實驗設計說明

在工廠之應用上，有機物降解反應時間之多寡與氣相臭氧溶入水中之 比例有關，通常採用吸入式(injection)之設計有著較好的氣液混合效果，反 應時間只需數分鐘即可。且就成本理念來思考的話，通常會使用最少之O3

及H2O2來進行氧化程序。而實際作法則將有機物之鍵結破壞形成有機酸即 可，不需降解到僅剩CO2及H2O之程度，而效率判斷指標則為Non-ionized TOC殘餘率。經破壞後之有機酸則由純水系統中之2B3T樹脂床來吸附，經 一連串之後續處理單元，再送到製程端從新使用。

故本研究將是以臭氧/過氧化氫之氧化程序處理含生物難分解之清潔 劑及界面活性劑等之低濃度有機物製程回收水，在參考相關文獻後決定以 臭氧量、雙氧水量、pH值及反應時間來當作本實驗之參數，而各參數之水 準如表3-1所列

表3-1 系統實驗操作參數

3.2.1 水質水量設計

由於目前工廠係一穩定生產狀態，故水質及水量並不會有劇烈之變

噸，並以離心式pump為輸送工具將水注入臭氧反應槽，進行高級氧化反應;

而此股回收水質依據長期之量測發現，總有機碳之值亦多落於12~13 ppm 之間。

(a) (b)

圖3-6 (a)回收水輸送pump (b)臭氧反應槽

回收水輸送pump規格如下: 離心式、不銹鋼材質、輸送壓力5 kg/cm² 和流量281 m³/hr ; 而臭氧反應槽之規格如下: 圓形桶槽、直徑800 mm、高 5000 mm、體積3 M³和不銹鋼材質。

3.2.2 臭氧量設計

依研究文獻指出，在標準狀態下( 1 atm，25℃ ) 100%純臭氧其水中溶 解度可達 580 ppm。在考慮 O3 generator 產氣效率、供應壓力及臭氧抽射器 之溶氣效率下，設定六種臭氧注入濃度分別是 20 ppm、30 ppm、50 ppm、

120 ppm、150 ppm、180 ppm，而臭氧產量之調整由臭氧產生器中之控制 開關進行設定並有流量計進行監測，於流量穩定時才開始進行每一批次實 驗，臭氧產生器之規格如表 3-2

表3-2 臭氧產生器規格^[27]

Type ZFE319

Nominal ozone production 106.8 kg/hr Operation range 10-100%

Nominal ozone concentration 10% wt Nominal operating pressure 2.4 bar abs Number of dielectrics 2700 Dielectric material Non glass Operation voltage Max. 3.7 kV Frequency 700-1250 Hz Nominal cooling water flow 160 m³/hr

Nominal cooling water temp.

20℃ at generator inlet due to the increase of temperature from 15.5

℃ to 20℃ trough the heat exchanger 0.5 bar

Pressure drop cooling water 0.5 bar

Construction code AD-Merkblatter/TUV/PED 97-23-EC

3.2.3 雙氧水量設計

依 NMS 內部研究^[26]發現 H₂O₂在高級氧化之反應過程中，約有 50%之

中作回收使用，故殘餘之 H2O₂不宜太高，以免後續之活性碳塔無法完全 吸附進而破壞了二床三塔樹脂。在單因子之實驗中先採用 0 ppm、5 ppm、

10 ppm、20 ppm 及 30 ppm 等五種注藥濃度，整個 H₂O₂注藥系統係由雙氧 水 meter 偵測水中 H₂O₂濃度並採用變頻 pump 來控制注藥量，而藥劑之來 源為長春石油化學股份有限公司所生產過氧化氫（物品編號為: 2014），

H₂O₂規格如表 3-3 所示

(a) (b)

圖3-7 (a) H2O₂儲存Tank (b) H2O₂ Pump

表3-3 H₂O₂ 藥劑規格

濃度 50%

氣味 (at 室溫) 輕微辛辣味 顏色 (at 室溫) 無色

沸點範圍 (at 760mm Hg) 114℃

pH 值 1-3

比重 18

水中溶解度 100%

分解速率 (at 30℃) 每年約 1%

3.2.4 pH 值之調整

表3-5 HCl 藥劑規格 比重 1.16

pH <2

成份 NaOH 32±0.5%

Mg <4 ppm Ca <4 ppm Pb <2 ppm

3.2.5 反應時間

由文獻中發現臭氧在鹼性條件下其半衰期約僅有數分鐘，故太大之反

應容器是沒有意義的，在此將以 1.5 min、3 min 及 6 min 之反應時間來調 整流量及決定採樣位置，採樣位置分別置於臭氧反應槽不同之高度。

3.2.6 多因子實驗設計

在完成單因子實驗後，將取其效率較佳之水準進行下一步多因子之實 驗計畫，依照田口玄一博士之手法，會以較少之實驗次數來獲得各要因及 其水準之關係，並求得較佳之操作參數。