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  1. 技術簡述
  2. 技術重點
  3. 技術應用

Fenton家族廢水高級氧化處理技術
Fenton Family - Advanced Oxidation Technologies for Wastewater Treatment

一、技術簡述

Stastic Chart picture 目前有很多產業的廢水處理場，需增設廢水高級處理單元才能達到當地政府的放流水標準，至今已發展的廢水高級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， 成為應用時的一大缺點。 自1994年起以Fenton氧化法產生 ·OH (hydroxyl radical) 的原理為基礎，開發改良低污泥的廢水高級氧化處理技術， 我們稱此為Fenton家族（Fenton Family）高級氧化處理技術。

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   Fenton法反應的pH值一般約在3∼4。
  5. 反應時間
  6. 溫度等。

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FentonⅡ）、電解還原-Fenton法（簡稱FentonⅢ）、至流體化床-Fenton法（簡稱FentonⅣ）。

下圖為Fenton家族高級處理技術發展歷程，FentonⅢ及FentonⅣ分別為目前高濃度與低濃度廢水的重點低污泥處理技術。

Fenton家族高級處理技術發展歷程 Fenton system developing chart

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： COD＝ 200 mg/L 處理至 COD＝100 mg/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 ~ 95 20 ~ 75 20 ~ 50 30 ~ 60 65 ~ 85 70 ~ 90 70 ~ 90
設備成本
( 萬元 / m3 )		 0.5 ~ 1 0.225 ~ 0.375 0.05 ~ 0.125 0.5 ~ 1 0.05 ~ 0.125 0.125 ~ 0.375 0.0625 ~ 0.175
操作成本
( 元 / m3 )		 3.75 ~ 8.75 3 ~ 10 0.75 ~ 3.75 6.25 ~ 8.75 2.5 ~ 6.25 1 ~ 3.75 2 ~ 3.75
操作成本
( 元 / kgCOD )		 37.5 ~ 87.5 25 ~ 100 7.5 ~ 37.5 62.5 ~ 87.5 25 ~ 62.5 20 ~ 37.5 25 ~ 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％


下圖為Fenton家族處理技術的應用方式，其中電解還原-Fenton法(FentonⅢ)適用于高濃度生物難分解廢水(COD>1000mg/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(FentonⅣ)適用於低濃度生物難分解廢水(COD<1000mg/L， 一般用於COD<500mg/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。

Fenton家族處理技術的應用方式 Fenton system flow

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二、技術重點

1、電解還原-Fenton法

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。
三價鐵還原二價鐵

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+又可直接于陰極還原成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。

對高濃度COD廢液(COD>1000mg/L)而言，電解還原-Fenton法的處理效果往往優於 Fenton法，這可能是因為Fenton法氧化有機物的後段中間產物多是簡單的有機酸(如醋酸、草酸、甲酸)，·OH 對這些分子態有機酸的反應速率較低， 尤其當水中存在無機離子(如PO43-、Cl-、HCO3-)時，無機離子便會與 ·OH 產生競爭反應而使得COD去除率降低。但在電解還原-Fenton系統中， 有機酸會電離成離子態，便大大的提高了有機酸與. OH的反應速率。

電解還原-Fenton法處理各種高濃度COD廢液的處理結果
廢 水 來 源 處理前COD(mg/L) 處理後COD(mg/L) COD去除率(％)
化工廠油墨廢液 74601 2387 96.8
化工廠HEXA廢水 29640 38 99.9
電鍍廠化學鎳廢水 27870 1942 93.0
手工造紙廠黑液 30880 347 98.9
乳膠廠AN廢液 5800 564 90.3
化工廠樹脂廢水 2480 358 85.8
人纖廠RG廢水 24900 619 97.5
工專實驗室廢液 23900 4780 80.0


Fenton III處理槽外觀
Fenton III處理槽外觀

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2、流體化床-Fenton法

流體化床-Fenton系利用流體化床的方式使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， 此方法的示意圖如下圖所示。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去除率提升。

流體化床-Fenton法的示意圖 流體化床-Fenton法的示意圖

重慶理文造紙有限公司流體化床-Fenton處理槽
Fenton Ⅳ處理槽外觀

Fenton家族技術設計重點
項 目 說 明
電解還原-Fenton處理槽
  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、回流比
流體化床Fenton處理槽
  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、回流比
  4. 加藥方式、位置和用藥比率
  5. 處理槽的體積、形狀、高度

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 ~ 1000 H2O2 + Fe2+ → ·OH + OH- + Fe3+ 同相反應，鐵污泥多，且亦受雜質干擾
電解還原-Fenton法
(FentonⅢ, Fered-Fenton)		 1000 ~ 50000 Fe3+ + e- → Fe2+ ,
H2O2 + Fe2+ → ·OH + OH- + Fe3+		 電解還原Fe(Ⅲ)使其迴圈再利用，鐵污泥減量80%
流體化床-Fenton法
(FentonⅣ, FBR-Fenton)		 50 ~ 1000 H2O2 + 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%

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三、技術應用產業

Fenton家族技術可應用的產業包括：

  1. 石化業廢水：主要用於生物前處理。
  2. 化工業廢水：可用于高COD各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各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：可用于高COD各股廢水如清洗劑、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：可用于高COD各股廢水如顯影廢液、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. 制藥、皮革業廢水：用於生物前處理和生物處理後的水質把關。

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