零價鐵金屬應用於染整廢水處理之技術

高級氧化程序必需提升其處理效率並降低成本方能實際應用。基於過 去研究之發現，奈米級零價鐵具有良好之還原能力，對於偶氮染料脫色 時僅需使用一般零價鐵數十分之一的劑量就能達到相同之脫色效果，然 而在製備、收集、貯存與反應過程中極易與空氣或水中溶氧反應產生氧 化鐵覆蓋於奈米級零價鐵表面使之喪失反應力。

零價鐵金屬(zero-valent iron)用來吸附催化分解水中的毒性物質(如含 氯有機化合物)是近年來受廣泛的研究主題(Hung et al.,2000；Scheutz et al., 2000)，其主要原因是此處理技術具經濟、方便及可直接加入水中之 單純化的優點，且較不易產生二次污染。但其缺點是吸附催化反應之反 應速率較慢，同時受限於所使用的零價鐵金屬種類及其吸附表面積。零 價鐵主要與污染物的反應機制為還原與氧化作用，反應在零價鐵表面進 行(Choe et al., 2000；Cao et al.,1999；Cheng et al.,1997)，由於零價鐵經反 應後容易形成氧化物而沉積於表面使得零價鐵失去活性而無法繼續與污 染物反應而降低效果。有鑑於此，新的改良技術實為當務之急。

零價鐵金屬的氧化還原反應(Mn⁺ + ne^- → M⁰)之還原電位為-0.44 V，

因此，Fe(0)是屬於中等強度之還原劑，它們對有機化合物催化分解反應 之機制是屬還原脫除。Wang 等學者發現奈米零價鐵對於染料廢水的脫色 乃利用其強還原力與大表面積，此一優勢可有效去除染料之色度，但對 於廢水中之總有機碳(TOC)及化學需氧量(COD)的降解效果則是作用不 大。而當在反應系統中加入 H₂O2，因零價鐵於反應中會溶出 Fe²⁺，若加 入 H₂O2 便會形成 Fenton-like 反應，雖然增加了脫色效率也同時增強對 TOC 之去除能力。但 Fenton-like 反應結束後廢水中仍殘留有 H2O2對化 學需氧量會造成貢獻也須要進一步去除。而奈米零價鐵金屬常因水中的 溶氧或其他化合物的反應在其奈米顆粒表面形成一層不反應的氧化物而 失去活性。

且以現有氧化技術來說有些限制因素，其中之一像是 Chang 與 Wang 等學者的研究可知，文獻發表之處理濃度(100~200 mg/L)實際上都遠低於 實場(700~3,000 mg/L)的需要，也就是都以低濃度去探討其氧化技術成 效，至於運用在實場上，便不知道其效果(Chang, et al., 2009；Wang, et al., 2010)。其中之二為在現有技術在成本考量下，COD 濃度降解效果無法達 到放流水法規標準允許值。

因此，在另一方面本研究將試驗鐵鋁複合金屬處理染整廠的染料有機 廢水之能力及成效。並由染料廢水中的 COD 值去除效率以及脫色效果來 探討其零價金屬的氧化效能。主要利用鐵鋁複合金屬在染整廢水體中自 然釋出的高濃度的亞鐵離子及過氧化氫，期望在不需要額外添加藥劑 下，去生成氫氧自由基。再以氧化方法去破壞染料的化學結構，並降低 其 COD 值及真色色度，且合乎放流水的法規標準。

在各種高級處理方法中，考量適宜處理成本下，以 Fenton 法處理廢 水中 COD 是去除效果較佳的選擇。但在選用 Fenton 法方面，又需在酸 性環境下及使用大量的 H₂O2。所以利用鐵鋁複合金屬可自行產生氧化劑 去進行氧化降解，為一自發性反應系統，並維持長時間性的去除效能。

並降低藥劑添加的成本及所造成環境衝擊，減少對環境之損害，以達到 永續發展的目的。