电混凝技术应用於微藻收集与浓缩【摘要】.pptVIP

電混凝技術應用於微藻收集與濃縮 摘要 電凝技術應用直流電將廢水中微粒之電性中和，以及應用犧牲電極解離金屬 離子之凝聚吸附作用，將廢水中微小顆粒凝聚後再經浮除、過濾或沉降程序從水 中分離，已應用於工業上如染整廢水、工業區污水廠等應用實績；電凝技術於飲 用水微藻去除之前處理作業，眾多研究單位亦進行長期之研究。本研究利用電混 凝來凝聚微藻細胞，促進其沈降功能。將高濃度微藻通過直流電電場，將微藻表 面電荷中和，同時應用鐵犧牲陽極，將微藻造成絮團（flock），達到濃縮目的， 以探討電凝作用於高濃度微藻濃縮之可行性。經由實驗結果顯示，應用海水所培 養之擬球藻，應用1 V 低電壓於450 C/g-algae 之操作條件下，電凝處理後經由慢 混（20 rpm 磁石攪拌10 min），經由過濾或沉降可達90%以上採收率。電凝處 理後以過濾方式採收微藻，濾液之鐵離子含量僅10 ppm。以微藻濃度500 mg/L 之培養液其電凝採收操作之耗能為0.07 kWh/m3，驗證應用電凝技術應用於高濃 度微藻濃縮之可行性。 一.前言 微藻成長過程應用太陽光為能量，吸收空氣中二氧化碳，同時應用溶解於水中之氮、磷等微量元素成份成長。因此能降低大氣中二氧化碳及具有水質淨化功能，同時微藻藻體成長快速，含有高量碳水化合物、礦物質、維生素等成份，能作為動物飼料、肥料、能源及營養食品等眾多用途。 但微藻因粒徑小，比重與水近似，因此微藻收集濃縮不易。微藻普遍存在自然水體中，容易進入淨水廠取水站，造成取水工程的困擾，如濾材堵塞或產生異味，因此微藻的收集去除是給水工程的一大課題。健康食品用途之微藻採收以離心脫水為主，後續以噴霧等方法乾燥處理，採收成本過高，不適用於水處理、微藻生物能源等產品單價低的產業。 微藻藻體帶有負電荷，微藻成長繁殖過程因表面電荷彼此相斥，於水中成懸浮狀以得到最佳生長環境；同時微藻比重與水近似以及懸浮方式生長，如以傳統沉澱方式去除須有極大操作面積及長停留時間。如以傳統過濾方法處理，因粒徑小因此須用細微孔徑濾膜，阻抗大因此過濾通量小，操作及設備成本高。 電凝法是一種以鐵、鋁等犧牲金屬為陽極，於直流電電場環境下，將微藻電性中和，同時犧牲金屬電極解離產生金屬離子，能將廢水中微小粒子電中和及凝聚成較大顆粒，再經沉降、浮除、過濾或離心去除，已實廠應用於工業區污水場廢水處理，成效良好（1、2）。 但傳統上常應用高壓直流330V 及高電流40A之高壓脈衝之操作條件以達到良好氧化還原能力及浮除效果，因此其操作成本及設備安全性等要求等級高，因此不利於此技術推廣。 同時由氧化還原半反應方程式得知，氯離子為其電位E0=1.36V，氫和氧之反應電位E0=1.23V（5），過高電位將造成O2、Cl2等非必要的氧化反應，造成電力浪費及二次污染。 本研究所採收微藻其培養液含有約3％NaCl，因此初步以9V 直流電作用下，在正極附近發現氣泡生成，並有刺鼻味道產生，推測因為電流過高與高濃度氯離子發生氧化反應而產生氯氣，氯氣溶解於水中會造成PH 下降，破壞藻細胞壁將細胞質溶出，降低微藻採收率，影響後續水回收利用回收水質。 微藻電凝採收僅需要將藻體凝聚功能，陽極之鐵電極在通電過程中會發生氧化解離，而釋出亞鐵離子，而因為施加電位高於亞鐵離子氧化電位，因此亞鐵離子會進一步氧化為鐵離子(Eq 1-2)，鐵離子解離於水中可將藻細胞表面電荷中和與凝聚藻細胞功用。 Fe(s)=Fe2+ + 2e- E0=0.44 V? Eq 1. Fe2+ =Fe3+ + e- E0=0.77 V? Eq 2. 因此本研究應用直流電壓，低於氯離子反應電壓操作條件進行實驗；另經由初步實驗得知若電壓低於0.5V，則電流過低，僅0.005A，須要過長時間達到微藻電性中和及解離金屬離子。因此本計畫以低電壓1V 之操作條件下，應用鐵金屬為犧牲電極，將鐵離子解離與微藻凝聚，不產生其他額外如氯離子氧化反應；同時應用濾材將藻體與水分離，以探討應用電混凝技術於微藻收集與濃縮之可行性。 二、實驗設備與方法 本研究應用不同濃度藻液、不同作用時間之條件下，探討微藻類之電凝採収處理技術。進行微藻電凝後顯微鏡觀測比較，探討不同電量及不同濃度之採收率、單位耗能等操作條件。 計畫實驗所應用藻種、研究設備、實驗方法如下: 1. 藻液製備 擬球藻液來源為本單位培養之擬球藻 (Nannochloropsis oculata)，Size：2～3μm，以F/2 medium 培養基培養約一週(對數生長期之末期)進行採收實驗，其濃度為400-1000 mg/L，pH＝8.4，界達電位(Zeta potential)=- 0.215 mV。 2. 微藻顯微鏡觀查 微藻影像觀測顯微鏡使用三眼干涉位相差光學顯微鏡，其型號為NIKONECLIPSE 80I