電位坡降之影響

土壤中NP初始濃度為 50 mg/kg，以 0.11 M NaOH為操作流質進 行5 天電動力試驗，討論於 0.5、1.0、1.5 與 2.0 V/cm²之四種電位坡 降(Test 2-5)對於去除效率之影響。

1.土壤 pH 值變化

電位坡降將會影響電解反應之劇烈與否，電動力系統進行時，

會產生電解反應會使得陽極槽液於氧化環境下持續產生大量氫離子 而呈酸性，而陰極槽液於還原狀態下也因氫氧根離子之持續產生而 呈鹼性。陰陽兩極產生電解反應如式(2.9)及(2.10)所示，故於陽極不 斷釋放出氫離子，故靠陽極端為呈現酸性；而陰極則釋出氫氧離子，

靠陰極端則呈現酸性。經試驗後觀察其土壤切片之pH 值，如圖 4.21 所示，電位坡降 0.5 V/cm(Test 2)處理 5 天後於土壤管柱 pH 範圍為 3.1-11.2，若電位坡降為 2.0 V/cm (Test 5)時，土壤管柱切片 pH 範圍 為 2.4-11.8。由此發現，當提高電位坡降時，會使得土壤管柱兩端 之酸鹼鋒較為明顯。

2.電滲透係數(k_e)與電流密度之變化

系統之電滲透係數(k_e)係由處理過程中每天收集之電滲透流量累 積後求得，可經由式(2.11)計算而得彙整於表4.8中。由式2.11可得知 Q_e值將會影響時k_e值，當實驗之出流量愈高則k_e值隨之升高。由圖4.22 觀察每天電流密度之變化，Test 2 (0.5 V/cm)其電滲透流率(0.58×10^-4 cm³/s)較Test 3、Test 4與Test 5為低，因考量操作時間為5天時，此條 件較不利。於24小時後略為最高鋒，Test 2(0.5 V/cm)、Test 3(1.0 V/cm)、Test 4(1.5 V/cm)與Test 5(2.0 V/cm)電流密度分別為2.25、

8.175、8.77與10.1 mA/cm²。電位坡降2.0 V/cm於30小時前電流密度較 高，約24-30小時後電流密度開始下降，由此發現，其管柱內部沉澱 情況較為明顯，另一方面為電滲透流速率較快，高於操作流質滲透至 土壤之速度，使得土壤中含水率偏低。觀察Test 3 (1.0 V/cm)整體之電 位坡降為最穩定者，其電滲透流率為0.86×10^-4 cm³/s高於其他三組 (0.58×10^-4-0.83×10^-4 cm³/s)，此條件有利於增加電動力管柱實驗之出流 量。

電流密度會隨時間而降低，主要原因係反應過程中系統之阻力增 加其中包括：(1) 土壤中之帶電顆粒經離子遷移於兩極端造成阻塞，

(2)操作流質與土壤中含有之離子產生鍵結或沉澱，(3) 酸鋒遷移時所 導致土壤中帶電離子如Ca²⁺、Mg²⁺ 等物質，因電場效應往陰極端遷 移，產生沉澱等等。此結果與國內以電動力技術相關研究相似(翁誌 煌與林純玉，2003；袁菁等，2004)。

Normalized Distance from Anode to Cathode

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

soil pH

0 2 4 6 8 10 12 14

Test 2 (0.5 v/cm) Test 3 (1.0 v/cm) Test 4 (1.5 v/cm) Test 5(2.0 v/cm)

Initial pH 8.5

圖 4.21 土壤 pH 剖面圖(不同電位坡降)

Processing time (hr)

0 20 40 60 80 100 120

Current density (mA/cm

)

0 2 4 6 8 10 12

Test 2 (0.5V/cm) Test 3 (1.0V/cm) Test 4 (1.5V/cm) Test 5 (2.0V/cm)

圖 4.22 電流密度隨處理時間變化圖(不同電位坡降)

3. NP 處理效率

以0.11 M NaOH 為操作流質，在不同電位坡降下處理 5 天，由 表4.8 及圖 4.23 之土壤殘留分佈所得到之結果顯示，其去除效率約為 35.7-47.1%，其中以 1.0 V/cm 為較佔優勢(47.1%)。從殘留分佈圖來 看，電位坡降為0.5、1.0、1.5 與 2.0 V/cm 於靠近陰極之殘留分佈之 比例分別為48.5、42.0、48.7 與 55.7%，電位坡降為 2.0 V/cm 時主要 殘留分佈於靠陰極端，高電位坡降導致電解反應趨劇，陰極端產生許 多氫氧根離子較多易產生沈殿阻塞，使得 NP 於土壤中移動情況減 緩，造成於近陰極處累積不易出流。Test 3 (1.0 V/cm)與 Test 12 (1.5 V/cm)殘留濃度較為平均，且總去除效率較高，分別為 47.1%與 46.4%。當電位坡降為 0.5 V/cm 時，因為電滲透流率較其他者較低，

出流情況緩慢，導致去效率僅為37.8%，去除率均較 Test 3 與 Test 12 之47.1%與 46.4%為低。

Normalized distance from anode to cathode

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Residual NP in soil (mg/kg )

0 20 40 60 80

Test 2 (0.5 V/cm) Test 3 (1.0 V/cm) Test 4 (1.5 V/cm) Test 5 (2.0 V/cm)

Initial concentration

圖 4.23 電動力處理後之土壤 NP 殘留分佈圖(不同電位坡降)

整體而言，本研究中並非使用較高之電位坡降為最合適，而是需 要較穩定之電流密度來提升出流情況，藉此增加對NP之去除率。結 果顯示較適合之電位坡降為1.0 V/cm，因為電流較為穩定，且電滲透 流率為最高(0.86 cm³/s)，做為後續研究之最佳電位坡降。電位坡降為 0.5、1.0、1.5 與 2.0 V/cm時，經五天電動力實驗後電力耗損分別為 77.4、384.9、560.4 與 798.8 kwh/m³，隨著電位坡降升高其電力耗損 亦相對升高。