第三章 實驗方法與步驟
3.5 奈米微氣泡浮除程序操作的實驗設計
依據上一節的因子篩選，將實驗分為三個階段，第一階段則是探討 pH 值與 迴流比對於浮除效果的影響，使用二因子五個水準的中央合成設計。第二階段則 探討活化劑、捕集劑對於浮除效果的相關性，選擇最好的活化劑及補集劑種類，
使用22因子設計。此階段實驗中，參照實廠溶解空氣浮除法的操作方式，固定迴 流比於 20 %。第三階段則利用第一及第二階段的結果，選擇效果最好的活化劑 及捕集劑，進行更進一步的最佳劑量評估，使用二因子五個水準的中央合成設 計。本實驗設計的規劃及繪圖使用套用軟體minitab 及 EXCEL。
3.5.1 不添加藥劑，改變 pH 值與迴流比的浮除試驗
本階段採用中央合成設計，兩個因子(pH 值、迴流比)，五個水準，三個反應
變數 (濁度去除率、SS 去除率、TOC 去除率)，先進行不添加任何藥劑，只改變 pH 值以及迴流比的實驗。採用的樣品為 92.9.28 及及 92.10.07 這兩批水樣。pH 值 (X1) 的範圍參考 SiO2的等電位點以及原水pH 值，範圍從 2 至 9，
迴流比 (X2) 則是按照一般浮除試驗所常用的範圍，從 10% 至 100%，其所設 定的自然變數 (natural levels)以及編碼變數 (coded levels) 如表 3-5 所示。
表 3-5. 第一階段水準表
Level 設計因子 -1.414 -1 0 1 1.414
X1:pH 2.00 3.10 5.50 7.90 9.00 X2:迴流比(％) 10 23 55 87 100
表 3-6. 第一階段實驗組數表
Coded value Natural value StdOrder RunOrder Blocks
X1 X2 pH 迴流比 (%)
3 1 1 -1 1 3.1 87
7 2 1 0 -1.414 5.5 10
9 3 1 0 0 5.5 55
4 4 1 1 1 7.9 87
10 5 1 0 0 5.5 55
8 6 1 0 1.414 5.5 100
6 7 1 1.414 0 9 55
12 8 1 0 0 5.5 55
1 9 1 -1 -1 3.1 23 2 10 1 1 -1 7.9 23 5 11 1 -1.414 0 2 55
11 12 1 0 0 5.5 55
3.5.2 添加藥劑的浮除試驗
本階段採用 22因子設計，兩個水準，三個反應變數 (濁度去除率、SS 去除 率、TOC 殘餘濃度)，以求得最佳的浮除藥劑。採用的水樣為 92.11.13 及 92.11.18 這兩批水樣。高低水準的決定乃是由Jar test 所評估。參數的設定如表 3-7 所示。
表 3-7. 第二階段水準表
Level Design factor -1 +1
X11:150 X1：活化劑劑量 (mg/L) 50
X12:100*
X2：捕集劑劑量 (mg/L) 10 40
其中 +1 及 -1 分別代表編碼變數的最大值及最小值。X1 代表氯化鐵、硫酸 鋁等活化劑的劑量，硫酸鋁設定為X11，氯化鐵設定為 X12。其劑量範圍由瓶杯 試驗所決定，在不考慮調整pH 情形下 (原 CMP 廢水 pH 值約等於 9) ，硫酸鋁 的最好加藥量約在150 mg/L，而氯化鐵的最好加藥量約在 100 mg/L。X21、X22 則是分別代表油酸鈉及CTAB 捕集劑的劑量，根據之前研究者的結果，界面活性 劑的用量將不會太高，此研究中分別設定40 及 10 mg/L 為最大值及最小值。根 據minitab 所設計出來的實驗組數，如表 3-8 至 3-11 所示。
表 3-8. 硫酸鋁搭配油酸鈉的實驗組數表
coded value natural value
Activator Collector Activator Collector
X11 X21 X11 X21 Run order Level Concentration (mg/L)
1 -1 -1 50 10
2 1 -1 150 10
3 1 1 150 40
4 -1 1 50 40
表 3-9. 氯化鐵搭配油酸鈉的實驗組數表
coded value natural value
Activator Collector Activator Collector
X12 X21 X12 X21 Run order Level Concentration (mg/L)
1 1 1 100 40
2 1 -1 100 10
3 -1 1 50 40 4 -1 -1 50 10
表 3-10. 硫酸鋁搭配 CTAB 的實驗組數表
coded value natural value
Activator Collector Activator Collector
X11 X22 X11 X22 Run order Level Concentration (mg/L)
1 -1 -1 50 10
2 1 -1 150 10
3 -1 1 50 40
4 1 1 150 40
表 3-11. 氯化鐵搭配 CTAB 的實驗組數表
coded value natural value
Activator Collector Activator Collector
X12 X22 X12 X22 Run order Level Concentration (mg/L)
1 -1 1 50 40
2 1 1 100 40
3 -1 -1 50 10
4 1 -1 100 10
3.5.3 最佳加藥量的浮除試驗
本階段是藉由上一階段所得到的結果，也就是最佳的加藥方式，進一步求取 最佳的加藥量。採用中央合成設計搭配反應曲面法，設定為兩個因子 (活化劑及 捕集劑)，五個水準，五個反應變數 (濁度去除率、SS 去除率、TOC 濃度、pH、
導電度) 的實驗設計。採集的樣品為 92.12.09 及 92.12.23 這兩批水樣。詳細的 參數設定乃是根據Jar test 決定初步的水準範圍，於第四章呈列出完整的實驗組 數及數據。
3.5.4 實驗結果分析
將實驗所得的的反應變數 (濁度去除率、SS 去除率、TOC 殘餘濃度) 輸入 統計軟體 minitab 12 版執行，求得等高線圖，反應曲面，因子分析及變異數分析 等結果。