添加藥劑之浮除試驗

在此實驗裡，考慮分別添加兩種活化劑，硫酸鋁以及氯化鐵，以及兩種捕集 劑，CTAB 及油酸鈉，評估其在於濁度去除率，SS 去除率以及 TOC 去除率等反 應變數上的影響。由於實驗進行中，會有四種 ( 2 × 2) 組合，本階段採用 2^K因 子設計，藉以比較出最好的加藥方式。經由浮除動力試驗的結果，評估出處理水 水質穩定的時間。由表 4-3 的結果，將取樣時間訂在浮除程序完畢後 100 分鐘 (separation time )後再進行採樣。

表 4-3. 添加藥劑的浮除動力試驗 min NTU SS (mg/L) 0 298 1700 10 297 1500 20 300 1200 30 269 1100 40 175 500 50 28.4 0 60 20.8 0

70 6.3 0

80 5.6 0

90 4.5 0

100 4.4 0

(a) 添加硫酸鋁與油酸鈉的方式

添加硫酸鋁150 mg/L 時，會有相當濃厚的泡沫層，浮除槽底部也會有沈澱 污泥層的形成，泡沫層及沈澱污泥層呈現乳白狀。反之，如果只有添加硫酸鋁50 mg/L，則沒有分層的現象，據研判，是劑量添加不夠導致 CMP 微粒之間未形成 電性中和的結果。由此可知，活化劑的添加量對於浮除機制十分地重要。

圖 4-5，4-6 為添加硫酸鋁與油酸鈉的濁度去除率的表現結果。由圖可以發 現，添加150 mg/ L 的硫酸鋁可以有不錯的去除效果 (達濁度去除 90 %)。而 50 mg/L 的硫酸鋁則很明顯地劑量不夠。而油酸鈉在於去除效果上，則沒有什麼影 響，且添加至 40 mg/L 時，很明顯地已經過量 (圖 4-5)。 同樣的結果一樣出現 在SS 的去除效果上，如圖 4-7、4-8 所示。而在 TOC 的殘餘濃度上，如圖 4-9、

4-10 所示，添加油酸鈉劑量到 40 mg/L，而硫酸鋁濃度只有 50mg/L (-1) 時，造 成水中TOC 濃度最多會達到將近 16 mg/L，很明顯地是已添加過量。但如果硫 酸鋁的添加量有達到150mg/L (+1) 的水準時，即使添加了 40mg/L (+1)的油酸 鈉，由於活化劑的濃度已足夠形成電性中和，CMP 微粒可被奈米氣泡帶上浮渣 層，或是形成的大的膠羽 (floc)而重力沈降，可順便將過剩的油酸鈉成分帶走，

而只有將近10mg/L 的 TOC 殘餘濃度。而另一方面，比較濁度及 SS 的相對效應 上，及水準-1 及水準+1 的捕集劑濃度選擇上，可以考慮採用油酸鈉 10mg/L 的濃 度。故在這個階段中，應控制硫酸鋁在150 mg/L，油酸鈉在 10 mg/L 為所建議 的添加方式。

ActivatorDose CollectorDose

-30 0 30 60 90

turbidty removal, %

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-5. 硫酸鋁與油酸鈉的濁度去除率主要效應圖

90.562

88.594 -62.651

-18.072

CollectorDose

ActivatorDose turbidity removal, %

50 mg/L 150 mg/L

10 mg/L 40 mg/L

CollectorDose ActivatorDose

100

80

60

40

20

SS removal,%

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-7. 硫酸鋁與油酸鈉的 SS 去除率主要效應圖

95.16

100.00 22.59

22.59

CollectorDose

ActivatorDose

^{150 mg/L}

50 mg/L 10 mg/L

40 mg/L

圖 4-8. 硫酸鋁與油酸鈉的 SS 去除率交互作用圖

CollectorDose ActivatorDose

13

11

9

7

TOC Conc. (mg/L) 5

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-9. 硫酸鋁與油酸鈉的 TOC 殘餘濃度主要效應圖

4.58 10.01

3.32 15.63

ActivatorDose CollectorDose

50 mg/L 150 mg/L

40 mg/L

10 mg/L

(b) 添加氯化鐵與油酸鈉的方式

在這裡的結果發現添加氯化鐵至 100 mg/L 時，才會有分層的現象，泡沫層 及底泥層呈現鐵紅色。由圖 4-11、4-12、4-13、4-14 可以發現，結果與上一節 的結果相差無幾。選擇添加氯化鐵至100 mg/L，有不錯的去除效果。判斷圖 4-11 及4-13 中 CollectorDose 項目中的斜率可以發現到，捕集劑的添加多寡跟濁度以 及SS 去除效果比較沒什麼相關性，而且添加過量 (40 mg/L) 反而會影響濁度的 去除（圖4-18）。

在圖4-15、4-16 發現到，當我們添加油酸鈉達 40 mg/L，且氯化鐵的劑量 在低水準(-1)時，會殘留相當高的 TOC (17.93 mg/L)。不過在判斷圖 4-15 的 ActivatorDose 項目的斜率可以發現到，氯化鐵可以降低 TOC 的殘餘量。這項 結果呈現在圖4-16，油酸鈉在+1 水準，氯化鐵在+1 水準時，TOC 濃度則可以低 到1.46 mg/L。此項結果與上一節選擇硫酸鋁當作活化劑的作用是一樣的。當添 加的氯化鐵濃度足夠形成電性中和及疏水性的floc 時，分離過程中，可一併將過 剩的TOC 帶離。故在此操作模式下，建議劑量控制在添加氯化鐵在 100 mg/L，

油酸鈉在10 mg/L。

ActivatorDose CollectorDose

-80 -40 0 40 80

turbidity removal,%

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-11. 氯化鐵與油酸鈉的濁度去除率主要效應圖

97.675 94.010

-76.142 -94.924

ActivatorDose CollectorDose

50 mg/L 100 mg/L

40 mg/L

10 mg/L

ActivatorDose CollectorDose

0 25 50 75 100

SS removal,%

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-13. 氯化鐵與油酸鈉的 SS 去除率主要效應圖

100.00 100.00

-6.25 0.00

ActivatorDose CollectorDose

50 mg/L 100 mg/L

10 mg/L 40 mg/L

圖 4-14.氯化鐵與油酸鈉的 SS 去除率交互作用圖

CollectorDose ActivatorDose

10

8

6

4

TOC residual Conc. (mg/L) 2

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-15. 氯化鐵與油酸鈉的 TOC 殘餘濃度主要效應圖

3.31

1.46 17.93

4.97

CollectorDose

ActivatorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 100 mg/L

(c) 添加硫酸鋁與 CTAB 的方式

由圖4-17 及圖 4-18 可知，硫酸鋁及 CTAB 的添加，皆會對濁度的去除有一 定的效果。選擇添加硫酸鋁150 mg/L 可達到濁度去除率 97 %左右。由圖 4-19、

4-20，可以發現到添加硫酸鋁對於 SS 也有很不錯的去除。此外，由圖 4-17 及 4-19 主要效應圖中的 CollectorDose 項目可以發現到，由於其所呈現的斜率為 正，故CTAB 對於濁度及 SS 也有某種程度的去除效果，而且此種效應比之前所 使用的捕集劑-油酸鈉還要來的明顯。

在TOC 殘餘濃度表現上，如圖 4-21、4-22，在活化劑及捕集劑皆選擇在 +1 水準時，會有9.77mg/L 的濃度。而選擇活化劑選擇 +1 及捕集劑選擇在-1 水準 時，則只有4.66mg/L 的濃度。另一點值得注意的是，硫酸鋁搭配 CTAB 的添加 方式，硫酸鋁本身並無使得 TOC 濃度下降的效果，這一點可由圖 4-21 的 ActivatorDose 項目中的斜率判斷出來。考慮到浮除後的處理水是要導回製程當 作回收水的用途的話，TOC 的濃度將會造成之後處理設備不小的負擔。在這個添 加方式當中，為了求得良好的濁度以及 SS 的去除，以及考慮到較低的 TOC 殘 留濃度，可以控制硫酸鋁在150 mg/L 左右，CTAB 添加在 10 mg/L。

ActivatorDose CollectorDose

0 25 50 75 100

turbidity removal,%

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-17. 硫酸鋁與 CTAB 的濁度去除率主要效應圖

97.624

96.289 60.711

-81.726

CollectorDose

ActivatorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 150 mg/L

CollectorDose ActivatorDose

100

90

80

70

60

SS removal,%

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-19. 硫酸鋁與 CTAB 的 SS 去除率主要效應圖

100.00

100.00 93.75

18.75

CollectorDose

ActivatorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 150 mg/L

圖 4-20. 硫酸鋁與 CTAB 的 SS 去除率交互作用圖

ActivatorDose CollectorDose

4.5 5.3 6.1 6.9 7.7

TOC residual Conc. (mg/L)

50 mg/L 150 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-21. 硫酸鋁與 CTAB 的 TOC 殘餘濃度主要效應圖

9.77

4.66 6.07

4.11

CollectorDose

ActivatorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 150 mg/L

(d) 添加氯化鐵與 CTAB 的方式

由圖4-23、4-24、4-25 及 4-26 可知，控制氯化鐵在水準+1（100mg/L）的劑 量，氯化鐵及CTAB 的添加對於濁度及 SS 有不錯的去除效果 (濁度分別可達 85%

及90%，SS 則有 100%)。而控制氯化鐵在水準 -1（50mg/L）的劑量則對於濁度 及SS 的去除效果不佳。從圖 4-23、4-24 中的 CollectorDose 項目中可以發現到，

與上一節的結果是相同的，即CTAB 本身對於濁度及 SS 也有去除的效果。在圖 4-27、4-28 中，發現到添加 CTAB 對於 TOC 的殘餘濃度有直接的影響。當添加至 水準+1 (40 mg/L) 時，殘留的 TOC 最高會達到 6.21 mg/L 。另一點也是跟之前的 發現一樣，由圖4-33 的 ActivatorDose 項目中的斜率可以察覺到，氯化鐵的添加 可以有效降低水中的TOC。這一點同樣地可以從圖 4-27，氯化鐵添加量在水準+1 (100 mg/L)的 TOC 濃度可以印證。在此種添加方式中，選擇氯化鐵 100mg/L，CTAB 在10mg/L 為建議的加藥選擇。

CollectorDose ActivatorDose

80

60

40

20

turbidity removal, % 0

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-23. 氯化鐵與 CTAB 的濁度去除率主要效應圖

85.318 90.983

-67.630 74.913

ActivatorDose CollectorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 100 mg/L

CollectorDose ActivatorDose

98

86

74

62

50

SS removal,%

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-25. 氯化鐵與 CTAB 的 SS 去除率主要效應圖

100 100

-4 100

ActivatorDose CollectorDose

50 mg/L 100 mg/L

40 mg/L

10 mg/L

圖 4-26. 氯化鐵與 CTAB 的 SS 去除率交互作用圖

ActivatorDose CollectorDose

4.40 4.65 4.90 5.15 5.40

TOC residual Conc. (mg/L)

50 mg/L 100 mg/L 10 mg/L 40 mg/L

圖 4-27. 氯化鐵與 CTAB 的 TOC 殘餘濃度主要效應圖

4.54

4.54 6.21

4.11

CollectorDose

ActivatorDose

40 mg/L

10 mg/L

50 mg/L 100 mg/L

圖 4-28. 氯化鐵與 CTAB 的 TOC 殘餘濃度交互作用圖

(e) 各種添加方式的比較及選擇

所列，似乎應選擇的組合為氯化鐵+油酸鈉的加藥組合。但考量到環保署放流水 標準中，管制陰離子界面活性劑為10 mg/L，則捕集劑的選擇上在此研究則偏向 於選擇陽離子的界面活性劑，也就是CTAB。再者，選擇鐵鹽當作活化劑，會有 放流水放置一段時間會有水質呈現暗紅色的顧慮。其所產生的污泥也是呈現暗紅 色，與選擇硫酸鋁當作活化劑時，所產生的污泥為米白色相比，在觀感上也呈現 比較不好的印象。由於以上所述的缺點，再與效果次之的組合，硫酸鋁+CTAB 的加藥組合作比較，其實在參考指標上也只是比上述組合稍稍差了一點。綜合以 上論點，本研究決定在下一個實驗階段，評估最佳的加藥劑量的實驗裡，選擇硫 酸鋁+CTAB 做為我們評估的加藥組合。

4.2.3 評估最佳加藥量之浮除試驗

在文檔中 1.1 研究緣起 (頁 79-98)