第二章 文獻回顧
2.5 電動力技術應用於處理污染土壤之研究
近年來，土壤污染之情形有逐漸嚴重的趨勢，污染物質種類越來 越多元，電化學地質氧化技術能夠依據污染物的種類，進行操作參數 調整，回顧電動力技術所使用於不同污染土壤之處理，其操作參數及 處理效能，並進行比較，彙整如表 2.7、2.8 所示。
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2.5.1 實驗尺度 (Laboratory scale)
電動力技術廣泛應用於重金屬污染土壤之整治上，其處理機制主 要藉由電力使土壤中污染物質受電力牽引而移動至水相，故污染物之 移除仍受到操作流質對於污染物之水溶性影響，而大多數有機污染物 屬於非離子性，其中油品類污染於水中溶解度更低，因此需額外添加 一些增溶劑使溶解度提升，Mena et al. (2016)利用石墨電極，結合8 mM之十二烷基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate, SDS)處理柴油污染土 壤，在電位坡降1.5 V/cm下進行15天電動力實驗，結果顯示由於柴油 屬於較大分子高疏水性污染物，電動力所能處理之效果有限，柴油之 移除率僅達36%。
Ramírez et al.(2015)使用2.4 g/L之SDS溶液添加於陰極槽，而添加 NaNO3、NaHCO3在電位坡降1 V/cm，進行14天電動力試驗，結果顯 示界面活性劑的添加能有效增強電動力對於柴油類污染物在土壤及 地下水之傳輸，並利用微生物反應牆進行對油品類污染物之降解效果，
研究中提到，水中較高的離子濃度能夠產生較高的電流密度及高電導 率，然而也因受到電場效應較強之影響，而產生土壤熱效應，致使營 養鹽的移除，而使得微生物活性下降之不良效應，因此於現地整治中 須考慮電位坡降的強度以及電解質的添加。
Boulakradeche et al. (2016)研究中，除了於陰極槽添加陰離子界面 活性劑SDS，在陽極端也添加中性離子界面活性劑Tween 80期望增強 n-hexadecane及anthracene複合污染土壤之處理效果，並於1.5 V/cm電 位坡降下處理10天，結果表明，複合界面活性劑確實有助於電動力試
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驗移除油品類污染之效果，對於正十六烷(n-hexadecane)及蒽
(anthracene)分別可達到69%及59%之去除率，而由於界面活性劑主要 功用為增加疏水性污染物之水溶性，故電動力移除機制之電滲透流現 象便受到提升，可以發現陰極槽液之污染物濃度有明顯提升。
Yang et al. (2015)針對高雄後勁溪水進行採樣，發現其河川底泥皆 受到鄰苯二甲酸酯(Phthalate esters)污染，採樣結果顯示初始濃度分別 為: 鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)為0.5-23.9 mg /kg; 鄰苯二 甲酸二丁酯(DBP)為0.3-30.3 mg /kg;鄰苯二甲酸二乙酯(diethyl
phthalate, DEP)為0.1-1.1 mg/kg; 鄰苯二甲酸二丙酯(dipropyl phthalate, DPP),鄰苯二甲酸二苯酯(diphenyl phthalate, DPhP), 鄰苯二甲酸芐基 丁酯(benzylbutyl phthalate, BBP),鄰苯二甲酸二己酯(dihexyl phthalate, DHP), 及鄰苯二甲酸二環己酯(dicyclohexyl phthalate, DCP)低於偵測 極限，將採樣之底泥進行電動力整治，利用過硫酸鹽系統S2O8
2− 及 nano-Fe3O4 slurry，每24小時於陽極槽進行添加，於電位坡降2 V/cm 下，經過28天處理，DnBP及DEHP之處理效果分別可達到93.87%、
53.87%。
Yang et al. (2016) 使用新穎材料 Nano schwertmannite slurry
(SHMs)催化 H
2O2，產生 Fenton 反應降解底泥中鄰苯二甲酸酯(Phthalate esters)及乙醯胺酚(Acetaminophen, ACE)，研究顯示，
SHMs
可與 H
2O
2產生氧化反應形成氫氧自由基，進而對底泥中之鄰苯二甲
酸酯及乙醯胺酚產生降解反應，然而，由於氧化劑於土壤及底泥中傳 輸能力有限，故結合電動力技術以增強其氫氧自由基之傳輸效果，在47
電位坡降 1.5 V/cm 電力驅動下，氫氧自由基受到電滲透流及離子遷 移效果影響由陽極端往陰極端移動，氧化劑於陽極每日添加於實驗系 統中可以達到最佳之處理效果，ACE (100%) > 鄰苯二甲酸二正丁酯 (91%) >鄰苯二甲酸二（2-乙基己基酯(55%) > 鄰苯二甲酸壬酯(46%)，
且經過 14 天後反轉電場可以有效調控土體 pH 值。
Guedes et al. (2014)同時針對六種新興污染物進行電動力處理，包 括
17β 雌二醇（E2），17α-炔雌醇（EE2），雙酚 A（BPA），壬基苯酚（NP），辛基苯酚（OP）和三氯沙(TCS)，研究結果表明，電滲透流 量穩定情形對於電動力實驗處理效果明顯提升，將六種新興污染物有 效移動至陰極，調控 pH 值於酸性可有效提高電滲透流量;此外，辛醇 -水分配係數(Log kow)也被提出探討，由於電滲透流對土壤 pH 值非常 敏感，因此陽極電解液的控制能提高污染物向陰極端的移動之速率，
而向電極端移動的程度主要取決於化合物的溶解度和辛醇-水分配係 數;其中，BPA 具有較低之 log kow值(3.32)，而 NP 之 log kow值最大(5.76)，
故 NP 之移動速率小於 BPA，陰極槽並未被偵測出，電動力對於此六 種新興污染物之處理效果介於 52%至 66%。
2.5.2 模場尺度(Pilot scale)
電動力相較於其他現地土壤整治技術而言為一項新穎的技術，目 前多數研究探討實驗室尺度系統對於污染物移除效果之影響，而在這 些研究中，通常使用密封的管柱或菱形試體作為電動力反應裝置，在 此尺度下進行電動力試驗可以大大減少處理過程中可能產生之變因，
然而，將其作為現地實際應用之依據卻有待商榷，因此此技術之放大
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(Scale-up)於近年來開始受到重視，故本論文針對模場尺度之研究進 行彙整及比較，如表 2.10 所示。
Kim et al. (2012)針對南韓鹽鹼化(salinization)之農地進行模場規
模之電動力試驗，為改善土壤中氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽之影響，以 1 m×1 m×0.25 m 之模場進行試驗，其實驗配置如圖 2.11 所示，研究 結果顯示，在 1 V/cm 電位坡降下處理 14 天，氯化物之去除效率上層 為-62.3%，中層為-32%，底層為 31.3%，集中於頂層及中層，由於操 作流質使用自來水使氯化物濃度提高;硝酸鹽透過電子遷移由陰極傳 輸至陽極，而上、中、下層處理效果分別為 21.5%、35.6%、44.7%，處理效果最佳，而硫酸鹽受到土壤中陽離子影響使傳輸效果下降，而 六角形之電極排列則使電場無效之區域達最小化，對於放大規模具有 一定優勢。
Vieira dos Santos et al. (2016)研究使用 1000 mg/dm3之 SDS 作為增
圖 2.11鹽化農地模場試驗採樣點及電極配置示意圖(Kim et al.,2012)
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溶劑，處理30 mg/kg之Atrazine及oxyfluorfen，結果顯示oxyfluorfen之 揮發性較高，會受到電動力技術之熱效應影響，若於電動力系統中結 合活性碳反應牆藉此提高對於oxyfluorfen之吸附能力，則可以有效將 揮發損失量由60–65 %降低至45–50 %。
Risco et al. (2016)選擇70 cm× 50 cm× 50 cm大小之試模尺寸進行 電動力試驗，操作流質使用十二烷基苯磺酸鈣，電位坡降1 V/cm ， 反應時間34天，觀察電動力之影響，結果顯示經過34天處理，土體之 殘留oxyfluorfens濃度從20.0 mg/kg下降至 7.4 mg/kg，而由於
oxyfluorfens污染物之揮發性較高，若污染土壤未經電動力處理之去除 率約為5.5%，而經由電動力系統處理後可增加60.7%之處理效果，可 得知電動力對於此類揮發性較高之污染物之處理分為移除以及電場 熱效應所造成之揮發效果。
電動力實驗於模場尺度下處理效果有限，且目前對於污染物之處 理主要依賴兩大機制，一為電力所造成之遷移將污染物移動至水相環 境中，二為由於施加電場所產生之熱效應使易揮發污染物質移動至上 層並產生揮發性，目前文獻較少搭配高級氧化技術對於土相及水相污 染進行同時降解，若能有效進行結合除可提高處理效果，還可以同時 氧化降解水相及土相之污染物。