水资源的开发与利用,随着人口与工业快速成长而急剧增加。相对的,水体受污染之情况也日益严重。如今,活性炭处理城市废水已经很普遍,活性炭用于工业废水净化处理也越来越广泛。典型的活性碳、零价铁去除水中污染物结合混凝、沉淀、过滤等程序,其方法包括粉状活性碳、零价铁置入混凝池之混和反应槽;利用吸附管柱以滤材之推动式反应槽二种。本研究主旨是研究开发具环境友善的活性碳与零价铁,将其作为滤材并应用于水中重金属与环境荷尔蒙之去除,为达成此研究目标。
本实验拟针对一般污染水体之成份制备重金属 ( 镉、铬、铜、镍、铅、锌、砷、汞 ) 之污染水样,但一般污染水体往往不单只有重金属污染另外还含有其他环境荷尔蒙,故本实验拟添加环境荷尔蒙 (双酚A) 以达模拟污染水样之完整性。本研究係建立管柱吸附模式来描述活性碳与零价铁对污染水体之去除成效,并以Adam's–Bohart model、Thomas model与Yoon–Nelson model三种管柱吸附动力学模拟,探讨床体积、浓度、时间等对管柱吸附之影响,并建立完善之资料库。
研究结果显示,当管柱规格、流速、滤材之添加克数、环境条件固定时,管柱吸附的饱和程度会依污染水样之浓度的增加而增加,低浓度之污染水样(1ppm )其床体积较大,水样吸附总量较高,在整体吸附过程中饱和速率较慢,而高浓度之污染水样(100ppm) 情况则相反。当吸附实验中,污染水样组成份改变 ( 单一金属污染物、综合八大金属污染物、综合八大金属+BPA污染物) 时,复合式污染物之水样因溶解度与竞争吸附的关係,其吸附情形比单一污染物之水样来的吸附总量来的低,另外于复合污染物中添加BPA则不会干扰重金属之吸附,其吸附趋势与复合式之污染物类似。
而当滤材组成比例不同(活性碳1:0、活性碳: 零价铁1:1、零价铁0:1) 时,以零价铁与活性碳以1:1混合比例之吸附剂最佳,不易达到饱和,吸附总量最多,并优于零价铁,而活性碳效果较差,且当零价铁管柱在吸附过程中会因氧化作用而转换铁离子,反观零价铁与活性碳以1:1混合比例之吸附剂在吸附过程中所释出之铁离子会被活性碳的部分所吸附,其出流水中铁离子则比单零价铁管柱还来的低。
另外在相同实验条件下,进行Adam's–Bohart model、Thomas model 与Yoon–Nelson model作管柱吸附动力学模拟,皆有不错的模拟效果,各种污染物可藉由三种模式求得之R2值,在叁种动力学R2中以Adam’s–Bohart model最为符合本实验之影响因子,该模式主要以床度高度和进流浓度的改变,对吸附动力常数( KAB)和吸附剂的关係做分析,其中本次实验床度高度固定,所以可得知,在本管柱吸附实验过中以浓度的改变最为影响管柱吸附之饱和速率,此外可由模式中可以得知活性碳及零价铁对于某些金属有较佳的吸附效果。
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