以紫外線/臭氧程序處理染料廢水之光反應器設計研究 林奇璋、申永順
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摘 要
本研究旨在發展與建立以高級氧化程序處理染料廢水之連續環狀雙套管式光反應器設計方程式， 探討模式係藉由結合光氧 化系統中之反應機制、各反應成份之質量平衡方程式，以及紫外線光強 度分佈模式，並經由不同反應條件(如水力停留時 間、光反應器幾何尺寸、水溶液PH值、紫外線光 強度等)及染料物種(如反應性染料 REACTIVE RED 141、酸性染料ACID BLUE 62、直接染料DIRECT YELLOW 86等)之實驗驗證，以評估光反應器設計方程式之合理性與可行性。研究重點係 以UV/O3及 UV/H2O2/O3程序處理染料廢水為主題，架構整體反應系統，經由染料污染物及氧化劑質量平衡之計算 ， 評估氧化劑及紫外線之使用效率，以做為高級氧化程序效能及操作條件之取決依據，並比較不同 類型之染料污染物在各光 氧化系統中反應特性的差異，從而建立光氧化程序處理染料廢水之光反應 器設計方程式，以做為以光為主體之高級氧化程 序未來實際商業應用研究之基礎及參考。 在UV/O3及UV/H2O2/O3程序中，染料去除效率主要受到染料本身之初始濃度 之降低、染料溶液 PH值之降低、紫外線光強度之提高、氧化劑添加劑量之增加及光反應器內外半徑比之降低而升高。 在 該兩種程序下，三種染料之去除率順序為，UV/O3程序下BLUE 62＞RED 141＞YELLOW 86； UV/H2O2/O3程序 下RED 141＞BLUE 62＞YELLOW 86。各種AOPS程序處理染料分別去除率順序為 UV/H2O2/O3＞UV/O3＞H2O2/O3
＞O3。 結合各反應成分之質量平衡方程式與無限線光源分佈模式，所推導與建立之光反應器設計方程式， 可合理描述 以UV/O3及UV/H2O2/O3程序處理染料在各操作條件下之反應行為。
關鍵詞 : 高級氧化程序、染料廢水、環狀光反應器、設計方程式 目錄
第一章 前言--P1 第二章 理論背景及文獻回顧--P4 2.1染整廢水特性簡介 4 2.1.1染料之化學結構及發色原--P4 2.1.2染料之分 類--P5 2.1.3染整廢水之來源及特性--P7 2.1.4一般染整廢水處理方法--P8 2.2光分解反應程序之理論--P11 2.2.1紫外線之特性 及應用--P11 2.2.2光學基本名詞之定義--P13 2.2.3光化學之反應理論--P18 2.3 UV/O3光解程序之反應機制與應用--P23 2.3.1 O3之一般性質--P23 2.3.2 UV/O3程序之反應機制--P25 2.4 UV/H2O2/O3光解程序之反應機制與應用--P33 2.4.1 H2O2之一 般性質--P33 2.4.2UV/H2O2程序之反應機制--P33 2.4.3UV/O3/H2O2程序之反應機制--P34 2.5光化學反應器之模擬設 計--P39 2.5.1光源模式之基本概念--P40 2.5.2光化學反應器設計與模擬--P44 第三章 研究目的--P53 第四章 實驗程序與設 備--P55 4.1實驗設備與儀器--P55 4.2實驗藥品--P56 4.3實驗裝置--P58 4.4實驗步驟--P61 4.4.1背景實驗--P61 4.4.2以UV/O3程 序處理染料水溶液--P66 4.4.3以UV/O3/H2O2程序處理染料水溶液--P67 4.5分析測定方法--P67 第五章 結果與討論--P71 5.1 背景實驗--P71 5.1.1染料於液相中之穩定性實驗--P71 5.1.2以紫外線直接光解染料實驗--P73 5.1.3以O3直接分解染料水溶液 實驗--P73 5.1.4以H2O2直接分解染料水溶液實驗--P78 5.2以UV/O3程序處理染料溶液之反應行為--P78 5.2.1以UV/O3程序 處理含RED 141染料溶液之反應行為--P82 5.2.2以紫外線/臭氧程序處理不同染料水溶液之比較--P101 5.2.3以紫外線/臭氧程 序處理含染料溶液之光反應器設計與模擬 104 5.3以UV/ H2O2/O3程序處理染料溶液之反應行為--P118 5.3.1
以UV/H2O2/O3程序處理含RED 141染料溶液之反應行為--P118 5.3.2不同染料之反應行為比較--P134 5.3.3
以UV/H2O2/O3程序處理含染料溶液之光反應器設計與模擬--P137 5.4比較各種高級氧化程序處理染料溶液之反應行 為--P148 5.4.1紫外線光強度效應--P148 5.4.2染料初始濃度效應--P152 5.4.3臭氧/染料進流比效應--P154 5.4.4臭氧劑量效 應--P156 5.4.5溶液PH值效應--P157 5.4.6光反應器尺寸效應--P161 第六章 結論與建議--P163 參考文獻--P165 附錄--P173 參考文獻
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