Fenton法处理PCB电路版酸性废液之成效与成本分析

    三、实验方法

    1.Fenton法之最佳反应操作方法

    本研究以瓶杯试验机进行之，反应过程中控制pH=2，实验方法先固定H2O2剂量比5000mg/l寻求Fe2+在300、500、600、1500  mg/l之最佳剂量比，再以求得之Fe2+剂量为固定剂量，寻求H2O2在100、500、1000、5000 mg/l最佳剂量比，可得知最佳剂量比之后，再进一步固定过氧化氢最佳剂量，降低Fe2+最佳剂量(50、200及300 mg/l)，探讨最低成本操作，综合以上方法以求得之最佳Fenton试剂。

    2.七种方案之方法及流程

    由上述所求得最佳Fenton试剂之结果进行七种不同操作方案，利用不同操作方案对COD去除率之影响进行比较，其详细程序流程如图1表示，其七种操作方案分别如下表示： （反应条件控制pH=2、H2O2浓度100mg/l，Fe2+浓度200mg/l条件下进行）

    方案A：同时快混30 min沉淀30 min。

    方案B：同时快混60 min沉淀30 min。

    方案C：同时快混90 min沉淀30 min。

    方案D：快混2 min慢混28 min沉淀30 min。

    方案E：先H2O2浓度100mg/l一次加入，Fe2+浓度200  mg/l分三个时段逐步加入（每间隔10  min加入Fe2+浓度66.6mg/l） ，经快混2 min后，持续慢混。

    方案F：先Fe2+浓度200mg/l全加，H2O2浓度100 mg/l再分三个时段将H2O2逐步加入（每间隔10 min加入H2O2浓度33.3mg/l） ，经快混2 min后，持续慢混。

    方案G：分三个时段逐步加入H2O2及Fe2+（每间隔10 min加入H2O2浓度33.3mg/l、Fe2+浓度66.6 mg/l）快混2 min后，持续慢混。

    结果与讨论

    一、最适pH及H2O2/Fe2+剂量比初步设定H2O2/Fe2+剂量比为5000  mg/l /3000 mg/l，改变初始pH为1.3、2、2.5、3及3.5，探讨在固定H2O2/Fe2+剂量下，pH对于COD去除之影响，其结果由图2所示，得知pH值不论是1.3、2、2.5、3及3.5时，去除率皆为80%以上，其不同pH控制下去除率并无明显差别，且实场废水pH值原为2，故为了配合厂商经济成本需求，不需再调整pH值，故选pH=2为本研究之控制参数，并进一步寻求H2O2/Fe2+最适剂量比。

    由上述已得知pH=2为本研究之控制参数，进一步求取最适H2O2/Fe2+剂量比。寻求最适剂量比之实验，固定条件为pH=2，H2O2为5000  mg/l，改变Fe2+剂量为300、500、600及1500  mg/l，探讨在不同Fe2+剂量下对COD之去除影响，由图3可观察到对于COD去除率都在87~89%之间，去除效果没有很明显之变化，由此可知，Fe2+浓度之改变对于Fenton反应并非为主要因素。而为了配合厂商成本方面之需求，选用Fe2+为300mg/l加药量，所以综合以上述结果得知，本研究Fe2+=300 mg/l为最适加药量，并以此剂量进行下一步骤求得H2O2加药量。

    上述结果可以得知最适Fe2+加药量为300mg/l，改变不同H2O2浓度为100mg/l、500mg/l、1000mg/l及5000mg/l寻求最佳H2O2剂量，其结果由图4中得知，提高H2O2浓度有助于氢氧自由基(．OH)的产生，加速污染物分解，可观察到COD去除率随H2O2浓度增加而递增，但厂商本身厂区已具有生物处理程序，基于经济成本考量，本研究Fenton法只需将COD去除至50 %以上以利后续生物处理，故选定H2O2最适剂量为100 mg/l。

    由图3、图4及上述结果整理得知，H2O2/Fe2+ =100  mg/l  /  300 mg/l为最适剂量，再进一步改变Fe2+剂量为50、200及300 mg/l，探讨是否能再降低Fe2+添加剂量之成本，由图5可观察到Fe2+剂量在300mg/l及200 mg/l时去除效率是无明显差异，但Fe2+剂量降为50 mg/l时，其COD去除率却降为44%，所以得知可将Fe2+剂量由原本的300  mg/l降为200  mg/l，降低操作成本。综合以上结果得知，本研究H2O2=100 mg/l，Fe2+=200 mg/l时，为Fenton法处理本厂废水PCB最佳剂量比。

    二、七种方案之COD去除率之比较

    由上述实验得知之最适剂量H2O2/Fe2+为100 mg/l / 200 mg/l，控制pＨ=2进行操作条件之改变，方案A、B、C及D为同时加入H2O2与Fe2+,其方案A、B、C及D反应时间各为快混30 min沉淀30 min、快混60 min沉淀30 min、快混90  min沉淀30 min及快混2  min慢混28  min沉淀30  min，探讨不同操作对COD去除率之影响，由图6发现到方案A、B、C只有快混而没有慢混情形下，COD去除率效果，都在60~62%，而方案D发现到COD去除率为57%，其方案A、B、C及D之COD去除效果相差无几，但考量厂区操作成本，快混所需动力较慢混为高，因此选择方案D为最适操作模式。在已知方案D为最适操作模式下，进行低浓度(H2O2/Fe2+为100 mg/l / 200 mg/l)剂量分批加药实验，并由方案D、E、F、G来比较，方案D全部一次加入H2O2/Fe2+药剂量，方案E为H2O2全加，Fe2+每隔10 min分三次加入，F为Fe2+全加，H2O2每隔10 min分三次加入，G为H2O2/Fe2+每隔10 min分三次同时加入。结果如图7所示得知在低浓度H2O2/Fe2+剂量下D、E、F、G之COD去除效果在50%~57%之间，表示全部一次加入剂量较分批三次加入剂量之全程操作控制简单，故在低浓度H2O2/Fe2+剂量下以方案D为最适操作方案。