地質氧化技術

本技術係改良傳統電動力技術，以反應性電極取代惰性電極(碳 棒) ，使移除污染物之同時進行化學降解，以提昇處理技術之永續 性，進行地質氧化技術時，其主要藉由電動力產生之四種機制及反應 性電極所產生之電化學降解反應，移除污染物同時進行陽極氧化技術 以 降 解 污 染 物 ， 分 別 為 ： 電 解 反 應(Electrolysis) 、 電 滲 透 流 (Electroosmosis)、電子遷移(Electromigration)、電泳(Electrophresis)及 電化學降解(electrochemical degradation)，其處理程序示意圖如圖 2.2 所示。在污染土壤進行地質電化學整治，藉由其產生之處理機制將污 染物藉由電動力機制集中移除至陽極槽，再由氧化性電極與污染物產 生電化學降解，達到永續處理之目的(Tanaka et al., 2002)，縮少污染 土面積，在進行後續污染土之整治工程，達到土壤之復育。(US EPA, 2002)

圖2.2 地質氧化技術處理程序 1.電解反應

於電動力進行時，於陰陽兩極槽將會產生電解反應使得陽極槽液 於氧化環境下持續產生大量氫離子而呈酸性，且陰極槽液於還原狀態 下也因氫氧根離子之持續產生而呈鹼性，且陰、陽兩極槽液產生之氫 離子以及氫氧根離子會移動造成電滲透流及離子遷移。陰陽兩極產生 電解反應如下：

Anode ： 2H

₂

O → O

_2(g)

+ 4H

⁺

+ 4e

^-

(2.1) Cathode： 2H

₂

O + 2e

^-

→ H

_2(g)

↑+ 2OH

-

(2.2) 2.電滲透流

一般而言，當在土壤施加電場時，陽極產生之陽離子向陰極流動 產生電滲透流。土壤所含有的離子型態以及土壤性質皆會對電滲透流

大小造成影響，因此，pH 值、離子強度、土壤表面帶電荷情形等亦 會對電滲透流造成影響。電滲透流率可以達西定律(Darcy Law)加以表

示，如下所示：

Ｑ _e

= K

_e

．i．A (2.3) 其中，Q

_e

為電滲透流率(cm

³

/s)； K

_e

為電滲透係數(cm

²

/V‧s)；

i 為電位坡降(V/cm)；A 為截面積(cm ²

)。

3.離子遷移

土壤中可移動性離子會受電場作用移動，此稱為離子遷移。與離 子有效移動、電壓強度、離子價數、土壤性質、法拉第常數及絕對溫 度有關。離子遷移流的質量傳輸大於電滲透流10倍以上，因此電動力 法在整治污染土壤過程中，離子遷移為主要的移除機制(Yuan et al., 2008)。

在 電 場 作 用 下 土 壤 中 離 子 的 移 動 速 率 可 以 下 式 加 以 描 述 (Virkutyte et al., 2002)：

u*= D*zF/RT (2.4)

其中： u:有效離子移動速率；

D:有效擴散係數(cm ²

/s)；

Z:離子價數；F:法拉第常數；

R:理想氣體常數；

T:絕對溫度。

以往的研究中指出，污染物在土壤中電遷移的速率會因電流密 度、土壤質地粗細、污染物濃度及總離子濃度等因子而改變 (Krauss et al., 2001)。

4.電泳

當帶電膠體粒子受到外加電場的影響，帶電固體表面相對於電解 液運動。如圖2.3所示，帶正電的膠體粒子存在於電解質溶液中，受 到外加電場的作用而向帶負電的極板移動，此種膠體粒子的運動稱之 為電泳運動(劉永章等, 1998)。但因為土壤中孔隙非常小，土壤中顆 粒並不容易被移動，故於土壤系統中電泳現象並不明顯。

圖 2.3 電泳作用示意圖(劉永章等, 1998) 5. 陽極氧化技術

當選取雙金屬氧化電極為操作電極時，在電化學反應進行過

程，水分子將於陽極電解產生氫氧自由基(HO．)(Tanaka et al., 2002) H

2

O

(aq)

→HO．

(aq)

+ H

⁺

+ e

-

(2.5)

此氫氧自由基會與金屬氧化物電極產生式2.2~25之反應，而使有機污 染物產生降解而致完全礦化(Awad and Galwa , 2005)

M + x HO．

(aq)

→MO

x

+ H

⁺

+ e

-

(2.6) MO

_x

+ R →RO

_x

+ M (2.7) MO

x

+ H

2

O →MO

x

(HO．)+ H

⁺

+ e

-

(2.8) Mox (HO．) + R → CO

2

+ τH

⁺

+ MO

x

+ τe

^-

(2.9)

式中 M:電極金屬; R:有機污染物 ; τ:常數

2.5 地質氧化技術影響因子

在文檔中 以電化學地質氧化技術處理雙酚A污染土壤之研究 (頁 33-37)