第二章 文獻回顧
2.2 染料廢水特性與處理技術
2.2.1 染料廢水特性
染料製造之廢水主要是來自製程中及清洗過程。製程廢水包括鹽析或酸析、壓 濾廢水、及濃縮製程中所產出大量之滲透液；而清洗廢水則包括清潔反應設備、地 板及員工洗滌廢水。根據染料所用之原料及製程，一般來說，染料廢水水質具有下 列幾項特性(游，1997)：
1.原料及產品種類繁多，且常隨市場需求變動而改變，故廢水之性質不穩定。
2.廢水中所殘留之部分原料，染料中間體及染料異構體等，多為微生物不易分 解之化合物，且部分為有毒物質。
3.廢水中含高鹽分，以致妨害其生物處理速度。
4.廢水具有高濃度的化學需氧量(COD)及色度。
5.產品為批次式生產，水質變化很大。
6.廢水溫度高。
7.pH 兩極化。
2.2.2 染料廢水處理技術
國內過去對工業廢水的的研究，較偏重於染整廢水，關於染料廢水處理的文獻 不多；由於染料廢水的之難處理特性，近年來開始有一些學者嘗試用各種方法改善 其處理效率。
胡式(1991)探討偶氮染料之生物分解性，以 P.luteola 在 0.01% RED G 染料培養 液中培養，經48 小時振盪培養與靜置 11 天後，可有 80%之去除色率，再由 TLC(Thin layer chromatography)之分析結果顯示 RED G 分子並未被分解，其色度降低僅是因 為呈色基-N=N-由雙鍵被還原成-N-N-之緣故(胡，1991)。
張氏與陳氏(1992)利用再生性活性碳管、活性污泥法、混凝沉澱法、活性碳接 觸法、活性碳接觸混凝法等比較處理含反應性染料廢水之效果，結果顯示，以活性 污泥法處理人工合成之 RP2B 反應性染料廢水效果不佳，無法有效地使廢水脫色，
因此建議以其他方法進一步處理。以活性碳吸附塔去除反應性染料時，色度與COD 去除效率皆很高，但其缺點為活性碳吸附塔容易被堵塞，活性碳的再生亦很困難；
以 PAC 為混凝劑之混凝接觸法脫色效果因染料之不同而異，60-80 mg/L 之 PAC 對 藍色系(BGFP 及 BP3R)及黃色系列 (YP-5G)之染料廢水，除色率可達 90 %以上，但 紅色系列染料及實際廢水則效果較差。而活性碳接觸法加化學混凝法共同處理在活 性碳加藥量500 mg/L 及 PAC 劑量 20 mg/L 時，比單獨以活性碳處理或混凝處理脫 色效果都來得好。
康氏等(1992)以 Fenton 法處理染整廢水中之有機物。以 PVA 染料及反應性染料 (R94H)所配成之人工染整廢水，模擬實驗廢水之 COD 和顏色，以杯瓶實驗方式探 討過氧化氫加藥量、pH、亞鐵濃度和反應時間等參數對於 Fenton 法效果的影響。
結果顯示，若以COD 和脫色率為指標，此反應最適 pH 範圍為 pH 2~4；COD 去除 動力為一階反應，且動力常數 K 值和亞鐵濃度成 1.2 次方之關係。H2O2加藥量與 去除率成正比 (H2O2 加藥量範圍 100-250 mg/L)，約 1~2 小時候即可使原有 COD 1000 mg/L 以下之人工廢水及 COD 去除率皆大於 80%。文中並指出，以 Fenton 法 處理COD 達 750 mg/L 之染整實際廢水，至放流水 COD 小於 200 mg/L 之費用約每 噸藥品費18-20 元，比生物與化學混凝倂用之傳統處理法費用 10-15 元為高(康，1992)。
高氏等人也以Fenton 法處理中興紡織楊梅印染廠廢水；杯瓶實驗結果顯示，pH 在3~4 間有較佳的處理效果，而 FeSO4加藥量在400~600 mg/L，且 H2O2在200 mg/L 時，對各種水樣之COD 去除率可高達 95 %(高，1990)。
從上述文獻資料，可大致了解，染料廢水是一種難處理的廢水，且處理的效果 隨染料廢水和處理方法不同而有所差異，其染料廢水的方法不外乎有活性污泥法，
高級氧化處理(臭氧)、活性碳吸附、化學混凝、Fenton 等。
2.2.3 化學混凝反應機制
化學混凝包括混凝(Coagulation)及膠凝(Flocculation)，混凝乃是添加混凝劑於廢 水中，利用攪拌作用使混凝劑均勻地分散於廢水中，增加其與膠體的碰撞機會，以 破壞膠體顆粒穩定之作用。膠凝則是指使顆粒凝集變大的操作過程，一般採用 polymer 為膠凝劑。為使膠體顆粒凝集，必須經過以下兩個步驟：
(1)將顆粒的電雙層施以電性中和，破壞其表面電荷，解除其穩定性。
(2)解除穩定性後，顆粒遷移，以使去穩定化的顆粒互相接觸，碰撞後造成吸附 或架橋而使膠體凝集而沉澱。
而文獻指出化學混凝一般可歸納為四種機制，分別敘述如下
(Randtks,1988)：
(1)壓縮電雙層(Electric Double Layer Compression)：水體中顆粒表面帶電形成電 雙層，膠體外圍為正電荷離子被吸附在負電荷膠體顆粒表面，因此為內固定層(Inner Fixed Layer)，介達電位為固體與液體介面與溶液間之電位，如增加溶液中離子濃 度，以減少電雙層中擴散層部分，可以降低界達電位。
(2)吸附與電性中和作用(Adsorption and Charge Neutralization)：為破壞膠體粒子 穩定性，添加混凝劑量，在適當的加藥量，會幫助膠體凝聚。當加入與膠體相反之 電荷時，因離子吸附膠體表面所帶的電性，會使膠體粒子表面位能降低而改變帶電 性，不過當加藥過量，會造成膠羽顆粒再穩定現象(Riddick,1961)
。
(3)吸附及架橋作用(Adsorption and Bridging)：高分子化合物包含長鏈有機 之結構，並接許多不同型態溶解基離子，主要於可吸附膠體之活性空位，進行一連 串吸附及架橋作用，形成較大膠羽達到混凝目的。
(4)沉澱掃曳作用(Precipitation and Enmeshment ,or SweepFloc)：加入高 劑量鐵鹽或鋁鹽藥劑，造成溶液中離子濃度乘積，大於金屬氧物之溶解度積常數 (Ksp)，並以部分非金屬氧化物粒子為核心，形成大量沉澱物下降，在沉澱物下降 的同時，造成掃曳、絆除與其他膠羽共沉降現象。