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1、Fenton家族廢水高級氧化處理技術（Fenton Family - Advanced Oxidation Technologies for Wastewater Treatment）一、技術簡介目前台灣有很多產業的廢水處理場須增設高級廢水處理單元才能達到1998年的放流水標準，至今已發展的高級廢水處理技術包括臭氧氧化法、活性碳吸附法、薄膜分離法、濕式氧化法及Fenton氧化法等，其中以Fenton氧化法（H2O2/Fe2+）被認為是一種最有效、簡單且經濟的方法，其他方法則因初設成本或操作成本太高而較難被業者接受。Fenton氧化法雖有高效率、低操作費的優點，但同時因其會產生大量的鐵污泥，成為
2、應用時的一大缺點。本研究團隊於1994年度起決定以Fenton氧化法產生OH (hydroxyl radical）的原理為基礎，開發改良式低污泥的廢水高級氧化處理技術，我們稱此為Fenton家族（Fenton Family）高級處理技術。Fenton氧化法的反應式如式(1)，所產生OH的氧化能力在所有氧化劑中排第二，僅次於氟。H2O2+Fe2+ . OH+OH-+Fe3+ Fe(OH)3 (1)影響Fenton法氧化反應效果與速率的因數有下列幾項： （1）反應物本身的特性、（2）H2O2的劑量、（3）Fe2+的濃度、（4）pH值、（5）反應時間及（6）溫度等。Fenton法反應的pH值一般約在
3、34。Fenton家族處理技術乃針對Fenton法污泥產量太多的缺點加以改良，利用電場或結晶技術來提升處理效果及降低化學污泥產量，使適用範圍大為增加。Fenton家族高級處理技術的演進由傳統Fenton法、電解氧化-Fenton法（簡稱Fenton）、電解還原-Fenton法（簡稱Fenton）、至流體化床-Fenton法（簡稱Fenton）。圖1為Fenton家族高級處理技術發展歷程，Fenton及Fenton分別為目前高濃度與低濃度廢水的重點低污泥處理技術。表1為Fenton家族處理技術與其他高級處理技術的比較。FentonFentonFentonFenton先期投入技術開發模廠設計實廠應
4、用技術開發模廠設計實廠應用先期投入技術開發模廠設計實廠應用技術開發模廠設計實廠應用94年度 95年度 96年度 97年度 98年度 99年度 2000年度 2001年度 圖1. Fenton家族高級處理技術發展歷程表1. Fenton家族處理技術與其他高級處理技術的比較項目比較基準：COD200mg/L處理至COD100mg/L薄膜分離法活性碳吸附法化學混凝法臭氧氧化法傳統Fenton法電解還原-Fenton法流體化床-Fenton法特點提濃污染物吸附有機物混凝有機物氧化有機物氧化有機物氧化有機物氧化有機物COD去除率（）90-9520-7520-5030-6065-8570-9070-90設
5、備成本（萬元/m3）0.5-10.225-0.3750.05-0.1250.5-10.05-0.1250.125-0.3750.0625-0.175操作成本(元/m3)3.75-8.753-100.75-3.756.25-8.752.5-6.251-3.752-3.75操作成本(元/kgCOD)37.5-87.525-1007.5-37.562.5-87.525-62.520-37.525-37.5技術差異性需處理提濃液需再生活性碳需處理污泥需處理O3廢氣需處理污泥污泥量較傳統Fenton少80污泥量較傳統Fenton少70圖2為Fenton家族處理技術的應用方式，其中電解還原-Fenton法
6、(Fenton)適用於高濃度生物難分解廢水(COD1000mg/L)的處理，可作為生物前處理以改善水質，提升後續生物處理能力；流體化床-Fenton法(Fenton)適用於低濃度生物難分解廢水(COD1000mg/L，一般用於COD500mg/L)的處理，可用於生物後的處理，以加強對放流水水質的把關工作。厭氣、喜氣生物處理調勻、除油、混凝前處理工業廢水放流水一般廢水FentonIII難處理廢水FentonIV圖2. Fenton家族處理技術的應用方式二、技術重點電解還原-Fenton法是利用電解還原的方法使Fe3+在陰極再還原為Fe2+催化劑，反應pH約操作在1.5左右，特別適合處理高COD且
7、難生物分解的有機廢液，陰極反應如式(2)，因此原先式(1)的反應可修正為式(3)，即反應過程幾乎不會產生鐵污泥。Fe3+ + e- Fe2+ (2)H2O2 + Fe2+ . OH + OH- + Fe3+ Fe(OH)3(3)反應過程中，H2O2直接連續添加於電解還原槽並與電解產生的Fe2+反應，用以氧化廢水中的有機物，而反應產生的Fe3+又可直接於陰極還原成Fe2+並源源不斷的參與反應，使得H2O2的氧化效率提高，降低H2O2的加藥量及降低操作成本。此外，在陽極發生之電極氧化作用亦可去除部份有機物。反應完成後的Fe2+與Fe3+混合溶液可作為鐵系混凝劑使用。流體化床-Fenton係利用流體
8、化床的方式使Fenton法所產生之三價鐵大部份得以結晶或沈澱披覆在流體化床之擔體表面上，是一項結合了同相化學氧化（Fenton法）、異相化學氧化（H2O2/FeOOH）、流體化床結晶及FeOOH的還原溶解等功能的新技術，此方法的示意圖如圖3所示。這項技術將傳統的Fenton氧化法作了大幅度的改良，如此可減少Fenton法大量的化學污泥產量，同時在擔體表面形成的鐵氧化物具有異相催化的效果，而流體化床的方式亦促進了化學氧化反應及質傳效率，使COD去除率提昇。圖3. 流體化床-Fenton法的示意圖Fenton家族技術設計的重點如表2所示，廢水水質如導電度、有機成分和無機成分等是影響處理結果的重要因
9、素。兩技術的原理和特點比較整理如表3所示。表2. Fenton家族技術設計重點項 目說 明電解還原-Fenton處理槽的設計重點1. 材料的選擇：陽極、陰極材質2. 陰陽極形狀、配置設計3. 電源供應器的規格4. 加藥方式、用藥比率5. 處理槽的體積、形狀、高度、迴流比流體化床Fenton處理槽的設計重點1. 擔體材料的選擇：材質、比重、密度和粒徑大小2. 分配盤設計3. 上流速度、迴流比4. 加藥方式、位置和用藥比率5. 處理槽的體積、形狀、高度表3. Fenton家族技術的原理和特點比較技術名稱適用COD (mg/L)主要原理技術特點傳統Fenton法50-1000H2O2 + Fe2+
10、.OH + OH- +Fe3+同相反應，鐵污泥多，且亦受雜質幹擾電解還原-Fenton法（Fenton, Fered-Fenton）1000-50000Fe3+ + e-Fe2+ ,H2O2 + Fe2+ .OH + OH- +Fe3+電解還原Fe()使其循環再利用，鐵污泥減量80%流體化床-Fenton法（Fenton, FBR-Fenton）50-1000H2O2 + Fe2+ .OH + Fe(OH)2+ . FeOOH ,H2O2 + FeOOH.同相及異相催化反應，污泥形成結晶，鐵污泥減量70%三、技術應用對象及實績Fenton家族技術可應用的行業包括：1. 石化業廢水：主要用於生物
11、前處理。2. 化工業廢水：可用於高COD個股廢水如蒸餾廢液的處理，和生物處理後的色度和COD去除，使放流水達98年標準。3. 人纖、紡織業廢水：可用於生物前處理和生物處理後的水質把關，放流水可達98年標準。4. 染整業廢水：主要用於生物處理後的色度、泡沫和COD去除，使放流水達98年標準。5. 金屬表面處理業廢水：主要用於高COD個股廢水如脫脂廢液的處理，以避免對化學混凝單元的混凝效果造成影響。6. 印刷電路板業廢水：可用於高COD個股廢水如清洗劑、剝膜顯影廢液的處理和生物處理後的水質把關。7. IC、半導體業廢水：可用於高COD個股廢水如顯影廢液、去光阻廢液的處理。8. 造紙業廢水：主要用於
12、生物處理後的色度和COD去除，使放流水達98年標準。9. 合成樹脂業廢水：主要用於生物處理後的水質把關。10. 製藥、皮革業廢水：用於生物前處理和生物處理後的水質把關。目前Fenton家族技術的應用實績如表4所示。表4. Fenton家族技術的應用實績技術分類應用廠商主要產品或行業完工時間氧化槽規模水量(CMD)進水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率(%)傳統Fenton信立化工合成皮199419980.4m3126m3403000150200100以下5080花蓮酒廠全米酒產協企業酚醛樹脂寶協企業酚醛樹脂麗嘉企業PU基布染色長春石化石化業晉禾化工螺絲鍍鋅中影製片沖片華隆頭份
13、廠人纖業Fenton II高銀化工化工原料19954m*2.3m*2m250500200300100以下6080華通電腦(2)PCB業19966.3m*1.8m*2.5m培芝德朋特用化學品19974m*2.3m*2m民環染整PU基布染色19985m*1.8m*4mFenton III楠梓電子PCB業19981m*1m*2m30200040080南亞技術學院實驗室廢液19990.7m*0.7m*2m0.520000300085岡山空軍基地表面處理業20000.7m*0.7m*2m10100020080遠東化纖人纖業20011m*1m*2m*2100100010090流化床Fenton IV麗嘉企業PU基布染色2000f1m*H7m1503500105070臺灣化纖ABS樹脂2001f2.5m*H9m*240001303970國亨塑膠ABS樹脂2001f2m*H9m*220001204860中華映管TFT-LCD2001f1.2m*H8.5m40050035030亞洲微電電子業2002f2.5m*H9m*240001303970東莞寶泰鞋材皮革業2004f2.8m*H13m*140002008060廣東鼎豐紙業漿紙業2006f
