要做出足夠濃度的臭氧水，第一步是了解臭氧在水中能溶解多少。臭氧的溶解度主要受三個因素影響：水溫、氣體中的臭氧濃度，以及壓力。本文用亨利定律說明這三個因素，並整理實際溶解量為什麼總是比理論值低，以及提高溶解效率的方法。
臭氧溶解度怎麼算？
臭氧溶進水中的量，大致遵循亨利定律：在一定溫度下，氣體溶進液體的量，和氣體的分壓成正比。換成實務上常用的形式：
水中臭氧的飽和濃度（mg/L）＝ 氣體中的臭氧濃度（g/m³）× 溶解度比 S × 絕對壓力（atm）
- 氣體中的臭氧濃度：臭氧發生器送出的氣體裡，每立方公尺含多少克臭氧。
- 溶解度比 S：平衡時，水中臭氧濃度與氣體中臭氧濃度的比值，會隨水溫改變。在 20～25℃ 左右約為 0.2～0.3，各文獻的數值略有不同；水溫越低，S 越大。
- 絕對壓力：以大氣壓（atm）計，一般常壓為 1 atm。
以這個公式算出來的是理論上限，也就是氣體與水接觸夠久、完全達到平衡時的濃度。實際能做出的臭氧水濃度會低很多，原因見下方「實際溶解量為什麼比較低？」。
影響臭氧溶解度的三個因素
1. 水溫：越冷溶得越多
和大多數氣體一樣，水溫越低，臭氧越容易溶解；水溫升高，溶解度比 S 下降，臭氧在水中的分解也會變快。水溫通常無法自由控制，但在設計流程時，可以選擇水溫最低的位置注入臭氧。
2. 氣體中的臭氧濃度：氧氣源比空氣源高
臭氧發生器用電暈放電把氧氣變成臭氧。用空氣當氣源時，空氣中只有約 21% 是氧氣，產生的臭氧濃度較低；用氧氣（氧氣瓶或製氧機）當氣源時，臭氧濃度可以高好幾倍。依上面的公式，氣體中的臭氧濃度越高，能溶進水中的臭氧就越多。
所以選臭氧發生器時，不能只看臭氧產量（g/h），也要看輸出氣體的臭氧濃度。產量再大，如果濃度太低，也無法做出高濃度的臭氧水。
3. 壓力：加壓能提高溶解度
壓力越高，臭氧越容易溶進水中。例如絕對壓力從 1 atm 提高到 2 atm，理論飽和濃度約可提高一倍。這也是為什麼深水槽底部、加壓管路中的溶解效率較好。
反過來說，壓力降低時，已經溶解的臭氧會跑回空氣中。高濃度臭氧水從加壓管路噴出時，要注意臭氧釋放到空氣中的安全問題。
理論值示意
以下用公式估算常壓下的理論上限，假設溶解度比 S＝0.25（約 20℃）：
| 條件 | 氣體中的臭氧濃度 | 絕對壓力 | 理論飽和濃度 |
|---|---|---|---|
| 空氣源發生器 | 20 g/m³ | 1 atm | 約 5 mg/L |
| 氧氣源發生器 | 100 g/m³ | 1 atm | 約 25 mg/L |
| 氧氣源發生器＋加壓 | 100 g/m³ | 2 atm | 約 50 mg/L |
表中的數字只是用來比較三個因素的影響，不是設備能達到的實際濃度。實際的臭氧發生器濃度、水溫與溶解效率，都需要依現場條件評估。
實際溶解量為什麼比較低？
- 接觸時間不夠：氣泡在水中停留的時間太短，還沒溶解就浮出水面。
- 接觸面積不夠：氣泡越大，單位體積的表面積越小，溶解越慢。
- 臭氧持續分解：臭氧在水中會自行分解成氧氣；水溫越高、pH 越高，分解越快。
- 被水中的物質消耗：有機物、鐵、錳等物質會和臭氧反應，消耗掉一部分臭氧。
怎麼提高臭氧的溶解效率？
- 讓氣泡變小：小氣泡的表面積大、上升慢，與水接觸的時間更長。
- 增加接觸時間：使用較深的接觸槽，或延長氣體與水接觸的管段。
- 加壓：在加壓的狀態下混合，提高溶解度。
- 用氧氣源發生器：提高氣體中的臭氧濃度。
- 選擇低溫的注入點：在流程中水溫最低的位置注入臭氧。
NIKUNI KTM 氣液混合微氣泡產生泵，可以同時做到其中幾項：泵浦本身吸入臭氧，在泵內加壓混合，產生平均直徑約 25 µm 的微細氣泡。微氣泡接觸面積大、停留時間長，有助於提高臭氧的溶解量。散氣管、文丘里噴射器與 KTM 的比較，請見臭氧殺菌原理與應用；產品規格請見微氣泡產生器｜NIKUNI KTM／MBG。
安全提醒
- 沒有溶進水中的臭氧會從水槽逸出，需經排臭氧裝置處理後再排放。
- 臭氧對人體有害，設備周圍要通風並監測濃度，作業場所須符合勞動部《勞工作業場所容許暴露標準》。
- 臭氧有腐蝕性，泵浦、配管與墊片都要選用耐臭氧的材質。
常見問題
水溫高的時候，怎麼維持臭氧水濃度？
可以提高氣體中的臭氧濃度（改用氧氣源發生器）、在加壓狀態下混合，或縮短從製作到使用的時間。水溫高時臭氧分解也比較快，建議在使用地點現場製作。
臭氧產量（g/h）越大，臭氧水濃度就越高嗎？
不一定。臭氧水能達到的濃度，主要受氣體中的臭氧濃度限制。產量大但濃度低的發生器，能處理的水量較多，但無法做出高濃度的臭氧水。
表中的理論值可以當作設備規格嗎？
不行。理論值假設氣體與水完全達到平衡，實際上會因接觸時間、氣泡大小、臭氧分解與水質而低很多。實際濃度請依現場條件評估。
怎麼詢問或選型？
請提供處理水量、水溫、目標臭氧水濃度與臭氧發生器規格，歡迎聯絡我們。
台灣二國股份有限公司
