操作流質之影響

土壤中NP濃度為 50 mg/kg，電位坡降為 1.0 V/cm²條件下處理 5 天，討論不同操作流質下(Test 3 及Test 11-18)對去除率之影響。

1.土壤 pH 值變化

經 5 天電動的處理後土壤切片 pH 值之分佈圖情形如圖 4.30 所 示，可發現測試土壤pH 值由陽極往陰極漸升高。Test 1 操作流質為 D.I Water，其 pH 分佈範圍於 2.4-11.5。Test 3 與 Test 11-13 係以 NaOH 為操作流質為主，於靠近陽極端 pH 約為 3.2-3.2 較 Test 1 的 2.4 來的 高，因其每日需於陽極槽加入操作流質。Test 14-15 使用檸檬酸為酸 性溶液，靠近陰極端之pH 分佈為 11.0-11.4，而陽極端之 pH 分佈為

Normalized Distance from Anode to Cathode Test 14 (0.036M CA) Test 15 (0.060M CA)

Initial pH 8.5 Test 11 (0.066M NaOH) Test 12 (0.220M NaOH) Test 13 (0.330M NaOH)

Initial pH 8.5 Test 16 (10% Methanol) Test 17 (20% Methanol) Test 18 (30% Methanol)

Initial pH 8.5

(a)

(b)

(c)

圖 4.30 土壤 pH 剖面圖(不同操作流質)

2.0-2.1，因為於出流方向為陰極端，於實驗過程中陽極槽需補充操作 流質(citric acid)，導致其靠近陽極端時 pH 較使用 D.I.Water (Test 1)為 低。由圖 4.30c 發現甲醇與水當操作流質時，從陽極 (pH=2.4-2.8)至 陰極 (pH=11.3-11.5)端 pH 範圍與 D.I.Water (Test 1)非常接近。

2.電滲透係數(k_e)與電流密度之變化

圖 4.31 為每日所紀錄之電流密度，於 24 時後Test 2-3(NaOH)之 電流密度約為7.1-7.3 mA/cm²，而Test 9-10 (citric acid)於同時間之電 流密度約為8.2 mA/cm²，使用檸檬酸為操作流質時，其電流密度上升 較NaOH為操作流質時快，但是經電動力實驗 34 小時後之電流密度開 始下降後之趨勢，以NaOH為操作流質之電流密度較使用檸檬酸時來 的高且穩定，由此可發現，雖然使用NaOH為操作流質其電流密度一 開始較檸檬酸來的低，但是其可以穩定電流密度，使得電動力系統之 出流量較為平均。

圖4.32 表示在添加不同甲醇比例於操作流質中，每日電流密度 之記錄，當在電動力處理24 小時後，電流密度到達最高鋒，Test 16 (10% Methanol)、Test 17 (20% Methanol)與Test 18 (30% Methanol)於 24 小時電流密度分別為 7.5、7.1 與 6.9 mA/cm²，處理時間於 38 小時 後電流密度逐漸下降，且當甲醇比例愈高其平均電流密度會降低，甲 醇會降低操作流質於土壤中之導電性。

Processing time (hr)

0 20 40 60 80 100 120

Current density (mA/cm

)

0 2 4 6 8 10

Test 11 (0.066M NaOH) Test 3 (0.110M NaOH) Test 12 (0.220M NaOH) Test 13 (0.330M NaOH) Test 14 (0.036M CA) Test 15 (0.060M CA)

圖 4.31 電流密度隨處理時間變化圖(以 NaOH 及檸檬酸為操作流質)

Processing time (hr)

0 20 40 60 80 100 120

C u rre nt de ns ity ( m A /c m

)

0 2 4 6 8 10

Test 1 (D.I. Water) Test 16 (10% Methanol) Test 17 (20% Methanol) Test 18 (30% Methanol)

圖 4.32 電流密度隨處理時間變化圖(以甲醇為操作流質)

3. NP 處理效率

將不同操作流質條件下，其土壤切片中殘留濃度與總去除效率彙 整於圖4.33 中。在電位坡降為 1.0 V/cm，NP 初始濃度為 50 mg/kg，

進行電動力實驗5 天之條件下，對於 NP 之去除效率依序為：Methanol (68.8%)>NaOH(53.7%)>CA(38.7%)>D.I.Water (29.6%)。藉由檸檬酸做 為操作流質時，去除效率約為35.8-38.7%，約為 Test 1 之 1.2-1.3 倍。

圖4.33(a)中發現 Test 14 (0.036 M CA)與 Test 15(0.06 M CA)主要 殘留量在靠近陽極端 0-2 cm 之區段。由總去除率來看，提升檸檬酸 濃度對於去除效率增益並不大，僅有提升 2.9% 之去除率。而當改變 操作流質為0.066 M 之 NaOH 溶液時，去除效率為 Test 1(D.I. Water) 之 1.4 倍，去除率明顯提升至 42.8%，其可能為土壤中 NP 受 NaOH 影響，易由土壤中脫附，隨之受電滲透流而被移除。當增加NaOH 濃 度，由0.66 M 提升至 0.11 M 時，對於土壤中 NP 之去除率再提升至 47.1%，較 Test 11 上升了 4.3%。持續提升操作流質 NaOH 濃度，由 0.22 M 改變為 0.33 M NaOH 時，去除率亦上升 1.3%，由此可知，增 加NaOH 濃度可有效將 NP 由土壤中脫附而增加去除效率，但對於去 除效果提升有限。

欲去除土壤中 NP 污染物與其溶解度有關，為提升操作流質對 NP 之溶解度，試以甲醇與水之混合液做為操作流質。表 4.9 為不同 甲醇與水混合比例對 NP 之溶解度測試，當甲醇例愈高時，對於 NP 之溶解度有明顯上升。以10%甲醇進行電動力實驗去除率為 52.8%，

其與Test 5(0.33 M NaOH)之去除率 53.7%已非常接近，當持續增加甲

0

Initial concentration = 50 mg/kg

Resi dual con centrati on i n soil (mg/kg )

0 20 40 60

Test 1 (D.I. Water) Test 11 (0.066M NaOH) Test 3 (0.110M NaOH) Test 12 (0.220M NaOH) Test 13 (0.330M NaOH)

Initial concentration = 50 mg/kg

Normalized distance from anode to cathode

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Test 16 (10% Methanol) Test 17 (20% Methanol) Test 18 (20% Methanol)

Initial concentration = 50 mg/kg (a)

(b)

(c)

圖 4.33 電動力處理後土壤中 NP 殘留分佈圖(不同操作流質)

醇之比例至 20%其去除率可達 65.6%。而當甲醇比例由 20%提升至 30%時，去除率僅上升 3.2%，去除率並未明顯上升。由表 4.6 觀察電 滲透流率，當甲醇比例為10、20 與 30%時，其電滲透流率分別為 0.87、

0.81 及 0.77×10^-4 cm³/s，由此發現甲醇添加比例升高時，將會導致電 滲透流率降低，使得出流量變少影響去除效率之提升。

表 4.9 甲醇與水混合液對 NP 之溶解度測試 Solubility (mg/L)

Run 10%

Methanol 20

Methanol 30 Methanol

1 15.2 28.5 52.1

2 15.9 27.8 53.4

3 14.7 28.9 52.5

Ave. 15.2±0.6 28.4±0.4 52.6±0.5