重金屬處理程序

對於重金屬廢水處理的方法包括：化學混凝沉澱、離子交換、擴散透析、電 解沈積、薄膜過濾、生物吸附及生物沉澱等處理技術，其主要敘述如下：

(1) 化學混凝沉澱

化學混凝沉澱法主要利用金屬氫氧化物低溶解性的性質，配合適當的酸鹼值 控制以沉澱或浮除方式將重金屬去除；有時也添加助凝劑，強化膠羽強度提昇固 液分離的效能。但此處理方法在過程中必須加入大量的藥劑，如：鹼劑、酸劑、

混凝劑、助凝劑甚至重金屬捕捉劑，不但耗費藥劑成本，並產生大量有害性的重

用，而須直接排放至承受水體，造成水資源浪費 (朱，2000)。

(2) 離子交換

離子交換技術應用於重金屬廢水處理日益普遍，主要係利用樹脂顆粒具有超 大面積的陰離子、陽離子接觸面之特性，使溶液中的離子與樹脂顆粒上帶相同電 荷之離子達到交換效果，且於進行離子交換後不會改變樹脂之結構，乃是一個可 逆化學反應。傳統離子交換的缺點是，大部分樹脂不具選擇性，所以應用的樹脂 會吸收相同電荷的金屬離子，以致於某些雜質無法利用離子交換樹脂去除；而且 樹脂再生所得的再生液，有時候不足以直接回收供製程使用，更增加一道處理程 序，提高處理成本 (侯，2003)。

(3) 擴散透析

擴散透析乃是結合離子交換膜的處理技術，主要利用溶質之濃度差使其由高 濃度往低濃度方向移動，且藉由離子交換膜對不同溶質之選透性而使其穿透薄 膜。此技術通常用於廢酸液中回收金屬及酸液，由於陰離子交換膜只能允許陰離 子通過，故會將重金屬離子截留在溶液的另一邊。一般擴散透析法於廢酸液中的 重金屬回收約可達60-85%，主要缺點為薄膜會堵塞 (fouling) 及結垢 (scaling)，

需定期更換 (侯，2003)。

(4) 電解沈積

電解沈積乃是一種電化學處理程序，藉由直流電將重金屬離子沈積於陰極板 上，且反應極板通常由惰性材所做成，為了達到較高回收率一般都用於高濃度的 重金屬廢水處理，其回收效率可達 90-95%。此技術之主要缺點在於控制處理液 之酸鹼值，以防止過低酸鹼值之酸溶液將沈積於陰極之重金屬又重新溶出 (侯，

2003)。

(5) 薄膜過濾

薄膜過濾在重金屬廢水處理的主要功能為：替代傳統沉澱或浮除單元，提昇 固液分離效率，可濃縮水中固體物含量達 2-5%；或做為排放水的修飾單元去除 懸浮固體與有機物，使處理後水質符合直接排放或回收再利用的標準。通常薄膜

過濾的設置與操作成本都較傳統方式為高，因此多用於含高量重金屬螯合劑廢 水；唯需注意廢水中不可含有油脂，造成薄膜阻塞。通常薄膜單元每週須進行一 次化學清洗，每次兩小時；且需特別注意避免薄膜破裂，造成放流水質超出排放 標準 (王，2004)。

(6) 生物吸附

生物吸附法是利用生物體的代謝產物去除胞內或胞外的重金屬，這些代謝產 物可為細胞內的酵素或蛋白。但由於過量的重金屬常對生物體造成負面的影響，

生物吸附對高濃度重金屬廢水的處理效果不易提昇；另一方面由於生物體對特定 重金屬具專一性與高親和性的特質，且生成污泥毒性低、易於處理，因此相較於 物化方法，生物吸附法對於特殊重金屬廢水如含螯合劑廢水或低濃度 (10 mg/L) 廢水的處理，或特殊貴重金屬如鉑，金、銀等回收大有利基。Vargas et al. (2004) 使用 D. desulfuricans、D. fructosivorans 及 D. vulgaris 三株不同族群的 SRB 在不 同的pH 下進行鈀和鉑的吸附實驗，研究結果顯示，當使用 D. desulfuricans 且反 應條件控制在pH = 3，在 5-15 分鐘內鈀和鉑的最佳去除率可達 90%，且鈀和鉑 的最大單位吸附量分別為190 mg/g dry biomass 和 90 mg/g dry biomass。

(7) 生物沉澱

最廣泛被使用於AMD 之處理，由於 AMD 中存在高濃度硫酸鹽，符合 SRB 生長環境之要求，其還原作用產生之硫離子亦可與廢水中溶解性重金屬生成金屬 硫化物沉澱，可藉此特性去除廢水中之重金屬，故此部份之議題早在多年前即有 多位學者進行相關研究。然而利用 SRB 進行各項重金屬處理作業時，碳源的選 擇亦扮演重要的角色，使用不同的碳源對 SRB 也有不同的效果，且若水溶液中 同時存在多種碳源時，相較於單一種碳源之使用，多種碳源可促進 SRB 進行硫 酸鹽還原作用之活性，在過去曾有多位學者針對 SRB 碳源之使用做過許多研 究，其使用之碳源種類及處理的重金屬如Table 2-1 所示。Christensen et al. (1996)

液中含有高濃度的硫酸鹽 (5000 mg/L) 且同時存在五種有機物質時 (下水污 泥、腐植質、木屑、羊糞及鋸木屑)，在反應時間 20 天內硫酸鹽去除率將近 100%；

而 Chang et al. (2000) 研究也顯示出類似的結果。至於去除之重金屬種類包括 Fe²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺及 As³⁺等，去除率依各實驗條件不同，介 於60-100%。

Table 2-1 Characteristics of some passive bioreactors reported in the literature

pH SO42- (mg/L) Reactor

scale

Total

volume (L) Organic matter source

Influent Effluent Influent Effluent

References

Batch 0.5-1

Single source or mixture of sewage sludge, leaf mulch, wood chips, sheep manure, sawdust, and

cellulose

2.5-6 6.5-7 1200-4800 ＜35 Waybrant et al.

(1998)

Laboratory

bioreactor 4.8 Lactate 4.52 7.2 2280-2315 ＜400 Jong and Parry (2003)

Column 0.25 Spent mushroom compost, oak chips, spent oak

sludge, and organic-rich soil 6.8 7-8.5 2580 200-650 Chang et al.

(2000)

Batch 31 Whey 3.0-4.4 3.5-6.0 857-936 715-960 Christensen et al. (1996)

Batch 2

Single source or mixture of maple wood chips, sphagnum peat moss, leaf compost, conifer compost poultry manure, and conifer sawdust

4 6.5-8.5 4244 163-2354 Zagury et al.

(2006)

7

Table 2-1 Metal removal in some passive bioreactors reported in the literature (Continued)

Fe²⁺ Mn²⁺ Cu²⁺ Cd²⁺ Ni²⁺ Zn²⁺ Total As³ Inf.¹ Removal² Inf. Removal Inf. Removal Inf. Removal Inf. Removal Inf. Removal Inf. Removal

References

1080 ＞99 - - - - 135 ＞99 480 ＞99 0.81 100 - - Waybrant et al.

(1998) 50.8 82 - - 50.3 ＞97.8 - - 49.9 ＞97.5 50.4 ＞97.8 50.6 ＞77.7 Jong and Parry

(2003) 500 ＞60 - - 50 ＞90 - - - - 100 ＞99 - - Chang et al., (2000) 29.0 89 1.89 88.6 9.88 ＞82.8 - - - - 10.8 ＞67.2 - - Christensen et al.,

(1996) 1683 ＞92.6 14 ＞97.1 - - 8.3 ＞98.8 15 92 15 ＞93.9 - - Zagury et al., (2006)

1Inf.: influent, unit: mg/L

2Removal, unit: %

3Total As including As³⁺ and As⁵⁺

8