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研究生: 洪雅伶
Ya-Ling Hung
論文名稱: 電化學氧化法去除水中氨之研究
Study on Removal of Ammonia in Water by Electrochemical Oxidation Process
指導教授: 曾堯宣
Yao-Hsuan Tseng
口試委員: 顧洋
Young Ku
胡啟章
Chi-Chang Hu
陳士勛
Shih-Hsun Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 73
中文關鍵詞: 氨氮電化學次氯酸pH值
外文關鍵詞: ammonia, electrochemistry, hypochlorous acid, pH
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  • 目前台灣主要產業以光電產業和石化工業為主,這些產業排放出的廢水中含有大量氨氮物質,除了造成河川優養化之外,長期飲用含超過0.1 mg/L氨氮的水源可能會誘發癌症,因此,政府制訂更嚴格的氨氮排放量標準(20 mg/L),相關產業亟需更有效率之處理技術。
    利用電化學氧化法處理氨氮是目前最有效方法之一,主要利用氧化還原程序,使反應過程中不會造成二次污染。本實驗在反應槽內加入氯化鈉產生次氯酸,其經過連續反應將水中的氨氮轉化為氮氣,以循環幫浦將水體導入電解槽,再以氫氧化鈉搭配自動滴定控制pH,分析各反應參數以找出適合的操作模式。
    在調控酸鹼實驗顯示,在鹼性環境中可抑制三氯胺的生成而有較佳去除效率。氯化鈉添加量亦會影響去除效果,以添加1.3 wt %氯化鈉可產生最多次氯酸氧化劑。系統內液體流速會影響質傳與表面反應速率,以30 L/h為本系統最佳參數。增加電流可提高去除效率,但會降低產生次氯酸之選擇性而導致能耗增加。進一步以氨水取代氫氧化鈉來控制pH值證實達成連續式進料反應的可行性,最後利用曝氣的方式將溶液中的氨氣吹脫至反應槽內進行處理,可達成在高濃度下進行高效率處理含氨氮的廢水,建立氣提塔與電解氧化系統串聯之實用化操作程序。


    Taiwan's major industries are mainly optoelectronics and petrochemical industries in the present time. Ammonia is one of the pollutants in the waste water from these factories, resulting in the eutrophication of a body of water. It is also considered as factor to induce cancer. Therefore, the government has already developed stricter laws for ammonia-nitrogen emission standard (20 mg/L). The development of effective treatment process for ammonia in water is necessary for the related industries.
    Electro-oxidation process is one of the potential ways for treatment of ammonia, which can avoid the generation of secondary contamination. In this work, the hypochlorous acid was prepared from sodium chloride via electrolytic reaction. The ammonia will be converted to nitrogen gas after series reactions. The reaction liquid was conducted into the electrolytic cell by a pump and the pH value of water was controlled by adding sodium hydroxide solution intermittently. The effects of reaction parameters on NH3-degradation rate were investigated to obtain the proper operation parameters.
    The NH3-degradation rate under alkaline condition was higher than that of acid condition due to the reduction in generation of nitrogen trichloride. The largest concentration of hypochlorous acid was obtained at 1.3 wt% of sodium chloride, resulting in the rapid removal rate for NH3. The mass-transfer and surface-reaction rate were affected by the liquid flow rate where 30 L/min was the optimal rate in this system. The NH3-degradation rate was increased with the increase in current, but the energy consumption would be increased, resulted from the decrease in selectivity for hypochlorous acid. The ammonia solution was further used to replace sodium hydroxide solution, which confirm the feasibility of continuous operation. Finally, the ammonia gas was stripped from liquid phase into the reaction tank. This operation strategy can achieve the effective degradation rate under high ammonia-concentration condition. A serial operating system of strip column and electro-oxidation cell was developed successfully.

    致謝 i 中文摘要 iii ABSTRACT iv 目錄 vi 圖目錄 viii 表目錄 x 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 4 第2章 文獻回顧 5 2.1 氨氮介紹 5 2.2 工業廢水中處理氨氮的方式 7 2.2.1 氣提法 8 2.2.2 離子交換法 9 2.2.3 薄膜法 10 2.2.4 折點加氯法 12 2.2.5 化學沉澱法 14 2.2.6 電透析法 14 2.2.7 生物脫氮法 15 2.2.8 新型生物脫氮法 16 2.3 電化學氧化法 19 2.3.1 電化學氧化法原理 20 2.3.2 電化學氧化法的影響因素 21 2.3.3 電化學氧化法應用發展 24 第3章 研究方法 25 3.1 實驗方法 25 3.2 實驗藥品 26 3.3 實驗儀器 27 3.4 實驗流程與設計 30 3.5 分析方法 33 第4章 結果與討論 36 4.1 批式氨氮電解之實驗參數對氨氮去除率的影響 36 4.1.1 添加及未添加NaCl對氨氮移除率和能耗的影響 36 4.1.2 pH對降解實驗的影響 37 4.1.3 初氨氮濃度對去除率影響 39 4.1.4 氯化鈉濃度對氨氮去除率影響 41 4.1.5 電流對氨氮去除率影響 44 4.1.6 循環速率對氨氮去除率影響 45 4.1.7 氣體檢測 47 4.1.8 電解之能耗估算 49 4.2 半批式氨氮電解 50 4.3 曝氣式氨氮電解 53 第5章 結論與未來展望 54 5.1 結論 54 5.2 建議 55 第6章 參考文獻 57

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