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研究生:陳怡諭
研究生(外文):I-Yu Chen
論文名稱:以H2O2/O3/UV程序處理含巴拉刈農藥水溶液之研究
論文名稱(外文):Study on the Treatment of Paraquat-Containing Solution by H2O2/O3/UV Processes
指導教授:樓基中樓基中引用關係
指導教授(外文):Jie-Chung Lou
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:138
中文關鍵詞:巴拉刈臭氧轉化率
外文關鍵詞:UV/O3H2O2/O3/UVUV/H2O2O3/H2O2
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本研究以近年廣泛應用於業界之高級氧化程序(簡稱AOPs)處理含巴拉刈農藥之水溶液。實驗於半批次反應裝置中進行:加入O3、UV、O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2及UV/O3/H2O2等對巴拉刈轉化率之影響,實驗條件包括O3劑量、pH值及H2O2濃度。巴拉刈濃度為10 ppm、20 ppm,O3劑量45 g/hr、105 g/hr,H2O2濃度為0.07 g/L、0.71 g/L、1.127 g/L。
第一階段實驗前導試驗,目的為觀察巴拉刈於各種酸鹼值下的降解情況,比較O3與O2的轉化率及篩選各種氧化程序適用之最佳pH值範圍。
處理巴拉刈效果最佳程序為O3/H2O2其次為O3、UV/O3、 UV/H2O2/O3、UV/H2O2,效果最差的程序則為UV,且O3/H2O2可去除較高濃度之巴拉刈溶液,反應時間與其他程序相較之下更短暫。進流巴拉刈濃度高低只對UV與UV/H2O2程序的最終轉化率有影響,對其他高級氧化程序則影響有限。無UV照射的AOPs,轉化率隨著O3進流劑量愈大而增多;有UV照射的AOPs,轉化率則隨著O3進流劑量愈大而減緩。
利用半衰期t1/2做本實驗半批次系統反應動力之確認,除了UV與O3/H2O2程序無法以t1/2判定反應階數之外,O3、UV/O3、UV/O3/H2O2、UV/H2O2反應階數分別為0.7896、0.861、0.8171及0.2897。O3/H2O2之反應階數則由n階經驗速率方程式推算得n=1.075。故UV/H2O2與UV程序反應階數近似零階,其他四種AOPs之反應階數則有偏向一階的趨勢。
綜合處理效果與成本分析,O3/H2O2(O3 45 g/hr、H2O2 Dosage 0.71 g/L)為最佳的處理程序,對於能源與經濟成本的消耗最低。另外O3及UV/O3皆可列為考慮。
This study was to investigate the treatment of paraquat-containing solutions by advanced oxidation processes (denoted by AOPs). The operation parameters conducted in semi-batch reactor were as follows: the effect of ozone dose, pH and H2O2 concentration on conversion of paraquat by adding O3, UV, O3/H2O2, UV/H2O2 and UV/O3/H2O2. Paraquat concentration: 10 ppm and 20 ppm, ozone dose: 45 g/hr and 105 g/hr, and H2O2 concentration: 0,07 g/l, 0.71 g/l and 1.127 g/l were tested.
In the first stage of pre-test, the purpose was to observe the decomposition of paraquat under various pH in order to compare the conversions by O3 and by O2, and to select the optimal pH in above AOPs.
The performances of AOPs for treating paraquat-containing solutions were found in sequence as follows: O3/H2O2, O3, UV/O3, UV/H2O2/O3, UV/H2O2 and UV. The process of O3/H2O2 not only could remove higher concentration of paraquat but also had to need a shorter residence time. The effect of parameters on the removal of paraquat by each AOPs were discussed.
The kinetics of AOPs in treatment of paraquat-containing solutions was confirmed by using half-life test. Except UV and UV/H2O2 processes nearing zero order, the apparent reaction order of O3, UV/O3, UV/O3/H2O2 and O3/H2O2 were obtained to be one.
Based on the removal and cost analysis, O3/H2O2 (O3 = 45 g/hr, H2O2 dose = 0.71 g/l) was the best process in treating paraquat solutions for the low energy and economic cost. As for the O3 and UV/O3 processes, we also recommended to be yours truly options.
謝誌 Ⅰ
摘要 Ⅱ
英文摘要 Ⅳ
目錄 Ⅵ
表目錄 ⅩⅠ
圖目錄 ⅩⅢ
第一章 前言 1
1-1研究緣起 1
1-2研究目的 2
1-3研究內容 2

第二章 文獻回顧 3
2-1農藥 3
2-1-1農藥的定義 3
2-1-2農藥的毒性 3
2-1-3農藥工廠的型態 4
2-1-4農藥工廠廢水來源 5
2-1-5巴拉刈特性 5
2-1-6處理方法 8
2-2 高級氧化程序 11
2-3 臭氧基本特性 11
2-3-1臭氧分子結構與特性 11
2-3-2臭氧在空氣中的分解 13
2-3-3臭氧於水中分解 14
2-3-4影響臭氧反應的因素 15
2-3-5臭氧氧化特性 18
2-3-5-1臭氧氧化二個可能的途徑 18
2-3-5-2直接臭氧化反應包括三種反應機制 19
2-3-5-3一般氫氧自由基對有機物的氧化作用可分為三種機制 20
2-3-6臭氧質量傳輸理論 21
2-3-6-1純物理性質量傳輸理論 21
2-3-6-2氣液間化學反應的質量傳輸 23
2-4過氧化氫的基本特性 26
2-4-1過氧化氫物理化學性質 26
2-4-2過氧化氫在水及廢水處理上之應用 28
2-5過氧化氫/臭氧的基本特性 29
2-6 UV光催化的基本特性 29
2-6-1光化學反應 30
2-6-2紫外光催化會受到下述幾項因素的影響 30
2-7 UV/臭氧的基本特性 32
2-8 UV/過氧化氫的基本特性 33
2-8-1原理 34
2-8-2紫外線/過氧化氫之適用情形 36
2-8-3 UV/過氧化氫氧化程序之優缺點 37
2-9 UV/臭氧/過氧化氫 38

第三章 研究架構與實驗方法 40
3-1實驗設備 40
3-2實驗器材 41
3-3實驗藥品 42
3-4分析方法 45
3-5實驗設計與步驟 47
3-5-1 前導實驗 47
3-5-2 操作條件對巴拉刈轉化率之影響 49
3-5-3 高級氧化程序實驗之步驟 49

第四章 結果與討論 55
4-1 前導實驗 55
4-1-1 巴拉刈於各種pH值之降解率 55
4-1-2 比較O3與O2的轉化率 56
4-1-3 pH值決定試驗 57
4-2 高級氧化程序組合最佳處理條件之探討 62
4-2-1 O3程序 62
4-2-2 O3/H2O2程序 63
4-2-3 UV程序 65
4-2-4 UV/ O3程序 66
4-2-5 UV/ H2O2程序 67
4-2-6 UV/H2O2/O3程序 68
4-2-7綜合比較 70
4-3反應濃度對轉化率之影響 71
4-3-1 O3程序反應濃度對轉化率之影響 71
4-3-2 O3/H2O2程序反應濃度對轉化率之影響 72
4-3-3 UV光程序反應濃度對轉化率與影響 74
4-3-4 UV/O3程序反應濃度對轉化率之影響 75
4-3-5 UV/H2O2程序反應濃度對轉化率之影響 76
4-3-6 UV/O3/H2O2反應濃度對轉化率之影響 77
4-4 O3劑量對轉化率之影響 79
4-4-1 O3程序O3劑量對轉化率之影響 79
4-4-2 O3/H2O2程序O3劑量對轉化率之影響 80
4-4-3 UV/O3程序O3劑量對轉化率之影響 81
4-4-4 UV/H2O2/O3程序O3劑量對轉化率之影響 82
4-5 H2O2劑量對轉化率之影響 83
4-5-1 O3/H2O2程序H2O2劑量對轉化率之影響 83
4-5-2 UV/H2O2程序H2O2劑量對轉化率之影響 85
4-5-3 UV/H2O2/O3程序H2O2劑量對轉化率之影響 86
4-6 反應動力之探討 87
4-7成本評估 96

第五章 結論與建議 99
5-1結論 99
5-2建議 100

第六章 參考文獻 102

附錄A 巴拉刈毒理資料 A-1
附錄B 放流水標準 B-1
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