時流通設於該電解槽之複數個該螺旋狀環流通道,藉以因應不同的電解法、電解複合原料而產生不同程度與類型
的擾流。
10‧‧‧電解槽
11‧‧‧陰極
12‧‧‧二氧化氯釋出口
14‧‧‧陽極
15‧‧‧電極棒
16‧‧‧電解發熱體
20‧‧‧冷卻室
20A、20B、20C‧‧‧冷卻劑流入口
20a、20b、20c‧‧‧冷卻劑流出口
24a、24b、24c‧‧‧螺旋狀環繞通道
Claims (10)
- 一種用於電解槽的擾流產生裝置,其包括:複數個螺旋狀環流通道,該複數個螺旋狀環流通道是配置在一用來生產二氧化氯的電解槽的外周緣且該複數個螺旋狀環流通道中的每一者設有至少一冷卻劑流入口;一冷卻劑供應單元,其是用於提供一冷卻劑,當來自該冷卻劑供應單元的該一冷卻劑經由該冷卻劑流入口分別流通該等螺旋狀環流通道時,得以使該電解槽內的電解液產生擾流。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於電解槽的擾流產生裝置,更包括一方向閥,在該方向閥之換向導流下,該冷卻劑可被控制地由該冷卻劑供應單元分別或同時流通設於該電解槽之該等螺旋狀環流通道,藉以產生不同程度的擾流;其中該複數個螺旋狀環繞通道是以彼此非緊鄰的方式設置。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之用於電解槽的擾流產生裝置,其中該等螺旋狀環流通道中的每一者更分別具有至少一冷卻劑流出口,而分別供該冷卻劑流出該螺旋狀環流通道。
- 一種二氧化氯水溶液生產設備,其是包括:一電解槽;一如申請專利範圍第1、2或3項所述之用於電解槽的擾流產生裝置,其中該擾流產生裝置是設於該電解槽的外周緣;一供水處理系統,該供水處理系統是提供經處理的純水;以及一成品混合槽,其是用來接收該電解槽所產生的二氧化氯並將該二氧化 氯與該供水處理系統所提供的該經處理的純水進行混合,而產生二氧化氯水溶液。
- 如申請專利範圍第4項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該供水處理系統更包括一處理裝置,該處理裝置是用於將來自一供水源的純水進行處理而產生該經處理的純水。
- 如申請專利範圍第5項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該處理裝置包括至少一處理單元,該處理單元是由一一氧化鋁陶瓷、一二氧化鈦陶瓷、一氧化鋯陶瓷與一奈米碳管中至少一者所製成,其中該處理單元用於將該來自該供水源的該純水進行處理。
- 如申請專利範圍第6項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該處理裝置包括一第一處理單元與一第二處理單元,該第一處理單元是由一一氧化鋁陶瓷、一二氧化鈦陶瓷與一氧化鋯陶瓷中至少一者所製成;該第二處理單元是由由一奈米碳管所製成,該第一處理單元與該第二處理單元是彼此連接,以供將該純水分別進行處理。
- 如申請專利範圍第7項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該處理裝置更包括一儲槽,該儲槽是設於該第一處理單元與該第二處理單元間,用於將經由該第一處理單元所處理的該純水先進行儲存,再由該儲槽供應至該第二處理單元。
- 如申請專利範圍第8項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該儲槽更設有一第三處理單元,用於將經由該第一處理單元所處理的該純水進行過濾,再供應至該第二處理單元。
- 如申請專利範圍第9項所述之二氧化氯水溶液生產設備,其中該第三處理 單元是為一RO逆滲透純水機。
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