第三章 研究方法
3.6 第一代及第二代三維現地模場系統設計因子
本研究現地三維模場初步之設計，包括了模場尺寸、土壤來源、電極之
67
製備、操作流質、監測系統、出流回收、電極放置位置、土壤採樣及實驗 結束後之清理動作等等，圖 3.2 為三維現地模場初步構想圖。圖 3.2a 為第 一代現地三維模場構想圖，內部隔板係為可移動式，可根據當次實驗土壤 總量做彈性調整，其每個區間為 0.25 m，最大長度可達 1.0 m，而陰、陽極 槽電極為圓柱棒狀不銹鋼電極(第一代模場)及板狀鈦板電極(第二代模場)，
第一代模場使用之不鏽鋼因有腐蝕問題而每次實驗後即需全部更新，第二 代模場之鈦板電極因具較佳之耐腐蝕性而可沿用，但經長時間使用後，仍 有部分腐蝕問題，為鈦板電極需注意之事項，因而頂部電極固定架之設計 為圓形及長條形，模場主體規劃尺寸為 1.5 m × 1 m × 1.1 m (L × W ×H)；而 因第一代設計之移動式隔板及透明玻璃設計，造成試驗進行期間之操作不 易，即因模組材質屬較軟枝材質，開孔過多造成模組變形，槽液滲漏，因 而設計第二代模場時，則根據第一代模場之經驗，設計如圖 3.2b，移除內 部可移動式隔板，及因應電極型式更改為板狀電極，而變更固定架之設計，
其模場主體尺寸為 1.0 m × 0.5 m × 0.7 m (L × W ×H)；以上初步設計步驟皆 模擬實驗操作完整流程進行逐一細項討論。初步設計細節將依據上述所提，
分為實驗前期、實驗進行期及實驗後期三大部分提出討論及說明。
3.6.1 三維模場系統安裝規劃
於實驗前期作業所需考量因素，如：污染土壤之來源或配置方法、初始 污染濃度分析程序、污染土壤填入試模之方式及電極之排列等前置作業之 問題。詳細處理流程如下所列，並針對問題逐一敘述：
1. 實驗之污染土壤配置方法及將土壤均質後進行初始濃度採樣分析。
2. 污染土壤將以人工或小怪手配合人工之方式將污染土壤填入試模中。
3. 土壤孔隙率控制：為模擬現地土壤孔隙率，需做夯實動作。
68
(a)
(b)
圖 3.2 三維現地模場初步構想圖 (a)第一代模場；(b)第二代模場
69
4. 土壤飽和：設計一大型圓桶盛裝操作流質，並設計水位監控系統及補充 槽液保持水平之高度。
5. 電極放置形式：槽體上蓋設置固定孔洞，利於電極插入及固定之作用；
一、二代模場使用之電極分別為不鏽鋼棒電極及鈦板電極，而第一代模 場之不鏽鋼棒電極因耐腐蝕性較差之故，每次實驗後即需全部更新，而 第二代模場之鈦板電極則因耐腐蝕性較佳，實驗後則繼續沿用。
3.6.2 電動力試驗進行期
於實驗進行期之考量因素，如：監測系統之建立、操作流質補充系統之 建立、採樣程序之建立及出流回收系統之建立等問題。詳細處理流程如下 所列，並針對問題逐一敘述：
1. 監測系統之建立：在實驗操作運行時，必須監控pH值、導電度、溫度、
電流密度、通過土體電流值及土壤溫度，並與電腦鏈結後自動記錄於 電腦中，以利於實驗後續數據之整理。
2. 操作流質補充系統之建立：於實驗運行中會因電滲透流之緣故導致槽 液的減少，故必須建立補充系統做定期補充操作流質之動作。
3. 電滲透流通暢性：於實驗進行中為使土壤反應槽及電極槽之電解液及 電滲透流可順利流通，並且避免土壤之滲漏情形發生，而於檔板上設 有孔洞之設計。
4. 出流密閉回收系統之建立：於實驗進行中會因電滲透流之緣故，必須 收集陰陽極出流液體，且因其槽液可能因為氧化還原反應而形成強酸 或強鹼之環境，故為安全著想需採密閉式回收系統收集。
5. 槽液pH值控制系統之建立：於實驗進行中因氧化還原反應產生之H+及 OH-，可能造成土體之阻塞情形發生，進而造成電滲透流難以在土體間
70
流動，導致污染物去除效率降低，因此需建立槽液pH值控制系統，可 維持槽液pH值於中性左右，以免對電極造成腐蝕作用。
6. 溫度及土體電流量測：實驗運行中量測土壤溫度及土壤通過電流之情 形，將土壤分成上中下三層，量測溫度(如圖3.3、3.4)；圖3.3為第一代 模場量測圖，圖3.4為第二代模場量測圖，以人工方式測量土壤溫度，
從而得知室溫與土體溫度之差異；另圖中由陽極往陰極方向分為三等 份，插入三支不銹鋼棒為量測電流部分，從而推測土壤是否有阻塞現 象發生。
7. 採樣設計系統之建立：實驗運行中將會進行一次採樣動作，為使採樣 有效性故設計之採樣方式為，將土壤分為上、中、下三層，每層分成 25塊(第一代)、15塊(第二代)，於每塊土壤中心部分進行採樣。
3.6.3 電動力試驗後期
於實驗後期之考量因素，如：電極回收再利用、實驗後之土壤處理及現 地三維模場及器具之清洗等執行作業之問題。詳細處理流程如下所列，並 針對問題逐一敘述：
1. 電極回收再利用：實驗結束後之電極利用大量清水清洗處理後應可於 下次實驗中重新使用，亦或視為大型回收垃圾回收。
2. 實驗後之土壤處理：實驗結束後之土壤將利用小怪手配合人工方式移 出試模，利用太空包裝袋，並確認其污染濃度皆已降至管制標準以下 再行運棄之動作。
3. 三維現地模場及各試驗器具之清洗：於實驗完成並將土壤移出後將利 用大量清水進行實驗模場及實驗儀器之清洗動作，清水來源將於現場 取用當地自來水為水源。
71
(b)
圖 3.4 第二代三維現地模場採樣示意圖(a)土壤採樣；(b)土壤溫度與電流量測 圖 3.3 第一代三維現地模場採樣示意圖(a)土壤採樣；(b)土壤溫度與電流量測
(a)
單位:cm
(a) (b)
單位:cm
72
Electrode Pollutants Duration (d)
Experimental parameters
Processing fluid
Potential gradient (V/cm)
Electrode distance (cm)
Electrode area (m2)
E K G en er at ion I
1
Hollow Stainless steel rods
Heavy metals
20
0.05 M Lactic acid
0.2
70
3.768
2
0.05 M Lactic acid
0.35 3.768