第二章 文獻回顧
2.6 電動力技術用於處理重金屬污染土壤之研究
2.6.2 實場尺度
2.6.2.1 Haages Hogeschool, The HAGUE, Holland
此場址位於荷蘭海牙，原為製造木材加工及輻射器之製造工廠，
受順二氯乙烯(Cis-dichloroethylene)及氯乙烯(Vinylchloride, VC)之污 染，土壤僅表土受到污染，地下水則發係高濃度之順二氯乙烯及氯乙 烯。參訪時正進行整治中，預計 2014 年完成，並已改為學校用地，
參觀當日之學生活動照常，BioSoil 於校園設置一間監測中心，定期
39
收取監測數據(ORP, voltage, 槽液 pH 值等)，確認整治程序之進行。
此處採 in-situ Electro-Bioreclamation 進行整治，共設立 38 根電極 及 20 口抽取井(extraction well)(如圖 2.4)，深度至 7.5m 處，抽取井於 3-7 dm 開篩(與場址地下水位有關)。
2.6.2.2 Margaretha van Hennebergweg, The HAGUE, Holland
此場址位於荷蘭海牙，原為氣體製造工廠，土壤污染物為 CN-， 周遭即為住宅區，其形成之 CN-(g)對附近居民影響甚大。電動力技術 採用鹼液作為操作流質，並於土壤、地下水監控 CN-濃度及空氣中嚴 格監控 HCN 氣體，迄今尚未檢出 HCN(g)。
此處採 in-situ Electro-Bioreclamation 進行整治，所採用之電位坡 降小於 1.0 V/cm，電極尺寸為 12 cm(ψ) × 400 cm(L)，電極及線路置
圖 2.4 荷蘭海牙校園整治場址電動力裝置設立圖(BioSoil BV 提供)
40
放於 PVC 管中再置於不飽和層中，安裝過程中需注意不可干擾家庭 電路，以維安全經過數年整治，大部分 CN-已清除，目前仍在整治中。
電動力裝置設立如圖 2.5 所示。
荷蘭海牙電動力整治裝置即裝設於住宅區人行道及住家門口(如 圖 2.6)，外觀上僅看到多個約 15 cm × 15 cm 之方形孔蓋，乃為電極
圖 2.5 荷蘭海牙住宅區整治場址電動力裝置設立圖(BioSoil BV 提供)
圖 2.6 荷蘭海牙住宅區電動力裝置(a)住家門口；(b)人行道；(c)電極孔 (BioSoil BV 提供)
41
棒置放處，與地表齊平，若非標識顏色，無法分辨其為整治設施，監 測管線連接至附近監控中心，BioSoil 工程師定期至現場採樣及瞭解 現場情形。住戶亦能接受整治工法之進行，絲毫不影響其既有之家居 生活及活動。
2.6.2.3 Verhulstplein, The HAGUE, Halland
此場址亦位於荷蘭海牙(Gas Station)，現址為加油站，目前正營運 中。土壤污染物為礦物油(mineral oil)及芳香烴碳氫化合物(aromates)。
此場址早期曾經開挖處理，然在 3.5-5 m 深處仍發現殘留污染物，礦 物油濃度達 5,700 mg/kg，地下水亦遭受污染。
其場址係採生物處理為主，電動力技術係輔助污染物移動，使之 接觸微生物，進而提升降解率。本場主要控制氧量、營養鹽之加入量，
以維處理效率。電動力裝置設立圖如圖 2.7 所示。
2.6.2.4 電動力實場整治文獻彙整
圖 2.7 荷蘭海牙加油站整治場址電動力裝置設立圖(BioSoil BV 提供)
42
Gent et al. (2004)於試驗中以不鏽鋼棒為陰極，而陽極處於高腐蝕 條件下運行，利用鈦空心管外層鍍上銥氧化物(防止氧化)為陽極電極 (電極尺寸設計如表 2.6 所示)，利用檸檬酸為其電解液，進行 118 天 之電動力處理，初始電位坡降為 0.4 V/cm，但因高電位坡降下較難以 控制 pH 值，而使陽極槽液過酸導致電極氧化腐蝕，所以在第 20 天 後將電壓降至 0.27 V/cm，作為增益劑的檸檬酸加入後，在 118 天的 整治下 Cr 及 Cd 金屬的去除率分別達到 78 %及 70 %，且實場整治發 現 Cr 及 Cd 除與實驗室有相同往陰極之橫向移動趨勢外，亦有向上 移動至較淺深度之垂直向移動情形，而在參數變化上，實場整治與實 驗室較不同在於能量消耗較低，其值分別為 350 kwh/m3 (實驗室)及 200 kwh/m3 (現場整治)；且與實驗室實驗相比，電位坡降提升並不一 定可反映出相對的污染物去除效率，其主要受到介質中電阻的影響，
而主要影響電位坡降的原因取決於電極間距，因此在電極間距對電動 力修復技術的影響與能源消耗之關係應更進一步探討。
Zhou et al. (2006)於試驗中欲去除銅污染紅土，以不鏽鋼棒為電極 (電極尺寸設計如表 2.6)，於實驗初始加入自來水，至 30 天後加入 0.05 M 的乳酸為電解液，以幫助調整槽液之 pH 值以及作為一增益劑與土 壤中的 Cu 絡合後，形成一種可溶之絡合物，增加其溶解度並隨 乳酸移動後去除，且乳酸具生物分解性，不致造成土壤二次污染，而 乳酸的加入亦可作為一緩衝溶液調節土壤 pH 值，因此選用乳酸為操 作流質；加入乳酸後，槽液 pH 值下降只在 0.1 至 1.6 個單位內(4.8±1.6)，
如上所述，可達到控制 pH 值之目的，且在整治後發現 Cu 的去除主 要係在 30 天後，因乳酸的添加加強調解電解液的 pH 值及溶解土壤
43
表 2.6 電極種類及設計對於處理效能影響之文獻彙整-實場尺度
Type of electrode Pollutants Electrode System Operation parameters Sumary results Literatures
Anode：Titanium hollow tubes wated iridium
(2.54 cm × 0.9 m, D×L) Cathode：Stainless steel mesh
(3.2 mm × 5.2 cm × 3m)
Heavy metal (Cr、Cd)
Arrangement：Rectangle Soil：lagoon
Distance：1.5 m Depth：3 m
Volume treated：64 m3
Processing fluid：Citric acid
Potential gradient：0.4 (Day1-20) V/cm 0.27 (Day 20-118) V/cm
pH：4-8；Duration：118 days Initial concentration：
Cr 180-1100 mg/kg Cd 5-20 mg/kg
1. Removal efficiency：
Cr：78 %；Cd：70 % 2. After treatment it indicate
that most of the chromium and cadmium contamination has moved upward toward the cathode.
Gent et al., 2004
Stainless steel (6 cm × 75 cm, D×L)
Heavy metal (Cu)
Arrangement：Rectangle Soil：red soil
Electrode distance：1.0 m Depth：0.7 m
Volume treated：0.56 m3
Processing fluid：0.05M Lactic acid Potential gradient：0.875 V
pH：4.8
Initial spike concentration：
829 mg/kg
Duration：140 days
1. Removal efficiency：Cu = 76
%
2. Lactic acid chosen as enhance eagent for adjusting the catholyte pH and dissolving Cu by complexation.
Zhou et al., 2006
Test I：Iron stick (5 cm × 150 cm, D×L)
Nitrate from greenhouse soil
Arrangement： Rectangle Soil：sandy
Electrode distance：80 cm Depth：10 cm
Volume treated：125 m3
Processing fluid：Tap water Power supply：1-5A；pH：7.8
Initial spike concentration：27,985 mg/kg Duration：54 days
1. Removal efficiency：Nitrate - 70 %
2. The energy consumed during the test was much lower than that used in the pilot test II.
Lee et al., 2011
44
表 2.6、電極種類及設計對於處理效能影響之文獻彙整-實場尺度(續)
Type of electrode Pollutants Electrode System Operation parameters Sumary results Literatures
Test II：Iron stick (5 cm × 80 cm, D×L)
Nitrate from greenhouse soil
Arrangement： Rectangle Soil：silt and clay
Electrode distance：25 cm Depth：anode：10 cm
cathode：20 cm Volume treated：2.4 m3
Processing fluid：Tap water Power supply：1 A；pH：7.1 Initial concentration：
15,489 mg/kg Duration：64 days
1. Removal efficiency：Nitrate - 90 %
2. System II was not applicable to the field because the cathode should be buried under the center of a ridge.
Lee et al., 2011
Steel electrodes
(0.2 cm × 70 cm, D×L)
Radiation contamination (Pu)
Arrangement： Rectangle Electrode distance：1.5 m Depth：1.0 m
Volume treate：2.4 m3
Processing fluid：0.04M Citric acid Potential gradient：0.08 V/cm；
pH：6-6.5
Duration：60 days
Removed reach to less than 0.4 Bq/g.
Agnew et al., 2011
Stainless steel
(6 cm × 75 cm, D×L)
Heay metals (Pb、Cu)
Arrangement：Hexagonal Soil：red soil
Electrode distance：1.0 m Depth：1.0 m
Volume treate：5.2 m3
Processing fluid：groundwater Potential gradient：1 V/cm Initial concentration：
Pb 1,596.3±194.8 mg/kg Cu 160.3±38.9 mg/kg Duration：100 days
1. Removal efficiency：Pb - 63.8±12 %；Cu - 39.5±35 % 2. Pb was a contaminant
difficult to remove from soil because of its low mobility and high affinity for soil.
Lee et al., 2012
45
表 2.6 電極種類及設計對於處理效能影響之文獻彙整-實場尺度(續)
Type of electrode Pollutants Electrode System Operation parameters Sumary results Literatures
Stainless steel
(15 cm × 170 cm, D×L)
Heay metals (As、Pb、Cu)
Arrangement：Hexagonal Soil：Sandy loam
Electrode distance：0.5-1.0 m Depth：1.5 m
Volume treated：4-8 m3
Processing fluid：anolyte-NaOH catholyde:water (A1)、EDTA (A2、A3、A4)
Potential gradient：1 V/cm；
Initial concentration：
As 0.54-183.9；Pb
13.25-220.25；Cu 11.49-504.61 mg/kg
Duration：100 days
1. Removal efficiency：As - 20.7
%；Cu - 12.1 %；Pb - 23.9 % 2. The contaminants were
accumulated to top layer.
3. The electrode configuration affected the transport of water as well as contaminants.
Kima et al., 2012
Stainless steel in PVC (10 cm × 180 cm, D×L)
Heay metals (As、Pb、Cu)
Arrangement：Hexagonal Soil：25.9 % Sand；61.4 %
Silt；11.7 % Clay Electrode distance：1.0 m Depth：1.2 m
Volume treated：1.8 m3
Processing fluid：anolyte-0.01M NaOH；catholyde-tap water circulated
Potential gradient：1 V/cm；
Initial concentration：
As 12.8-15.0；Pb 39.1-78.3；Cu 13.1-27.0 mg/kg
Duration：28 days
1. Removal efficiency：
As:24.5-43.2 %；Cu:17.7 %；
Pb:64.9-81.2 %
2. The contaminants were accumulated to top layer.
3. Effective circulation might enhance the performance of the electrokinetic process.
Kim et al., 2013
46
中的 Cu 金屬，最後結果顯示，在 140 天的整治後，去除效率可達 76
%，且土壤中 Cu 金屬有向上遷移之現象，尤其以近陰極端最明顯，
此現象與 Alshawabkeh et al. (2005)研究結果一致，其因係近陰極端底 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；而消耗功率為 244 kwh/m3，相較實驗室尺度研究(Acar and Alshawabkeh, 1996；Alshawabkeh et al., 2005)之消耗功率為
700-2760 kwh/m3要低許多。
Lee et al. (2011)於研究中以 PVC(聚氯乙烯)包覆鐵管電極(電極尺 寸設計如表 2.6 所示)，並於其上留有縫隙利於操作流質的流通，及防 止土壤之滲入(如圖 2.8)，以利進行硝酸鹽類污染土壤整治；於圖 2.9a 為 Test I 電極排列方式，陰/陽極電極間距約 80 cm，而 Test II 之陰極 電極被安置於兩支陽極電極之間(陰/陽極電極間距約 25 cm)，且陰極 所埋深度要比陽極深 10 cm(如圖 2.9b)，此設計是為了增加電位坡降 和引導產生電滲透流；Test I 在 1-5 A 的電流供應下，經過 54 天試驗 後硝酸鹽去除率可達 70 % 以上，消耗功率為 523.1 kwh/m3，而 Test II 在 1 A 的穩定電流供應之下，經過 64 天試驗後整體去除率可達 90 %，
圖 2.8 電極模組示意圖(Lee et al., 2011)
47
消耗功率為 276.8 kwh/m3；Test I 及 II 實驗中，主要移除硝酸鹽機制 為電遷移，且由 Test I 及 Test II 實驗可發現，Test II 電極排列設計及 整治天數增加，係可有效提升去除效率及減少消耗功率。
Agnew et al. (2011)於研究中以不鏽鋼棒為電極(電極尺寸設計如 表 2.6)，以當地地下水配置 0.04 M 之檸檬酸溶液做為操作流質，選 用檸檬酸之原因係因其為食用有機酸，可被土壤中生物分解，較不易 造成二次環境之衝擊。現場試驗使用之電位坡降為 0.08 V/cm，相較 一般實驗室 1 V/cm 是相對較低的，其消耗功率亦僅有 33 kwh/m3，與 其他電動力技術之 200-500 kwh/m3相比相對亦較低，且此系統係應用 可充電式電池組，整治土壤體積為 2.4 m3(約 4 噸)，整治現場照片如 圖 2.10a 所示，電極擺設示意圖如 2.10b 所示(10 支不鏽鋼條)，若現 場位於較偏遠地區該技術仍係可實行，且係在相對較低成本及在不影 響現場操作下實行整治作業；經過 60 天試驗，可有效將鈽(Pu：放射 性污染物)金屬降至 0.4 Bq/g 符合環境容許最小值 1.7 Bq/g。
圖 2.9 場址電極排列示意圖(a)Test I；(b)Test II (Lee et al., 2011)
(a) (b)
48
Lee et al. (2012)應用電動力技術於紅壤中整治一韓國某射擊場造 成之重金屬 Cu、Pb 污染場址(圖 2.11)之處理。圖 2.12a 為進行電動力 整治前處理整地照片，圖 2.11b 為污染土壤前處理照片(過篩)，圖 2.11c 為電動力處理廠外觀照片，左側桶槽為操作流質配置桶及出流收集桶 槽，圖 2.11d 為電極擺放設計照片，陰陽極以六角形陣列方式排列，
陰極位於六角形中央處，電極間距為 1.0 m，電極置放槽體長度為 1.5 m，污染土壤深度則為 1.0 m。
圖 2.12a 及 2.13b 為此場址中土壤 Pb、Cu 濃度空間分布圖，整治 期間以原場址地下水為操作流質，電位坡降 1.0 V/cm，經過 100 天的 整治時間後，於圖 2.12 即可看出 Pb 及 Cu 之污染濃度分佈圖，鉛金 圖 2.10 英國電動力實場整治照片(a)現地施工照片；(b)電極擺
設示意圖(Agnew et al., 2011)
(a)
(b)
49
屬去除效率 63.8±12 %及 Cu 金屬去除效率為 39.5±35 %；Kim et al.
(2009)提及鉛金屬係屬土壤中難以去除重金屬之一，其因係鉛在土壤 圖 2.11 韓國某涉及場實場整治照片；(a)整地中；(b)土壤過篩；(c)電動力處
理廠；(d)電極擺放位置規則 (Lee et al., 2012)
(a) (b)
(c) (d)
(a)
(b)
圖 2.12 韓國某射擊場電動力技術處理後之污染物濃度空間分佈圖 (a)Pb；(b)Cu (Lee et al., 2012)
50
中移動性較低且與土壤具高親和性之緣故，因此此研究中 Pb 之去除 需更常之整治時間，才可有效提升 Pb 之去除效率。
Kim et al. (2012)利用實地整治整治受重金屬污染之水稻土，探討 導電及配置之影響。各實驗條件如表 2.7 所示。原位場址土壤為砂質 壤土，土壤 pH 值 6.4，污染物深度最深達 1.5 m，其污染物為砷、銅 及鉛三種金屬，試驗過程為達同時去除砷、銅及鉛，則於以 NaOH 為 陽極電解液，EDTA 作為陰極電解液，陰極電極則以多孔洞中空不鏽 鋼為電極，為利於電解質流動，而陽極則以聚氯乙烯包覆，並同時以 紡織品包裹兩電極槽電極，以防止電解液的滲漏(如圖 2.13)；實驗期
Kim et al. (2012)利用實地整治整治受重金屬污染之水稻土，探討 導電及配置之影響。各實驗條件如表 2.7 所示。原位場址土壤為砂質 壤土，土壤 pH 值 6.4，污染物深度最深達 1.5 m，其污染物為砷、銅 及鉛三種金屬，試驗過程為達同時去除砷、銅及鉛，則於以 NaOH 為 陽極電解液，EDTA 作為陰極電解液，陰極電極則以多孔洞中空不鏽 鋼為電極，為利於電解質流動，而陽極則以聚氯乙烯包覆，並同時以 紡織品包裹兩電極槽電極，以防止電解液的滲漏(如圖 2.13)；實驗期