臭氧

Ozone

臭氧是太陽所放射出的紫外線對氧分子(O₂)作用而產生了微量的臭氧(O₃)，及閃電雷擊之電離作用將氧分子(O₂)之鏈鍵擊潰形成氧原子(O)。

由一個氧分子(O₂)和氧原子(O)結合成三氧原子的物質：

氧分子(O2)+ 氧原子(O)→ 臭氧(O3)

過量的臭氧能殺死細菌。

[編輯] 特性

臭氧｛O₃｝味道有如收割稻草時的獨特氣味，重量約為空氣的1.5~1.7倍，為不燃性氣體。

主要的性質如下： 分子記號： O₃ 分 子 量： 48 沸 點： -112℃ 比 重： 2.141(20oC時) 臨界溫度： -12℃ 臨界壓力： 54.6氣壓 熔 點： -193℃

臭氧層是分布在離地面20~30km的大氣層中，它最大的功能是吸收紫外線，保護曝露在紫外線照射下的人類與動植物。空氣中的臭氧量為0.01~0.04ppm，因臭氧具有極強淨化殺菌之作用，使得自然界中的細菌霉菌，無法異常繁殖因而保持平衡狀態。

臭氧分解速度會因熱、光、水份、pH值而不同，也會因金屬氧化物與其他觸媒等作用，而加快分解速度。

當活躍的菌碰上臭氧時，臭氧的致死濃度會使它立刻失去活力，臭氧在分解的時候產生的自由基過程，是一連串的反應動作，一個反應產物又可接連另一個反應產物，且不一定有固定的反應式相當複雜。

1. 臭氧在大氣中(常溫)之半衰期為三十秒，會隨溫度不同而有所改變。
2. 臭氧在水中之半衰期為二十分鐘，，當水中pH值高時分解速度變快，pH值低時較緩慢。
3. 臭氧溶解於水中會因受水分子作用，急速分解具有極強氧化力，殺菌、脫臭、漂白等作用。
4. 臭氧水中分解前，或分解後都能與附著物發生反應。
5. 臭氧分解反應後，最重要的分離產物是氫氧離子﹝HO^-﹞。
6. 氫氧離子的氧化能量為-2.8V，氧化能力比臭氧本身氧化能量還高。
7. 臭氧在酸性溶液中有-2.7V，在鹼性溶液中有-1.24V。
8. 臭氧與有害物質分解後,會還原成氧氣，不會再造成二次公害。

[編輯] 臭氧的發現

西元1785年時，德國人Van Marum在雷雨後之清新空氣中，從所含的草鮮味而發現臭氧的存在，至1840年才由Schonbein，以希臘字"OZONE"命名之。

[編輯] 大自然臭氧與環境臭氧

臭氧其實它的味道並非是很臭，而是由三個單氧（O）經變化後結合在一齊形成O3，正確的中文名應該叫做『重疊原子氧』（Triatomic oxygen)。 臭氧在宇宙中有二種，一種是『大自然臭氧』，一種是『環境臭氧』。

[編輯] 大自然臭氧

它是存在於太空之大氣層（約在37到74公里）它是由大氣中的氧分子受到太陽紫外線長期照射的作用而形成臭氧，再漂浮到大氣層同溫層的邊緣形成臭氧層，保護著地球，免受太陽的紫外線侵犯，且空氣中的臭氧量為0.01~0.04ppm，因臭氧具有極強淨化殺菌之作用，使得自然界中的細菌霉菌，無法異常繁殖因而保持平衡狀態.。 但如今大量汽機車及工業廢氣，大量往大氣層上升破壞大自然臭氧層，使大自然的臭氧層漸稀薄而破洞，使整顆地球表面上的生物受到太陽的紫外線侵襲，使整個地球的表面溫度在最近的五十年內平均溫度上昇2°C（溫室效應），使地球上的環境磁場由平均磁場0.5高絲（Gaus）降到0.45高絲（Gaus）。

[編輯] 環境臭氧

是經過化學變化後所產生的臭氧，如工業廢氣、汽機車所排放的廢氣，均含有大量的臭氧，這種臭氧是較活躍，且不穩定的氣體，對人體有相當程度的害處。

在強烈的光線照射下 氧氣O2 和二氧化氮NO2會反應產生臭氧。(尤其在空氣污染嚴重的都市）因為氧氣和氮氣不容易在室溫下產生反應，一般情形下二氧化氮NO2含量都很低。但是在高溫的引擎內 氧氣和氮氣會產生反應

N2(氣體) + O2(氣體) ─ 熱 → 2NO(氣體)

引擎內的一氧化氮排出後很快和空氣中的氧氣形成二氧化氮。

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)

而二氧化氮在強光下則會產生分解

NO2(g) ─ 強光 → NO(g)+O(g)

這種反應產生的氧原子O便會很容易和氧氣O2 形成臭氧。

O(g)+O2(g) →O3(g)

所以，在烈日下 當交通阻塞時汽車產生的二氧化氮夠多時，則很容易產生較多的環境臭氧。過多的環境臭氧對於生物都是不好的。當環境臭氧的比例超過十億分之125 (125ppb)，則會開始對人體健康有影響。環境臭氧也會使得橡膠或塑膠等聚合物產品產生永久性的惡化。

雖然地面上有過多的環境臭氧是不好的，呼吸臭氧對人體不好，但是在大氣層高處（同溫層15-55公里高）的自然臭氧卻是地表生物生存很重要的關鍵因素。因為自然臭氧可以吸收太陽輻射中大量的紫外線。氧氣也會強烈吸收波長短於2400埃的紫外線，但是2400-2900埃間的紫外線卻無法被氧氣所吸收，而需要自然臭氧來完成使命。否則地表很多的生物將在強烈紫外光的照射下死亡。

同溫層中臭氧是因氧氣在強烈紫外光照射下形成的。

O2(g) ─ 紫外光 → 2O(g) (波長短於2400埃的紫外光)

於是氧原子很快和氧氣形成臭氧。

O(g)+O2(g) → O3(g) 放熱反應 

結合以上兩反應，於是每三個氧分子可以形成兩個臭氧，且將紫外光轉換成熱（紅外光）。 當自然臭氧吸收紫外線時又會分解成氧氣與氧原子

[編輯] 臭氧脫臭

臭氧脫臭的構造在於其電氣分解的秘密。臭氧的構成原子─氧原子(Ｏ)帶有負電，氧分子(Ｏ₂)帶有正電，臭氧則是帶有負電。若找帶有正電的結合對象，臭氧即會氧化，這種作用與造成極大脫臭效果的電氣分解有關。亦即，惡臭的臭味多帶有正電，而臭氧與其結合（離子結合）後，會反應成為其它物質。即可達到脫臭效果，這種作用與殺菌相同，藉由氧化分解後達到脫臭效果，並非利用臭氧獨特的氣味來掩蓋惡臭，而是將臭味根源物質加以分解。

例如：甲烷（放屁的臭氣以及甲烷氣體）與臭氧的反應式：

EX：CH4(甲烷)＋O3(臭氧)→CO (一氧化碳)＋2H2O(水分)CO(一氧化碳)＋O3(臭氧)→CO2(二氧化碳)＋O2 (氧)

甲烷與臭氧結合後，變成二氧化碳及氧二種無臭，無毒穩定化學物質。

[編輯] 人工臭氧生成方式比較

臭氧產生的方式包括：紫外線法、電解法、無聲放電法、尖端放電…等數種方式。

[編輯] 紫外線法

濃度低，消耗電力大。燈管不能直射眼睛或皮膚，燈管壽命約3000~4000小時。

[編輯] 電解法

耗電力大。成本高、尚未符合經濟效益。無聲放電法：分為平板放電、管狀放電、利用石英管玻璃、耐熱玻璃、陶瓷、不鏽鋼等誘電體，當直流高壓高頻電流通過時，與接地電極便會產生放電電暈現象。而即分解反應，從3O2 成為2O3，得到臭氧，為目前一般在經濟考量下，普遍所選用之方式，但一般而言此種產生臭氧之方式受限於產生器本身之使用壽命較短且於臭氧產生同時溫度會上升，影響臭氧正常輸出。

[編輯] 尖端放電法

大自然閃電原理相同方式產生自然臭氧，並克服上項各式產生缺點，產生器壽命長且經濟省電，為最新一代臭氧產生裝置。

[編輯] 臭氧的應用與研究

• 臭氧之應用

• 臭氧之研究
  • 國外有關臭氧研究之概況 　

1. 目前國際臭氧研究所設在加拿大渥太華，大致分為臭氧科學及臭氧醫學兩大類，並行研究 。
2. 美國將臭養科學用於飲水殺菌及廢水處理，將臭氧醫學用於細胞活化及抑制癌症成長（聯合報載），易另闢太空臭氧學，再太空艙及潛水艇內設置臭氧機以淨化密閉內空氣，調整工作人員身心。
3. 蘇俄除典型應用外，將臭氧醫學用於運動訓練上26日後運動員運動量增加59.7%。
4. 日本將臭氧科學應用於環境衛生、勞工衛生、食品衛生及生產過程改善並於東京市區內， 裝置大型臭氧產生機，使東經污染能控制於6度以下（日本都市污染指標為8度）。

[編輯] 與其他化學藥劑之比較

這要看是將臭氧用在何處。大致上的優點如下：

1. 臭氧可以殺死的微生物總類比氯還要多。（特別是抗氯力強的梨型蟲胞囊，只有使用臭氧才能殺死）
2. 殺菌速率比氯快，因而可以降低接觸時間，減少反應槽體積，增大處理量。
3. 臭氧在完成氧化、消毒後，臭氧會自行還原成氧氣。而氯仍會殘留於水中，需要後續處理才能消除之。
4. 臭氧不會產生有致癌風險的消毒副產物。而氯消毒會產生氯胺類、三鹵甲烷類之消毒副產物。而法規對於自來水、廢水的消毒副產物管制將越趨嚴格，臭氧將會取代大部分的氯。
5. 臭氧無法儲存，必須現場製造立刻使用。因此不像氯氣有發生運輸洩漏的風險，也沒有儲存問題。
6. 臭氧機只要買一次，就可以持續製造臭氧。而加氯系統，則需要持續購買氯。

[編輯] 臭氧有害嗎

1. O₃常溫下為一不累積且可自然分解之氣體，不如一般現有之芳香劑或樟腦丸屬人工化學合成物質，於空氣中揮發後並不會自然分解，吸入人體可能會造成殘留，長期使用下累積於體內造成傷害。
2. O_3是一種活性的氣體，它的活潑性與溫度習習相關。在常溫下（18℃-30℃），O₃約在30秒內就會還原成O₂，而溫度愈高O₃的還原速度則愈快（更活潑）；反之溫度愈低時，O₃的還原速度則變慢（不活潑），當溫度低於6℃以下時，則O₃幾乎不還原。
3. 至於O₃可能對呼吸器官造成傷害，其實是因為長期處於O₃濃度較高之環境下。首先應先由其對人的黏膜組織影響開始說起；當我們有眼睛感到乾澀、喉嚨及嗅覺不適時，若擔心對人體造成傷害，只要將機器關閉或調低濃度，或者暫時離開該空間待其還原後再進入即可，如此並不會對您有所傷害反而有助於皮膚及黏膜表面的組織新陳代謝。
4. 一般對於O₃有負面報導的事件，多發生於美加地區，其最重要的原因是因其緯度關係，其普遍溫度多於低於常溫（18℃-30℃）以下，O₃的活性降低，造成殘留於空氣中的機率變高(見說明2)，一旦經人吸入體內後O₃在人體中，因體溫之因素，讓O₃大量還原，而有濃度過量的情形產生，進而可能對人體造成傷害。
5. 台灣地屬亞熱帶氣候，溫度適中，頗適合O₃進行正常的還原反應，較難有殘留現象發生。

[編輯] 常用臭氧資料

• 臭氧在空氣中的濃度單位是ppm或mg/m³；臭氧在水中的濃度單位是ppm或mg/L。

• 換算方法：在空氣中時1ppm＝2 mg/m³；在水中時，1ppm＝1mg/L。

• 臭氧在大氣中達到一定的濃度時就會造成環境污染。在居住環境，臭氧濃度超過0.15mg/m³時就構成空氣污染；在作業場所，臭氧濃度超過0.2mg/m³時就構成污染。

• 空氣中的臭氧濃度達到0.01-0.02mg/m3時，人即可嗅知。

• 臭氧發生器的規格是按照臭氧產生的重量單位劃分的。臭氧產量的單位是mg/h或g/h（毫克/小時、克/小時），即臭氧發生器工作1小時能夠產生多少重量單位的臭氧。

• 在對食品廠、藥廠、化妝品廠的生產車間消毒時，在車間潔淨度不超過30萬級時，空氣中的臭氧濃度達到10-20mg/m³即可，並且要密閉作用30分鐘的時間；如果同時需要對車間內已有的設備和物品消毒，臭氧濃度需要達到20-30mg/m³；如果是對10萬級、萬級、局部百級潔淨度的車間消毒時，臭氧濃度須達到30-100mg/m³。在對包裝材料進行臭氧薰蒸消毒時，消毒室/櫃內空氣中的臭氧濃度一般在50-200mg/m³之間；在對生魚片、蝦仁等水產品進行臭氧水浸泡消毒時，水中臭氧濃度一般在0.8-1.0ppm之間。

• 常溫常壓混合條件下，瓶裝純淨水用臭氧消毒時，通常1m³/h水需使用3g臭氧，並且水中臭氧濃度需達到或超過0.3mg/L；對瓶裝礦泉水臭氧消毒時，通常1m³/h水需使用6g臭氧，並且水中臭氧濃度需達到或超過0.5mg/L。

• 泳池水用臭氧消毒時，按全池水迴圈一次時每小時的水流量確定投放臭氧量，通常是1m3/h水使用1-2g臭氧，然後再投加少量的消毒藥劑。當1m3/h泳池水使用臭氧4g或以上時，池水不再需要投加消毒藥劑，並且池水會變得清澈透藍。

• 水產養殖用水臭氧消毒時，通常是按將池水的一半迴圈一次時，每小時的水流量來確定臭氧使用量的。淡水通常是1m³/h水使用1g臭氧，如果是海水臭氧量可提高到1.5-2g。育苗階段時，臭氧使用量可適當降低。但不論臭氧使用量是多少，在加入過臭氧的水流回養殖池之前，水中的臭氧含量必須降低到0.05mg/L以下。