National Sun Yat-sen University Institutional Repository:Item 987654321/27848

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

以 UV/O

3

處理排氣中生物不易分解之揮發性有機物研究(I)

UV/O

3

oxidation of refractory

volatile organic compounds (VOCs) in air streams

計畫編號：NSC 89-2211-E-110-018-執行期限：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日 主持人：周明顯(國立中山大學環境工程研究所)

中 文 摘 要

本 研 究 以 一 170 公 升 之 柱 塞 流 反 應 器 探 討 1,3- 丁 二 烯 為 UV/O3 氧 化 之 反 應 ， 顯 示 在 常 溫 (26℃ )、 空 氣 相 對 濕 度 100%、 氣 體 停 留 時 間 40 秒、總 UV 強 度 50 W、O3/BDi n (初 始 濃 度 )>1.50 時 ， 系 統 對 50-150 ppm1,3-丁 二 烯 之 去 除 率 大 於 90%； 反 應 器 排 氣 中 BD 比 率 隨 O3/BDi n 之 增 加 而 降 低 ， 顯 示 氧 化 產 物 ( 醛 、 醇 、 酸 ) 隨 O3/BDi n 之 增 加 而 增 加 ， 即 氧 化 漸 驅 完 全 。 關 鍵 詞 ： UV/Ozone、揮 發 性 有 機 物 (VOC)、 空 氣 污 染 防 治 、 1,3-丁 二 烯

Abstr act

UV/O3 technique has been

proven to be economical and effective for control of refractory organics in wastewater streams. However, applications of the

technique in the control of air-borne VOCs (volatile organic compounds) are limited, especially, in the Taiwan area.

In this study, a pilot-scale reactor with a volume of 170 liters

was built for performance study on

the treatment of air-borne

1,3-butadiene by the UV/O3

technique. Results indicated that with the conditions of reaction time = 40 s, UV intensity = 50 W, gas relative humidity = 100%, gas

temperature = 26oC, and influent gas

volume ratio of O3/BD > 1.5, over

90% of the of the influent BD (50-150 ppm) could be eliminated. Fraction of BD in the effluent gas

decreased with increasing O3/BD.

Keywor ds: UV/Ozone, volatile organic

compounds, air pollution control,

1,3-butadiene

一 、 前 言

以 O3 或 UV/O3 為 氧 化 劑 處 理 廢 水 中 生 物 不 易 分 解 有 機 物 之 技 術 已 相 當 成 熟 ， 然 應 用 O3 或 UV/O3 之 化 學 洗 滌 法 處 理 排 氣 中 此 等 VOCs 之 研 究 及 應 用 例 則 較 有 限 ， 尤 以 國 內 為 然 。 目 前 國 內 確 有 一 些 樹 脂 廠 、 石 化 廠 、 製 藥 廠 之 製 程 或 廢 水 場 排 氣 中 含 有 此 等 VOCs， O3或 UV/O3處 理 技 術 可 能 為 經 濟 有 效 (BACT) 方 法 之 一 ， 應 值 開 發 應 用 。 本 計 畫 利 用 一 模 場 規 模 連 續

式 反 應 器 ， 內 裝 低 壓 UV 燈 管 ， 試 驗 研 究 氣 體 中 烯 烴 為 UV/O3氧 化 去 除 之 特 性 。 本 計 畫 以 1,3-丁 二 烯 (1,3-butadiene ， BD) 為 供 試 VOC， 研 究 其 UV/O3氧 化 特 性 。

二 、 設 備 及 方 法

試 驗 設 備 如 圖 1 所 示 ， 主 要 反 應 器 為 一 不 銹 鋼 板 焊 製 之 方 型 容 器 ， 內 隔 成 五 單 元 ， 每 單 元 容 積 為 34 L，五 單 元 總 內 容 積 為 170 L。 每 一 單 元 中 間 設 一 支 低 壓 UV 燈 管 (10 W， 波 長 183 nm)， 使 最 大 UV 強 度 可 達 0.294 W/L。 供 試 VOC 為 1,3-butadiene (BD)， 試 驗 時 將 內 含 BD (50-150 ppm)之 100%濕 度 空 氣 250 L/min 與 定 量 O3 接 觸 混 勻 後 通 入 反 應 器 ， 以 近 似 柱 塞 流 方 式 流 經 反 應 器 至 出 口。進 出 口 氣 體 以 GC-FID (GC-14B, Shimadzu Co., J apan)

及 O3 Detector 量 測 BD 及 O3濃 度 。 各 項 控 制 條 件 為 ： (1)反 應 溫 度 ＝ 26℃ ， (2)氣 體 空 塔 滯 留 時 間 ＝ 40 s， (3) O3/BDi n (進 氣 臭 氧 與 進 氣 BD 莫 耳 比 )＝ 0-3.0，(4)氣 體 相 對 濕 度 ＝ 100%，(5) UV 強 度 ＝ 0-50 W。 研 究 項 目 為：(1) O3/BDi n (進 氣 臭 氧 與 進 氣 BD 莫 耳 比 )及 UV 強 度 對 BD 去 除 效 果 之 影 響 ， (2) 反 應 產 物 中 BD 佔 全 部 VOCs 之 比 例 。

三 、 結 果 與 討 論

3.1 O

3

/BD

i n

及 UV 強 度 之 影

響

圖 2-5 顯 示 O3/BDi n ＝ 0-3.9、 反 應 時 間 40 秒 時 ， BD 去 除 率 與 氣 體 與 UV 接 觸 時 間 (UV contact time， 以τ表 示 )之 關 係 。 圖 2 顯 示 無 O3時 (O3/BDi n = 0.0)， BD 去 除 率 僅 11-39%； 隨τ 之 增 加 ， BD 去 除 率 由 11-25% (τ ＝ 0)增 至 14-39% (τ＝ 40 s)。此 顯 示 BD 可 自 然 分 解 ， 但 速 率 不 顯 著 ， UV 之 增 強 作 用 亦 有 限 。 圖 3-5 顯 示 O3/BDi n = 1.0-3.9 時 ， BD 去 除 率 由 72-87% (τ＝ 0)增 至 88-98% (τ＝ 40 s)， 顯 示 O3確 可 去 除 BD， 其 去 除 率 隨 O3/BDi n及τ之 增 加 而 增 加；在 UV = 10 W 時，τ之 適 當 值 為 20-30 s。 圖 6 顯 示 在τ＝ 40 s、 UV 強 度 分 別 為 0 及 10 W 時 ，BD 去 除 率 隨 O3/BDi n之 增 加 而 增 加 ； UV ＝ 10 W、O3/BDi n>1.50 時，BD 去 除 率 大 於 90%。

3.2 反 應 產 物

圖 7 顯 示 反 應 器 排 氣 中，BD 佔 全 部 VOC 之 比 率 與 O3/BDi n之 關 係 。 在τ＝ 40 s、 UV 強 度 分 別 為 0 及 10 W 時 ， BD 比 率 隨 O3/BDi n之 增 加 而 降 低，顯 示 氧 化 產 物 (醛、醇、酸 )隨 O3/BDi n之 增 加 而 增 加 ， 即 氧 化 漸 驅 完 全 。

四 、 結 論

本 研 究 以 一 170 公 升 之 柱 塞 流 反 應 器 探 討 1,3- 丁 二 烯 為 UV/O3 氧 化 之 反 應 行 為 。 試 驗 顯 示 在 常 溫 (26 ℃ ) 、 空 氣 相 對 濕 度 100%、 氣 體 停 留 時 間 40 秒 、 總 UV 強 度 50 W、 O3/BDi n (初 始 濃 度 )>1.50 時 ， 系 統 對 50-150 ppm1,3- 丁 二 烯 之 去 除 率 大 於 90%； 反 應 器 排 氣 中 BD 比 率 隨

O3/BDi n之 增 加 而 降 低，顯 示 氧 化

產 物 (醛、醇、酸 )隨 O3/BDi n之 增

加 而 增 加 ， 即 氧 化 漸 驅 完 全 。

五 、 參 考 資 料

1. Barker, B. D.; Jones, A. R.:

Treatment of malodorants in air by

the UV/O3 technique, Ozone

Science & Engineering, 10,

pp.405-418 (1988).

2. McGregor,, F. R.; Piscaer, P. J.;

Aieta, E. M: Economics of treating waste gas from an air stripping tower using photochemically

generated ozone, Ozone Science &

Engineering, 10, pp.339-352

(1988).

3. Harris, J. C.: Ozonation, in Unit

operations for treatment of

hazardous industrial wastes, Noyes

Data Corp. (1980).

4. Zhong, L. ; Kuo, C; Zappi, E.

M. :Kinetics of gas phase ozonation

of trichloroethylene, J. Chem. Ind.

& Engng. (China), 48(5), pp.

571-575 (1997). O3 generator Steam generator 20 cm 85 cm 250 L/min Air 1,3-butadiene 2~20 L/min O2 10 W UV lamp 10 cm A A A A 170 L reaction chamber Regenerative heater Humidity meter 99.3 % O3 detector GC-14B Air O3 detector GC-14B 圖 1：試驗裝置 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 UV contact time (s) BD removal % BD_in = 65-95 ppm O₃/BD₀ = 0.00 UV intensity = 10 Watt 圖 2：O3/BDin = 0、反應時間 40 秒時， BD 去除率與氣體與 UV 接觸時間(UV contact time)之關係 100 90 80 70 60 0 10 20 30 40 UV contact time (s) BD removal % BD_in = 46-83 ppm O₃/BD₀ = 1.00 UV intensity = 10 Watt 圖 3：O3/BDin = 1.00、反應時間 40 秒 時，BD 去除率與氣體與 UV 接觸時間 (UV contact time)之關係

100 90 80 70 60 0 10 20 30 40 UV contact time (s) BD removal % BD_in = 106-210 ppm O₃/BD₀ = 1.5-2.3 UV intensity = 10 Watt 圖 4：O3/BDin = 1.5-2.3、反應時間 40 秒時，BD 去除率與氣體與 UV 接觸時 間(UV contact time)之關係

100 90 80 70 60 0 10 20 30 40 UV Contact time (s) BD removal % BD_in = 57-74 ppm O₃/BD₀ = 2.5-3.0 UV intensity = 10 Watt 圖 5：O3/BDin = 2.5-3.9、反應時間 40 秒時，BD 去除率與氣體與 UV 接觸時 間(UV contact time)之關係

100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 BD removal % O₃/BD_in UV intensity = 0 Watt 10 Watt UV Contact time = 40 s BD_in = 57-74 ppm 圖 6：BD 去除率與 O3/BDin之關係 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4

% BD remaining in the effluent stream

O₃/BD_in UV intensity = 10 Watt UV contact time = 40 s 0 0 Watt BD_in = 57-74 ppm 圖 7：反應排氣中，BD 佔全部 VOC 之比率與 O3/BDin之關係