TWI381997B - Underground organic pollution treatment wells - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種地下有機污染之處理井，其主要係把電解還原斐頓(Fered－Fenton)反應設備應用於地下水監測井中，藉以進行地下水污染之處理之設備。
一般井的用途大部分被應用於(1)生活取水；(2)環境監測，如監測井(Monitoring Well)；(3)探勘，如地球物理井錄(Geophisical Logging)、電阻係數(Resistivity)、自然電勢(Spontaneous Potential)、天然珈瑪(Natural Gamma)及測徑器(Caliper)；(4)處理，如抽出處理法(Pump &Treat)、空氣注入法/土壤抽氣法(Air Sparging，AS/Soil Vapor Extraction，SVE)、井內氣提法(In－Well Air Stripping)及化學氧化法(In－situ chemical oxidation，ISCO)(5)地下水位監測，在地下水位的變化上藉著觀察地下水位的變化；(6)地層下陷監測，如：沉陷量之量測等。而台灣之環保主管機關亦藉由地下水監測井之設置，以進行地下水質檢測。
針對處理有機物的技術，斐頓(Fenton)法經常被應用，斐頓(Fenton)法其優點為H2
O2
跟Fe2＋
反應產生OH·具有強氧化力，對有機物的處理有不錯的效果。然，現地斐頓(Fenton)法處理技術缺點是會導致鐵污泥的產生(造成土壤孔隙阻塞)，並降低滲透性，所以，如果使用在現地斐頓(Fenton)處理會造成地下水監測井之井篩的阻塞，其反應式如下：
H2
O2
＋Fe2＋
→ OH．＋OH－
＋Fe3＋
→ Fe(OH)3
故本發明採用電解還原斐頓(Fered－Fenton)使Fe3＋
在陰極電解還原成Fe2＋
，期能減少斐頓(Fenton)處理中鐵鹽的用量及其衍生之鐵污泥阻塞問題。
本發明採用電解還原斐頓(Fered－Fenton)法應用於地下水監測井，主要透過電源供應器進行電解還原斐頓反應，使其應用於現地處理時不致於產生鐵污泥阻塞，並使Fe3＋
還原成Fe2＋
，Fe2＋
可被再利用並降低鐵鹽使用量，又上述藥品(如H2
O2
及Fe2＋
)可應用於地下有機物處理且對環境友善。
本發明之主要優點如下：(1)改善傳統斐頓(Fenton)於地下水污染整治引起之污泥阻塞問題。
(2)本發明藉著電解還原斐頓(Fered－Fenton)，透過陰極上的電解還原，讓Fe3＋
經過電解還原反應變回Fe2＋
，不僅解決阻塞問題，也可減少鐵鹽的使用量。
經由上述監測井的情況下，結合地下水監測井及電解還原斐頓(Fered－Fenton)處理設備可減少Fe2＋
用量及污泥的產生減少。
本發明之設備請配合參閱第一、二圖所示，其主要係包括有：地下水監測井1、電解還原斐頓反應裝置2及電源控制器3；其中，地下水監測井1係以耐酸鹼、抗腐蝕材質(如：PVC製，
Polyvinylchloride)構成，於地下水監測井1內設有井管11及井篩12，於外層設置有濾料13、石英砂14、皂土15及水泥16，而於地下水監測井1上方蓋設有上蓋17，又在監測井旁側佇設有至少一警示柱18；電解還原斐頓反應裝置2，其設有陰極電極21、陽極電極22及反應參數控制設備23，其中陰極、陽極電極21、22皆置入地下水監測井1內，陰極電極21下段係可設為不銹鋼網，而陽極電極22係可設為電極棒(鈦基DSA)，且陽極電極22係置入陰極電極21網內，另，反應參數控制設備23設有連至井內的溫度計231、pH控制裝置232、加藥機233、曝氣裝置234及遠端的自動紀錄器235，而且溫度計231、pH控制裝置232、加藥機233、曝氣裝置234各伸入井內之末端皆設有感應器236，另，加藥機233設有接管供將不同濃度Fe2＋
溶液及H2
O2
溶液加入井內進行有機物之氧化反應，而自動紀錄器235係與控制台電腦連線，俾將溫度、pH及ORP之變化情況顯示於電腦螢幕並自動紀錄；電源控制器3，係與電解還原斐頓反應裝置2連接，供應電源予陰極、陽極電極21、22。
本發明設備搭配斐頓反應技術，使用操作時，首先採用氯化亞鐵配置不同濃度之亞鐵溶液，根據實驗參數改變Fe2＋
添加量，配成1000 mg/L、2000 mg/L及4000 mg/L的Fe2＋
溶液，並取適量的H2
O2
(50% w/v)，控制Fe2＋
與H2
O2
莫爾比1：1。Fe2＋
溶液與相同莫爾比的H2
O2
一同加入反應系統，並置入陰極電極21(不銹鋼網)、陽極電極棒22(鈦基DSA，IrO2/RuO2/Ti)及利用曝氣裝置234
讓反應藥劑完全混合，並使用電源供應器3進行電解還原反應。Fe2＋
濃度測定採用phenanthroline(菲羅林)試劑進行檢測，UV偵測波長設在510nm。並取樣測量樣本經過電解還原隨時間pH、ORP及溫度變化趨勢。
因為陰極上的反應主要為：Fe3＋
＋e－
→ Fe2＋
故Fe3＋
會隨電解時間增長還原到Fe2＋
初始濃度，在陰極反應中，少量的Fe3＋
能接受電子(e－
)原成Fe2＋
。本實施例固定電流2A，改變不同Fe2＋
初始濃度1000mg/L、2000mg/L及4000mg/L經過電解還原下如第三圖所示，隨著電解時間增長Fe3＋
逐漸還原成Fe2＋
，而Fe2＋
初始濃度1000mg/L、2000mg/L及4000mg/L加入H2
O2
後在同電流下所需還原時間為2hours、2hours及2.5hours，上述結果發現Fe2＋
愈低能愈快還原到初始濃度，另固定Fe2＋
初始濃度1000mg/L，加入H2
O2
後改變不同電流2A、4A及8A經過電解還原下如第四圖所示，隨著電解時間增長Fe2＋
還原濃度愈高，還原完成時間分別為3hours、2.5hours、2hours，結果發現電流愈高，Fe2＋
還原時間愈快，可發現8A下能最快還原到Fe2＋
初始濃度。
根據本發明設備所搭配斐頓反應法運用，而可達成之成效，茲舉出實施例參數說明如下：案例一
本實施例為製備不同濃度之亞鐵溶液(1000mg/l、2000mg/l及4000 mg/l)，並添加相同莫爾比(1：1)H2
O2
混合，及使用不銹鋼陰極電極21進行Fe3＋
電解還原，反應時間為3hours，再觀察Fe2＋
變化趨勢(如第三圖所示)，由於添加H2
O2
會使Fe2＋
反應產生Fe3＋
，透過陰極電極21上電解還原能將Fe3＋
有效還原成Fe2＋
，顯示本方法可應用於現地處理上而不會有傳統鐵污泥阻塞的問題。本實施例測試3種不同亞鐵濃度(1000mg/l、2000 mg/l及4000 mg/l)，皆能在3hours內還原到Fe2＋
初始濃度，其所需還原時間分別為2hours、2hours及2.5hours，結果Fe2＋
初始濃度愈低，在加入相同莫爾之H2
O2
後可於愈短之時間還原，且改變不同大小之電流(2A、4A及8A)，並添加相同莫爾比(1：1)之H2
O2
混合，及使用電源供應器3進行電解還原3hours，再觀察Fe2＋
變化趨勢(如第四圖所示)以比較不同電流之還原效果，經實驗結果發現在不同電流下都可在3hr內還原成Fe2＋
，且電流愈大Fe3＋
還原時間愈短。Fered－Fenton停止H2
O2
添加後陰極上電解還原有助於Fe2＋
之再生；所以本發明H2
O2
之添加只有在一開始之後就藉著陰極電極21上電解的反應產生Fe2＋
，以克服Fenton反應中Fe2＋
加入H2
O2
會產生Fe3＋
然後產生鐵污泥阻塞，亦可減少使用上的成本。
由第三圖與第四圖之圖式所示，經比較可發現電解還原斐頓(Fered－Fenton)的pH範圍控制在2~4為佳，而實施例在1000mg/L的pH範圍為2.6~3.5，且還原時間較另兩實施例(2000mg/L、
4000mg/L)快，而電流條件的取決則為電流8A能最快達到Fe2＋
還原，本發明Fe2＋
之初始濃度設為1000mg/L、電流8A，其溫度、pH及ORP變化趨勢如第五圖所示。
綜上所述，本發明之實施成效可以改善傳統Fenton處理產生Fe3＋
阻塞問題，使電解還原斐頓(Fered－Fenton)反應系統能應用於地下水有機物之污染整治，並可藉著Fe3＋
之電解還原減少鐵鹽的使用量，藉此降低處理成本，並能避免氫氧化鐵污泥所產生的阻塞問題，本發明實施例確實已能達到所預期之目的及功效，又未見有相同特徵者公開在先，故本發明當能符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，懇請早日審結，並核賜專利，實深感德澤。
1‧‧‧地下水監測井
11‧‧‧井管
12‧‧‧井篩
13‧‧‧濾料
14‧‧‧石英砂
15‧‧‧皂土
16‧‧‧水泥
17‧‧‧上蓋
18‧‧‧警示柱
2‧‧‧電解還原斐頓反應裝置
21‧‧‧陰極電極
22‧‧‧陽極電極
23‧‧‧反應參數控制設備
231‧‧‧溫度計
232‧‧‧pH控制裝置
233‧‧‧加藥機
234‧‧‧曝氣裝置
235‧‧‧自動紀錄器
236‧‧‧感應器
3‧‧‧電源控制器
第一圖所示係為本發明設備設置於地下水監測井之示意圖。
第二圖所示係為本發明設備設置於地下水監測井之部份立體剖面示意圖。
第三圖所示係為在同電流2A下，改變不同Fe2＋
初始濃度經電解還原反應之Fe2＋
還原變化。
第四圖所示係為在同Fe2＋
初始濃度1000mg/L下，改變不同電流經電解還原反應之Fe2＋
還原變化。
第五圖所示係為本發明設備進行有機物污染處理時電流設為8A、溶液濃度為1000mg/L時，反應溫度、pH及ORP之變化圖表。
1‧‧‧地下水監測井
11‧‧‧井管
12‧‧‧井篩
13‧‧‧濾料
14‧‧‧石英砂
15‧‧‧皂土
16‧‧‧水泥
17‧‧‧上蓋
18‧‧‧警示柱
2‧‧‧電解還原斐頓反應裝置
21‧‧‧陰極電極
22‧‧‧陽極電極
23‧‧‧反應參數控制設備
231‧‧‧溫度計
232‧‧‧pH控制裝置
233‧‧‧加藥機
234‧‧‧曝氣裝置
235‧‧‧自動紀錄器
236‧‧‧感應器
3‧‧‧電源控制器
Claims (6)
- 一種地下有機污染之處理井，包括有：地下水監測井，該監測井設有井管及井篩；電解還原斐頓反應裝置，其設有陰極電極、陽極電極及反應參數控制設備，其中陰極、陽極電極構件皆置入監測井內，而反應參數控制設備設有溫度計、pH控制裝置、加藥機、曝氣裝置及自動紀錄器，而溫度計、pH控制裝置、加藥機、曝氣裝置之末端皆伸入井內；電源控制器，係與電解還原斐頓反應裝置連接，供應電源予陰極、陽極電極。
- 如申請專利範圍第1項所述一種地下有機污染之處理井，其中監測井係以耐酸鹼、抗腐蝕材質構成，於外層設置有濾料、石英砂、皂土及水泥，而於監測井上方蓋設有上蓋，又在監測井旁側佇設有至少一警示柱。
- 如申請專利範圍第1項所述一種地下有機污染之處理井，其中電解還原斐頓反應裝置之陰極電極係可設為不銹鋼網，而陽極電極係可設為電極棒(鈦基DSA)，且陽極係插入陰極網內。
- 如申請專利範圍第1項所述一種地下有機污染之處理井，其中電解還原斐頓反應裝置之溫度計、pH控制裝置、加藥機末端設有感應器，又加藥機設有接管供將H2 O2 、Fe2+ 溶液加入井內進行有機物之氧化反應。
- 如申請專利範圍第1項所述一種地下有機污染之處理井，其中自動紀錄器係連接於儀器控制台，俾將溫度、pH及ORP之 變化情況顯示於電腦螢幕並自動紀錄，並監測反應井內溶液反應情況。
- 如申請專利範圍第1項所述一種地下有機污染之處理井，其中於地下水監測井應用電解還原斐頓(Fered-Fenton)法進行現地污染物處理，其中Fe2+ 濃度<4000ppm；反應時間<3小時可完成之還原濃度；電流<8A之範圍；而反應試劑採用氯化亞鐵FeCl2 ‧4H2 O作為催化劑，H2 O2 做為氧化劑。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW97129151A TWI381997B (zh) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Underground organic pollution treatment wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW97129151A TWI381997B (zh) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Underground organic pollution treatment wells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201006768A TW201006768A (en) | 2010-02-16 |
| TWI381997B true TWI381997B (zh) | 2013-01-11 |
Family
ID=44826821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW97129151A TWI381997B (zh) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Underground organic pollution treatment wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI381997B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI558668B (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-21 | 崑山科技大學 | 封隔型地下水循環電解整治系統 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114573085A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-03 | 清华大学 | 地下水原位电产过氧化氢的电极井和方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW449574B (en) * | 1998-05-01 | 2001-08-11 | Ind Tech Res Inst | Method of wastewater treatment by electrolysis and oxidization |
| TWM316259U (en) * | 2007-01-30 | 2007-08-01 | Univ Chia Nan Pharm & Sciency | Di-cathode circular type electrolyzing and oxidizing waste water processing apparatus |
-
2008
- 2008-08-01 TW TW97129151A patent/TWI381997B/zh not_active IP Right Cessation
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| TWM316259U (en) * | 2007-01-30 | 2007-08-01 | Univ Chia Nan Pharm & Sciency | Di-cathode circular type electrolyzing and oxidizing waste water processing apparatus |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蔡在唐、高志明、葉琮裕、陳明華。利用整治列車系統處理含氯有機物污染之地下水。台灣土壤及地下水環境保護協會簡訊，第二十八期，中華民國97年6月30日。 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI558668B (zh) * | 2016-04-29 | 2016-11-21 | 崑山科技大學 | 封隔型地下水循環電解整治系統 |
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