TW202300464A - 油污染土壤及地下水整治處理系統 - Google Patents
油污染土壤及地下水整治處理系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202300464A TW202300464A TW110122587A TW110122587A TW202300464A TW 202300464 A TW202300464 A TW 202300464A TW 110122587 A TW110122587 A TW 110122587A TW 110122587 A TW110122587 A TW 110122587A TW 202300464 A TW202300464 A TW 202300464A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- water
- electrocatalytic
- soil
- groundwater
- electrocatalysis
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 295
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- -1 superoxide ions Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 21
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005067 remediation Methods 0.000 claims description 63
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 47
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 33
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 33
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 20
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 15
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000002101 nanobubble Substances 0.000 claims description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 13
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 12
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 claims description 8
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020935 Sn-Sb Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910008757 Sn—Sb Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 claims description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims 2
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 claims 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 21
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 20
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 20
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 20
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 12
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 10
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 9
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 9
- 238000003895 groundwater pollution Methods 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 7
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N Methyl tert-butyl ether Chemical compound COC(C)(C)C BZLVMXJERCGZMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N hypochlorite Chemical compound Cl[O-] WQYVRQLZKVEZGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 4
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 4
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 4
- 238000012552 review Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006993 Weiss annulation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000009418 renovation Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 2-methylsulfonylbenzoic acid Chemical compound CS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005653 Brownian motion process Effects 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- NHYCGSASNAIGLD-UHFFFAOYSA-N Chlorine monoxide Chemical class Cl[O] NHYCGSASNAIGLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005537 brownian motion Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910001902 chlorine oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000003254 gasoline additive Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000002483 hydrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- MGZTXXNFBIUONY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;iron(2+);sulfuric acid Chemical compound [Fe+2].OO.OS(O)(=O)=O MGZTXXNFBIUONY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000004540 pour-on Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/002—Reclamation of contaminated soil involving in-situ ground water treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/4618—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
- C02F1/4674—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation with halogen or compound of halogens, e.g. chlorine, bromine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/037—Electrodes made of particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/054—Electrodes comprising electrocatalysts supported on a carrier
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
- C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
- C25B11/061—Metal or alloy
- C25B11/063—Valve metal, e.g. titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/40—Cells or assemblies of cells comprising electrodes made of particles; Assemblies of constructional parts thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
- B09C1/085—Reclamation of contaminated soil chemically electrochemically, e.g. by electrokinetics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
- C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
- C02F2001/46147—Diamond coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/4618—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
- C02F2001/46185—Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water only anodic or acidic water, e.g. for oxidizing or sterilizing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4616—Power supply
- C02F2201/4617—DC only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4618—Supplying or removing reactants or electrolyte
- C02F2201/46185—Recycling the cathodic or anodic feed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
- C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本發明係有關一種油污染土壤及地下水整治處理系統，其包括電催化裝置、電催化水循環池、反應槽及水泵，其中該電催化裝置包括至少一組電極、催化腔、電源部、至少一組鐵氟龍外板及至少一組絕緣墊片，於所述電催化裝置、電催化水循環池與反應槽間設有一循環管相連通，藉由所述水泵將汙染之地下水及土壤分別抽取至電催化裝置及反應槽，被抽取進入電催化裝置內之汙染地下水藉由電催化裝置利用該組電極間高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生鹼性還原水、酸性氧化水與中性水，並藉電催化裝置陽極的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸與超氧根離子，兩者互相作用下生成氫氧自由基，此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉以電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物污染之土壤及地下水。
Description
本發明係有關一種油污染土壤及地下水整治處理系統，尤指一種藉電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（total petroleum hydrocarbon, TPH）污染之土壤及地下水之處理系統。
按，儲槽、管線老舊腐蝕失修、地層下陷變動及操作管理不當等原因，導致儲槽、管線破裂毀損，儲槽中儲存物質滲漏污染土壤或地下水，當加油站地下油槽管線因地震或腐蝕造成油品緩慢外洩，污染周圍土壤和地下水，若油品外洩污染到地下水下游，地下水發生污染時，其整治困難度及整治經費相當高，且加油站皆設置於人口稠密之地區，造成整治時程之急迫性。
土壤及地下水被燃料油、汽油、柴油及其他油品（petroleum hydrocarbons）所污染是一個愈趨普遍且嚴重的問題。油品污染之主要來源包括地下儲油槽（underground storage tanks, USTs）漏油、油管破裂、及地面油品意外洩漏等。在美國有三百萬以上的儲油槽，據估計有35%的儲油槽可能在漏油（Kim et al., 2015; Apul et al., 2016）；在台灣，油品污染亦是主要的土壤及地下水污染來源。根據民國109年之統計資料顯示，國內加油站總數共2,486座，其中中油所屬之加油站為604座，其他民營加油站為1,882座（經濟部能源局, 2020）。油品中之主要組成包括總石油碳氫化合物（TPH）、汽油添加劑-甲基第三丁基醚（methyl tertiary-butyl ether, MTBE）、BTEX（benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes）及TMB（1,2,4-trimethylbnezene及1,3,5-trimethylbenzene）均會對人體造成危害。當油品污染物的洩漏發生後，污染物首先滲透到不飽和層，然後依據污染物的特性，土壤結構以及場址狀況等因素，污染物極可能滲透至含水層，而污染了地下水。當油品洩漏因溶解度低的特性，會經由土壤逐漸滲入含水層，形成非水相液體（non-aqueous phase liquids, NAPLs），再緩慢溶解至地下水中，因此總石油碳氫化合物（TPH）污染被認為是嚴重的生態和公共健康問題。石油碳氫化合物洩漏至土壤後，會迅速的滲漏至地下水中，並形成一範圍廣大之污染團，增加整治上之困難 （Wade et al., 2016）。在美國有25%之用水（包括飲用水，農業用水，工業用水等）來自地下水，50%之飲用水來自地下水。在台灣亦有約12.53%之自來水來源為地下水（台灣自來水股份有限公司，2019），因此對於地下水資源的保護極為重要。根據環保署109年統計資料顯示，公告列管控制場址共計15場次面積約27.9公頃，其中加油站占9場次約2.0公頃、儲槽占2場次約6.6公頃、工廠占2場次約4.6公頃及其他區域占2場次約14.6公頃；公告列管整治場址共計14場次，總面積約22.3公頃，其中包含加油站8場次、工廠占3場次及其他區域占3場次（行政院環保署土壤及地下水污染整治基金管理會, 2020），是故對土壤及地下水資源的保護與土壤及地下水污染之整治已到了刻不容緩的地步。
因此，油品污染為造成土壤及地下水污染之主要污染來源之一。由於油品污染場址需要較長之整治時程，且若採用傳統之物理化學整治方法，需要投入較高之整治經費，而採用生物處理須考量生物對環境耐受性且整治期程長。
為了讓民眾以及世代子孫有著舒適健康的生活品質，對於土壤之保護及其污染的整治，已到了刻不容緩之地步。民國八十九年二月二日「土壤及地下水污染整治法」公佈實施後，使得我國土壤及地下水之整治工作邁向一個新的紀元。未來在舊有污染場址不斷的被發現，而新污染場址持續增加的情形下，整治工作勢必日趨繁重。在土壤及地下水污染整治法的立法理念中明確指出，當土壤及地下水的污染物濃度達到土壤污染的管制值時，該場址予以公告為控制場址，而當控制場址經初步評估後，如有危害國民健康和生活環境之虞者，經在地主管機關報請中央主管機關審核後公告為整治場址。目前被公告為整治場址之數目有日趨漸增的現象，如此一來更可突顯出尋求最適合的土壤污染整治技術時為當務之急的研究趨勢。
在許多不同的污染場址整治工程中，通常所遭遇到的二個主要的問題為：1、合適的技術不易尋找；2、在特定場址條件下，評估與選擇各種不同技術的法則不易建立。
現地化學氧化技術介紹：現地化學氧化技術（in situ chemical oxidation, ISCO）可在現地分解和破壞石油碳氫化合物，和其他整治技術比較，污染物可在短時間內削減與降解。其原理係將氧化劑送入到地下土壤及含水層中，以轉換目標污染物（contaminants of concern, COC），並降低其質量、移動性及/或毒性的方法（Devi et al., 2016; Ji et al., 2017; Li et al., 2018）。該法方可單獨使用，並且可與其他處理方法合併使用，與其他整治方法比較，具有以下的優點：整治成本降低、減少處理時間、減少開挖與處理土壤費用及處理污染區不會影響地面結構物的能力（Chen et al., 2016）。ISCO法最適用於高濃度地下水污染團區，若用於低污染團區時，必須考慮成本問題。目前有幾種化學氧化劑以使用於各污染場址中。
目前應用處理污染物之氧化劑包括有Fenton試劑、臭氧（ozone）、過錳酸鹽（permanganate, KMnO
4）及過硫酸鹽（persulfate）。現地化學氧化法的適用範圍非常廣，不論是污染源區或污染團區，均有其潛在應用性，但必須注意注入之劑量，以免對於現地微生物生態造成影響（Apul et al., 2016; Xu et al., 2017）。於現場探勘時，水文地質條件是相當重要的評估因素，因為此因素常限制著化學氧化劑是否能有效與污染團接觸。一般而言，化學氧化劑不易灌入含大量石油污染物之均質或非均質之低滲透性土壤。現場氧化劑的氧化速率受許多因素之影響，包括溫度、酸鹼值、污染物濃度、催化劑、副產物、背景水質及有機物等（Srivastava et al., 2016）。化學氧化劑若應用於土壤，容易造成有機物與污染物競爭氧化劑的情況發生，因而造成氧化劑之損失，進而增加整治費用。
雖然Fenton法之通用pH值可至中性附近，但若控制在pH值2至4間，較有利於·OH的形成，因此若注入酸性液體控制pH值，需思考對生態系統的影響。H
2O
2會產生氧氣以及熱，並曾經造成爆炸與火災，甚至在11%濃度時即會造成地下水沸騰的情形。其他H
2O
2應用時主要缺點包括會有無效性反應（即土壤需氧量（solid oxygen demand, SOD）、適用pH值範圍小（介於3-5之間）、視場址條件而定，產生的自由氫會被CO
3 2-與HCO
3 -捕捉等。
過硫酸鹽在一般溫度下，未具有強氧化效果。其通常伴隨著溫度提高、UV或活化劑等方式啟動生產自由基的機制。然而，當溫度過高時，過硫酸鹽自身分解速率可能快於有機物。過硫酸鹽與有機物進行氧化降解作用時，反應過程亦會受pH值之影響。在鹼性條件下，過硫酸鹽氧化有機物質的速率較慢於酸性條件下。增加pH值會降低過硫酸鹽與甲基第三丁基醚（MTBE）之反應速率，其結果可能由於SO
4 –·與·OH會立即和氫氧離子（OH
–）起反應而消失。在強酸（pH 1.2）的條件下，菸鹼酸（nicotinic acid）的去除率會比在鹼性環境（pH 12）下要來的快，但卻比中性條件（pH 5）下來的慢，因此環境中的pH值範圍若極酸或極鹼狀況下，對過硫酸鹽的氧化作用皆無顯著之助益。
有鑑於此，本發明考量在短時間內削減與降解污染物及化學氧化技術在應用上較具發展潛力，且在化學氧化技術中，電催化技術為目前較新穎之氧化技術，可藉由催化過程產生大量自由基及微氣泡，以針對目標污染物降解去除。針對油品污染場址，本團隊結合電化學及環境工程之理論，將學理與應用結合，實際將研發之技術應於油污染場址實場整治及驗證。本發明主要之目的利用電催化系統中高壓電場經由觸媒電極所產生的高氧化性物質（如氫氧自由基、超氧自由基、氯自由基等）進行油污染地下水及土壤的處理。
優點包括不需化學藥品添加、不需pH值調整、操作維護費用低及處理速度快等。電催化過程產生之微氣泡高氧水及酸性和鹼性水，可做為現地土壤復育之添加及調整液，故其有較廣之應用範圍，可達到同時處理土壤與地下水之目標。所開發之技術符合目前國內外推動的現地、無二次污染及無化學藥劑添加之綠色整治要項，可有效降低整治成本，為一種更具經濟效益且突破傳統設計思維之節能及環境友善工法。
＜所欲解決之技術問題＞
本發明係行政院環境保護署109年度土壤及地下水污染整治專案，發明人等係為國立中山大學環境工程研究所團隊，其中發明人高志明教授係為專案主持人，發明人有鑑於上述目前應用處理土壤及地下水污染整治方式之實用困難及有待改善之缺失，盼能提供一突破性之處理方式，以達到增加整治效果，乃潛心研思、設計組製，綜集其多年從事相關環境工程研究之專業技術知識與實務經驗及研思設計所得之成果，終研究出本創作一種油污染土壤及地下水整治處理系統，以提供使用者。
＜解決問題之技術手段＞
本發明係有關一種油污染土壤及地下水整治處理系統，此段係本發明以電催化技術應用於污染之土壤及地下水離地整治之實施例，其包括電催化裝置、電催化水循環池、反應槽及水泵，其中該電催化裝置包括至少一組電極、催化腔、電源部、至少一組鐵氟龍外板及至少一組絕緣墊片，其中所述電極包括陽極、陰極，所述陽極、陰極設於催化腔內，絕緣墊片設於陽極、陰極相對內側，鐵氟龍外板分別設於陽極、陰極外側，於所述電催化裝置、電催化水循環池與反應槽間設有一循環管相連通，藉由所述水泵將汙染之地下水及土壤分別抽取至電催化裝置及反應槽，被抽取進入電催化裝置內之汙染地下水藉由電催化（electrolyzed catalytic water, ECW）裝置利用陽極、陰極間高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生pH值分別為11~12、2~3、7之鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則經循環管流入具待處理汙染土壤之反應槽中與汙染土壤充分攪拌，藉電催化裝置陽極的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O
2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉以電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（TPH）污染之土壤及地下水。
如下為本發明以電催化技術應用於污染之土壤及地下水現地整治之另一實施例，其包括電催化裝置、電催化水槽、水泵、導管及放流管，其中該電催化裝置包括至少一組電極、催化腔、電源部、至少一組鐵氟龍外板及至少一組絕緣墊片，其中所述電極包括陽極、陰極極，所述陽極、陰極設於催化腔內，絕緣墊片設於陽極、陰極相對內側，鐵氟龍外板分別設於陽極、陰極外側，於所述電催化裝置與電催化水槽間設有一導管相連通，電催化水槽出水端連接有放流管，於所述放流管與電催化水槽間設有水泵，同時於電催化裝置入水端亦設有水泵，藉由所述水泵將自來水抽取進入電催化裝置，被抽取進入電催化裝置內之自來水藉由電催化（electrolyzed catalytic water, ECW）裝置利用陽極、陰極間高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生包括鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則經導管流入電催化水槽緩衝儲存，再藉由設於所述放流管與電催化水槽間之水泵將電催化水槽內之電催化水抽取由末端放流管直接排放至現地受汙染土壤並滲入地下，藉電催化裝置陽極的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O
2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉以電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（TPH）污染之土壤及地下水。
＜對照先前技術之功效＞
本發明有如下之優點：
1、藉電催化技術不需要額外添加學藥劑，故不需如同Fenton法考量藥劑是否會對生態造成影響，也不需考慮藥劑是否需要配合一些添加條件，如同pH值與溫度的影響，降低油污染地下水及土壤處理費用及增進處理污染物速度及處理時效等。
2、本技術的創先點為將催化觸媒結合可以交換陰陽極的安定電極，透過添加觸媒延長單位時間自由基的濃度與暫存率，不需要額外添加藥劑，也毋須調整pH值與溫度，透過添加觸媒的創新電催化系統，且以羅丹明B（Rhodamine B, RhB）為探針進行測試後，發現單位時間的自由基濃度測值較未添加觸媒的傳統電催化方式高，原因為觸媒增加自由基濃度的暫存率，使得單位時間內可與污染物反應的自由基濃度上升，達到增加創新電催化系統的整治效果。
3、電催化過程產生之微氣泡高氧水及酸性和鹼性水，可做為現地土壤復育之添加及調整液，且電催化水於地下水體中擁有較長的反應時間，可有效的傳輸至較廣的範圍，故其有較廣之應用範圍，可達到同時處理土壤與地下水之目標。
4、電催化技術符合目前國內外推動的現地、無二次污染及無化學藥劑添加之綠色整治要項，可有效降低整治成本，為一種更具經濟效益且突破傳統設計思維之節能及環境友善工法。
請參閱圖1及圖2所示，為本發明以電催化技術應用於污染之土壤及地下水離地整治之實施例，其包括電催化裝置1、電催化水循環池32、反應槽3及水泵2,22，其中該電催化裝置1包括至少一組電極11、催化腔14、電源部15、至少一組鐵氟龍外板16及至少一組絕緣墊片17，其中所述電極11包括陽極12、陰極13，所述陽極12、陰極13設於催化腔14內，絕緣墊片17設於陽極12、陰極13相對內側，鐵氟龍外板16分別設於陽極12、陰極13外側，於所述電催化裝置1、電催化水循環池32與反應槽3間設有一循環管21相連通，所述循環管21上設有一水泵2，電源部15供電給電催化裝置1使其陽極12、陰極13間產生高電壓電場，藉由所述水泵22將汙染之地下水抽取進入電催化裝置1，並將汙染之土壤置入反應槽3，被抽取進入電催化裝置1內之汙染地下水藉由電催化裝置1利用陽極12、陰極13間之高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生pH值分別為11~12、2~3、7之鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則藉由所述水泵2抽送經循環管21流入具待處理汙染土壤之反應槽3中，並以攪拌器31將電催化水與汙染土壤充分攪拌，藉電催化裝置1陽極12的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O
2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉此電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（TPH）污染之土壤及地下水。
前述由水泵2抽送經循環管21之部分電催化水則進入電催化水循環池32中與由反應槽3回流之電催化水進行導電度及酸鹼值之調整，再回流至電催化裝置1再利用。
請再參閱圖3所示，係為本發明以電催化技術應用於污染之土壤及地下水離地整治之實施例，其包括電催化裝置1、電催化水槽33、水泵22,231、導管23及放流管24，其中該電催化裝置1包括至少一組電極11、催化腔14、電源部15、至少一組鐵氟龍外板16及至少一組絕緣墊片17，其中所述電極11包括陽極12、陰極13，所述陽極12、陰極13設於催化腔14內，絕緣墊片17設於陽極12、陰極13相對內側，鐵氟龍外板16分別設於陽極12、陰極13外側，於所述電催化裝置1與電催化水槽33間設有一導管23相連通，電催化水槽33出水端連接有一末端放流管24，於所述放流管24與電催化水槽33間設有水泵231，同時於電催化裝置1入水端亦設有水泵22，藉由所述水泵22將自來水抽取進入電催化裝置1，被抽取進入電催化裝置1內之自來水藉由電催化裝置1利用陽極12、陰極13間高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生包括鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則經導管23流入電催化水槽33緩衝儲存，再藉由設於所述放流管24與電催化水槽33間之水泵231將電催化水槽33內之電催化水抽取由末端放流管24直接排放至現地受汙染土壤並滲入地下，藉電催化裝置1陽極12的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O
2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉以電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（TPH）污染之土壤及地下水。
前述之電極11係以尺寸安定陽極（Dimensionally Stable Anode, DSA）作為觸媒電解電極，尺寸安定陽極（DSA）由鈦基金屬製成，電極表面覆蓋導電氧化銥塗層。使電極11可在高電流密度工作情況下，擁有更長的使用壽命，且成本低並具有高化學穩定性和電化學穩定性。
在金屬觸媒部分，係利用浸漬法與高溫鍛燒製備Bi-Sn-Sb/γ-Al
2O
3顆粒電極，以產生·OH有效處理水中有機污染物。在金屬觸媒部分，另利用共沉澱與鍛燒改質氧化鐵作為催化劑，以提高過氧化氫反應性，有效產生·OH並增加pH值初始濃度使用廣泛性；利用微波處理方式，以Mn
2+代替Fe
2+，改善處理後汙泥產生量以及pH值使用受限問題。研究人員亦以碳材作為載體，利用其活化的官能基共價的特性，結合各類金屬離子，以進行污染物去除與降解以氧化。
前述電催化技術，其電催化水是由具有高能量場的超氣態電素流技術產生，在電催化裝置中可通過技術控制，可快速產生大量的鹼性還原水、酸性氧化水與中性水，水中包含大量暫態自由基；且水中酸鹼值與氧化還原電位可以任意調整，產生高還原性或高氧化性的水。可將電催化水依被整治土地的性質與整治需求灌溉或是噴灑至土壤。電催化整治污染土壤主要是依據電催化的強氧化性，強還原性與可調氧化還原電位，將土壤中的有害物質、化學殘留、油污重金屬等物質分解或是氧化還原。即利用普通的自來水，通過電催化設備，經過處理的高氧化性水噴灑到被污染土地上，經過電催化水的一段時間反應，土壤中殘留污染物被徹底分解、降解、氧化還原等過程，使土壤恢復正常。因此，本發明通過電催化技術現地或離地整治受污染之土壤及地下水，並經由氧化/還原降解污染物，進而達到整治目的。
本發明之目的已於前說明係為開發創新電催化技術，以電催化技術產生之氫氧自由基及微氣泡整治總石油碳氫化合物（TPH）污染之土壤及地下水；此外，本發明係以實驗室電催化及氧化試驗提供污染場址整治所需的參數，得到電催化水對總石油碳氫化合物（TPH）之去除機制及效率，並以現地模場試驗驗證電催化技術應用於實場整治之成效。本發明經實驗室批次研究成果顯示，添加不同濃度電解質可有效提升氫氧自由基的濃度達6.2×10
-13至7.4×10
-13M以及氧化還原電位（800-850 mV），並加速總石油碳氫化合物（TPH）的氧化速率。本發明以奈米粒子追蹤分析儀進行微氣泡分析，由分析結果可知電催化水（ECW）含有奈米氣泡（41-51 nm），且氣泡濃度介於9.2×10
7至1.7×10
8particles/mL且帶有較高的負界達電位，由於奈米氣泡的上升速度緩慢，因此帶電微氣泡緩慢瓦解所釋出與水分子作用產生暫態的OH·有助於水中總石油碳氫化合物（TPH）的降解。電子順磁共振（electron paramagnetic resonance, EPR）針對OH·定性分析的結果顯示，電催化水（ECW）具有高強度的自由基訊號。本發明亦以羅丹明-B試劑（Rhodamine B, RhB）作為氧化能力指示劑，進行自由基濃度檢測。試驗結果得知電催化水中OH·濃度介於6.2×10
-13至7.4×10
-13M，可有效進行總石油碳氫化合物（TPH）的氧化降解。由批次試驗結果可知，電催化水（ECW）可降解土壤約79.6 %總石油碳氫化合物（TPH），可在短時間有效處理土壤總石油碳氫化合物（TPH）污染問題。本發明選擇一處加油站污染場址進行現地模場試驗，並在該場址設置一口電催化水注入井以及三口下游監測井，評估電催化水灌注後對總石油碳氫化合物（TPH）污染地下水的處理效率。此外，亦在現場設置泥漿相反應槽，評估電催化水以離地的方式處理的總石油碳氫化合物（TPH）污染土壤的效率。評估結果顯示，土壤之總石油碳氫化合物（TPH）濃度介於1,196至3,530 mg/kg，地下水之總石油碳氫化合物（TPH）濃度介於40.14至19.46 mg/L，水力傳導係數為7.3×10
-5m/s，地下水流向由南向北流動。現地整治試驗結果得知，經過三個批次的電催化水處理，土壤之總石油碳氫化合物（TPH）可達到80%的去除率，總石油碳氫化合物（TPH）濃度降低到1,000 mg/kg（法規標準）以下。地下水經過1.5噸（三個pore volume）的電催化水注入後，注入井之總石油碳氫化合物（TPH）可達到62%的去除率，濃度已降低到10 mg/L（法規標準）以下。本發明以模場離地整治試驗結果得知，污模場試驗的結果證實本發明開發的創新電催化水系統可有效處理總石油碳氫化合物（TPH）污染的土壤和地下水，並在短時間內達到整治的目標。電催化水用於實場整治僅需花費電力及實場灌注設備，由模場試驗的結果可推算離地泥漿相每噸的污染土壤需使用240度電，現地淋洗灌注三次的耗電量為15.9度，若加上其他相關的花費，每噸污染土壤處理操作費用初估在1.5~2.5千元。本發明將於第二年以觸媒的方式強化電催化系統的反應效果，並於實驗室批次實驗製備觸媒，並評估結合電催化系統最佳操作參數，並將此改良的電催化系統應用於模場試驗，評估技術放大的成效以及應用於實場整治的可行性。
本發明以電催化技術整治污染土壤主要是依據電催化的強氧化性及氧化持久性，強還原性與可調氧化還原電位（oxidation-reduction potential, ORP），將土壤中的有害物質、化學殘留、油污重金屬等物質進行改性、分解或是氧化還原。即利用普通的自來水，通過電催化設備，經過處理的高氧化性水噴灑、灌注到被污染土壤，經過電催化水的一段時間反應，土壤中殘留污染物被徹底分解、降解或氧化還原，使之恢復原態。
因此本發明電催化裝置所產生之電催化水對於整治土壤污染有如下幾項特點：
1、直接灌注至監測井或澆灌在污染土壤上，電催化水對有機有毒有害的物質進行氧化、還原等化學反應進行降解，迅速將土壤中大分子有害物質分解；
2、持續監控水pH值與氧化還原電位（ORP）提高土壤值與降解土壤氧化還原電位（ORP）使重金屬轉化成無毒無害鹽類或其它穩態物質；
3、電催化水具有很強的殺菌功能，可迅速降解激素、農藥、油污等物質並消除異味；
4、電催化水本身離開水系統一段時間即轉變為一般的水，無二次污染；
5、應用領域廣，適合應用於各類土壤污染整治。
對於電催化水調節之特性說明：
1、中性電催化水，主要治理有機溶劑（volatile organic compounds,VOCs）污染的土壤，含有油脂的污染土壤，化學農藥等污染土壤治理；
2、酸性/鹼性電催化水，可改變土壤氧化還原電位（ORP），只要治理重金屬污染的土壤，使其轉化成無毒無害鹽類或其他穩態物質，根據重金屬種類及污染程度，進行電催化設備調整治理；
3、酸性/中性電催化水，可高效分解油污污染；
4、電催化水綜合利用，主要針對污染土壤處理要求重點，決定電催化水設備的調整，進行分層次治理。
根據電催化水的功能，首先是對表土層進行處理，使含有機有害物降解，重金屬被轉化成無毒無害鹽類或是其他穩態物質，足夠量的電催化水會侵漬至過渡層和母質土壤層，繼續分解和氧化還原其他有機害物質並使重金屬被轉成無毒無害鹽類或是其他穩態物質。土壤經過翻新，過渡層和母質土壤層會被翻耕處理，再經過電催化進行處理。一段時間後，使有害物質徹底消除，土壤就會恢復自然狀態，習知一般技術整治土壤過程比較長，處理周期長，很難近期看到效果，電催化水大大縮短土壤整治的周期，且效果明顯。
為使 貴審查委員能更了解本發明電催化裝置之電催化技術之特性原理，茲再說明於後：
一、電催化水技術原理：
1、強電場電離：
O
2解離（電離）生成羥基自由基的等離子體反應過程，在強電離放電中，放電電場中被加速的電子具有的平均能量大於10 eV，當電子能量達到12.5 eV後，與O
2分子反應產生·OH的等離子體反應過程如下：
[化1]
O
2+ e
-→ O
2 ++ 2e
-[化2]
O
2+ e
-→ O
++ O + 2e
-由[化1]可以說明氧分子受到強電場作用電離後帶正電並釋放電子，並在電場的作用下，O
2 +與H
2O分子形成水合離子[O
2+ （H
2O）]其反應式如下：
[化3]
O
2 ++ H
2O + M →O
2+ （H
2O） + M
其中M為催化金屬可降低電離活化能，產生羥基自由基的主要途徑是水合離子分解，其反應式如下：
[化4]
O
2+ （H
2O） + H
2O → H
3O
++ O
2+ ·OH
[化5]
O
2+ （H
2O） + organic → H
3O + （OH） + CO
2[化6]
H
3O + （OH） + H
2O + e
-→ H
3O
++ H
2O + ·OH
在[化4]及[化6]中水合離子與水分子反應可得到生成產物·OH，在[化5]電催化系統中有機物與水合離子結合後會使碳氫鍵被破壞而降解，生成水與二氧化碳等產物。在此一系統中水分子以帶電水合物形態存在，因此脫離電場後能量降低反應將會終止。
2、電催化觸媒反應
以尺寸安定陽極（Dimensionally Stable Anode, DSA）作為觸媒電解電極，尺寸安定陽極（DSA）由鈦基金屬製成，電極表面覆蓋導電氧化銥塗層。尺寸安定陽極（DSA）的特點在於可在高電流密度工作情況下，擁有更長的使用壽命，市售和相對低的成本下也具有高化學穩定性和電化學穩定性。在過去幾年中，許多研究已經將尺寸安定陽極（DSA）型陽極產生的含有活性氯的染料廢水的處理進行了比較。在廢水中添加NaCl作為電解質可提高尺寸安定陽極（DSA）的氧化能力。與其他電極相比，尺寸安定陽極（DSA）具有高化學和機械強度以及更高的電流密度。這些陽極主要在Cl
－存在下使用，產生活性氯氧化物（Cl
2，HOCl和OCl
－）。
電觸媒電解Cl
－產生現地強氧化劑反應途徑如下，（1）水中Cl
－為陽極抗衡離子而吸附電極表面，如[化7]；（2）電子移轉於電極表面產生不穩定之氯自由基，一方面可能結合產生氯氣達平衡，如[化8]及[化9]，另一方面則直接與吸附於電極表面之有機物產生反應，如[化10]及[化11]，為異相氧化作用；（3）又或者電極表面脫附再結合之氯氣以氧化溶液中有機物，進行均相氧化作用，如[化12]及[化13]。另外，水中氯氣可水解產生次氯酸，同樣具有強氧化性可降解有機物。
[化7]
S + Cl
–↔ SCl
–（electrosorption 電吸附）
[化8]
SCl
–→ SCl· + e
–（electron transfer 電子轉移）
[化9]
2SCl· ↔ SCl
2（combination 結合）
[化10]
S + R ↔ SR （electrosorption 電吸附）
[化11]
SCl· + SR → SCl
–+ SR· （heterogeneous chemical reaction 異相氧化）
[化12]
SCl
2↔ S + Cl
2（desorption 反吸附）
[化13]
Cl
2+ R → 2Cl
–+ R· （homogeneous chemical reaction 均相氧化）
[化14]
Cl
2+ H
2O → HOCl + Cl
–+ H
+而在電解氯的過程中，除了上述情形的主要產物生成，電解水後所產生的產物會以短暫的時間存在，並與水中的分子作結合。其中水中溶氧會於陰極被還原為O
2 －·，主要由[化15]當中的氧分子獲得另外的電子時，形成超氧陰離子，其活性高及陰電性強易與水中質子（氫離子）反應形成超氧化氫[化16]，並且在透過超氧化物的代謝下可以產生H
2O
2[化17]，和可以從超氧陰離子或來自H
2O
2。而·OH可由兩種反應形成，如果是由O
2 －·生成，則為Haber-Weiss reaction[化18]；若是由二價金屬所反應則為Fenton reaction[化19]。
[化15]
O
2+ e
－→ O
2 －·
[化16]
O
2 －· + H
+→ HO
2·
[化17]
2HO
2· → H
2O
2+ O
2[化18] Haber–Weiss reaction
O
2+ e
－→ O
2 －·
[化19] Fenton reaction
Fe
2++ H
2O
2→ Fe
3++ OH
－+ ·OH
將上述的方程式集合繪製出尺寸安定陽極（DSA）電解氯化鈉水溶液時水中的情形圖，如圖4所示，可以發現：（1）因水中Cl
-成生氯氣，使氫離子於陰極還原為氫氣，水中酸鹼值將會上升，但由於氯氣與氫氧化鈉作用產生氯酸鈉而使pH值趨於中性；（2）水中氯自由基來自於次氯酸生成後於陽極反應形成，並同時生成·OH；（3）水中溶氧於陰極處還原為O
2 -，並與水中氫離子形成超氧化氫，進而生成H
2O
2，由Haber-Weiss reaction反應可得到·OH。由以上理論推導出尺寸安定陽極（DSA）所產生的電催化水其主要為Cl
-與水中溶氧經電及催化後所形成的高氧化力物質，並在電移除後以次氯酸、超氧化氫等物值持續存在水中使得氧化能力得以延長。
二、電催化水基本性質：
1、基本特性
以NaCl作為電解質並配置不同濃度溶液結合電催化水（electrolyzed catalytic water, ECW）系統產生中性電催化水（neutralized electrolyzed catalytic water, NECW）進行實驗，其電催化水基本性質如[表1]所列。由表格中基本性質可以發現，再加入氯化鈉後期基本質中氧化還原電位（ORP）明顯上升，顯示電催化在電解質充足的情況下，產生的氧化能力較高，在pH值部分亦較為穩定；因此針對不同電解質濃度作基本參數分析，最後選定使用20 mM NaCl作為實驗用參數。利用濁度計（turbidity meter）分析電催化水中懸浮微泡的濃度變化，如圖5所示。數據發現未添加電解質（TW）與電催化水（ECW）組別，通過電催化水系統之電催化水（ECW）微泡可維持約30分鐘，而再添加電解質（NaCl）後，不同組別中皆有較長的微泡存在時間。微氣泡在水中受到表面張力影響，因此在電催化系統產生的氣泡濃度僅受電催化電流影響，存在時間與水中鹽度有較高關係。利用界達電位（Zeta-potential）分析表示水中微/奈米氣泡之表面電荷，而由圖6顯示實驗結果，由自來水經過電催化系統後所產生的電催化水，界達電位由原先中性電位轉變為負電位值，證實在經過電催化系統後水中的微/奈米氣泡表面具有的界達電位，並有利於·OH的生成，且藉由添加不同濃度之電解質後，界達電位下降更為顯著。而由圖6結果顯示（C、D、E及F）平均界達電位約在-20 mV至-30 mV之間，顯示經過電催化系統後表面氣泡均帶有負電位之界達電位。
[表1] 電催化水基本性質
| 電解質 | 導電度（mS/cm） | ORP（mV） | pH | Zeta-potential（mV） |
| D.I. water | ＜0.001 | 91~113 | 6.5~7.5 | -5.3 |
| Tap water | 0.057 | -150~182 | 6.5~7.5 | -14.5 |
| 5 mM NECW | 0.525 | 450~482 | 7.2~7.5 | -19.2 |
| 10 mM NECW | 0.933 | 652~706 | 7.2~7.3 | -21.5 |
| 20 mM NECW | 1.721 | 782~820 | 7.2~7.4 | -31.0 |
| 30 mM NECW | 2.583 | 770~825 | 7.2~7.4 | -34.5 |
2、電催化水中氣泡粒徑與濃度
使用奈米粒子追蹤分析儀（nanoparticle tracking analysis）進行水中奈米氣泡濃度進行分析。主要藉由顯微鏡觀察溶液中帶有散射光顆粒的布朗運動，對顆粒進行粒徑、散射光強度、數量及濃度檢測依水中氣泡粒徑分析，結果如圖7所示，未經催化自來水之氣泡平均粒徑為80 nm，百分之九十粒徑（D 90）分布為141 nm；經催化自來水之氣泡平均粒徑為72±3 nm，D 90分布為118±10 nm；而添加20 mM硫酸鉀及氯化鈉後之氣泡平均粒徑分別為40±1及51±5 nm，D 90分布分別為57±4及81±7 nm。依水中氣泡濃度分析結果如圖8所示，未經催化自來水之氣泡平均濃度為2.8×10
7particles/mL；經催化自來水之氣泡平均濃度為5.6×10
7±3.8×10
6particles/mL；添加20 mM硫酸鉀及氯化鈉後之氣泡平均濃度分別為1.7×10
8±2.9×10
7及9.2×10
7±2.0×10
7。經由實驗證實，經由電催化系統產生之催化水，在添加鹽類增加催化效能同時可使水中產生高濃度之奈米氣泡。其中以添加20 mM 硫酸鉀之催化組別可得粒徑小且濃度高之奈米氣泡，其次為添加20 mM氯化鈉。
再依據氣泡種類及特性說明如下：根據水中氣泡尺寸大小的不同可區分為大氣泡（macro bubble）、微氣泡（microbubble）、亞微氣泡（sub-microbubble）及奈米氣泡（nano / ultra fine bubble）等四種如圖9所示。其中大氣泡尺寸介於10
2-10
4μm、微氣泡介於10
1-10
2μm、亞微氣泡介於10
0-10
1μm及奈米氣泡介於10
-3-10
0μm。當氣泡尺寸愈小，其氣泡上升速度下降、質傳速率、持續時間及破裂時產生能量上升等特性。
水中氣泡生成主要是靜態或準靜態過程隨後為動態過程，即聚結及破裂過程。而氣泡之形成、增長及分解過程可以空化作用（cavitation）表示。在聚結情況下，細小氣泡結合成較大氣泡，而當氣泡破裂時，則可能形成更小氣泡。氣泡產生屬物理現象，與表面張力及能量沉積有關。水處理技術中最常用之方式為水力空化（hydrodynamic cavitation），可以藉由加壓、剪切力、超聲波、電化學及機械擾動等方式產生氣泡。根據報告指出，氣體微泡於水中電位值約在-20~50 mV之間，以氧氣微泡為例，在90分鐘後水中微氣泡表面界達電位會維持在-30 mV；而Takahashi在2007年時就已提出微氣泡表面因壓力與水分子之間具有電雙層構造（Takahashi et al., 2007）如圖10所示。在電催化過程中所產生的大量微/奈米氣泡亦有助於生成·OH，研究中進一步發現，水中的微/奈米氣泡因時間而縮小的特性，氣泡粒徑於水中逐漸縮小的同時因絕熱壓縮過程（adiabatic compression processes）使得氣泡內部壓力極大並改變氣泡表面之界達電位如圖11所示，而這些帶電微氣泡逐漸於水中瓦解所釋出之能量與水分子作用產生暫態的·OH。對微氣泡於超音波系統中表面張力的研究中（如圖12所示），可以發現微氣泡在若受到壓力、離子強度、溫度、黏度等條件影響下，使得表面張力降低後可延長微氣泡的存在時間，電催化水系統中以往使用電解質進行反應，因此不同的電解質濃度將會影響氣泡表面的張力，使微氣泡效應持續時間得以延長。因氣泡的持續存在，使得水中的有機物與微泡結合並將有機物懸浮於水體中達到淋洗的效果。水中微氣泡具有腐蝕、氧化的能力主要因為空穴效應（cavitation）的關係，水中微氣泡可在水中有較長的存在時間如圖13左所示，存在於水中時的壓縮與擴張而形成空穴氣泡，當氣泡在壓縮、膨脹交替作用下會形成瞬間渦漩。根據熱點理論，這些氣泡充當熱點並在液相中存在，絕熱過程中的介質進而產生高溫高壓（局部溫度可高達5,000℃、局部壓力達500大氣壓），如此極端的條件引起水分子的熱解和解離氣泡內的殘留蒸氣和氣泡的形成自由基如圖13右所示，使水分子分解成氫離子和·OH。
3、氫氧自由基產生率：
本發明先以羅丹明B（Rhodamine B, RhB）作為化學探針，以觀察添加不同濃度鹽類於電催化系統中，定時採集出流水之水樣分析·OH濃度進行比較。礙於添加NaCl進行催化同時會產生次氯酸根，而次氯酸根會干擾羅丹明B（Rhodamine B, RhB）對於·OH偵測，故本項實驗之鹽類以硫酸鉀（K
2SO
4）替代之。藉由出流水RhB分析濃度代入[化20]，以估算水中·OH濃度。經由實驗結果如圖14所示，未催化去離子水·OH濃度介於2.8×10
-15至7.4×10
-15M間；添加5 mM K
2SO
4之電催化水其·OH濃度介於1.5×10
-13至3.0×10
-13M間；添加10 mM K
2SO
4之電催化水其·OH濃度介於4.3×10
-13至5.3×10
-13M間；添加20 mM K
2SO
4之電催化水其·OH濃度介於6.2×10
-13至7.4×10
-13M間。由數據結果得知，未經電催化之水體其·OH量明顯較少，其濃度已經趨近於零，而當系統內添加鹽類進行催化時，水中·OH濃度明顯提升，且當添加鹽類濃度越高時，單位時間內所產生之·OH量相對越多，其增漲趨勢與電子順磁共振（EPR）分析結果一致。
[化20]
其中k·OH/RhB為3.75±0.15×109 M-1S-1。
4、現地整治淋洗模場試驗
本方法以W1為灌注井，先以目標影響至W2為測試，W3、W4與S03為檢視下游的監測井，每次以影響半徑1公尺，深度5公尺，土壤孔隙率0.3，計算後得以500 L為每批次灌注量，灌注前後採樣時間間隔1天，每次灌注間隔3天。由結果如圖15所示，第一次灌注後，W1有些微的上升，推測可能是電催化水除了將土相污染物降解掉之外還將附著在土相之總石油碳氫化合物（TPH）溶出一點至液相，剩下的井位濃度皆下降，推測因上游W1土相中的原有總石油碳氫化合物（TPH）被電催化水降解而導致從更上游補注下來的總石油碳氫化合物（TPH）濃度重新被W1周圍的土壤吸附，使下游井位本身繼續往下流的總石油碳氫化合物（TPH）濃度大於從上游補注下來的新總石油碳氫化合物（TPH）濃度；第二次灌注後，W1明顯上升，推測電催化水將第一次灌注後重新附著在W1土相的總石油碳氫化合物（TPH）被去除掉一些外還將一些總石油碳氫化合物（TPH）溶出至液相，剩下的井位變化則是因順著原有地下水流推動；第三次灌注後，W1的濃度明顯下降，推測是因為W1土相中的原有總石油碳氫化合物（TPH）被電催化水降解而導致從更上游補注下來的總石油碳氫化合物（TPH）濃度重新被W1周圍的土壤吸附，不同於前兩次，灌注後總石油碳氫化合物（TPH）濃度反而下降，推測是因最早吸附在W1土相中的總石油碳氫化合物（TPH）受連續式的灌注而被不斷去除，比起前兩次灌注的殘留又不斷降低，從更上游補注下來的總石油碳氫化合物（TPH）污染更多比例被吸附在W1的土相中，導致液相的總石油碳氫化合物（TPH）濃度降低，其他井位的總石油碳氫化合物（TPH）濃度變化則是因順著原有地下水流推動；第四次井位濃度變化原理同第三次原因；其中S03由於為平行於W2的井位，除了間接受到W1的影響外，原本流向的上游也會自行補注總石油碳氫化合物（TPH）污染至S03。由四次淋洗結果可看出，電催化水在淋洗方面的反應機制為，從灌注井W1開始與總石油碳氫化合物（TPH）污染做去除反應，接著不斷降低被去除總石油碳氫化合物（TPH）的地下水順流而下使得補注至下游的污染物逐漸減少已達到整治效果。
5、離地整治泥漿相攪拌模場試驗
本實驗以30A的電流產生電催化水，將現場採集的不同深度污染土壤，將10 kg的污染土壤與40 L 的電催化水，以每批次攪拌十分鐘的方式進行離地泥漿相攪拌反應，測試汙染土壤在攪拌前後的總石油碳氫化合物（TPH）濃度變化以驗證離地泥漿相攪拌的效果。由結果圖16與圖17所示可得知，第一組初始總石油碳氫化合物（TPH）濃度為3459 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至345 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度僅增加63 mg/L；第二組初始濃度為3753 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至247 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度增加180 mg/L；第三組初始濃度為2621 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至125 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度增加127 mg/L；第四組初始濃度為3816 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至378 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度增加176 mg/L；第五組初始濃度為3281 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至395 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度增加129 mg/L；第六組初始濃度為2840 mg/kg，經過第一批次攪拌後直接降至144 mg/kg，而其液相之總石油碳氫化合物（TPH）濃度增加70 mg/L。三組經過第二次與第三次批次反應後，土相中的總石油碳氫化合物（TPH）污染仍然呈持續下降，但有部分組別是土相直接轉液相。故可得知土相中的總石油碳氫化合物（TPH）污染經過第一批次反應後已達法規標準的1000 mg/kg以下，且由液相的總石油碳氫化合物（TPH）濃度變化可得知，土相的總石油碳氫化合物（TPH）污染將近有80%被成功去除，由二三次的批次反應可看出，有些較頑強的總石油碳氫化合物（TPH）污染可能還會有殘留，推測可能是土壤攪拌不夠均勻導致電催化水與污染土混合不均而造成反應不完全，然而大部分的總石油碳氫化合物（TPH）污染證實可以透過電催化的方式去除。
綜上所述，本發明技術經發明人團隊長時間實作試驗，確實產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治污染之土壤及地下水之功效，為一甚具新穎性、進步性及可供產業上應用之發明，實已符合發明專利之給與要件，爰依法提出專利申請，尚祈 貴審查委員能詳予審查，並早日賜准本案專利，實為德便。
唯以上所述者，僅為本發明所舉之其中較佳實施例，當不能以之限定本發明之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:電催化裝置
11:電極
12:陽極
13:陰極
14:催化腔
15:電源部
16:鐵氟龍外板
17:絕緣墊片
2,22,231:水泵
21:循環管
23:導管
24:放流管
3:反應槽
31:攪拌器
32:電催化水循環池
33:電催化水槽
圖1係本發明試舉其中一實際以電催化技術應用在污染土壤及地下水離地整治示意圖。
圖2係本發明電催化裝置之構造圖。
圖3係本發明試舉其中一實際以電催化技術應用在污染土壤及地下水現地整治示意圖。
圖4係本發明電催化水氫氧自由基生成機制圖。
圖5係本發明電催化系統水中濁度變化圖。
圖6係本發明界達電位分析分布圖譜圖。
圖7係本發明未催化與催化水之氣泡粒徑分析圖。
圖8係本發明未催化與催化水之氣泡濃度分析圖。
圖9係本發明電催化水水中氣泡尺寸分類圖。
圖10係本發明電催化水微氣泡表面電雙層構造圖。
圖11係本發明電催化水水中微氣泡粒徑大小與界達電位示意圖。
圖12係本發明電催化水水中微氣泡受表面張力影響示意圖。
圖13係本發明電催化水氣泡與微氣泡於水中之狀態差異及右側所示單一微氣泡於水中分解為其他產物放大示意圖。
圖14係本發明電催化水氫氧自由基持續時間濃度分析圖。
圖15係本發明電催化水現地淋洗TPHD濃度分析圖。
圖16係本發明電催化水離地泥漿相攪土相TPHD濃度分析圖。
圖17係本發明電催化水離地泥漿相攪液相TPHD濃度分析圖。
1:電催化裝置
15:電源部
2,22:水泵
21:循環管
3:反應槽
31:攪拌器
32:電催化水循環池
Claims (10)
- 一種油污染土壤及地下水整治處理系統，其包括電催化裝置、電催化水循環池、反應槽及水泵，其中該電催化裝置包括至少一組電極、催化腔、電源部、至少一組鐵氟龍外板及至少一組絕緣墊片，其中所述電極包括陽極、陰極，所述陽極、陰極設於催化腔內，絕緣墊片設於陽極、陰極相對內側，鐵氟龍外板分別設於陽極、陰極外側，於所述電催化裝置、電催化水循環池與反應槽間設有一循環管相連通，所述循環管上設有一水泵，藉由所述水泵將汙染之地下水抽取進入電催化裝置，並將汙染之土壤置入反應槽，被抽取進入電催化裝置內之汙染地下水藉由電源部供電給電催化裝置使所述陽極、陰極間產生高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生pH值分別為11~12、2~3、7之鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則藉由設於循環管上之水泵抽送經循環管流入具待處理汙染土壤之反應槽中，並以攪拌器將電催化水與汙染土壤充分攪拌，藉電催化裝置陽極的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O 2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉此電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（total petroleum hydrocarbon, TPH）污染之土壤及地下水，此外，設於所述循環管上之水泵所抽送之電催化水一部分經循環管進入電催化水循環池中，另一部分之電催化水則進入反應槽中，且由反應槽回流之電催化水將再進入電催化水循環池與原先之部分電催化水混合並進行導電度及酸鹼值之調整，再回流至電催化裝置再利用。
- 如請求項1所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其中所述電極係以尺寸安定陽極（Dimensionally Stable Anode, DSA）作為觸媒電解電極，尺寸安定陽極（DSA）由鈦基金屬製成，電極表面覆蓋導電氧化銥塗層使電極可在高電流密度工作情況下，擁有更長的使用壽命，且成本低並具有高化學穩定性和電化學穩定性。
- 如請求項2所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其中所述在金屬觸媒部分，係利用浸漬法與高溫鍛燒製備Bi-Sn-Sb/γ-Al 2O 3顆粒電極，以產生·OH有效處理水中有機污染物，並另利用共沉澱與鍛燒改質氧化鐵作為催化劑，以提高過氧化氫反應性，有效產生·OH並增加pH值初始濃度使用廣泛性，利用微波處理方式，以Mn 2+代替Fe 2+，改善處理後汙泥產生量以及pH值使用受限問題。
- 如請求項1所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其所述電催化裝置在電催化過程中將產生的大量微/奈米氣泡，有助於·OH的生成，且水中的微/奈米氣泡具有因時間而縮小的特性，氣泡粒徑於水中逐漸縮小的同時因絕熱壓縮過程使得氣泡內部壓力極大並改變氣泡表面之界達電位，而這些帶電微氣泡逐漸於水中瓦解所釋出之能量與水分子作用產生暫態的·OH，且在電催化過程中以電解質進行反應，並以不同的電解質濃度影響氣泡表面的張力，使微氣泡效應持續時間得以延長，因氣泡的持續存在，使得水中的有機物與微泡結合並將有機物懸浮於水體中達到淋洗的效果。
- 如請求項1所述油污染土壤及地下水整治處理系統，所述電催化裝置在進行催化時可添加鹽類，使水中·OH濃度提升，且當添加鹽類濃度越高時，單位時間內所產生之·OH量相對越多。
- 一種油污染土壤及地下水整治處理系統，其包括電催化裝置、電催化水槽、水泵、導管及放流管，其中該電催化裝置包括至少一組電極、催化腔、電源部、至少一組鐵氟龍外板及至少一組絕緣墊片，其中所述電極包括陽極、陰極，所述陽極、陰極設於催化腔內，絕緣墊片設於陽極、陰極相對內側，鐵氟龍外板分別設於陽極、陰極外側，於所述電催化裝置與電催化水槽間設有一導管相連通，電催化水槽出水端連接有一末端放流管，於所述放流管與電催化水槽間設有水泵，同時於電催化裝置入水端亦設有水泵，藉由所述放流管與電催化水槽間所設之水泵將自來水抽取進入電催化裝置，被抽取進入電催化裝置內之自來水藉由電源部供電給電催化裝置使所述陽極、陰極間產生高電壓電場，經直流電場改變水分子的結構，經過高壓放電、電催化及電解作用，可快速產生pH值分別為11~12、2~3、7之鹼性還原水、酸性氧化水與中性水之電催化水，所產生之電催化水則經導管流入電催化水槽緩衝儲存，再藉由設於所述放流管與電催化水槽間之水泵將電催化水槽內之電催化水抽取由末端放流管直接排放至現地受汙染土壤並滲入地下，藉電催化裝置陽極的氧化效果使水中氯離子與溶氧產生次氯酸（HClO）與超氧根離子（superoxide, O 2 -），兩者互相作用下生成氫氧自由基。此外，帶電微氣泡逐漸於水中瓦解而釋出之能量與水分子作用亦產生暫態的氫氧自由基，藉以電催化技術產生具氧化能力高及氧化持久之氫氧自由基及微氣泡，進而達有效整治總石油碳氫化合物（total petroleum hydrocarbon, TPH）污染之土壤及地下水。
- 如請求項6所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其中所述電極係以尺寸安定陽極（Dimensionally Stable Anode, DSA）作為觸媒電解電極，尺寸安定陽極（DSA）由鈦基金屬製成，電極表面覆蓋導電氧化銥塗層使電極可在高電流密度工作情況下，擁有更長的使用壽命，且成本低並具有高化學穩定性和電化學穩定性。
- 如請求項7所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其中所述在金屬觸媒部分，係利用浸漬法與高溫鍛燒製備Bi-Sn-Sb/γ-Al 2O 3顆粒電極，以產生·OH有效處理水中有機污染物，並另利用共沉澱與鍛燒改質氧化鐵作為催化劑，以提高過氧化氫反應性，有效產生·OH並增加pH值初始濃度使用廣泛性，利用微波處理方式，以Mn 2+代替Fe 2+，改善處理後汙泥產生量以及pH值使用受限問題。
- 如請求項6所述油污染土壤及地下水整治處理系統，其所述電催化裝置在電催化過程中將產生的大量微/奈米氣泡，有助於·OH的生成，且水中的微/奈米氣泡具有因時間而縮小的特性，氣泡粒徑於水中逐漸縮小的同時因絕熱壓縮過程使得氣泡內部壓力極大並改變氣泡表面之界達電位，而這些帶電微氣泡逐漸於水中瓦解所釋出之能量與水分子作用產生暫態的·OH，且在電催化過程中以電解質進行反應，並以不同的電解質濃度影響氣泡表面的張力，使微氣泡效應持續時間得以延長，因氣泡的持續存在，使得水中的有機物與微泡結合並將有機物懸浮於水體中達到淋洗的效果。
- 如請求項6所述油污染土壤及地下水整治處理系統，所述電催化裝置在進行催化時可添加鹽類，使水中·OH濃度提升，且當添加鹽類濃度越高時，單位時間內所產生之·OH量相對越多。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110122587A TWI758197B (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 油污染土壤及地下水整治處理系統 |
| US17/807,768 US20220402783A1 (en) | 2021-06-21 | 2022-06-20 | Oil-contaminated soil and geround water treatment system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW110122587A TWI758197B (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 油污染土壤及地下水整治處理系統 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI758197B TWI758197B (zh) | 2022-03-11 |
| TW202300464A true TW202300464A (zh) | 2023-01-01 |
Family
ID=81710730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110122587A TWI758197B (zh) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | 油污染土壤及地下水整治處理系統 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220402783A1 (zh) |
| TW (1) | TWI758197B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI868589B (zh) * | 2023-02-18 | 2025-01-01 | 國立高雄科技大學 | 多重式以微奈米氣泡處理重度油污染土壤方法及其系統 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI841079B (zh) * | 2022-11-29 | 2024-05-01 | 裕山環境工程股份有限公司 | 土壤水洗脫污設備與土壤水洗脫污方法 |
| CN117259418B (zh) * | 2023-03-10 | 2024-02-20 | 中国地质科学院岩溶地质研究所 | 模拟修复岩溶铅锌矿区土壤砷镉天然强化淋洗系统及方法 |
| CN116466030B (zh) * | 2023-03-15 | 2025-05-30 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 一种大型地下水埋深调控实验装置及其使用方法 |
| CN120867675B (zh) * | 2025-09-25 | 2025-11-28 | 胜利油田渤海固井工程技术有限责任公司 | 一种大斜度井的固井施工工艺 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5308507A (en) * | 1992-08-04 | 1994-05-03 | Los Alamos Technical Associates, Inc. | Method and apparatus for removing organic contaminants |
| US5861090A (en) * | 1996-01-30 | 1999-01-19 | Electrochemical Design Associates, Inc. | In situ electrochemical remediation of organically contaminated soil, sediments and ground water using electrochemically generated and delivered Fenton's Reagent |
| US8101089B2 (en) * | 2007-08-15 | 2012-01-24 | Liquid Separation Technologies And Equipment, Llc | Apparatus for aeration of contaminated liquids |
| CN103172206A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 中船重工（沈阳）辽海输油设备有限公司 | 一种含油污水处理装置 |
| CA2900460C (en) * | 2012-09-07 | 2021-08-31 | Clean Chemistry, Llc | Systems and methods for generation of reactive oxygen species and applications thereof |
| WO2016162327A1 (fr) * | 2015-04-07 | 2016-10-13 | Ceram Hyd | Cellule electrolytique pour la production d'au moins une substance chimique et machine de lavage |
| CN109607999A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-04-12 | 湖南新都环境科技有限公司 | 一种石油油泥环保处理方法 |
| CN111054742B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-03-23 | 浙江大学 | 一种修复石油类有机物污染土壤的装置和方法 |
-
2021
- 2021-06-21 TW TW110122587A patent/TWI758197B/zh active
-
2022
- 2022-06-20 US US17/807,768 patent/US20220402783A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI868589B (zh) * | 2023-02-18 | 2025-01-01 | 國立高雄科技大學 | 多重式以微奈米氣泡處理重度油污染土壤方法及其系統 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI758197B (zh) | 2022-03-11 |
| US20220402783A1 (en) | 2022-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI758197B (zh) | 油污染土壤及地下水整治處理系統 | |
| Suhan et al. | Comparative degradation study of remazol black B dye using electro-coagulation and electro-Fenton process: Kinetics and cost analysis | |
| CN103316908B (zh) | 一种修复受多氯联苯污染土壤的装置及方法 | |
| CN103342405B (zh) | 一种电化学阴极活化过硫酸盐降解水中有机污染物的方法 | |
| Holt et al. | Electrocoagulation as a wastewater treatment | |
| GracePavithra et al. | A review on three-dimensional eletrochemical systems: analysis of influencing parameters and cleaner approach mechanism for wastewater | |
| CN102910709B (zh) | 一种对有机污染地下水的原位修复方法 | |
| Ya et al. | High-pressure electrocoagulation system with periodic air replenishment for efficient dye wastewater treatment: reaction dynamics and cost evaluation | |
| CN104003481A (zh) | 一种电滤板及其在高浓度有机废水中的应用 | |
| Cerqueira et al. | Electrolytic treatment of wastewater in the oil industry | |
| Jawad et al. | Treatment of petroleum refinery wastewater by electrochemical oxidation using graphite anodes | |
| CN104016531B (zh) | 一种铁阳极耦合钯催化加氢的地下水修复方法 | |
| Saez et al. | Conductive-diamond electrochemical oxidation of surfactant-aided soil-washing effluents | |
| Chen et al. | Remediation of diesel-oil contaminated soils using an innovative nanobubble and electrolyzed catalytic system | |
| Cui et al. | TCE degradation of modified graphite felt cathode in a flow-through electro-Fenton system and its H2O2 production ability in a real contaminated field | |
| Jeong et al. | CaO2-based electro-Fenton-oxidation of 1, 2-dichloroethane in groundwater | |
| Keramati et al. | Petroleum wastewater treatment and optimization of effective parameters using electrocoagulation process | |
| CN103172206A (zh) | 一种含油污水处理装置 | |
| CN111825251B (zh) | 一种钻井废水处理装置和方法 | |
| CN101475244B (zh) | 用于处理重金属废水的电化学装置 | |
| Li et al. | Advanced treatment of hydraulic fracturing flowback water using a novel combined process | |
| CN114289488B (zh) | 一种用于修复有机污染土壤的亚铁离子活化方法 | |
| CN110142287B (zh) | 一种持久性有机物污染土壤的氧化电位水淋洗修复方法 | |
| CN203845899U (zh) | 含油污水深度处理回收装置 | |
| CN209368020U (zh) | 一种用于地下水中有机污染物治理的装置 |