高科技廢水氟離子去除及接觸氧化法處理性能之探討 崑山科技大學環境工程系 　黃汝賢

綱　要 I.氟離子去除方法 離子交換法 　 基本原理 　 處理流程及技術 化學沈降法 流體化床結晶法

綱　要 II.接觸氧化法 　 基本原理 　 處理流程及技術

I. 氟離子去除方法

1.離子交換法基本原理 離子交換是利用固體物質表面藉由靜電力維繫之官能基(functional group)與溶液中相同電荷之離子交換，帶電荷之 離子自溶液中被除去，同時有相同當量(equivalent)之同種電荷之離子(來自被置換之官能基)被釋回溶液中。離子交換通常被用在去除或交換溶解狀的無機鹽類如重金屬之去除(heavy metal removal)及硬水之軟化(water softening)。

1.離子交換法基本原理 依交換之離子電荷種類來分可有陰、陽離子交換樹脂；又依其官能基之型式又有強(弱)酸(鹼)性之交換樹脂之分。 典型的交換樹脂之反應式如下頁所示，其再生之效率，一般而言，強酸及強鹼性交換樹脂只有30~50%，弱酸及弱鹼性交換樹脂則可接近100%。

交換樹脂之典型反應 1. 強酸性陽離子交換樹脂 (1) H型，使用HCl或H2SO4再生 2R-SO3H + Ca2+ (R-SO3)2Ca + 2H+ (2) Na型，使用NaCl再生 2R-SO3Na + Ca2+ (R-SO3)2Ca + 2Na+

交換樹脂之典型反應 2.弱酸性陽離子交換樹脂 (1) H型，使用HCl或H2SO4再生 2R-COOH + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2H+ (2) Na型，使用NaCl再生 2R-COONa + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2Na+

交換樹脂之典型反應 3. 強鹼性陰離子交換樹脂 (1) OH型，使用NaOH再生 2R-R'3NOH + SO42- (R-R'3N)2SO4 + 2OH- (2) Cl型，使用NaCl或HCl再生 2R-R'3NCl + SO42- (R-R'3N)2SO4 + 2Cl-

交換樹脂之典型反應 4. 弱鹼性陰離子交換樹脂 (1) OH型或自由基，使用NaOH、 NH4OH或Na2CO3再生 2R-NH3OH + SO42- (R-NH3)2SO4 + 2OH- (2) Cl型，使用HCl再生 2R-NH3Cl + SO42- (R-NH3)2SO4 + 2Cl-

1.離子交換法基本原理 所謂強酸性交換樹脂，乃因為其官能基是由強酸(通常是H2SO4)衍生而來，其交換之適用pH範圍廣；弱酸性樹脂其官能基是由弱酸(通常是 R-COOH或R-PO3H2)衍生而來，其適用之pH 範圍很窄，通常適用於pH大於7.5高鹼度之情況；強鹼性樹脂其官能基是由Type I或Type II的第四銨化物(quarternary ammonium group)所構成，其適用之pH範圍亦廣；弱鹼性樹脂之官能基則是由各級胺(amine)所構成，其適用之pH範圍窄，通常用在pH值小於7.0。

典型之陽離子交換樹脂之反應式 nR-A+ + Bn+ Rn-Bn+ + nA+ 反應式之平衡常數，通常稱為選擇性係數(selectivity coefficient)。

處理流程及技術 快砂濾預處理 之含氟廢水 ↓ 再生廢液 陰 (回收HF) 離 子 交 換 樹 脂 Cl-型 ↓↑ 再生劑(HCl) 處理水

2.化學沈降法基本原理 Hydrofluoric acid HF  F- + H+ Ka = 10-3.17 (1) CT = [HF] + [F-] (2) From eqs. (1) and (2) (3) (4) Nearly 100% ionized F- is formed when pH is maintained at greater than 6.0.

2.化學沈降法基本原理 Calcium fluoride CaF2(s) ⇌ Ca2+ + 2F- Ks0 = 10-10.3 (5) S 2S From eq. (5) S = solubility = = 2.32  10-4 mole/L = [Ca2+] (6) [F-] = 2S = 22.3210-4 mole/L (7) = 4.6410-4 mole/L = 4.64  10-4 mole/L  19000 mg/mole = 8.8 mg/L

重要觀念 CaF2(s) ⇌ Ca2+ + 2F- Ks0 = 10-10.3 (5) Precipitation occurs when Q > Ks0 where Q = [Ca2+]actual[F-]2actual If Q is too much larger than Ks0, nucleation predominates (i.e., too many small nuclei) If Q is relatively larger than Ks0, particle growth predominates (i.e., relatively larger particles)

處理流程及技術

3.流體化床結晶法 基本原理 處理流程及技術

II.接觸氧化法基本原理 接觸曝氣法乃是將曝氣槽內之接觸材料浸於水中，並在槽內充分曝氣，使流入的廢水充分攪拌循環流動，而與接觸材料相接觸。經一段時間後，接觸材料表面開始附著微生物而形成生物膜，因此，接觸曝氣法為利用該生物膜在好氧性狀態下吸附、氧化廢水中有機物的處理方法。

II.接觸氧化法基本原理 本法與旋轉生物圓板法、滴濾池法同為生物膜法(附著生長式)的一種，惟本法係於水中強制曝氣，因此其構造及生物培養方式為介於活性污泥法與滴濾池法之中間型的處理方法。

處理流程及技術 進流廢水→接觸曝氣槽→沈澱池→出流水 ↓ 剝落污泥 限制條件：高無機鹽類、高油脂濃度(尤其是礦物油)、高SS濃度 反沖洗時機及方法