第一代模場重金屬去除率分析(不鏽鋼電極棒)

如 4.1 節所述，本研究實驗之土壤為南部某電鍍工廠土壤，每組試驗進 行前皆分析當次實驗土壤初始濃度，土壤中各金屬初始濃度請參見表 4.1，

於實驗進行期及實驗後期各進行一次土壤採樣動作，分別為期中採樣(10 天) 及期末採樣(20 天)，採樣深度為 90 cm，由土壤底層至頂層分為 Layer C(0-30 cm)、Layer B(30-60 cm)及 Layer A(60-90 cm)三層分析並繪製各污染物濃度 分佈圖，從圖中即可明顯看出在經電動力處理 10 天(期中)及 20 天(期末)後 污染物去除效率、各層殘留濃度分佈及污染物於土壤中之移動情形，個污 染物於各層平均去除率及總平均去除率計算如式(4.4)-(4.6)所示：

𝑇 = C × W ÷ 3 (4.4) η_T,n = (∑ C_i × W_i) ÷ 𝑇 (4.5)

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10, 表 4.5)；而 Layer A(60-90 cm)、B(30-60 cm)及 C(0-30 cm)殘留濃度範圍(平 均濃度)分別為 218-597 (308)、258-388 (308)及 10-437 (328) mg/kg，而 Layer A、B 及 C 於近陽極端及近陰極端濃度分佈分別為 241-597、291-318 及 10-437 mg/kg (近陽極端)，218-266、276-388 及 256-366(近陰極端)，由研究發現，

Zn 金屬於 Layer A 及 B 有較明顯移動趨勢，Lsyer A 近陰極端濃度明顯較低 於近陽極端，而 Layer B 除在長邊 0-20 及 90-100 cm 處有較高 388 及 318 mg/kg 濃度 Zn 金屬殘留，其他區塊殘留濃度皆明顯較低，而較高濃度區塊 應係電位坡降較低，金屬移動速率較緩慢而尚未移出所致，而 Layer C 則係 長邊 90-100 cm 處有較低(10 mg/kg)濃度其他區塊平均濃度在 328 mg/kg 左 右，其應係長邊 90-100 cm 土壤中 Zn 金屬經操作流質通入後即溶出於陽極 槽中導致。各層平均去除率分別為 27.3 % (η_10,A, 表 4.6)、27.3 % (η_10,B, 表 4.6)及 19.6 % (η10,C, 表 4.6)，在低電位坡降(0.2 V/cm)經 10 天整治後 Zn 金 屬平均去除效率僅 25.8 %，應係電位坡降較低移動速度較慢導致。

圖 4.21b 為整治 20 天後 Zn 金屬殘留濃度分佈圖，經 20 天整治後 Zn 之 總平均去除率達 41.8 % (η₂₀, 表 4.6)，比較圖 4.21a 及 4.21b 可明顯看出，

Layer A、B 及 C 之濃度皆有明顯朝向陰極移動之趨勢，且土壤殘留濃度亦 較期中整治後低，其 Layer A、B 及 C 殘留濃度(平均濃度)範圍分別為 0-465 (229)、0-389 (220)及 0-444 (291) mg/kg，明顯 Layer A、B 及 C 各層平均濃 度皆較期中整治後降低許多，顯示電位坡降較低之情形下，整治時間延長，

亦可有效提升對 Zn 金屬去除，於 C 層有較明顯移動及去除趨勢，比較圖 4.21a 及 4.21b 即可發現，10 天整治後各區塊土壤無明顯移動趨勢，而經過 20 天整治後各區塊土壤皆有明顯移動趨勢，其中平均殘留濃度亦從 328 mg/kg 降至 291 mg/kg。

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圖 4.21 第一代三維模場 Zn 金屬殘留濃度分佈圖(0.2 V/cm, 3.768 m² electrode area 0.05 M Lactic acid) (a)10 day；(b)20 day

(a)Test 1 (10 day)

(b)Test 1 (20 day)

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而經 20 天整治後，Layer A、B 及 C 近陰陽極端殘留濃度分佈範圍為 0-362、

0-319 及 95-312 mg/kg (近陽極端)，0-353、0-325 及 17-444 mg/kg (近陰極端)，

與期中整治後比較可發現，於 Layer A、B 及 C 於近陽極端殘留濃度皆有明 顯降低，而近陰極端則有部分濃度較期中高，其因係污染物由陽極端藉電 滲透流或離子遷移方式逐漸朝向陰極移動去除所致。各層平均去除率亦有 明顯提升，分別為 40.4 % (η_20,A, 表 4.6)、42.7 % (η20,B, 表 4.6)及 24.3 % (η20,C, 表 4.6)，顯示低電位坡降(0.2 V/cm)下，污染物移動速率較緩之緣故，

若整治時間延長，即可有效提升去除效率，經 20 天整治後總平均去除率可 達 41.7 %。

圖 4.22a 及 4.22b 為電位坡降提升至 0.35 V/cm 後 Zn 金屬於期中(10 天) 及期末(20 天)殘留濃度分佈圖，其中 Test 2 Zn 金屬之初始濃度為 436 mg/kg (表 4.1)。

經由期中採樣可發現 10 天整治後，Zn 金屬總平均去除率為 82.5 % (η

10, 表 4.5)；而 Layer A(60-90 cm)、B(30-60 cm)及 C(0-30 cm)殘留濃度範圍(平 均濃度)分別為 25-342 (73)、62-284 (126)及 15-61 (30) mg/kg，而 Layer A、

B 及 C 於近陽極端及近陰極端濃度分佈分別為 33-342、80-138 及 18-50 mg/kg (近陽極端)，40-86、70-221 及 26-61(近陰極端)。

與 Test 1 比較，由各層平均殘留濃度即可得知，當電位坡降由 0.2 V/cm 提升至 0.35 V/cm，經 10 天整治即可有效提升 Zn 金屬去除率，而於近陰陽 極端殘留濃度分佈發現，近陽極端濃度普遍較近陰極端高，顯示於近陰極 端 Zn 金屬已被移出，而在 Layer A 長邊 90-100 cm 處有一較高殘留濃度(342 mg/kg)，應係原溶出於陽極槽中 Zn 金屬藉電滲透流往陰極移動而於此區塊 溶入土體導致。各層平均去除率分別為 83.3 % (η_10,A, 表 4.6)、71.2 % (η10,B,

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圖 4.22 第一代三維模場期中 Zn 金屬殘留濃度分佈圖(0.35 V/cm, 3.768 m² electrode area 0.05 M Lactic acid) (a)10 day；(b)20 day

(a)Test 2 (10 day)

(b)Test 2 (20 day)

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表 4.6)及 93.1 % (η_C, 表 4.6)，與 Test 1 比較可得知電位坡降提升使電滲透 流量提升，可有效促使 Zn 金屬移動速率，達提升去除效率之成效，經 10 天整治總平均去除率即可達 82.5 % (η₁₀, 表 4.6)。

圖 4.22b 為整治 20 天後 Zn 金屬殘留濃度分佈圖，經 20 天整治後 Zn 之 平均去除率為 82.0 % (η₂₀, 表 4.6)，比較期中期末去除率發現，整治時間延 長至 20 天去除率無明顯提升之情形；而整治 20 天後 Layer A、B 及 C 土壤 殘留濃度範圍(平均濃度)分別為 0-181 (105)、0-159 (77)及 0-91 (54) mg/kg，

由各層濃度分佈範圍(平均濃度)可發現，殘留濃度由底層往頂層漸增，其因 係底層土壤中孔隙水因壓力而引起向上水流趨勢，進而使污染物隨水流方 向向上遷移所致，其結果與 Alshawabkeh et al. (2005)、Zhou et al. (2006)及 Kim et al. (2012)研究結果相似。

而近陰陽極端濃度分佈範圍分別為 0-126、0-94 及 0-81 mg/kg (近陽極 端)，122-162、40-147 及 0-68 mg/kg (近陰極端)，由陰陽極端濃度分佈發現，

Layer A 及 B 近陽極端濃度明顯低於近陰極端，其因係電滲透流及電子遷移 朝向陰極移動去除導致，呈一明顯往陰極移動去除之趨勢，而 Layer C 近陽 極端濃度微幅高於近陰極端，其因係陽極槽液中 Zn 金屬沉降後因電滲透流 緣故而又從回土體導致，當整治時間延長，Layer C 污染物亦會呈現橫向(往 陰極)及垂直向(往頂層)移動去除之勢。各層平均去除率分別為 76.0 % (η_20,A, 表 4.6)、82.5 % (η_20,B, 表 4.6)及 87.6 % (η20,C, 表 4.6)，與期中比較後推測，

平均去除率無明顯提升應係 Zn 金屬平均濃度已在 100 mg/kg 以下，因污染 物濃度較低時難以移除所致，而 Layer A 及 C 則係因污染物垂直移動及槽 液中污染物溶入造成之去除率下降，但觀察圖 4.22b 仍可發現，當整治時間 延長仍可有效促使低濃度 Zn 金屬逐漸往陰極移動去除。

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圖 4.23a 及 4.23b 為增加電極面積由 3.768 m²增加至 5.652 m²後，Zn 金 屬於期中(10 天)及期末(20 天)殘留濃度分佈圖，其中 Test 3 Zn 金屬之初始 濃度為 800 mg/kg (表 4.1)。

經由期中採樣可發現 10 天整治後，Zn 金屬總平均去除率為 42.9 % (η

10, 表 4.6)；而 Layer A(60-90 cm)、B(30-60 cm)及 C(0-30 cm)殘留濃度範圍(平 均濃度)分別為 40-294 (145)、70-1,009 (349)及 201-1452 (875) mg/kg；Test 3 實驗為增加電極面積，電極面積增加可促使電解反應加劇，促使電滲透流 流量增加進而提升去除效率，經 10 天整治後與 Test 2 比較發現，總平均去 除率為 42.9 %，去除率反之低於電極面積較低之實驗，其因如 4.4.1.3 節所 述，因電極面積增加使電解反應過於劇烈而導致電極腐蝕(參照圖 4.18)，造 成電場無法順利運行而使去除效率較低(Zhou et al., 2004)。

而 Layer A、B 及 C 於近陽極端及近陰極端濃度分佈分別為 101-193、

189-313 及 534-965 mg/kg (近陽極端)，105-199、145-434 及 201-1,452 mg/kg (近陰極端)，由圖 4.23a 可發現，Layer A 及 B 有較明顯污染物由陽極往陰 極移動趨勢，且在近陰極端 30-40 cm 處有較高濃度分佈情形，推測應係電 極腐蝕致使電場無法順利運行，造成污染物移動至此區塊未完全移出，而 Layer C 近陽極端長邊 0-50 cm 處亦有較高之殘留濃度，其因係位處電極腐 蝕較嚴重區段，因此 Zn 金屬無明顯之移動及原陽極槽液中金屬溶入所致，

而近陰極端長邊 40-70 cm 亦有污染物濃度偏高之情形，係因實驗期間被移 出至陰極污染物，因電極腐蝕沉降至底部後溶入近陰極端土體中之緣故。

各層平均去除率分別為 81.8 % (η_10,A, 表 4.6)、56.3 % (η10,B, 表 4.6)及-9.4

% (η10,C, 表 4.6)，Layer A 及 B 仍可發現有> 50 %以上去除率，而位於底部 Layer C 則因金屬溶入反之造成濃度上升。

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圖 4.23 第一代三維模場 Zn 金屬殘留濃度分佈圖(0.35 V/cm, 5.652 m² electrode area, 0.05 M Lactic acid) (a)10 day；(b)20 day

(a)Test 3 (10 day)

(b)Test 3 (20 day)

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圖 4.23b 為整治 20 天後 Zn 金屬殘留濃度分佈圖，經 20 天整治後 Zn 之 總平均去除率為 77.4 % (η₂₀, 表 4.6)，期中因電極腐蝕導致電場無法順利運 行，而後移除損壞電極(移除損壞電極後電極面積約等於 Test 2，經 20 天整 治後與期中去除率比較即有明顯提升，去除率上升了 34.5 %；而 Layer A、

B 及 C 土壤殘留濃度範圍(平均濃度)分別為 140-217 (170)、156-318 (189)及 150-208 (183) mg/kg，與期中比較可發現殘留濃度已有明顯之下降，尤以 Layer C 最明顯，該層殘留濃度由期中 875 mg/kg 降至期末 183 mg/kg，比較 圖 4.23a 及 4.23b 可發現，原陰陽極呈現之高濃度區塊皆已消失，顯示大部 分 Zn 金屬已被移除。

而 Layer A、B 及 C 陰陽極濃度分佈範圍分別為 158-211、170-214 及 170-194 mg/kg (近陽極端)，140-193、155-212 及 163-201 mg/kg (近陰極端)，

與期中陰陽極端濃度比較可發現，原 Layer C 高濃度區塊皆已被移除。各層 平均去除率分別為 77.5 % (η_20,A, 表 4.6)、75.0 % (η20,B, 表 4.6)及 75.8 % (η20,C, 表 4.6)，與期中比較可得知，Layer A 去除率略降 4.3 %，其因係底 層污染物垂直移動所致，而 Layer B 及 C 去除效率皆有顯著之提升，尤以 Layer C 最明顯，與 Test 2 比較，平均去除率僅低 4.6 %，顯示 Zn 金屬於電 位坡降 0.35 V/cm，電極面積約 3.768 m²，經 20 天整治後，總平均去除效率 即可達 77 %以上。

圖 4.24a 及 4.24b 為增加操作流質濃度，由 0.05 M 乳酸提升至 0.5 M 後，

Zn 金屬於期中(10 天)及期末(20 天)殘留濃度分佈圖，其中 Test 4 Zn 金屬之 初始濃度為 198 mg/kg (表 4.1)。

經由期中採樣可發現 10 天整治後，Zn 金屬總平均去除率為 19.9 % (η

10, 表 4.6)；而 Layer A(60-90 cm)、B(30-60 cm)及 C(0-30 cm)殘留濃度範圍(平

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圖 4.24 第一代三維模場 Zn 金屬殘留濃度分佈圖(0.35 V/cm, 3.768 m² electrode area, 0.5 M Lactic acid) (a)10 day；(b)20 day

(a)Test 4 (10 day)

(b)Test 4 (20 day)

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均濃度)分別為 31-195 (157)、11-200 (158)及 108-237 (161) mg/kg；由殘留濃 度可發現各層皆有部分污染物移除之情形，但由於初始濃度較低，以致 10 天整治後去除效率較不顯著。

而 Layer A、B 及 C 於近陰陽極端濃度分佈範圍分別為 104-189、109-168 及 131-237 mg/kg (近陽極端)，102-179、127-169 及 108-162 mg/kg (近陰極 端)，陰陽極端濃度皆有降低之情形，而各層在陽極往陰極端 10-40 cm 處有 部分呈現較高殘留濃度之區塊，其應係當乳酸提升至 0.5 M 後，操作流質由 0.05 M 流動性較佳之水狀液體轉變為具黏滯性之稠狀液體，使流度速率較 慢，導致污染物於 10 天整治後尚未移出土體而呈現較高之情形，但由圖 4.24a 仍可判斷，Zn 金屬移除趨勢係由陽極往陰極橫向移動。各層平均去除 率分別為 20.7 % (η_10,A, 表 4.6)、20.3 % (η10,B, 表 4.6)及 18.7 % (η10,C, 表 4.6)，顯示流質濃度提升至 0.5 M 後，使污染物移動速率較緩慢，因此需延 長整治時間，使污染物有充裕時間即可達移除之成效。

圖 4.24b 為整治 20 天後 Zn 金屬殘留濃度分佈圖，經 20 天整治後 Zn 之 總平均去除率為 61.6 % (η₂₀, 表 4.6)，與期中去除率比較發現，如上所述，

由於操作流質濃度提升使污染物移動速率減緩，當整治時間延長至 20 天後，

去除率明顯提升了 41.5 %；而整治 20 天後 Layer A、B 及 C 土壤殘留濃度 範圍(平均濃度)分別為 0-121 (71)、27-133 (78)及 0-171 (79) mg/kg，由各層 濃度分佈範圍(平均濃度)可發現，相較於期中皆有明顯降低，其因係如期中 所述，各層於陽極往陰極端 10-40 cm 處之污染物已移除之故。

而 Layer A、B 及 C 近陰陽極端殘留濃度範圍分別為 0-61、27-54 及 27-110 mg/kg (近陽極端)，8-75、36-93 及 17-95 mg/kg (近陰極端)，可發現陽極端 污染物濃度普遍較陰極端低，其因則如 Test 2 所述，係陽極污染物往陰極