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研究生:周芳丞
研究生(外文):Fang-Cheng Zhou
論文名稱:電催化技術處理氨氮廢水之研究
論文名稱(外文):The Study of Treatment of Wastewater Containing Ammonia by Electro-catalytic Technology
指導教授:李元陞
指導教授(外文):Yuan-Shen Li
口試委員:張育傑林文印
口試日期:2019-07-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:環境工程學系碩士班
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:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:電催化氨氮催化劑電壓效率反應動力學
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近幾年氨氮成為家庭污水或展業廢水中主要污染之一,因水中的氮氧化物過多,導致水體產生優養化的現象。因此環保署利用環保法規針對工業排放廢水中的氨氮濃度訂定嚴格的管制標準。比起傳統的除氮方法,電化學法更為新穎,不僅用藥量較少、處理時間短、占地小以及不會有副產物污泥的產生,但其缺點為電解時耗能過大、容易受限於氯離子。
本研究使用槽體尺寸105 cm × 15 cm × 15 cm來進行氨氮水溶液電催化實驗。以氯化銨配置20、30、40 ppm 的15 L氨氮水溶液,使用攪拌機設定在200 rpm後均勻混合氨氮溶液,接著分別放入2-6塊的電極板,且設定電壓為30 V、60 V、90 V,最後再放入500克的催化劑以行電解廢水去除氨氮的實驗,得出最佳的實驗參數,最後探討其處理效益與反應動力學。
在20 ppm時,測得催化劑在500克時為最佳條件,其氨氮移除率為38.2 %,其次則是1000克催化劑的33.8%。
將所有參數測電流,得出在氨氮濃度30 ppm,最高電流1.12安培,為最低電流0.044安培的25倍,而在40 ppm時最高電流1.722安培,是最低電流0.069安培的24.9倍得出兩者相似。
將所有參數做氨氮降解試驗,顯示當濃度30 ppm時,氨氮移除率最差為36.6 %,最佳移除率82.7 %,在濃度40 ppm時,氨氮移除率最差為52.7 %,最佳移除率66.7 %。顯示當電極板越多、電壓越高時處理效果越好,而當電流達到某一值之後,過大的能量會產生水解而導致氨氮移除率降低。

In recent years, ammonia nitrogen has become one of the main pollutants in domestic sewage or industrial wastewater. Due to the excessive nitrogen oxides in the water, the water body produces the phenomenon of optimal nutrition. Compared with the traditional method of nitrogen removal, Electro-catalytic Technology is relatively new, which not only uses less amount of drugs, has short processing time, occupies less land and does not produce by-product sludge, but also has the disadvantages of excessive energy consumption during electrolysis and is easily limited to chlorine ions.

In this study, the tank size of 105 cm × 15 cm × 15 cm was used to simulate the real water treatment, and to investigate the electrocatalytic degradation of ammonia nitrogen solution. 15 litres of ammonia nitrogen in ammonium chloride configuration solution 20, 30, 40 parts per million (PPM), use the blender mixing set 200 RPM ammonia solution, then into 2-6 pieces of electrode plates respectively, and the set voltage 30 V, 60 V, 90 V, and then add 500 grams of catalyst in electrolysis experiment of removing ammonia nitrogen wastewater, it is concluded that the best experimental parameters, thus achieve the environmental protection agency (epa) announcement put water control standard 20 parts per million, finally discuss the processing efficiency and reaction kinetics.

At 20 PPM, the catalyst at 500 g was the best condition, the ammonia nitrogen removal rate was 38.2%, followed by 33.8% of 1000 g catalyst. Then, current of all parameters were measured, and it was found that the highest current at ammonia nitrogen concentration of 30 PPM was 1.12 amperes, 25 times of the lowest current 0.044 amperes, while the highest current at 40 PPM was 1.722 amperes, 24.9 times of the lowest current 0.069 amperes.
Ammonia nitrogen degradation test, all the parameters showed that when concentration of 30 PPM, ammonia nitrogen removal rate was 36.6%, the worst best removal rate is 82.7%, the concentration of 40 PPM, ammonia nitrogen removal rate was 52.7%, the worst best removal rate is 66.7%, the more its display when the plate electrode, the higher the voltage, the better treatment effect, and when the current reaches a certain value after hydrolysis of the excessive energy can produce results in the decrease of ammonia nitrogen removal rate.

Abstracts II
致謝 IV
圖目錄 V
表目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1研究動機 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 4
2-1氨氮的特性與危害 4
2-2 氮循環 5
2-3 去除工業廢水中氨氮處理方式 7
2-3-1氣提法 7
2-3-2離子交換法 7
2-3-3逆滲透法 8
2-3-4折點加氯法 8
2-3-5電化學氧化法 8
2-4 催化 10
2-4-1催化劑 10
2-5 反應動力學 11
2-5-1反應速率 11
2-5-2 反應階數 12
第三章 實驗材料與方法 15
3-1 研究架構 15
3-2 電動力模組 16
3-3 研究設備和材料 18
3-3-1 水樣來源 18
3-3-2 電極石墨板 18
3-3-3 電源供應器 18
3-3-4 分光光度計 18
3-3-5 攪拌機 18
3-3-6 實驗原理 19
3-3-7 催化劑 19
3-4 實驗方法 19
3-5 分析方法 20
3-5-1 化學試劑與材料 20
3-5-2 儀器設備 21
3-5-3 試驗條件與操作 21
3-6 氨氮水溶液樣品基本性質分析 22
3-6-1 酸鹼值(pH值)測定方法 22
3-6-2 水中氨氮之標準檢測方法 24
第四章 結果與討論 27
4-1不同克數之催化劑對於電催化處理氮效率影響 27
4-2-1 不同克數之催化劑對於氨氮處理效率影響 27
4-2 各設計參數下的電流與pH值對電催化處理之影響 28
4-2-1 各設計參數下電催化處理的電流 28
4-2-2 各設計參數下的電催化處理pH值 29
4-3 一組電極板給予不同電壓與氨氮濃度對處理效率之比較 34
4-3-1 定氨氮濃度30 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 34
4-3-2定氨氮濃度40 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 35
4-4 兩組電極板給予不同電壓與氨氮濃度對處理效率之比較 36
4-4-1 定氨氮濃度30 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 36
4-4-2 定氨氮濃度40 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 37
4-5三組電極板給予不同電壓與氨氮濃度對處理效率之比較 38
4-5-1定氨氮濃度30 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 38
4-5-2 定氨氮濃度40 ppm下電壓30 V、60 V、90 V處理效果比較 39
4-6各條件下電催化處理的效益之比較 40
4-6-1 各設計參數之經濟效益 40
4-7反應動力學 45
4-7-1反應速率 45
4-7-2 反應階數 46
第五章 結論 49
參考文獻 50

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