水体环境之品质管理课件

1、高科技廢水氟離子去除及接觸氧化法處理性能之探討崑山科技大學環境工程系黃汝賢綱要I.氟離子去除方法離子交換法 基本原理 處理流程及技術化學沈降法 基本原理 處理流程及技術流體化床結晶法 基本原理 處理流程及技術綱要II.接觸氧化法 基本原理 處理流程及技術I. 氟離子去除方法 1.離子交換法基本原理離子交換是利用固體物質表面藉由靜電力維繫之官能基(functional group)與溶液中相同電荷之離子交換，帶電荷之 離子自溶液中被除去，同時有相同當量(equivalent)之同種電荷之離子(來自被置換之官能基)被釋回溶液中。離子交換通常被用在去除或交換溶解狀的無機鹽類如重金屬之去除(heavy

2、 metal removal)及硬水之軟化(water softening)。 1.離子交換法基本原理依交換之離子電荷種類來分可有陰、陽離子交換樹脂；又依其官能基之型式又有強(弱)酸(鹼)性之交換樹脂之分。 典型的交換樹脂之反應式如下頁所示，其再生之效率，一般而言，強酸及強鹼性交換樹脂只有3050%，弱酸及弱鹼性交換樹脂則可接近100%。 交換樹脂之典型反應 1. 強酸性陽離子交換樹脂 (1) H型，使用HCl或H2SO4再生 2R-SO3H + Ca2+ (R-SO3)2Ca + 2H+ (2) Na型，使用NaCl再生 2R-SO3Na + Ca2+ (R-SO3)2Ca + 2Na+交換

3、樹脂之典型反應 2.弱酸性陽離子交換樹脂 (1) H型，使用HCl或H2SO4再生 2R-COOH + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2H+ (2) Na型，使用NaCl再生 2R-COONa + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2Na+交換樹脂之典型反應 3. 強鹼性陰離子交換樹脂 (1) OH型，使用NaOH再生 2R-R3NOH + SO42- (R-R3N)2SO4 + 2OH- (2) Cl型，使用NaCl或HCl再生 2R-R3NCl + SO42- (R-R3N)2SO4 + 2Cl-交換樹脂之典型反應 4. 弱鹼性陰離子交換樹脂 (1) OH型或自由基，使用NaOH、

4、 NH4OH或Na2CO3再生 2R-NH3OH + SO42- (R-NH3)2SO4 + 2OH- (2) Cl型，使用HCl再生 2R-NH3Cl + SO42- (R-NH3)2SO4 + 2Cl-1.離子交換法基本原理所謂強酸性交換樹脂，乃因為其官能基是由強酸(通常是H2SO4)衍生而來，其交換之適用pH範圍廣；弱酸性樹脂其官能基是由弱酸(通常是 R-COOH或R-PO3H2)衍生而來，其適用之pH 範圍很窄，通常適用於pH大於7.5高鹼度之情況；強鹼性樹脂其官能基是由Type I或Type II的第四銨化物(quarternary ammonium group)所構成，其適用之pH

5、範圍亦廣；弱鹼性樹脂之官能基則是由各級胺(amine)所構成，其適用之pH範圍窄，通常用在pH值小於7.0。 典型之陽離子交換樹脂之反應式 nR-A+ + Bn+ Rn-Bn+ + nA+反應式之平衡常數，通常稱為選擇性係數(selectivity coefficient)。處理流程及技術 快砂濾預處理之含氟廢水 再生廢液陰 (回收HF)離子交換樹脂 Cl-型 再生劑(HCl)處理水2.化學沈降法基本原理Hydrofluoric acidHF F- + H+ Ka = 10-3.17 (1)CT = HF + F-(2) From eqs. (1) and (2)(3)(4) Nearly 1

6、00% ionized F- is formed when pH is maintained at greater than 6.0.2.化學沈降法基本原理Calcium fluorideCaF2(s) Ca2+ + 2F-Ks0 = 10-10.3(5) S 2S From eq. (5)S = solubility = = 2.32 10-4 mole/L = Ca2+(6)F-= 2S = 22.3210-4 mole/L (7) = 4.6410-4 mole/L= 4.64 10-4 mole/L 19000 mg/mole= 8.8 mg/L 重要觀念 CaF2(s) Ca2+ +

7、 2F- Ks0 = 10-10.3 (5) Precipitation occurs when Q Ks0 where Q = Ca2+actualF-2actual If Q is too much larger than Ks0, nucleation predominates (i.e., too many small nuclei) If Q is relatively larger than Ks0, particle growth predominates (i.e., relatively larger particles)處理流程及技術3.流體化床結晶法基本原理處理流程及技術II.接觸氧化法基本原理接觸曝氣法乃是將曝氣槽內之接觸材料浸於水中，並在槽內充分曝氣，使流入的廢水充分攪拌循環流動，而與接觸材料相接觸。經一段時間後，接觸材料表面開始附著微生物而形成生物膜，因此，接觸曝氣法為利用該生物膜在好氧性狀態下吸附、氧化廢水中有機物的處理方法。II.接觸氧化法基本原理本法與旋轉生物圓板法、滴濾池法同為生物膜法(附著生