磁鐵化法（Ferrite Process，簡稱FP）已被用於處理含重金屬之廢水多年，相關研究已指出，此法不僅能將法規所管制之重金屬捉附於尖晶石結構中，其產生之污泥亦符合毒性特性溶出程序（Toxicity Characteristic Leaching Procedure，簡稱TCLP）標準。相較於傳統之中和沉澱法，FP所產生之尖晶石污泥不但易於固液分離且無須後續固化程序。此尖晶石結構物為磁性材料，可應用於如導盲磚、磁性標誌、電波吸收材、吸附劑……等資源化物品。因此，本法被用於處理較高濃度之重金屬實驗室廢液之潛力十足。

本研究即嘗試以磁鐵化法處理重金屬系實驗室廢液，以傳統式、二段式及三段式磁鐵化法處理混雜十種重金屬離子之廢液，期探討磁鐵化程序之最佳反應條件。控制變因包括溫度、pH值、亞鐵加藥量及反應時間。處理成效之依據為必須經磁鐵化法處理後之上澄液中，重金屬濃度全部符合「放流水標準」之法規管制值；而且產生之污泥經「TCLP試驗」後，須低於有害事業廢棄物認定標準之重金屬管制值，則獲判為一般事業廢棄物。

傳統式反應中，乃於固定溫度及pH值條件下進行，結果顯示，除了Cd及Hg之外，幾乎所有重金屬於傳統式磁鐵化法後，其上澄液皆遠低於環保署公佈之87年放流水標準；污泥毒性特性溶出程序（TCLP）部份，除了Cd、Cu及Pb有較高的溶出外，其餘的重金屬離子皆可符合現今之環保法規。此外，為找出上述傳統式反應中較難處理的重金屬離子（Cd、Cu及Pb）之最佳反應條件，吾人以傳統式磁鐵化法分別處理含Cd、Cu、Pb之單一重金屬廢液，結果發現，Cd、Pb的最佳pH值為7，反應溫度70℃以上均差不多；Cu的最佳pH值為10，反應溫度須80℃以上效果較好。

二段式反應中，是以Cd、Pb、Cu個別離子之最佳反應條件為基準而設計，結果顯示，較難處理的幾種重金屬已明顯降至接近法規標準。以Cd的TCLP為例，處理後重金屬的濃度從傳統式磁鐵化法的數十~數百mg/L，經由二段式反應後，大幅降低至10 mg/L附近。

三段式反應中，是以A、B、C、D（註）的條件任選三組串聯排列找出最佳之反應組合，其中每一段反應均為40分鐘，結果顯示在反應程序為：(1)70℃，pH=9 (2)90℃，pH=9 (3)80℃，pH=10的條件下，所有重金屬皆能符合現今之法規標準。

＜註＞：A：70℃，pH＝7（Cd、Pb的最佳處理條件）；B：80℃，pH＝10（Cu的最佳處理條件）；C：90℃，pH＝9（據實驗之經驗發現較高反應溫度所產生之污泥顆粒較大，污泥品質可能較佳）；D：70℃，pH＝9 （據文獻所載pH＝9為最有利於亞鐵經由Ferrite Process形成尖晶石的條件，70℃為適當的反應溫度）

Ferrite process (denoted by FP) has been used for treating the waste-liquid containing heavy metal for many years. Related researches have shown that this method could catch the heavy metal regulated by environmental law into the structure of spinel, and sludge from FP also conformed the standards of toxicity characteristic leaching procedure in EPA of Taiwan. On comparing with neutral precipitation of conventional method, spinel’s sludge produced in FP had an ease separation of solid-liquid and no need of solidification in further treatment. These spinel, belonged to the magnetic material, could be used for applications such as brick of blinder guide, magnetic symbol, absorber of electric wave and adsorbent. Therefore, this method has a great potential for treating the waste containing heavy metal in laboratory.

This study was to investigate the optima conditions in removal of heavy metal in waste liquid in laboratory by using the FP of conventional, two and three stage. All experiments, including one ion and ten ions heavy metal mixed in a solution, were conducted in a batch- type reactor for total concentration of 2000 mg/L heavy metals. The major parameters included temperature, ferric ion dosage, aeration intensity and pH. The performance of treatment in FP was judging by that the concentration of all heavy metals in filtered solution and the heavy metal containing in sediment sludge should be below the regulations of effluent standards and TCLP standards.

In conventional one stage of FP experiments performed at constant temperature and pH, the residual concentration of heavy metals in filtered solution was below the effluent standards except of Cd and of Hg; in results of TCLP showed that higher dissolvion of Cd, Cu and Pb leached from sediment and the rest ions of heavy metal passed the regulations. Thus, we conducted individually for Cd, Cu and Pb to find the optimal conditions. The optimal pH of 7 and temperature above 70 ℃ for Cd and Pb and the optimal pH of 10 and temperature above 80 ℃ for Cu were obtained. They were be used for combination of process in various stage to achieve the goal of treatment performance.

After the combination of two and three stage reactions, three stage reactions in series was the only selection in removal of ten heavy metals performed by FP. As a result, the sequences were in the following: (1) 70℃, pH=9 (2) 90℃, pH=9 (3) 80℃, pH =10 , and the reaction period was 40 min for each stage.

目 錄
頁數
謝誌……………………………………………………………………I
中文摘要………………………………………………………………II
Abstract………………………………………………………………IV
目錄……………………………………………………………………VI
表目錄…………………………………………………………………VIII
圖目錄…………………………………………………………………IX

第一章 前言……………………………………………………………1
1-1研究緣起及目的……………………………………………………1
1-2研究內容……………………………………………………………2

第二章 文獻回顧………………………………………………………3
2-1重金屬系廢液處理之相關研究……………………………………3
2-2 磁鐵化法之理論基礎與相關研究 ………………………………5
2-2-1 磁鐵化法之理論基礎 …………………………………………5
2-2-2 磁鐵化法之相關研究 …………………………………………5

第三章 研究架構及實驗方法…………………………………………12
3-1無機重金屬系實驗室廢液之模擬…………………………………12
3-2 流程圖 ……………………………………………………………14
3-3反應器………………………………………………………………17
3-4 分析方法 …………………………………………………………18
3-5 傳統式Ferrite Process處理實驗室廢液之操作效能…………18
3-6 以多段式反應處理重金屬系實驗室廢液之研究 ………………19
3-6-1 二段式反應……………………………………………………19
3-6-2 三段式反應 ……………………………………………………21

第四章 結果與討論……………………………………………………23
4-1傳統式磁鐵化法……………………………………………………23
4-2難處理重金屬反應條件之研究……………………………………37
4-2-1傳統式Ferrite Process處理Cu、Pb、Cd之最佳條件………39
4-3以多段式反應處理重金屬系實驗室廢液之研究…………………45
4-3-1 二段式反應 ……………………………………………………45
4-3-2 三段式反應 ……………………………………………………49

第五章 結論……………………………………………………………55

參考文獻 ………………………………………………………………58
附錄A　…………………………………………………………………62
附錄B　…………………………………………………………………94
附錄C …………………………………………………………………127


表目錄
頁數

表1-1 廢液分類順序表………………………………………………1
表3-1 模擬廢液藥品清單……………………………………………13
表3-2 二段式反應程序表……………………………………………20
表3-3 三段式反應程序表……………………………………………22
表4-1 國內重金屬之管制標準………………………………………24
表4-2 重金屬氫氧化物的第一解離常數……………………………27
表4-3 pH值對Cu處理成效之影響……………………………………40
表4-4 反應時間對Cu處理成效之影響………………………………41
表4-5 溫度對Cu處理成效之影響……………………………………42
表4-6 加藥量對Cu處理成效之影響…………………………………43
表4-7 單一重金屬廢液處理之最佳化條件…………………………44
表4-8 二段式實驗數據（上澄液）…………………………………47
表4-9 二段式實驗數據（TCLP）……………………………………48
表4-10 三段式實驗數據（上澄液……………………………………50
表4-11 三段式實驗數據（TCLP………………………………………51
表4-12 三段式最佳反應程序表………………………………………53


圖目錄
頁數

圖2-1 形成磁鐵化尖晶石之物化條件圖……………………………6
圖2-2 磁鐵化尖晶石結構示意圖……………………………………8
圖2-3 磁鐵化尖晶石立方體結構示意圖……………………………9
圖3-1 傳統式Ferrite Process流程圖 ……………………………14
圖3-2 二段式Ferrite Process流程圖 ……………………………15
圖3-3 三段式Ferrite Process流程圖 ……………………………16
圖3-4 磁鐵化杯瓶試驗反應器結構示意圖…………………………17
圖4-1 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Cd的效應（TCLP）…………………………………………29
圖4-2 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Pb的效應（TCLP）…………………………………………30
圖4-3 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Cu的效應（TCLP）…………………………………………31
圖4-4 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Cd的效應（上澄液）………………………………………34
圖4-5 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Hg的效應（上澄液）………………………………………35
圖4-6 十種金屬模擬廢液中pH、加藥量、溫度及反應時間
對Cr的效應（上澄液）………………………………………36
圖4-7 曝氣量對Cu的效應……………………………………………37
圖4-8 曝氣量對Zn的效應……………………………………………37
圖4-9 pH值對Cu處理成效之影響……………………………………40
圖4-10 反應時間對Cu處理成效之影響………………………………41
圖4-11 溫度對Cu處理成效之影響……………………………………42
圖4-12 加藥量對Cu處理成效之影響…………………………………43
圖4-13 pH值對Cr處理成效之影響……………………………………45

參考文獻

1.李公哲，“區域性學校實驗廢污處理之規劃”，第十二屆化學工業安全與環保研討會論文集，桃園石門山，八十九年七月。
2.黃榮通等，“化學工程系實驗室廢液之調查研究”，高雄科學技術學院八十七年六月。
3.沈克恆譯，“大學化學”，科技圖書公司。
4.Anon , “Encyclopaedia of chemical science” , Princenton Van Nostrant , p.533 , 1964.
5.Lapedes , D.N. “Dictionary of scientific and Technical Terms” , New York , McGraw-Hill , p.674 , 1974.
6.Lewsaca , R.M. “Monitoring of Heavy metals in Philipping Rivers Bay Waters and Lakes” symp. proc. Int. conf. Heavy Metals Environ , Toronto , p.285~307 , 1975.
7.Burrell , D.C. “Atomic Spectrometric Analysis of Heavy Metal Pollutants in water” , Ann Arbor , Michigan , Ann Arbor science Publishers , p.19~45 , 1974.
8.駱尚廉、葉振珠，“COD廢液以化學沉降法處理之研究”，中國土木水利工程學會第七屆廢水處理技術研討會論文集，民國71年。
9.曾迪華、葉仁博，“電鍍廢水化學沉降處理之污泥產量與特性研究”，中央土木研究所研究報告，民國76年。
10.駱尚廉，“以電化學法去除溶解性汞、銀、鉛、鎘之研究”，台大環工所博士論文，民國72年。
11.楊岳軍，“離子交換在重金屬廢水處理之應用”，重金屬廢水處理研討會，工研院化工所，民國78年。
12.Norman N.Li. , Sc.D. , “Recent Developments in Separation Science” , Vol.8 , 1978.
13.頤樺科技公司，“衛生局檢(實)驗室廢水處理設備說明”，1993。
14.陳俊瑜等，“實驗室安全衛生環保管理手冊”，黎明工專八十六年。
15.W.Feitknecht , Z.Electrochem. , 63 , 34~43 , 1959.
16.N.Nojiri , N.Tanaka , K.Sato and Y.Sakai , “Electrolytic Ferrite Formation System for Heavy Metal Removal” , J.WPCF , 52 , No.7 , 1898~1906 , 1980.
17.奧田胤明，石原敏夫，“フエライト法による重金屬廢水の處理”，NEC技報，Vol.37，No.9，1984。
18.桂敬，玉蒲裕，寺田博，“磁氣分離方式による實驗液の處理”，工業廢水，pp.16~29，昭和52年。
19.Y.Tamaura , P.Q.Tu , S.Rojarayanont and H.Abe. , “Stabilization of Hazardous Materials into Ferrites” , Water.Sci.Tech. , 23 , 399~404 , 1991.
20.陳文泉，“重金屬廢水鐵氧磁體法處理之基礎研究”，成功大學碩士論文，民國81年。
21.黃契儒，“電鍍廢水鐵氧磁體化及前處理研究”，成功大學碩士論文，民國82年。
22.宋宏凱，“電鍍廢水鐵氧磁體法及其安定性之研究”，成功大學碩士論文，民國83年。
23.王月鳳，“重金屬離子之鐵氧磁體化研究”，成功大學碩士論文，民國84年。
24.吳海山，“鐵氧磁體化法處理不?袗?酸洗廢水”，成功大學碩士論文，民國87年。
25.Masao Kiyama and Toshio Takada , “The Hydrolysis of Ferric Complexes. Magnetic and Spectrophotometric Studies of Aqueous Solutions of Ferric Salts” , Bulletin of the chemical society of Japan , Vol.46 , 1680-1686 , 1973.
26.Masao Kiyama , “Conditions for the Formation of Fe3O4 by the Air Oxidation of Fe（OH）2 Suspensions” , Bulletin of the chemical society of Japan , Vol.47 , 1646-1650 , 1974.
27.Tadao Kanzaki、Jun-ichiro Nakajima、Yutaka Tamaura and Takashi Katsura , “Formation of Zn-bearing Ferrite by Air Oxidation of Aqueous Suspension” , Bulletin of the chemical society of Japan , Vol.54 , 135-137 , 1981.
28.Masao Kiyama , “The Formation of Manganese and Cobalt Ferrites by the Air Oxidation of Aqueous Suspensions and Their Properties” , Bulletin of the chemical society of Japan , Vol.51 , 134-138 , 1978.
29.陳德源，“鐵酸鹽化法處理實驗室重金屬廢液之研究”，淡江大學碩士論文，民國80年。
30.梁開忠，“鐵酸鹽化法處理實驗室重金屬廢液產生污泥之特性研究”，淡江大學碩士論文，民國80年。
31.Ken Kaneko、Katsumori Takei、Yutaka Tamaura、Tadao Kanzaki and Takashi Katsura , “The Formation of the Cd-bearing Ferrite by the Air Oxidation of Aqueous Suspension” , Bulletin of the chemical society of Japan , Vol.52 , 1080-1085 , 1979.
32.吳在賢、蔡敏行等，“電鍍廢水Ferrite化處理之研究”，國科會專題研究計劃研究報告，民國81年。