| 姓名 |
黃志文(Chih-Wen Huang)
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畢業系所 |
環境工程研究所在職專班 |
| 論文名稱 |
利用數位影像分析及導電度建立量測硫酸銅廢液濃度方法之研究
(Using the digital image analysis and electric conduction to establish the method for measured sulfuric acid copper concentration in waste liquid.)
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| 摘要(中) |
摘要
傳統之化學混凝沉澱法用來進行重金屬廢水處理時，過程中必須投入大量的片鹼、液鹼、混凝劑、助凝劑甚至重金屬捕集劑等化學藥劑，不但藥劑費用龐大，而且衍生出大量的有害性重金屬污泥還有後續的處理流程，極不符合環保經濟原則。若使用循環式電解法處理重金屬廢水，電解之後的回收酸可再利用於廢水廠酸化處理單元，電解之後產出的廢銅管也有回收再利用的價值，整個處理過程到結束幾乎是零廢棄物。但是電解過程中，由於重金屬濃度持續在改變，以目前的重金屬檢測方法例如分光光度計檢測法或火焰式原子吸收光譜法等等，從採樣到分析結果耗時費工，無法提供立即且準確的數據，電解的參數條件因缺乏立即性的重金屬濃度，所以無法做有效率的設定和控制，易造成設備做虛工浪費處理成本。
本研究以實廠廢高酸循環電解設備為對象分批採樣，利用拍攝裝置截取樣品的數位影像分析 RGB值、利用火焰式原子吸收光譜儀測得樣品銅離子濃度，結合導電度以多元線性迴歸法分析建立迴歸模式量測法。後續的樣品只要由裝置取得 RGB值加上導電度值，代入方程式後能提供快速且準確的硫酸銅廢液濃度給現場操作人員參考，作為調整設備處理條件設定之依據。
研究結果顯示電解硫酸銅廢液的處理過程中，在開始電解時因電解槽內殘餘的銅粉混入新的廢液中，所以銅離子濃度出現上升的趨勢，在經過約4~5小時達到最高濃度即開始呈現遞減狀態，平均每小時銅離子濃度約降低1 g/L，廢液顏色變化亦從藍色轉變成綠色，最後變成黃褐色結束。驗證硫酸銅廢液 RGB及導電度進行分析推估銅離子濃度效果良好，未來可與自動監控技術結合，即時獲得廢液濃度，作為電解處理自動控制參數條件的依據並應用於預警訊息的通報，可增加電解處理的穩定性，降低回收處理成本、延長耗材使用壽命和改善電解品質不佳等等問題。
關鍵字：分光光度計、火焰式原子吸收光譜、 RGB、多元線性迴歸 |
| 摘要(英) |
Abstract
Traditional chemical coagulation method used for heavy metal wastewater treatment, must adding a great quantity of Caustic Soda Flake, Sodium hydroxide, coagulate agent ,flocculating agent or chelating agent of heavy metal ,etc. Caused pharmacy costs of huge consumption, produce a great quantity of harmful heavy metal sludge and subsequent processing. Extremely discrepant to principles of environmental economic. When using circulating electrolysis method to treatment of heavy metal wastewater, after electrolysis recovered acid can be reused in the wastewater treatment plant’s acidification process unit. And after electrolytic produced copper tube has the value of recycling. To the end of the whole process nearly zero waste. But the electrolysis process, due to the concentration of heavy metals in continuous change. The current heavy metal detection methods such as a spectrophotometer assay or flame atomic absorption spectrometry, etc. From sampling to analytical results is time-consuming work, unable to provide immediate and accurate data, unable to provide immediate and accurate data. Due to lack of immediate concentration of heavy metals in the electrolytic parameters can not be set to establish the conditions, cause the equipment to make virtual workers and consume disposal costs.
This study used waste high acid cycle electrolysis equipment in real factory for the batches sample objects, the use camera apparatus to interception sample digital image and analysis of RGB values, using flame atomic absorption spectrometer measured sample concentration of copper ions, combined conductivity by multiple linear regression method to establis regression model measurement method. Subsequent samples by the equipment obtained RGB values and conductivity values into the formula to provide fast and accurate waste sulfate copper concentration for site operators to refer for as an adjustment equipment processing condition setting basis.
The research results show that the electrolytic treatment process of sulfate copper waste liquid, due to the electrolysis cell residual waste copper powder with infusion new waste liquid combined, caused copper ion concentration appear upward trend. After about 4 to 5 hours to reach highest concentration than start appear to diminishing status, average hourly copper ion concentration was reduced by approximately 1 g / L. Waste liquid color change is from blue into green, and finally become brown end. Verification using RGB and conductivity conducted analysis of sulfate copper to estimate the concentration of copper ions to good effect. Future combined with automatic monitoring technology can be instant access to the waste liquid concentration, for electrolytic equipment processing to basis of automatic control parameter conditions and applied to the warning message notification. Increase the stability of the electrolytic process, reduce the cost of recycling ,prolong the life of supplies and improve electrolysis of poor quality,etc.
Keywords: UV-VIS-NIR, AA, RGB, Mulitiple Regression Analysis |
| 關鍵字(中) |
★ 分光光度計
★ 火焰式原子吸收光譜
★ RGB
★ 多元線性迴歸 |
關鍵字(英) |
★ UV-VIS-NIR
★ AA
★ RGB
★ Mulitiple Regression Analysis |
| 論文目次 |
目錄
中文摘要 ………………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………………… ii
誌謝 ………………………………………………………………… iii
目錄 ………………………………………………………………… iv
表目錄 ………………………………………………………………… vi
圖目錄 ………………………………………………………………… vii
第一章 前言…………………………………………………………… 1
1.1 研究緣起……………………………………………………… 1
1.2 研究目的……………………………………………………… 2
第二章 文獻回顧……………………………………………………… 3
2.1 PCB製程廢液之種類及危害………………………………… 3
2.2 重金屬廢水處理回收技術之現況…………………………… 4
2.3 電解處理重金屬廢水設備之原理…………………………… 6
2.4 水中重金屬濃度之量測原理與方法………………………… 8
2.5 數位影像原理與水處理之應用……………………………… 10
2.5.1 數位影像原理………………………………………………… 10
2.5.2 影像訊號在水處理之應用…………………………………… 11
2.6 光學頻譜種類與應用………………………………………… 12
第三章 研究方法……………………………………………………… 15
3.1 研究內容與流程……………………………………………… 15
3.2 整理硫酸銅廢液特性………………………………………… 17
3.3 整理吸收光譜及水中導電度原理…………………………… 18
3.4 整理拍攝水樣影像裝置之設計與建置……………………… 19
3.5 建立硫酸銅濃度量測之方法………………………………… 20
3.6 實驗流程……………………………………………………… 20
第四章 結果與討論…………………………………………………… 22
4.1 硫酸銅廢液特性整理結果與探討…………………………… 22
4.1.1 硫酸銅廢液分類……………………………………………… 22
4.1.2 硫酸銅廢液處理方法………………………………………… 22
4.1.3 小結…………………………………………………………… 23
4.2 吸收光譜及水中導電度原理整理結果與探討……………… 24
4.2.1 吸收光譜原理………………………………………………… 24
4.2.2 水中導電度原理……………………………………………… 25
4.2.3 小結…………………………………………………………… 26
4.3 拍攝水樣影像裝置之設計與建置整理結果與探討………… 27
4.3.1 影像裝置之設計與建置……………………………………… 27
4.3.2 小結…………………………………………………………… 29
4.4 建立硫酸銅廢液濃度量測方法結果與探討………………… 29
4.4.1 硫酸銅廢液採樣分析結果…………………………………… 29
4.4.2 迴歸模式之規劃及硫酸銅濃度推估驗證…………………… 34
4.4.3 小結…………………………………………………………… 39
第五章 結論與建議…………………………………………………… 40
5.1 結論…………………………………………………………… 41
5.2 建議…………………………………………………………… 41
參考文獻 ………………………………………………………………… 42
附錄一 各批次硫酸銅廢液採樣分析記錄…………………………… 44
附錄二 各批次迴歸模式演算數據…………………………………… 52
表目錄
表2-1 PCB製程廢液種類及特性…………………………………… 3
表2-2 光學頻譜種類與應用………………………………………… 13
表3-1 PCB工廠廢液分類與處理方式……………………………… 17
表3-2 UV-VIS-NIR分光光度計規格表…………………………… 19
表4-1 第一批推估硫酸銅濃度推估結果…………………………… 35
表4-2 第二批推估硫酸銅濃度推估結果…………………………… 37
表4-3 第三批推估硫酸銅濃度推估結果…………………………… 38
表4-4 第四批推估硫酸銅濃度推估結果…………………………… 39
圖目錄
圖2-1 電解處理重金屬廢水設備圖……………………………………… 7
圖2-2 24位元的RGB顏色模型…………………………………………… 11
圖2-3 光學頻譜圖………………………………………………………… 12
圖3-1 研究流程圖………………………………………………………… 16
圖3-2 實驗流程圖………………………………………………………… 21
圖4-1 硫酸銅廢液電解處理流程………………………………………… 23
圖4-2 Beer-Lambert Law吸收光路徑示意圖…………………………… 24
圖4-3 吸收光譜定量分析圖……………………………………………… 25
圖4-4 拍攝水樣影像裝置之設計外觀…………………………………… 27
圖4-5 拍攝水樣影像裝置之設計內裝…………………………………… 27
圖4-6 NI Vision Assistant界面功能操作流程說明……………………… 28
圖4-7 第一批電解硫酸銅廢液濃度隨時間變化………………………… 30
圖4-8 第二批電解硫酸銅廢液濃度隨時間變化………………………… 31
圖4-9 第一批電解硫酸銅廢液導電度隨時間變化……………………… 31
圖4-10 第二批電解硫酸銅廢液導電度隨時間變化……………………… 32
圖4-11 第一批電解硫酸銅廢液吸光度隨時間變化……………………… 32
圖4-12 第二批電解硫酸銅廢液吸光度隨時間變化……………………… 33
圖4-13 第一批電解硫酸銅廢液 RGB值隨時間變化…………………… 33
圖4-14 第二批電解硫酸銅廢液 RGB值隨時間變化…………………… 34 |
| 參考文獻 |
參考文獻
H. A. Aziz, M. N. Adlan and K. S. Ariffin, “Heavy metals (Cd, Pb, Zn,Ni, Cu and Cr(Ⅲ)) removal from water in Malaysia: Post treatment by high quality limestone”, Bioresource Technology, 99, 1578-1583 (2008).
N.D. Lourenco, UV spectra analysis for water quality monitoring in a fuel park wastewater treatment plant, Chemosphere 65, pp. 786-791,(2006).
Electrometals Technologies Limited，Treatment of copper sulphate pickling and etchant solutions, pp. 1-15,(2005).
M. S. Lee, J. G. Ahn, J. W. Ahn, 「Recovery of copper , tin and lead from the spent nitric etching solution of printed circuit board and regeneration of the etching solution」, Hydrometallurgy, 70(1-3), pp.23-29, (2003).
D. Chen, G. Shen, K. Tang, and Y. Qian, 「Large-scale synthesis of CuO shuttle-like crystals via a convenient hydrothermal decomposition route」, J. Cryst. Growth, vol.245, pp.225-228,(2003).
Vaillant, S., M. F. Pouet and O. Thomas, “Basic Handling of UV for Urban Water Quality Monitoring,” Urban Water, Vol. 4, pp. 273-281, (2002).
Kim, Y. K. , Riu D. H., Kim S. R. and Kim B. I.「Preparation of shape-controlled copper oxide powders from copper-containing solution」, Mater. Lett.,54(2-3), pp.229-237, (2002).
X. Jiang, T. Herricks, and Y. Xia, 「CuO nanowires can be synthesized by heating copper substrates in air」, Nano Lett.,vol.2, no.12, pp.1333-1338, (2002).
李後昆、葉俊克、陳志耕，「廢水回收處理案例分享」，南亞電路板，(2012)
劉倚汎，「以光學影像連續監測銅廢水化學沉降之技術發展」，(2009)。
TPCA，「廢印刷電路板處理的常用方法」，台灣電路板協會，(2009)。
游佩蓉，「利用UV-VIS-NIR吸收光譜同步量測水中SS、有機物及重金屬之研究」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2009)。
胡紹華，電路版業之含重金屬污泥資源化處理之研究，國立成功大學資源工程研究所，博士論文，2007
鄭禹祥，「COD、SS及流量即時自動監測系統之發展與建立」，
國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2007)。
陳信豪，「應用廢水水質自動監測系統於污水處理廠操控之研究」
國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2007)。
廖憶華，「以光學頻譜分析定性及定量廢水水質特性之研究」，國立中央大學環境工程研究所碩士論文，(2006)。
行政院環境保護署，「工業區專用下水道系統操作及營運管理，自動監測系統之研發計畫」(2006)
鄭柏左，「色彩理論與數位影像」，新文京開發出版股份有限公司，(2004)。
經濟部工業局編印，「印刷電路板業資源化應用技術手冊」，台北(2002)。
侯萬善、鄭建南，「廢水重金屬回收技術考察」，中技社，(2002)。
環境保護署，「重金屬檢測方法總則 NIEA M103.01C」，(2002)。
朱昱學，「電路板工廠含銅清洗廢水回收處理技術」，中技社，(2002)。
周珊珊、廖啟鐘、彭淑惠，「重金屬廢液回收處理技術」，工業污染防治，第二十卷，第四期，pp.166-186，(2001)。
李德修，彩色影像分類和檢測框法在電路板元件檢測上的應用，國立交通大學機械工程系碩士論文，（1999）。
經濟部工業局編印，「電路板業回收設備選用手冊」，台北市(1995) |
| 指導教授 |
廖述良
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審核日期 |
2013-7-29 |
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