電化學程序同時去除不同種類廢水中的重金屬及有機物：去除機制及效率

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Title:	電化學程序同時去除不同種類廢水中的重金屬及有機物：去除機制及效率 Electrolytic processes for simultaneous removal of heavy metals and organics from different industrial wastewaters: Removal mechanisms and performances
Authors:	維恩亞 Vinh, Ya
Keywords:	化學混凝;常規電混凝;電化學還原;電置換/沉澱/沉積;高壓電混凝;Chemical coagulation;Conventional electrocoagulation;Electro-chemical reduction;Electro-replacement/precipitation/deposition;High-pressure electrocoagulation
Date:	2020
Issue Date:	2024-09-11 11:52:10 (UTC+8)
Abstract:	本研究以電化學程序，利用鈦(Ti)網放置廢棄鐵屑作為犧牲陽極，處理含有Cr(VI)的電鍍廢水(其處理機制稱為電化學還原(ECR))及含有CuEDTA廢水(其處理機制為電置換/沉澱/沉積(ERPD))。利用廢棄鐵屑在鈦網中的方式可增加犧牲陽極的表面積，系統可在低電流密度(1.18-3.54 mA/cm2)下操作，相對的，需要的操作電壓也較低，因此，所消耗的能量也較少。此外，本研究也利用了高壓電混凝系統在酸性條件下有效率地將Fe(II)轉換成Fe(III)的方式處理有機廢水。處理含有Cr(VI)的電鍍廢水的實驗結果顯示，在通電的環境下可以完全去除Cr(VI)，但是在無電流的狀態下Cr(VI)去除率只有20％，不論操作在低電流(0.25 A)或無電流狀態下，主要的Cr(VI)去除機制為Cr(VI)在鐵表面上直接還原，但此機制會因為鐵表面受到沉積的鐵氧化物或Cr(III)-Fe(III)氧化物造成鈍化而抑止。在酸性溶液pH下還原/去除Cr(VI)的效率較佳，是由於沉澱的Fe/Cr氫氧化物於酸性pH下額外吸附Cr(VI)。總鉻的去除結果也與Cr(VI)的還原/去除接近，但是去除總鉻所需的時間會隨著pH降低而增加。此外，不同供電模式實驗結果顯示，間接性供電的情況下能源及廢鐵的使用效率都有所提升。在間歇性電流條件下使用廢鐵作為犧牲陽極的情況下，總操作成本比常規平板電極節省72-77％。本研究將廢鐵作為犧牲陽極填充於鈦網中的ERPD程序處理含螯合銅的廢水。首先使用鐵板及碳板作為犧牲陽極處理含或不含螯合有機物的含銅廢水，藉以了解其中的去除機制。使用碳作為陽極其銅去除效果不佳（約20％），而使用鐵作為陽極可完全去除銅，由於TOC的去除率≤10％，證明ERPD為從CuEDTA複合物中去除銅的主要去除機制。使用填充於鈦網中的廢鐵作為犧牲陽極可完全去除銅，但在沒有電流的情況下只能去除60％的銅，初始溶液的pH值對銅去除的影響可忽略不計。而在曝空氣的操作條件下，Cu的去除率僅為60％，另外透過機械混合和以氮氣混合的實驗結果顯示，銅的去除率可達到100％，顯示水中溶氧會顯著影響銅的去除率。從結果清楚地得知ES 系統利用利用鈦(Ti)網放置廢棄鐵屑作為犧牲陽極不僅可以提高去除效率還可以減少成本，通過使用ERPD程序處理含CuEDTA的廢水，比起化學置換處理方式，可以節省約60-75％的運營成本。本研究以新穎的高壓電混凝系統(HPEC)處理含合成染料的廢水（EBT），利用空氣加壓，可在酸性pH條件下使Fe(II)有效地轉化成Fe(III)，產生的氫氧化鐵固體物，於酸性pH條件下吸附染料更有效率。本研究比較HPEC和常規電凝（CEC）程序處理合成染料廢水的有效性，在各種壓力（0-3 bar）和初始溶液pH值 (3-10)下，HPEC系統的性能優於CEC，而且於較短的反應時間即可完全去除色度。此外在初始溶液的pH值<8的情況下，使用HPEC可完全的去除色度和約78％的總有機碳，由於Fe(III)-EBT複合物的形成無法通過混凝或吸附反應有效地去除這些複合物，在酸性及自然的pH條件下可以得到較高的去除效率，其原因是歸根於在此pH的條件下會增加二價鐵 (Fe(II))轉換成三價鐵 (Fe(III))的效率，再經由對反應容器中的溶氧加壓形成Fe(OH)3並沉澱，因此溶液的pH值> 8時去除效率急劇下降。HPEC與CEC流程相比下，由於HPEC需要的反應時間較短，以至於可以節省大量的運營成本 (約45-70％)。
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