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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃國書
研究生(外文):Kuo-Shu Huang
論文名稱:電化學方法去除螯合性銅及硝酸鹽之研究
論文名稱(外文):Research of Electrochemistry Treatment of Chelated Copper and Nitrate
指導教授:程淑芬程淑芬引用關係
指導教授(外文):Shu-Fen Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:環境工程與管理系碩士班
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:電混凝硝酸鹽螯合銅電還原
外文關鍵詞:ElectrocoagulationElectroreductionChelated copperNitrate
相關次數:
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近年來台灣伴隨著產業蓬勃發展,除了污染物對於環境的衝擊外,因為用水量大幅增加,導致水資源日趨極限的窘境,水資源不足問題將限制經濟的發展,積極開發更具實用性及經濟的廢水處理回收再利用技術為產業界一直努力的目標。
本研究主要探討電化學技術對螯合性銅及硝酸鹽兩種不同特性廢水的處理成效,研究內容包括傳統化學混凝、電化學混凝以及電化學還原等方法,傳統混凝主要探討混凝劑種類、混凝劑添加量及不同pH值情況下,對水中污染物沉澱拌除情形;電化學混凝主要探討停留時間、電極材質、原水pH值、電壓梯度,原水濃度等條件對水中污染物之去除成效;電化學還原探討操作條件包括電極材質、觸媒種類、觸媒添加量、鹽橋電解質濃度等。結果顯示電混凝系統處理螯合性銅廢水,鋁板系統60分鐘去除率為92 %,電能消耗為5.82×10-3 kWhg-1 (271 元/噸),鐵板系統10分鐘去除率為100 %,電能消耗為0.22×10-3 kWhg-1 (11 元/噸),顯示處理螯合銅時,鐵板較率較鋁板佳。電混凝處理硝酸鹽廢水結果顯示,鋁板系統30分鐘去除率趨近90 %,電能消耗0.39×10-3 kWhg-1 (17 元/噸),鐵板系統60分鐘去除率最佳為74 %,電能消耗1.34×10-3 kWhg-1 (50 元/噸),顯示鋁板系統比鐵板系統佳。電化學還原系統處理硝酸鹽廢水以鋁板系統為最佳,60分鐘硝酸鹽去除率約為50 %,其優點為零污泥產生量。
As industries in Taiwan bloom in recent years, aside from the environmental impact caused by pollutants, domestic water consumption also has increased greatly to result in drainage of our water resourses. Being water deficiency can affect the economic development, it has been a goal for the industries to develop more practical and economical wastewater treatment and regeneration technologies. This study investigates the effect electrochemical technology has in treating wastewater of chelated copper and nitrate. The research contents include traditional chemistry coagulation, electrocoagulation and electroreduction. The traditional chemistry coagulation mainly discuss the removing result of coagulant kind, coagulant dosage and different pH to the pollutant in water. Electrocoagulation mainly discuss the removing result of residence time, electrode material, original water pH, voltage gradient, original water consistency to the pollutant in water. Electroreduction Operation condition include electrode material, catalyst kind, catalyst dosage, electrolytic consistency of salt bridge. Results show electrocoagulation treatment of wastewater containing chelated copper reached removing rate of 92 % and electrical energy consumption of 5.82×10-3 kWhg-1 (271 dollars/ton) using the electrode aluminum system for 60 minutes. For the electrode iron system, the removing rate is 100 % and the electrical energy consumption is at 0.22×10-3 kWhg-1 (11 dollars/ton) for 10 minutes this demonstrate electrode iron system removes better than electrode aluminum system while treating chelated-copper-containing wastewater. Electrocoagulation treatment of wastewaster containing nitrate results in removing rate approach 90 % and electrical energy consumption of 0.39×10-3 kWhg-1 (17 dollars/ton) using the electrode aluminum system for 30 minutes. As for the electrode iron system, the removing rate is 74 % and the electrical energy consumption is at 1.34×10-3 kWhg-1 (50 dollars/ton), this demonstrate electrode aluminum system removes better than electrode iron system. The electroreduction system treats nitrate-containing wastewater best with the electrode aluminum system. The removing rate of nitrate is approximately 50 % for 60 minutes with the advantage of no sludge production.
總目錄
中文摘要...I
Abstract..II
誌謝......IV
總目錄...VII
目錄.....VII
表目錄....XI
圖目錄...XII

目錄
第一章 前言...............................................1
1-1 研究緣起..............................................1
1-2 研究目的..............................................3
第二章 文獻回顧...........................................4
2-1 螯合性重金屬的形成與特性..............................4
2-1-1 EDTA特性............................................4
2-1-2 EDTA複合反應........................................5
2-1-3 目前國內外處理螯合重金屬廢水之技術..................6
2-2 硝酸鹽來源及特性......................................9
2-2-1 硝酸鹽來源..........................................9
2-2-2 硝酸鹽特性及危害...................................10
2-2-3 目前國內、外硝酸鹽的處理技術.......................11
2-3 混凝機制.............................................14
2-3-1 電雙層壓縮.........................................14
2-3-2 吸附與電性中和.....................................16
2-3-3 沉澱物網除.........................................16
2-3-4 吸附架橋作用 .......................................16
2-4 電混凝原理...........................................17
2-4-1 電化學氧化及還原(Electro-oxidation/ reduction)......8
2-4-2電浮除(Electro-flocculation)........................18
2-4-3 電動力作用(Electrokinetic).........................19
2-4-4 影響電化學處理成效的主要影響因子...................20
2-5 觸媒原理及應用.......................................25
2-5-1金屬觸媒的促進機制..................................25
2-5-2 觸媒金屬結合電化學反應系統之作用機制及相關研究.....30
第三章 研究方法與設計....................................32
3-1 研究內容.............................................32
3-2 研究方法.............................................34
3-2-1 研究水樣配製.......................................34
3-2-2 研究系統配置與操作方法.............................34
3-2-3 分析項目與方法.....................................39
3-2-4 電能消耗成本評估...................................40
第四章 結果與討論........................................41
4-1 傳統化學沉澱對不同特性銅廢水之去除情形...............41
4-2 傳統混凝對螯合銅之去除情形...........................42
4-2-1 添加鋁鹽化學混凝後對不同特性銅廢水之銅去除情形.....42
4-2-2 添加鐵鹽化學混凝後對EDTA-Cu廢水之銅去除情形........44
4-3 傳統混凝對硝酸鹽之去除情形...........................45
4-3-1 添加鋁鹽化學混凝後對硝酸鹽去除情形.................45
4-3-2 添加鐵鹽化學混凝後對硝酸鹽之去除情形...............46
4-4 電混凝對螯合銅之去除情形.............................47
4-4-1 鋁板電混凝系統對於EDTA-Cu廢水之銅去除情形..........47
4-4-2鐵板電混凝系統對於EDTA-Cu廢水之銅去除情形...........49
4-4-3 不同濃度EDTA-Cu廢水之鐵板電混凝系統對水中銅去除情形51
4-4-4 EDTA-Cu質量平衡分析................................54
4-5 電混凝對硝酸鹽之去除情形.............................55
4-5-1 不同初始pH值情況下鋁板電混凝系統對硝酸鹽之去除情形.55
4-5-2不同電壓梯度情況下鋁板電混凝系統對硝酸鹽之去除情形..56
4-5-3不同原水濃度情況下鋁板電混凝系統對硝酸鹽之去除情形..57
4-5-4 不同初始pH值情況下鐵板電混凝系統對硝酸鹽之去除情形.58
4-5-5 硝酸鹽廢水質量平衡分析.............................60
4-6 電化學還原系統對於硝酸鹽之去除情形...................61
4-6-1 不同極板材質情況下電還原系統對水中硝酸鹽之去除情形.61
4-6-2 不同觸媒種類對鋁板電化學還原系統去除硝酸鹽之影響...63
4-6-3 不同鎳粉觸媒添加量對鋁板電化學還原去除硝酸鹽之影響.64
4-6-4 不同鹽橋濃度對鋁板電化學還原系統去除硝酸鹽之情形...65
第五章 結論與建議........................................67
5-1 結論.................................................67
5-1-1 螯合性銅廢水.......................................67
5-1-2 硝酸鹽廢水.........................................68
5-2 建議.................................................69
第六章 參考文獻..........................................70
6-1 英文參考文獻.........................................70
6-2 中文參考文獻.........................................72

表目錄
表2-2 各種處理方式對脫氮效率之影響.......................12
表2-3 各種金屬對不同氣體分子之化學吸附能力...............26
表2-4 常用金屬觸媒原子之電子排列組態.....................27
表2-5 不同金屬可能催化之化學反應.........................29
表2-6 各種金屬電極之產生氫氣的過電壓.....................30
表4-1 不同極板材質電化學還原處理後亞硝酸鹽殘留量.........62

圖目錄
圖2-1 EDTA化學結構圖......................................4
圖2-2 金屬離子與EDTA的結構式..............................5
圖2-3 電雙層電位分佈圖...................................15
圖2-4 Van Olphen理論位能曲線圖...........................15
圖2-5 電化學現象主要的傳輸機制...........................19
圖2-6 鎳觸媒對氫化反應之催化機制.........................28
圖3-1 研究架構圖.........................................33
圖3-2 化學混凝反應槽.....................................35
圖3-3 電混凝反應槽.......................................37
圖3-4 電還原反應槽.......................................38
圖4-1 不同特性的銅廢水在不同pH值情況下之銅的溶出去除情形.41
圖4-2 不同Al2(SO4)3加藥量及不同pH情況下對Cu2P2O7廢水化學混凝後,水中銅的去除情形...................................42
圖4-3 不同Al2(SO4)3加藥量及不同pH情況下對CuSO4-EDTA廢水化學混凝後,水中銅的去除情形.................................43
圖4-4 不同Fe2(SO4)3加藥量及不同pH情況下對CuSO4-EDTA廢水化學混凝後,水中銅的去除情形.................................44
圖4-5 不同Al2(SO4)3加藥量及不同pH情況下對硝酸鹽廢水化學混凝後,水中硝酸鹽殘留情形...................................45
圖4-6 不同Fe2(SO4)3加藥量及不同pH情況下對硝酸鹽廢水化學混凝後,水中硝酸鹽殘留情形...................................46
圖4-7 不同電壓梯度下鋁板系統對CuSO4-EDTA廢水中銅去除情形及pH變化情形...............................................47
圖4-8 不同電壓梯度下鋁板系統對CuSO4-EDTA廢水中銅去除情形及導電度變化情形...........................................48
圖4-9 不同電壓梯度下鐵板系統對CuSO4-EDTA廢水中銅去除情形.49
圖4-10 不同電壓梯度下鐵板系統處理CuSO4-EDTA廢水污泥產生量之比較.....................................................51
圖4-11 低濃度CuSO4-EDTA廢水在不同電壓梯度下,鐵板系統對水中銅之去除情形.............................................52
圖4-12 不同濃度情況下鐵板系統對CuSO4-EDTA廢水銅去除率之比較.......................................................53
圖4-13 不同初始pH值情況下鋁板系統對水中硝酸鹽之去除情形..55
圖4-14 不同電壓梯度下鋁板系統對廢水中硝酸鹽之去除情形及溫度變化情形.................................................56
圖4-15 不同濃度廢水情況下鋁板系統對水中硝酸鹽去除率之比較57
圖4-16 不同初始pH值情況下鐵板系統對水中硝酸鹽之去除情形..58
圖4-17 不同極板材質對電化學還原系統去除硝酸鹽之影響......61
圖4-18不同極板材質電化學還原處理後水中pH值之變化.........62
圖4-19 不同觸媒種類對鋁板電還原系統去除硝酸鹽之影響......63
圖4-20 不同鎳粉觸媒添加量對鋁板電化學還原系統去除硝酸鹽之情形.......................................................64
圖4-21 不同鹽橋濃度對鋁板電化學還原系統去除硝酸鹽之情形..65
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