陰離子對於陰極之影響

本節將探討電混凝程序及超聲波複合程序對於陰極之影響，根據5.1 到 5.4 的研究結果發現，𝑃𝑂₄³⁻存在會造成去除效率的下降，主要的原因為磷酸鹽在陽極 所形成之惰性層，在超聲波添加後可有效的去除極版惰性層。在陰極極版上，主 要為還原反應，因此本節將添加不同之陰離子，並以硝酸鹽為目標物染物，探討 超聲波程序是否有助於還原之能力。

本部分的實驗選擇𝑃𝑂₄³⁻、𝐶𝑂₃²⁻、𝑆𝑖𝑂₃²⁻、𝑆𝑂₄²⁻為陰離子作為研究對象，由於 硝酸根之去除機制係以還原之方式進行，本研究使用硝酸根為目標污染物，觀察 不同陰離子對於硝酸鹽之去除效率。

圖5- 16 為電混凝程序添加不同陰離子對於硝酸鹽之去除效率結果圖，結果

發現添加磷酸根及碳酸根之去除效果較差，去除率不到20%，添加硫酸根及矽酸

根之去除率約60%。其主要原因推測為，磷酸根會與 Al 結合，立即在極版表面 生成𝐴𝑙𝑃𝑂_4(𝑠)沉積至極版表面，使鋁離子之釋出受到阻礙，因此無法釋出大量的 鋁離子，同時亦會影響到電子的釋出，使得陰極極版還原能力變弱。而碳酸根會 消耗水中之氫根(H⁺)，減少釋出之電子，使得水中之硝酸鹽無法被還原成氨氮後 去除，而硫酸根的添加則會造成腐蝕電位的增加，因此在水中有硫酸根時，則難 以達到腐蝕電位，進而阻礙鋁離子及電子之釋出。

doi:10.6342/NTU201801018

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圖5- 16 以電混凝程序於不同陰離子之硝酸鹽去除效率結果圖 (C0=100 mg/L, V=60 V, pH=7, T=20℃)

圖5- 17 為超聲波電混凝程序於不同陰離子之硝酸鹽去除效率結果圖，起始 濃度之硝酸鹽均為100 mg/L，採固定之電壓 60 V，pH 調整至 pH=7，恆溫水設定 為20℃，其結果發現，不同陰離子之去除效率分別為 𝑆𝑂₄²⁻> 𝑃𝑂₄³⁻>

𝐶𝑂₃²⁻> 𝑆𝑖𝑂₃²⁻，與電混凝程序比較，硫酸根之去除效率由60%增加至 85%，在添 加超聲波後則可降低阻抗，降低腐蝕電位，以提升去除效率。而磷酸根及碳酸根 之去除效率則由10%增加至 80%，於 5.1 至 5.4 節已證明可有效去除惰性層影 響。碳酸根之去除率提升主要原因，在添加超聲波程序時，可增加水中之氫離 子，使電子得以一同釋出，使硝酸鹽得以還原去除。

圖5- 18 為超聲波電混凝及電混凝程序於不同陰離子之釋鋁量結果圖，釋鋁 量與去除率呈現相同的趨勢，結果呈現為𝑆𝑖𝑂₃²⁻> 𝑆𝑂₄²⁻>𝐶𝑂₃²⁻>𝑃𝑂₄³⁻。

𝑃𝑂₄³⁻

𝐶𝑂₃²⁻

𝑆𝑖𝑂₃²⁻

𝑆𝑂₄²⁻

圖5- 17 以超聲波電混凝程序於不同陰離子之硝酸鹽去除效率結果圖 C0=100 mg/L, V=60 V, pH=7, T=20℃)

𝑃𝑂₄³⁻

𝐶𝑂₃²⁻

𝑆𝑖𝑂₃²⁻

𝑆𝑂₄²⁻

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圖5- 18 以超聲波電混凝及電混凝程序於不同陰離子之釋鋁量結果圖 C0=100 mg/L, V=60 V, pH=7, T=20℃).

5.6 小結

1. 濃度越高之磷酸根對於電混凝程序將增加極版表面之阻抗，使得減少釋鋁 量，進而降低處理效率。

2. Cl-EC程序及sono-EC程序均能有效的去除極版表面之惰性層，Cl-EC程序所 添加之氯離子以15 mg/L為最適劑量，sono-EC程序為100 W之超聲波添加為 最適瓦數。

3. 比較Cl-EC程序、sono-EC程序及Cl-sono-EC程序後發現，Cl^-sono-EC程序並 無恊同效應。

4. 在重複實驗中發現Cl-EC程序再經過三次重複使用後，去除效率由60%降低至 33%，而添加超聲波程序後，去除率則由59%提升至80%。

5. 在多陰離子實驗中發現，超聲波可有效提升含有磷酸根及碳酸根溶液之去除 效率，對於硫酸根則具有些微提升之效用，矽酸根則無影響。

doi:10.6342/NTU201801018