探讨触媒电极对於不同前处理养猪废水之降解特性

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1、探討觸媒電極對於不同前處理養豬廢水之降解特性摘要電觸媒電極降解水中有機酸與有機溶劑已獲得相當成果，本研究進一步運用電觸媒技術(electrocatalyst)分解養豬廢水之有機物；本研究以一般市售之二氧化鈦作為陽極板，藉由分析處理前後污水之化學需氧量、pH值與導電度的變化，初步探討觸媒電極處理養豬廢水的降解表現。本研究將處理廢水分為兩類，第一組為固液分離後所採取之水樣，第二組實驗以厭氧消化後之水樣作為分析，探討不同之電壓梯度與各項參數之變化趨勢。由試驗結果顯示，本研究之兩組試驗設計所提供之電壓梯度，其能量皆足夠使二氧化鈦極板產生電子電洞對，進而與水發生反

2、應產生氫氧自由基，分解水樣中的有機污染物質，提升系統內COD的去除效率。本系統電觸媒反應中所產生不穩定的氫氧自由基，會使得pH值隨著操作時間而有所變化，pH值的變化漸趨穩定於中性範圍。以二氧化鈦極板處理養豬廢水導電度的去除效率，與水樣之前處理步驟(未處理、濾紙過濾與清洗極板)並無明顯之關係；受系統所施加之電壓梯度影響甚鉅。本電觸媒系統可有效去除養豬廢水的有機物質，不同前處理廢水經60分鐘處理後，COD去除效率皆可達到65%的成效。而厭氧消化水樣在較佳的操作條件下，可將原始COD值為974mgL-1，降解至約310mgL-1，其COD的去除效率可達67%左

3、右，再經由靜置20min後的數據分析，其去除效率更可高達約80%。關鍵詞：電觸媒技術(ElectrocatalystTechnology)、養豬廢水(LivestockWastewater)、電化學處理(ElectrochemicalTreatment)、化學需氧量(ChemicalOxygenDemand)一、前言根據農業發展委員會資料顯示，民國九十五年五月底台灣養豬戶數為12,905戶，總頭數約7,119,025隻，平均每戶飼養頭數約552頭。目前由於經營型態轉為企業化規模運作，豬隻飼養頭數仍龐大，以及可觀的豬糞尿廢水排放量，養豬戶所產生之豬糞尿廢水

4、，其廢水量雖然不如工業廢水量大，但包含豬隻的生理狀況、飼料種類性質與成份、地板清潔水與人為污染物；以及四季溫差與溼度等種種因素，導致豬糞尿廢水無論在有機物質、懸浮固體物及重金屬等，都有相當高的濃度，即使放流水之COD標準仍高達600mgL-1，對台灣環境衝擊不言可喻。然而，養豬業為台灣畜牧業中特色，對經濟扮演重要角色，若能更有效處理養豬廢水，將有助養豬業永續經營，成為台灣具競爭力的特色產業。11利用電化學技術處理廢污水已有數十多年的經驗，但因電化學技術處理有機污染物的效率並不高，故對於畜牧廢污水的整治技術，仍以三段式整治技術(固液分離與固體物堆肥、厭氧消

5、化法、活性污泥法與氧化渠法等)為主。畜牧廢水最主要的特色為很高的化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、懸浮固體物(SS)與氨氮(NH3-N)等污染物，此外，畜牧廢水可能含有大量的病源菌（劉建祥，2003）；由於電化學技術利用提高外加電壓，不僅可快速進行有機污染物的氧化，同時亦具有殺菌能力，因此具有相當潛力可應用於處理養豬廢水。然而傳統上，因電極表面的電雙層現象，導致有機污染物的分解主要受擴散作用控制，故處理效率無法有效地提升；同時，當提升外加電場電壓，將使電解水成為主要的反應機制，不但消耗了大部分的電力，造成處理成本大幅提高，也使得廢污水的pH值產

6、生劇烈的變化，最終須添加酸鹼液以控制pH值。近來，觸媒電極的產生使得電化學技術有了新的發展方向，因觸媒電極中的電子電洞對，可與水反應而產生大量的氫氧自由基(方程式如表1)，自由基可將有機污染物快速氧化成無害的水與二氧化碳，目前應用觸媒電極處理有機物污染(例如，農藥與界面活性劑等)已經有相當不錯的成效（Oturan,M.A.,2000；Lissens,G.etal,2003）。亦有研究將二氧化鈦應用於大腸桿菌的消毒作用，其有良好的殺菌效果（MinChoetal,2004）。表1、氫氧自由基生成與有機污染物降解方程式TiO2→TiO2(hvb++ecb－)式

7、(1)ecb－＋H2O→‧OH＋H+式(2)‧OH＋O2+CnOnH(2n-2m+2)→nCO2＋(n-m+1)H2O式(3)【Blakeetal.,1999】可用來作為觸媒的材料除了二氧化鈦之外，還有ZnO、Nb2O5、WO3、SnO2與ZrO2等氧化物，以及CdS與ZnS等硫化物，但其中仍以TiO2因具有強大的氧化還原能力、化學穩定度高及無毒的特性，因此最常被用來作為觸媒的基本材料（馬振基，2004）。多位學者進行TiO2光催化特性與應用之相關研究曾指出，TiO2的催化活性測試與反應重複性測試結果良好，證實TiO2於長時間的使用下，其活性並未隨時間而

8、降低（巫玉娟，2005），Rajkumar與Palanivelu的研究結果指出，