第一章 前言
1.1 研究緣起
近年來，藥品及個人保健用品(Pharmaceuticals Personal care products，
PPCSPS )由於人類廣泛使用，在土壤及地下水中造成嚴重的污染，藥品 及個人保健用品中可依其用途大致分為以下八大類，包含動物與人類抗 生素、陣痛消炎藥、血脂調節劑、阻斷劑、顯影劑、性與固醇類賀爾蒙、
以及個人保健用品等，其中個人保健用品中依不同用途添加不同的藥物，
在使用量或是環境流佈檢測中佔有非常大比例，故產生的污染更是不容 忽視，這些污染物可能會經由直接攝取或生物累積接觸進入人體，更因 為這些污染物一但進入人體就不易代謝至體外，而累積於人體引發慢性 病、心肺及肝腎功能的病變。
三氯沙（Triclosan,5-氯-2-（2,4-二氯苯氧基）苯酚,TCS）被認為是新 興污染物的一種，具有抗菌和殺真菌作用的有機合成化合物，其經常添 加於個人護理產品中，其中最為熟知的即為牙膏，利用三氯沙之抗菌效 果抑制口腔內細菌的產生，因此牙膏的使用使得三氯沙進入下水道系統，
並因為污水處理廠的處理程序無法將三氯沙做有效的去除而流佈於環境 中，相關研究顯示三氯沙在環境流佈濃度顯著提升，主要因為其對水中 生物的毒性以及所形成之有毒副產物所造成之嚴重環境問題，三氯沙可 與水中的自由氯反應，生成氯仿和氯化酚如 2,4-二氯酚（DCP）和 2,4,6-三氯酚，另外，受到太陽光直接光解的三氯沙，亦可能產生戴奧辛，由 於對人體及環境危害的不確定性，因此美國已將三氯沙列為人類可能致 癌物質(Wang et al.,2017)。
2
三氯沙經過處理廠排放或經由其他途徑流佈於環境中，由於其對土壤 具有較高之親和力，故常存在於土壤及底泥中，許多學者探討高級氧化 技術將環境中三氯沙降解及礦化，而常使用的方法有光催化、化學氧化 法(芬頓法、臭氧法等)、電化學法等，但探討去除三氯沙污染土壤之文獻 仍有限，且化學氧化法大多因需添加額外的化學藥劑產生大量底泥，另 還需考慮整治所產生之中間產物是否造成更嚴重的污染，故於實場應用 上需多加思考。
現今所使用之化學氧化法主要利用不同的高氧化物質包括過錳酸鉀 (KMnO4)、過氧化氫(H2O2)、過硫酸鹽(Na2S2O8及 2KHSO5·KHSO4·K2SO4) 等化學藥劑，由於其添加於環境中會產生一連串之氧化還原反應，使污 染物產生氧化降解效果，進而達到處理之目的，降低污染物在環境中之 危害，而在眾多氧化劑當中，過硫酸鹽被認為是一項具有潛力之氧化劑，
主要由於其在環境中之穩定性，氧化能力較強，對污染物之處理效果可 達極佳之因素，近年來受到許多學者重視，然而，應用於土相環境下，
對於過硫酸鹽氧化劑傳輸速率及影響範圍，便成為一項重要討論的因子，
若無法有效掌控過硫酸鹽，則無法使污染土壤受到有效的處理。
電動力技術在土相環境中可以有效移動土壤及地下水中之陰、陽離子，
除了有助於土壤中污染物之集中，亦可使化學藥劑經電力驅動力而向污 染團方向移動，近年來，電動力技術開始與化學氧化法結合進行污染物 降解，其方法主要分成三大類，一為加入氧化劑進行氧化劑之傳輸而降 解污染物，二為搭配具有氧化還原效果之滲透性反應牆污染物受電力驅 動而通透反應牆後產生氧化降解反應，三為改良陽極電極使其於電化學
3
過程中額外產生活性氧分子進而降解污染物，將原先之惰性電極以氧化 型電極替代，產生氧化物種降解土壤中污染物之處理方法，稱為電化學 地質氧化技術，然早期所使用之電極材料通常為貴金屬，其成本過高，
近年來開始使用成本較低之金屬如鐵、鋁作為材料進行結合，然僅能針 對污染土壤進行處理，本研究所使用之 Co-Fe/Al 電極主要以少量鈷作為 催化過硫酸鹽之材料，結合 Fe/Al 雙金屬電極之氧化能力以共同處理受污 染之土壤及水樣。
電化學地質氧化於實場往往受到電力耗損量、電極材料、操作流質成 本之考量而受到限制，為使其成本降低，本研究主要針對不同電極排列 方式進行實驗，而許多文獻指出，當污染土壤之外圍電極之佈點位置越 密集時，電場有效範圍越廣，然而，當電極佈點位置增加時，所需挖鑿 之井數、電極數量也會跟著提升，為了使處理效能達到一定的水平，須 考量經濟成本，以及污染土壤之處理效率，找尋其中的平衡點，而在目 前國外電動力實場先導試驗之研究中，提到蜂巢狀(Hexagonal)電極排列 對於污染土壤之處理效果之影響，且認為此排列方式電場效應分布較均 勻，且尚能藉由陰陽極擺放位置更有效的限縮污染物的流動範圍，為一 項利於實際場址應用之技術，同時改善傳統電動力僅能移動污染物質及 傳統高級氧化技術僅能應用於水相離地處理之限制。
本研究將研製 Co-Fe/Al 氧化電極應用於電動力法，再結合過硫酸鹽 高級氧化技術降解三氯沙污染土壤，以期使土壤中的三氯沙受到有效的 降解，輔以蜂巢狀排列方式為主要單元之設計，加強電化學地質氧化與 過硫酸鹽技術之搭配，並進行實驗，期望找出現地三氯沙污染地下水及
4
土壤處理之最適操作參數。
1.2 研究目的
1. 研發Co-Fe/Al氧化電極催化過硫酸鹽系統，並應用於電化學地質 氧化技術，增強硫酸自由基(Sulfate radical)於土相環境之移動能力，
達到土壤/地下水中三氯沙現地降解之效果。
2. 探討鈷鐵複合金屬氧化電極之金屬塗佈量分析與處理效能評估;
3. 建立液相三氯沙降解之最適參數;
4. 探討電極排列方式對三氯沙污染土壤現地處理效能之影響;
5. 建立電化學地質氧化技術實場模組之處理單元。
1.3 研究內容
本研究主要內容彙整如下:
1. 進行 Co-Fe/Al 複合金屬氧化電極之製備，探討製備時間及製備溫 度對電極特性之影響；
2. 進行電極壽命評估實驗，以了解 Co-Fe/Al 複合金屬氧化電極之使 用性能；
3. 進行電化學液相降解試驗，探討氧化劑種類與濃度、操作時間、
pH 值及電位坡降對三氯沙降解效率之影響；
4. 進行電化學二維管柱系統實驗進行三氯沙污染土壤之處理，探討 氧化劑添加種類、氧化劑濃度、電位坡降、處理時間之影響;
5. 進行電化學地質氧化三維模組實驗探討電極排列對三氯沙處理效 率之影響，並選出最適電化學地質氧化技術之參數；
6. 進行地質氧化技術之經濟效益評估。
5