電解產氯、電還原及電化學分析技術介紹

電消毒(Electro-disinfection)、電混凝-電浮除(Electro-coagulation-flotation, ECF)、電還原(Electroreduction)、電鍍(Electroplating)、電化學分析 ... 首頁 交流園地 電化學 電化學 電化學水處理應用-電解產氯、電還原及電化學分析技術介紹 莊雅茹 2021-05-10 0 1475 電化學活化產次氯酸技術 近年來隨著消毒需求興起，電化學活化(Electro-ChemicalActivation,ECA)生成次氯酸鈉之技術隨之發展，此技術係藉由電化學反應產生安全、有效且對環境友善之次氯酸氧化物。

其反應機制如圖1所示，主要係採無隔膜電解方式進行，以氯化鈉或海水做為電解液，陽極端之產氯反應會促使該區域之溶液呈酸性，相反的，陰極端產生氫氧根離子與鈉離子反應生成氫氧化鈉溶液呈鹼性，於酸鹼混合之情況下將致使整體電解溶液趨近於中性，而氣態氯溶於水中時，其於溶液中所呈自由餘氯型態係取決於溶液pH值而定(White,1999)。

                                        圖1電化學產製次氯酸鈉機制 電解過程所產生之氯氣溶於水中可能形成次氯酸或次氯酸根離子，而氯(Cl2)、次氯酸(HOCl)及次氯酸鹽(OCl-)皆具有消毒能力，其於溶液中所呈自由餘氯之型態受溶液pH值所影響，如圖2(Al-Haqetal.,2005)所示。

當溶液呈酸性(pH<3)，將以液氯為主要之組成；隨著pH值上升至偏中性(37)時，則另以次氯酸根離子為主要成份。

以消毒效能而言，其能力排序為氯>次氯酸>次氯酸根，其中以次氯酸根離子的性質最為穩定，亦最不具有消毒殺菌之效能，而液氯及次氯酸雖皆有良好之消毒能力，但相較之下，液氯在消毒殺菌過程易衍生如三鹵甲浣等致癌產之副產物，反之次氯酸除具 有相對穩定之性質外亦較無危害性，因此以消毒效能及操作之穩定性而言，以次氯酸最具有優勢。

          圖2自由餘氯型態隨pH值變化之情形(Al-Haqetal.,2005) 電混凝-電浮除於水處理之應用 廢水中溶解性無機物藉由以化學沉澱等方法轉變為無機顆粒後，其顆粒粒徑往往小至無法以重力直接沉降，因此必須藉由混凝等程序使顆粒聚集、粒徑放大，以利沉降去除。

電混凝(Electro-coagulation,EC)為藉由電解系統中陽極(鋁/鐵)反應產生金屬離子，並水解產生金屬氫氧化物扮演混凝劑以絆除顆粒；電浮除(Electro-flotation, EF)為透過在陰/陽極還原/氧化水產生氫氣與氧氣，利用空氣氣泡之浮力將顆粒物質懸浮至水面加以去除，主要用於水中分離懸浮固體、油脂、纖維及其他比重低的固體，也可使用於活性污泥與化學混凝污泥的濃縮。

對微小粒子之去除而言，浮除法優於沉澱法，因為微小粒子之沉降速度緩慢，若用浮除法，微小粒子可在短時間內被移除得更完整。

一般而言電浮除常被用來結合電混凝程序(Electro-coagulation-flotation,ECF)，藉由水中混凝作用及浮除作用，以電性中和使膠體顆粒去穩定沉降，或藉由水中產生微小氣泡(通常為8~15μm)將比重輕之顆粒帶至水面，反應機制如圖3。

                                             圖3電混凝-浮除系統反應機制 電鍍還原技術於水中重金屬回收之應用 電鍍業及印刷電路板業(PCB,printed circuit board)產生大量重金屬廢液(如:化學鎳)及清洗廢水，傳統重金屬廢水化學沉澱法產生金屬氫氧化物污泥，後續處理困難；電鍍(Electroplating)為將水中金屬離子電沉積(electrodeposition)於電極表面，一般電鍍常被作為提高被鍍物表面特性如硬度之用途(鍍鉻)，於水處理產業以電鍍(解)回收重金屬，可避免一般化學沉澱法污泥處置之問題，以含銅廢水為例，高含銅廢水可直接以電解銅還原法回收銅金屬，但若廢水中金屬濃度低時，則可結合螯合樹脂程序精煉其樹脂再生液，如圖4。

                                        圖4電解還原重金屬之應用(以銅回收為例) 電還原技術應用於硝酸鹽之選擇性還原 台灣為高科技產業製造之重鎮，其產業在製程中使用大量含硝酸鹽化學藥劑，使其含硝酸鹽之廢水排放量每年約達1,000,000噸，如未能妥善處理，將使得過量硝酸鹽進入地表水及地下水中，進而影響環境品質。

傳統處理方法雖然具有降解硝酸鹽之能力，但電化學系統把硝酸鹽還原成氮氣(如圖5)，具有反應時間短及節省用地等優點，且不會產生廢棄物，因此可以節省後續的處理費用。

                                                              圖5選擇性硝酸鹽還原技術 電化學分析技術(electroanalyticaltechniques) 除針對環境水體中污染物之氧化還原外，電化學分析亦常被應用於水質之感測，通常可藉由電極-溶液介面之電化學反應，獲得一反饋訊號(如電流、電壓、電荷等)，以進行水體中特定物質之分析與量測。

一般而言，依據控制方式之不同可分為電位測定法(potentiometry)、恆電流法(galvanostaticmethod)及定電位法(potentiostaticmethod)等；系統通常由兩個以上之電極與電解液所組成，電極之表面形成電子與離子之介面，電子透過外電路從一極流向另一極，根據溶液之電化學性質(電流、電位、電導度等)與待測物之物化特性(組成、氧化態/還原態等)之間的關係，將待測物種之濃度轉變成電訊號之技術。

以水中餘氯之電分析方式為例，可結合伏安法搭配多成分定性定量演算法進行濃度量測，透過次氯酸於特定電位下還原成氯離子所反饋之電流值，而測得水中餘氯濃度(如圖6)。

                                        圖6 電化學分析技術應用於水中餘氯之感測 參考文獻 AL-HaqM.H.,SugiyamaJ.,andIsobeS.(2005) ApplicationsofElectrolyzedWaterinAgriculture&FoodIndustries.Food Sci.Technology.Res.,11(2),135-150,2005. White,G.C.(1999)HandbookofChlorinationand AlternativeDisinfectants,JohnWiley&SonsInc.,FourthEdition,USA. 撰寫人：莊雅茹 技術聯絡人：林冠佑 連絡電話：(03)5732640 E-Mail：[email protected] 來源 標簽 電消毒(Electro-disinfection)、電混凝-電浮除(Electro-coagulation-flotationECF)、電還原(Electroreduction)、電鍍(Electroplating)、電化學分析技術(Electroanalyticaltechniques) 分享到 分享到臉書 分享到推特 分享給LINE好友 回文章列表 0則回應 FB帳號登入留言 文章投稿 親愛的讀者您好，若您想於本交流園地參與張貼、發表新文章，竭誠歡迎您來信與我們聯絡，謝謝！ [email protected] 熱門文章 什麼是生物處理? 生物處理是一種透過細菌將廢水中的污染物(例如：有機物及氨氮等)轉... 林翰磷 7011 淺談COD (hemicaloxygendemand)到底是甚麼??如果想用一句話說完，便是... 林翰璘 5878 淺談畜牧場的三段式廢水處理程序 三段式廢水處理程序為農委會畜產試驗所因應畜牧業廢水處理所開發，... 黃雯婕 5134 什麼是吸附式水回收技術?可以如何應用呢? 吸附式水回收技術是一種新興的水回收技術，原理是利用吸附... 徐樹剛博士 3497 離子液體特性與應用介紹 離子液體(ionicliquid,)是一種由不對稱(asymmetric)的有機陽離子... 張敏超 3231 關於我們 技術服務 技術園地 活動訊息 廠商專區 影音圖片 相關連結 專業主題館 聯絡我們 其他服務 內部連結入口 版權所有©2022創新水科技研發服務網  |  隱私保護政策  |  圖片授權宣告  |  瀏覽人次：169005(Since2014/10) 回頂端