化水點金的重金屬回收技術

化水點金的重金屬回收技術 (Metal Recovery From Wastewater)
國立臺灣大學環境工程學研究所 李儂

水稻是台灣地區的重要主食，而「水」則是農業發展中最為重要的資源，台灣地區總用水量中農業用水便占了 78%，然而這些我們賴以維生的農作物卻因為灌溉渠道遭受汙染每年損害面積高達 1,159 公頃至 36,991 公頃，其中以工廠不當排放廢水所造成的汙染為大宗。

廢水中若含有重金屬物質則會經由灌溉使得毒物累積至土壤中，導致水稻之生長環境改變，水稻經由吸收而轉移、累積重金屬毒質於稻體上，輕微者破壞稻株使稻作生長不良，嚴重者則可能受毒質汙染隨著人們食用米飯時一起吃下肚；因此，回收廢水中之重金屬降低其對稻作之危害，並且有效再利用重金屬物質為現階段非常重要的議題。

市面上常見、商用化的重金屬回收技術有 :

1. 金屬置換
2. 結晶
3. 蒸發
4. 離子交換
5. 螯合樹酯
6. 擴散透析
7. 電解沉積
8. 電透析
9. 逆滲透
10. 超過濾

其中值得注意的是電解沉積法不僅可以將電鍍水洗水中的重金屬回收，更能減少水洗用量、廢化學品排放量以及有效降低廢水產生量，是目前市面上常見且最經濟的金屬回收方法之一。

圖一 電解沉積法操作單元示意圖（參考文獻 4）

電解沉積法屬於電鍍技術的一種，一完整的電解沉積系統應包含三個主要部分：電解槽、整流器與抽送馬達。電解槽內設置多對陰、陽交錯的電極，如圖一所示，每一對電極皆經由與匯流排的連接而施加電壓，系統施加電壓以後溶解於水中的金屬陽離子因庫倫力被吸引，因而向陰極靠近進而被還原於電極表面，隨著電極表面所沉積的金屬量逐漸上升，電解沉積系統的反應速率會逐漸的降低，直到廢水中的金屬離子不再沉積於電極表面，我們便可將電極自電解槽中移出，並回收電極上所析出的金屬。其中，電解沉積法的效能與電極的置換與保養有很大的關係，在特定的操作環境下，經由電解沉積法所回收之金屬成份甚至可近似於原料品質，可以重複再利用。

由於氧化還原反應會同時發生，因此在陰極表面還原出金屬的同時，電解槽中的陽極表面也會有氧化作用產生；例如廢水中含有氰化物，則氰化物會先在陽極氧化成氰酸鹽，然後進而氧化成二氧化碳與氮氣。

然而電解沉積法有一些技術適用性上的問題，此法常用於回收金、銀、銅、鎘與鋅等金屬，其中金與銀的還原電位較高使其回收效果最為顯著，然而電鍍工業中常用的鉻卻無法使用電解沉積回收，金屬鎳則是需要控制其pH變化方能有效回收。且為了達到最好的金屬回收效率，電解沉積法較適用於高濃度的廢水中，因此我們常選擇電鍍系統中的靜置水洗槽廢液處理之。

由於不同的金屬離子有著不同的還原電位，因此我們可以靠著操作電壓的不同，概略性的選擇欲回收之金屬，但若要回收高純度之單一金屬仍須倚靠電解槽中電極之選擇性來達成，因此電極材料之表面改質以達選擇性效果則是另一重要的課題。

參考文獻

1. 林浩潭。工廠排放廢水對水稻之危害－植物保護圖鑑系列 8。行政院農業委員會動植物防疫檢疫局。台北市。
2. Bloch, Laura. Metal Recovery and Wastewater Reduction Using Electrowinning, EPA Region 9, San Francisco, CA.
3. 廢水金屬處理回收技術簡介。 http://ebooks.lib.ntu.edu.tw/1_file/moeaidb/012553/a03b042.pdf
4. 電解沉積法回收重金屬與廢水減量。 http://ecaaser3.ecaa.ntu.edu.tw/weifang/water/電解沉積法回收重金屬與廢水減量.pdf