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年度	112	專案性質	實驗性質
專案類別	模場試驗	研究主題	整治
申請機構	國立高雄大學	申請系所	土木與環境工程學系
專案主持人	袁菁	職等/職稱	特聘教授
專案中文名稱	建立具環境韌性及有效性之電化學地質氧化技術整治系統-含氯有機物污染地下水現地模場試驗
中文關鍵字	韌性整治, 含氯有機物, 地下水, 電化學地質氧化技術
專案英文名稱	0
英文關鍵字	0
執行金額	2,825,000元
執行期間	2024/1/1 至 2025/12/31
計畫中文摘要	本計畫為【建立具環境韌性及有效性之電化學地質氧化技術整治系統-含氯有機物污染地下水現地模場試驗】之第一年計劃，應用電化學地質氧化技術進行含氯有機物污染地下水場址整治之研究，第一年度計劃研製Mn-Fe/Al 電極及氧化劑緩釋錠，進行實驗室尺度整治試驗，探討其電極及氧化劑緩釋錠壽命與有效範圍，再將其結果放大後進行現地之整治，改變操作條件及試驗參數之影響，更針對電極井位配置系統優化，進行研究以評估整治效能及成本效益。在本年度的研究計畫中，已完成Mn-Fe/Al 複合金屬電極的最佳化製備，其參數包括電鍍電壓2.2V，電鍍時間2 小時，pH 控制在3，使用3M 的氯化銨作為電解液，以及5:95 的鐵錳莫耳比例；這些參數能確保電極具備高效的催化活性，並能在土壤與地下水環境中生成自由基，以分解三氯乙烯。此外，為了延長氧化劑在整治過程中的作用時間並避免過量投藥，本計畫製備了PMS(過硫酸鹽)緩釋錠。實驗表明，使用1g PMS 製備的緩釋錠擁有最佳的緩釋效果，其能在210 小時以上保持未完全崩解。進行TCE 降解試驗結果顯示，當電位坡降設為1V/cm、使用1mM PMS1 時，Mn-Fe/Al 氧化電極可以在24 小時內降解超過95%的TCE，顯示此參數組合的高效性。在模擬持續有外來污染源試驗中，在系統反應48 小時後，通過添加0.1 mg/L 的TCE 以模擬污染源的進入，此反應系統在96 小時時仍可維持90%以上的降解率；通過二次添加TCE 降解效果仍能可達到90%以上，顯示本計畫所製備之氧化劑緩釋錠具有延長整治效期之優勢。於有效半徑試驗期間，每周監測兩次ROS(活性氧物質)的擴散效果，結果顯示ROS 濃度在30 天時於2.43 公尺下游井位濃度達到43.6 mM，並顯示濃度持續上升趨勢，於3 公尺以上的下游井位ROS 濃度範圍在8.3 至16.5 mM；藉由緩釋錠的緩釋效果使得ROS 濃度於測試30 天期間，均能維持在0.5 至1.7 mM 之間，顯示本計畫的氧化劑設計在延長整治效期上具備實際應用價值。現地模場整治試驗中，使用Mn-Fe/Al 電極進行降解TCE 的實驗中，當電位坡降設置為0.1 V/cm，並使用2mM PMS 進行為期22 天的試驗，將EKR7 井位的TCE 濃度從接近管制標準的0.048 mg/L 降低至0.019 mg/L，降解率達到60.6%；試驗進行至第35 天時，TCE 濃度進一步降至0.011mg/L，降解率提升至78%，顯示此電極的應用可有效縮短整治時間，且整體降解效率相較於前一年使用Fe/Al 電極提升了約20%。綜上所述，本年度計畫達成預期目標，包括Mn-Fe/Al 電極的製備最佳化、PMS1 緩釋錠之最適製備參數、氧化劑緩釋錠有效性試驗以及現地模場的整治試驗參數等。
計畫英文摘要	This project represents the first year of "Establishing an in-situ electrochemical geooxidation remediation system with resilience and efficiency- A field site test for groundwater contaminated with chlorinated organic compounds". By integrating traditional electrokinetic methods with advanced oxidation processes, prepared Mn-Fe/Al electrodes, and slow-release oxidant tablets are aimed at in-situ remediation trials to evaluate electrode performance, oxidant longevity, and effectiveness in subsurface environments. Key achievements included optimizing Mn-Fe/Al composite electrodes, with preparation parameters of 2.2V plating voltage, 2-hour deposition time, pH of 3, 3M ammonium chloride electrolyte, and an iron-to-manganese molar ratio of 5:95. These parameters facilitate high catalytic activity, enabling radical generation in soil and groundwater matrices to degrade TCE to CO₂ and H₂O. To extend oxidant efficacy and minimize over-dosing, the project prepared PMS (peroxymonosulfate) slow-release tablets, with results indicating that 1g PMS tablets maintained structural integrity beyond 210 hours, ensuring prolonged oxidant availability. Degradation trials showed that under a voltage gradient of 1V/cm and with 1mM PMS, Mn-Fe/Al electrodes achieved over 95% TCE degradation within 24 hours, highlighting the efficiency of these parameters. In simulations of continual contaminant influx, adding 0.1 mg/L TCE after 48 hours and monitoring up to 96 hours, the degradation rate sustained above 90%, suggesting the extended remediation period afforded by the oxidant tablet. The field test included weekly monitoring of ROS dispersion. Results demonstrated that after 30 days, ROS concentrations at 2.43 meters downstream reached 43.6mM, with a consistent upward trend. Concentrations at locations beyond 3 meters ranged from 8.3 to 16.5 mM, with ROS levels in the dosing well maintained between 0.5 to 1.7 mM, affirming the sustained release capability of the PMS tablets. In the pilot field test using Mn-Fe/Al electrodes for TCE degradation, a voltage gradient of 0.1 V/cm combined with 2mM PMS was applied over 22 days. The TCE concentration at well EKR7 decreased from 0.048 mg/L, near regulatory limits, to 0.019 mg/L, achieving a degradation rate of 60.6%. By day 35, TCE concentration further reduced to 0.011 mg/L, with a degradation efficiency of 78%. This demonstrates that Mn-Fe/Al electrodes significantly shorten remediation times and enhance efficiency by approximately 20% compared to Fe/Al electrodes used previously. In summary, this year’s project successfully met its objectives, including the optimized fabrication of Mn-Fe/Al electrodes, the establishment of optimal PMS tablet preparation parameters, the verifying oxidant efficacy and release characteristics, and the developing of remediation parameters for field trials.