第二章 文獻回顧
2.4 電動力法復育技術原理與機制
電動力復育技術亦被稱電化學去污技術(Electrokinetic
Decontamination)，此為一新穎且具經濟效應之現地土壤復育技術。
於受污染的土壤中，插入電極通以直流電壓產生電場，使得污染 物依其電性或隨電滲透流移動至對應電極，藉此去除土壤中污染物或 濃縮之以便集中移除，如圖 2.1 所示。電動力技術不僅適用於飽和層 土壤，亦可應用於不飽和層土壤，其污染物質之傳輸方向與量，則受 污染物濃度、污染物離子移動性、土壤結構與性質及土壤恐戲水介面 化學與傳導性所影響。主要機制包括：(1)電解反應(Electrolysis)、(2) 電滲透流(Electroosmotic flow)、(3)離子遷移(Ion migration)與(4)電泳 (Electrophresis) (Shapiro et al., 1989)。
目前電動力技術應用於低滲透性土壤復育最具有效性，因其提供 驅動力，使污染物於土相移除加速移動性，其主要優點為: (1)可產生
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均勻之電滲透流於異質且低滲透性之土壤介質中移動，(2)可有效控 制電滲透之流向，(3)高移除效率且具安全性，(4)在參數設計下為一 種高經濟效益之現地處理技術(Yuan and Weng, 2006)。
利用電動力法程序時，其主要藉由下列四種機制而移除污染物，
分別為電解反應、電滲透流、電子遷移與電泳，下列敘述則分別介紹 各機制之作用：
1. 電解反應
於電動力進行時，陽極槽產生氧化反應，以致大量氫離子持續累 積，使得 pH 值降至 2 左右(式 2.1)，而陰極槽產生還原反應，大量之 氫氧離子累積使陰極 pH 值提升至 12 左右(式 2.2)。於陽極端產生之 氫離子會隨電滲透流向，往陰極移動。而由於酸性溶液之流動，將逐 漸降低土壤之緩衝能力，有改變污染物於土壤中分佈之可能。處理後
圖 2.1 土壤電動力復育技術示意圖
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污染物將隨電滲透流匯集於陰/陽極電極端，可抽取去除或借其他方 式將污染物移除。陰陽兩極產生電解反應如下(鄭孟嘉，2000)：
Anode ： 2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e- (2.1) Cathode： 2H2O + 2e- → H2(g) ↑+ 2OH- (2.2) 2. 電滲透流
一般而言，當在土壤施加電場時，陽極產生之氫離子，其移動速 度較快(3.63 × 10-7 m2/V．s)，約為氫氧離子之 1.8 倍，故電滲透流的 流動方向為由陽極向陰極流動(Yuan and Chiang, 2007)，土壤所含有的 離子型態分佈會對電滲透大小造成影響，因此，pH 值、離子強度、
土壤表面帶電荷情形等亦會對電滲透流造成影響。
電滲透流率可以達西定律(Darcy Law)加以表示，如下(式 2.3)所 示：
Ｑ
e = Ke ．i．A (2.3)其中，Qe為電滲透流率(cm3/s)； Ke為電滲透係數(cm2/V‧s)；i 為電位坡降(V/cm)；A 為截面積(cm2)。
3. 離子遷移
土壤中可移動帶電離子受電場效應往陰/陽極移動之行為，即稱為 電子遷移。主要與離子有效移動、電壓強度、離子價數、法拉第常數 及絕對溫度有關。離子遷移流的質量傳輸大於電滲透流 10 倍以上，
因此電動力法在整治污染土壤過程中，電子遷移為主要的移除機制 (蔡在唐，2002)。
在電場作用下土壤中離子的移動速率可以下(式2.4)加以描述(蔡 在唐，2002；Virkutyte et al., 2002)：
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u*= D*zF/RT (2.4)
其中：u*為有效離子移動速率；
D*為有效擴散係數(cm
2/s)；z為離子價數；F為法拉第常數；
R為理想氣體常數；
T為絕對溫度。
以往的研究中指出，污染物在土壤中電遷移的速率會因電流密度、
土壤質地粗細、污染物濃度及總離子濃度等因子而改變(袁等，2002；
Li et al., 2012)。
4. 電泳
當帶電膠體粒子受到外加電場的影響，將會朝向相反電性之電極 移動，如帶正電膠體粒子於電解質中，受外加電場效應影響，朝向帶 負電電擊移動，反之亦然，此種將體粒子運動稱為電泳運動(劉等，
1998；Velasco et al., 2012)。圖 2.2 為電泳機制示意圖，帶正電粒子外 層吸附大量負電離子，產生向陽極移動之電泳效應。而土壤中孔隙較 小，土壤中顆粒不易被移動，因此於土壤系統中電泳現象較不明顯。
2.5 電動力技術影響因子