臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要探討螯合劑重金屬廢水之回收處理技術，即以臭氧氧化前處理程序，再配合混凝沉澱、MF與NF過濾薄膜等單元，建立EDTA-Cu廢水的最佳操作程序系統，探討各單元系統之TOC、Cu2+、EDTA的去除效率及界達電位(Zeta potential) 、粒徑分佈及導電度等水質參數，並分析經混凝沉澱產生的膠羽特性。
臭氧氧化/混凝沉澱程序中，若在沉澱池控制pH值8.5鹼性條件下，能促進膠羽的凝聚而沉澱，對於TOC、Cu2+及EDTA都具有較高的去除效率。MF與NF薄膜能有效分離廢水中TOC、Cu2+、EDTA及懸浮固體，適合應用在臭氧氧化之後段處理程序。而薄膜滲透液水量會因操作壓力增高而提升，雖然可增加廢水回收率，但易造成薄膜污堵或結垢等風險。
臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序能有效的處理EDTA-Cu廢水，經水質分析結果TOC、Cu2+、EDTA的去除效率皆較臭氧氧化/MF/NF程序高。本研究可配合廢水處理須求，評估臭氧氧化/混凝沉澱、臭氧氧化/MF/NF、臭氧氧化/混凝沉澱/MF與臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF不同單元組合對處理水質的探討，增加實際應用的經濟性。

This work studied the techniques of the chelating heavy metal wastewater treatment. The pretreatment by ozone oxidation can be used in combination with coagulation, MF and NF for treatment of EDTA-Cu wastewater. The parameters of water qualities were analyzed and evaluated from the combination of various units, such as removal efficiencies of TOC, Cu2+, EDTA, Zeta potential, particle distribution and conductivity. The characteristics of the coagulation flocs were also estimated.
In the ozone oxidation/coagulation process, when the pH was controlled at about 8.5 in the sedimentation tank, the TOC, Cu2+ and EDTA presented higher removal efficiencies. The MF and NF membranes can effectively separate TOC, Cu2 +, EDTA and suspended solids in the wastewater, suitable for post-treatment after ozone oxidation process. The permeate flow from the MF and NF modules would be increased in higher operating pressure. Although the recovery rate increased, the fouling and scaling were a potential risk of the membranes under the high operating pressure.
The efficiencies of various processes of ozone oxidation/coagulation, ozone oxidation/MF/NF, ozone oxidation/ coagulation/MF and ozone oxidation/coagulation/MF/NF were analyzed and evaluated. Accroding to the results, the ozone oxidation/coagulation/MF/NF process was more effective in treating EDTA-Cu wastewater. The removal efficiencies of TOC, Cu2+ and EDTA were higher than those of ozone oxidation /MF/NF process.

目錄
指導教授推薦書
口試委員會審定書
授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
圖目錄 xvi
表目錄 xx
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 印刷電路板工業廢水水質特性及法令規範 4
2.1.1 印刷電路板工業廢水水質特性 4
2.1.2 EDTA的性質與應用 5
2.1.3 一般印刷電路板處理廢水概況 8
2.1.4 印刷電路板排放水法規標準 10
2.2 臭氧氧化原理、特性及反應機制 11
2.2.1 臭氧的物理化學性質 11
2.2.2 臭氧在水中的溶解度 13
2.2.3 臭氧與有機物的反應機制 15
2.2.4 EDTA經臭氧氧化程序之反應路徑 17
2.3 混凝沉澱之原理、影響因素及應用 19
2.3.1 混凝之機制 19
2.3.2 影響混凝的因素 23
2.3.3 臭氧在混凝沉澱之應用 25
2.4 微過濾陶瓷薄膜原理、特性及應用 26
2.4.1 微過濾薄膜原理 26
2.4.2 微過濾陶瓷薄膜特性及優缺點 28
2.4.3 微過濾陶瓷薄膜應用 29
2.5 奈米過濾薄膜原理、特性及應用 31
2.5.1 奈米過濾薄膜原理 31
2.5.2 奈米過濾薄膜之過濾機制 31
2.5.3 奈米過濾薄膜應用 33
第三章 實驗設備與方法 36
3.1研究架構及流程 36
3.1.1實驗流程圖 36
3.1.2 臭氧反應器及混凝沉澱池系統 38
3.1.3 MF陶瓷薄膜系統 40
3.1.4 NF螺捲式薄膜系統 43
3.2實驗儀器及藥品 46
3.2.1 實驗儀器 46
3.2.2 實驗藥品 48
3.3 實驗方法 50
3.3.1 臭氧吸收實驗 50
3.3.2 總有機碳分析 52
3.3.3 溶液重金屬分析 54
3.3.4 EDTA濃度分析 55
3.3.5 Zeta potential及粒徑分析 56
3.3.6 懸浮固體分析 57
3.4 原廢水水質分析 58
第四章 結果與討論 59
4.1 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF處理程序實驗 59
4.1.1 臭氧氧化/混凝沉澱之放流水水質分析 59
4.1.2 臭氧氧化/混凝沉澱/MF之水質分析 66
4.1.3 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF之水質分析 73
4.1.4 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF之薄膜系統流量及回收率探討 81
4.2 臭氧氧化/混凝沉澱膠羽粒子之XRD分析 85
4.3 臭氧氧化/MF/NF處理程序實驗 88
4.3.1 臭氧氧化單元之放流水水質分析 88
4.3.2 臭氧氧化/MF之水質分析 95
4.3.3 臭氧氧化/MF/NF之水質分析 101
4.3.4 臭氧氧化/MF/NF之薄膜系統流量及回收率探討 107
第五章 結論與建議 108
5.1 結論 108
5.2 建議 110
參考文獻 111
附錄 117


圖目錄
圖2.1 EDTA化學結構式 6
圖2.2 EDTA與銅金屬離子螯合結構式 6
圖2.3 不同pH值下水中銅離子與EDTA螯合劑變化型態 7
圖2.4 臭氧的四種共振型態 12
圖2.5 EDTA的反應礦化路徑 18
圖2.6 帶負電膠羽粒子之界達電位與電雙層關係圖 20
圖2.7 不同混凝劑之混凝曲線 23
圖2.8 垂直過濾與掃流過濾示意圖 27
圖2.9 穩定狀態下濃度極化的濃度分佈圖 28
圖2.10 NF薄膜之Donnan效應示意圖 32
圖3.1 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF實驗流程圖 37
圖3.2 臭氧氧化/MF/NF實驗流程圖 38
圖3.3 臭氧氧化及混凝沉澱實驗程序圖 39
圖3.4 MF陶瓷薄膜之純水校正曲線 41
圖3.5 MF陶瓷薄膜系統流程 42
圖3.6 NF螺捲式薄膜之純水校正曲線 45
圖3.7 NF螺捲式薄膜系統流程 46
圖4.1 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水pH值的變化 60
圖4.2 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水TOC濃度變化 61
圖4.3 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水Cu2+濃度變化 62
圖4.4 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水EDTA濃度變化 63
圖4.5 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水膠羽Zeta potential變化 64
圖4.6 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水膠羽粒徑分析 65
圖4.7 臭氧氧化/混凝沉澱程序之放流水導電度變化 66
圖4.8 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之pH值變化 67
圖4.9 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之TOC濃度變化 68
圖4.10 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之Cu2+濃度變化 69
圖4.11 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之EDTA濃度變化 70
圖4.12 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之膠羽Zeta potential變化 71
圖4.13 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之膠羽粒徑分佈 72
圖4.14 臭氧氧化/混凝沉澱/MF程序之導電度變化 73
圖4.15 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之pH值變化 74
圖4.16 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之TOC濃度變化 75
圖4.17 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之Cu2+濃度變化 76
圖4.18 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之EDTA濃度變化 77
圖4.19 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之Zeta potential變化 78
圖4.20 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF程序之導電度變化 79
圖4.21 氧化銅XRD分析標準圖譜 85
圖4.22 氧化亞銅XRD分析標準圖譜 86
圖4.23 氫氧化銅XRD分析標準圖譜 86
圖4.24 EDTA-Cu反應後之沉澱池膠羽XRD分析 87
圖4.25 臭氧氧化單元放流水之pH值變化 89
圖4.26 臭氧氧化單元放流水之TOC濃度變化 90
圖4.27 臭氧氧化單元放流水之Cu2+濃度變化 91
圖4.28 臭氧氧化單元放流水之EDTA濃度變化 92
圖4.29 臭氧氧化單元放流水之膠羽Zeta potential變化 93
圖4.30 臭氧氧化單元放流水之膠羽粒徑分析 94
圖4.31 臭氧氧化單元放流水之導電度變化 94
圖4.32 臭氧氧化/MF程序之pH值變化(TMP=0.08 MPa) 96
圖4.33 臭氧氧化/MF程序之TOC濃度變化(TMP=0.08 MPa) 96
圖4.34 臭氧氧化/MF程序之Cu2+濃度變化(TMP=0.08 MPa) 97
圖4.35 臭氧氧化/MF程序之EDTA濃度變化(TMP=0.08 MPa) 98
圖4.36 臭氧氧化/MF程序之膠羽Zeta potential變化(TMP=0.08 MPa) 99
圖4.37 臭氧氧化/MF程序之膠羽粒徑分析(TMP=0.08 MPa) 100
圖4.38 臭氧氧化/MF程序之導電度變化(TMP=0.08 MPa) 100
圖4.39 臭氧氧化/MF/NF程序之pH值變化(驅動壓力=2 MPa) 101
圖4.40 臭氧氧化/MF/NF程序之TOC濃度變化(驅動壓力=2 MPa) 102
圖4.41 臭氧氧化/MF/NF程序之Cu2+濃度變化(驅動壓力=2 MPa) 103
圖4.42 臭氧氧化/MF/NF程序之EDTA濃度變化(驅動壓力=2 MPa) 104
圖4.43 臭氧氧化/MF/NF程序之Zeta potential變化(驅動壓力=2 MPa) 105
圖4.44 臭氧氧化/MF/NF程序之導電度變化(驅動壓力=2 MPa) 105


表目錄
表2.1 典型印刷電路板製造業原廢水污染濃度 5
表2.2 金屬銅離子與EDTA、氫氧根離子錯合物之平衡常數 8
表2.3 印刷電路板污染物質分析表 9
表2.4 事業、污水下水道系統及建築物污水處理設施放流水標準 11
表2.5 臭氧的物理化學性質 13
表2.6 臭氧直接與間接反應之比較 17
表3.1 MF陶瓷薄膜特性 40
表3.2 NF螺捲式薄膜特性 44
表3.3 Zetasizer Nano ZS之規格 47
表3.4 膠羽之Zeta potential值與穩定特徵關係 57
表3.5 實驗之原廢水水質分析 58
表4.1 MF在不同操作壓力下對水質的排拒率關係 70
表4.2 NF在不同操作壓力下對水質的排拒率關係 77
表4.3 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF之水質外觀變化 80
表4.4 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF之水質範圍關係 80
表4.5 臭氧氧化/混凝沉澱/MF/NF之累積去除率及排拒率關係 81
表4.6 MF薄膜系統流量及回收率關係(TMP = 0.01 MPa) 82
表4.7 MF薄膜系統流量及回收率關係(TMP = 0.05 MPa) 83
表4.8 MF薄膜系統流量及回收率關係(TMP = 0.08 MPa) 83
表4.9 NF薄膜系統流量及回收率關係(Driving force = 1 MPa) 84
表4.10 NF薄膜系統流量及回收率關係(Driving force = 2 MPa) 84
表4.11 臭氧氧化/MF/NF處理程序各水質範圍 106
表4.12 臭氧氧化/MF/NF處理程序各水質之累積去除率及排拒率 106
表4.13 MF薄膜系統流量及回收率關係(TMP = 0.08 MPa) 107
表4.14 NF薄膜系統流量及回收率關係(驅動壓力 = 2 MPa) 107

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