臺灣大學環境工程學研究所學位論文
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本研究目的為藉由升高水井厭氧環境之ORP，分析水井在不同ORP環境中之水質、菌相及腐蝕程度之變化，以釐清不同ORP環境下對金屬腐蝕之影響。 根據水質分析結果顯示，升高ORP後，造成水質參數pH值之升高、硫化物之減少及硫酸鹽之增加，降低了水質的腐蝕度。且由總TOC利用率之上升及硫酸鹽還原消耗TOC率之下降，說明非SRB異營菌在高ORP的環境，取代SRB成為環境之優勢菌；加上硫酸鹽還原率(SRR)也隨之降低。證明ORP的升高造成SRB失去優勢。 由菌相分析結果顯示，低ORP環境，有利於SRB生長，以SRB為優勢菌群。高ORP環境，因曝氣所溶入之溶氧，造成非SRB之異營菌大量生長，使SRB對有機碳之利用，競爭不過異營菌，使得SRB失去優勢。 最後在腐蝕程度分析結果顯示，電化學方面，水質所測得之腐蝕電流，隨ORP之升高而降低，表示腐蝕程度之減少。但升高至-220(mV)以上時，出現硫氧化菌之生長，加上生物膜中尚存在少許之SRB，造成硫氧化菌之氧化腐蝕及SRB之厭氧脫硫腐蝕同時進行，使得碳鋼片腐蝕的更為嚴重。 本研究證實利用分生方法在厭氧腐蝕診斷，確實為一相當有利之工具，可順利觀察出不同條件下的菌相，包括不同ORP、不同金屬表面，甚至無法分離純化培養者。本研究亦成功建立不同ORP之菌種資料庫，可作為日後研發分子生物快速診斷方法之基礎。
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含氯有機化合物被廣泛使用於工業中，但常因處理或儲存不當而污染土壤及地下水，其中三氯乙烯為污染場址中最常見且含量最高之污染物，而傳統之生物及物化處理方法各具有其優缺點，若要改善各方法之缺失，其中一種可能之方式為將生物及物化方法結合，故本研究擬試以將具有還原脫氯能力之菌種與零價金屬合併處理三氯乙烯。 試驗分別以氫自營菌、零價鎳金屬及兩者合併等三種方法進行三氯乙烯之處理，並提供氫氣做作為電子供給者。結果顯示提供氫氣能增進生物之脫氯反應，將三氯乙烯完全脫氯為烷類，無含氯之中間產物生成；亦能增加零價金屬之還原反應速率，降解速率隨金屬添加量而增加；氫氣亦可減少金屬離子之解離，解離量約為沒有氫氣條件下之0.4倍，唯缺點為仍有少量氯乙烯之累積。 生物及金屬兩者合併後在本批次實驗條件下對三氯乙烯之脫氯速率較金屬及氫自營菌個別脫氯要快，但由於氫細菌與零價金屬同時利用氫氣，造成氫氣供應量不足，因此反應速率與零價鎳金屬差異不大；鎳金屬所產生之氯乙烯有再被生物脫氯之現象，可見兩者合併後對脫氯效果具有加成作用。但本批次試驗之缺點為反應受到氫氣供應量不足之限制，所增加之績效不大。 以固定化技術將零價金屬包埋為顆粒狀，在微量金屬包埋後對三氯乙烯仍具有脫氯之效果，故金屬之包埋在未來進行連續流試驗時具有可行性。
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中文摘要 過量的氟離子會對人類或水生生物造成傷害。隨著半導體業的快速發展，如何經濟而有效的處理半導體業產生的大量氟系廢水已成為環工界值得重視的問題。目前最經濟的氟系廢水處理方式為鈣鹽沈澱法，但由於此法須加入過量的鈣鹽，故會大幅升高放流水的硬度。 本論文利用電膠羽浮除法去除水中過量的氟離子，並就其主要去除機制、各種水質參數及電荷負荷對其去氟效果的影響，以及動力模式等方面進行探討。最後再將鈣鹽沈澱法與電膠羽浮除法結合，處理高濃度的含氟廢水。 研究結果顯示：共沈澱反應為鋁鹽混凝去除氟離子的主要機制，當氫氧根離子與鋁離子的莫爾濃度比值（
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摘要 本研究將腐植質以DAX-8樹脂分離成親水性與疏水性水樣，進行UF薄膜外加電場掃流過濾程序，並且於3種不同膜孔大小之薄膜及施加4種電場強度下進行實驗操作，於未施加電場的情況下，親水性水樣的通量衰減大於疏水性水樣，薄膜膜孔大者通量衰退程度大於膜孔小者，腐植質去除率方面是膜孔小者去除率高，親水性水樣則因較易積垢反而使去除率高於疏水性水樣，以阻力串聯分析積垢情形，發現親水性水樣主要造成不可逆積垢，而疏水性水樣則是可逆與不可逆積垢較為平均，故在清洗操作上，疏水性水樣與親水性水樣相較，更具工程應用優勢。 於施加電場的情況下過濾腐植質，過濾通量隨電場強度增加而增高，薄膜積垢阻力藉由施加電場所引起電泳動作用有效減少，分析積垢形式發現電場作用使親疏水性水樣之總積垢阻力均可減少，去除率方面隨電場增高而提升，顯見電泳作用使膜面腐植質濃度降低，因此能提高薄膜對NOM的去除，但即使於高電場強度作用下，去除率仍與薄膜膜孔大小高度相關，顯示於外加電場程序下，膜孔大小仍是影響去除率高低的重要因素，但施加電場能輔助提高去除率；不同親疏水性水樣於外加電場程序的表現不論是減緩積垢進而增加過濾通量或是提升去除效率的表現，都是疏水性水樣比較優異，與粒子電泳動試驗比較，發現疏水性水樣粒子電泳動能力較高，推論粒子電泳動能力與薄膜外加電場程序之成效具正相關性，結論是此薄膜外加電場程序適合處理電泳動能力較高的疏水性水樣，可以明顯提高過濾通量及去除效率，且就總淨出水量加以評估，疏水性水樣則較親水性之水樣可有效增加，故對原水中之腐植質成分含疏水性NOM比例較多之情況下，更顯外加電場之UF薄膜過濾應用潛力。 關鍵字：天然有機物、親疏水性、外加電場薄膜程序、膜孔大小
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本研究目的為探討 Wautersia eutropha 在自營脫硝狀態下，脫硝反應與PHB累積行為之相關性。該菌株已經證實在好氧環境及脫硝反應行無氧呼吸件下，均可大量累積PHB。 本研究以矽膠管反應槽與血清瓶進行批次特性試驗，結果顯示當Wautersia eutropha 進行脫硝反應時以氫氣作為能源、碳酸氫鹽及二氧化碳作為碳源。該菌株會先將硝酸鹽降解為亞硝酸鹽，之後再將亞硝酸鹽轉化為氮氣，為兩階段式的反應途徑。此外，Wautersia eutropha 在進行脫硝作用時，若菌體內有PHB累積，則會優先利用PHB作為碳源，造成反應初期細胞內PHB含量降低。批次試驗至亞硝酸鹽脫硝末期，已有少量的PHB合成；在脫硝反應結束後，該菌株才開始快速合成PHB。本研究最高之PHB累積量達污泥乾重之5.7 %，遠小於異營狀態下之累積量。脫硝反應結束後停止供氫，菌體不僅停止合成PHB，還會降解PHB作為菌株生存之能源及碳源；系統一旦恢復供氫，菌體即回復PHB之合成作用。 在初始C/N比為1時，可獲得良好的比脫硝速率（0.15 mg-N d-1 mg-1-biomass），此時最佳的比PHB合成速率為0.002 mg-PHB d-1 mg-1-biomass。改變不同基質濃度負荷（固定初始C/N比為1），在基質負荷濃度為300 mg/l時，有最佳之比脫硝速率。而改變基質負荷則對最終PHB累積量不會造成明顯的影響。 氨氮較硝酸鹽適合作為 Wautersia eutropha 細胞合成之氮源，添加氨氮則有助於提升菌體濃度，並提高脫硝速率及PHB合成速率。
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根據許多研究報告指出空氣中存在的離子會對人體健康產生影響，在現代的生活環境中，空氣離子的濃度亦可直接反應出環境中空氣污染的程度。文獻中指出空氣負離子對人體健康具有正面效益。本研究進行都市區空氣離子的現地量測，包括室內與室外的噴水造景之正負離子濃度的分析，以建立相關的資料。另一方面，本研究利用霧化器以水滴破碎的機制來產生空氣負離子，探討各種操作因子與空氣中產生的負離子濃度之關係。 都市噴水造景地區之背景空氣離子濃度偵測地點一共有四處，包含台北縣政府大樓一樓、永和仁愛公園空地、遠企大樓後門、及信義路與松壽路交叉口，空氣負離子平均濃度為641 ~ 1,131 ions/cm3。其中在鄰近道路的環境中會因運輸交通等人為活動發達，空氣中正離子濃度比負離子濃度大，而空氣正負離子的濃度比值約為1.1。而在永和仁愛公園空地中，因為較少汽機車排放污染的干擾，環境中的負離子濃度比正離子濃度高出許多，空氣負離子濃度約為正離子的3.7倍，其空氣正負離子的濃度比值就僅有0.27。都市噴水造景取樣點包含台北縣政府大樓室內水幕、永和仁愛公園水幕、遠企大樓門口噴泉、及信義路與基隆路交口的噴水池，所產生的空氣負離子平均濃度在38,320 ~ 263,863 ions/cm3，其中以遠企大樓噴水池所量測到的空氣負離子濃度最為高。 實驗室架設霧化系統以模擬水滴破碎產生空氣負離子的機制，分別以二個霧化水源及三個不同壓力，依序在五個不同的距離位置進行量測。研究結果顯示，霧化水源愈純淨所產生的空氣負離子濃度愈高，純水霧化後的空氣負離子濃度約為自來水的3.4 ~ 16.4倍。當霧化壓力愈大時所產生的空氣負離子濃度愈高，例如霧化壓力30 PSI霧化時所產生的負離子濃度比霧化壓力20 PSI的高出約3.6 ~ 8.7倍。
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本研究以某火力發電廠為研究對象，統計空氣污染防制設備之操作維護費、淨投資利息及折舊等，計算得該電廠五年（1998-2002年）平均空氣污染防制總成本為292百萬元。另外，本研究利用階層隨機取樣方式，分別抽取基隆七個行政區共500位市民進行空氣污染改善願付價值之問卷調查，經統計迴歸推估結果為每位基隆市民每年願意支付528元，以改善空氣品質。又以本問卷所得之空氣品質改善願付價值先經物價調整後，再作空氣污染社會成本效益移轉，計算空氣污染社會成本為PM10每公噸社會成本為11,265元，NOX每公噸社會成本為17,611元、而SOX為112,118元，甲電廠空污防治效益五年（1998-2002年）平均為774百萬元。最後利用成本效益分析方法計算得本個案電廠五年（1998-2002年）平均空氣污染防制效益成本比為2.65。
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生命週期評估可以考量某一特定產品的所有階段與所有面向的環境衝擊，因此對於環境化設計而言，這是一項重要的工具。儘管生命週期評估被廣泛的應用，但是，仍有許多不足之處亟待改善。其中一項，就是生命週期評估的權重過程，仍然無法有標準化的步驟。過去所常用的權重評價方法，多半偏向主觀認定，不僅必須費時費力的進行問卷調查，不同的生命週期評估案例間也因為給定權重的受訪者不同，得到的權重也不同，造成案例間進行比較的困難。 為了解決這個問題，本研究設計了一套客觀獲取權重的方法—「環境指標基準加權法」(additive weighting method based on environmental indicators, AWBEI)。透過因子分析與多屬性決策當中的簡單加權法，將環境指標數值簡化成權重，以客觀的權重，代替原先國外專家設定的主觀權重，並藉此凸顯空間差異性。從概念上而言，就是由製造某產品所產生的相同環境負荷，在不同的環境現況下，將會有不同意義的環境衝擊。 本研究同時也進行了兩個案例研究，一個是國內咖啡機的生產，另一個是LCD綠色供應鏈的全球佈局，不僅說明了這套權重方法能應用在生命週期評估的本土化，更能應用於供應鏈的國際佈局，同時也說明的這套新架構的可行性、實用價值以及適用時機。
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以零價鐵顆粒去除地下水水中污染物質，如多氯乙烷或氯乙烯，已受到廣泛研究與運用。本研究嘗試將不同界面活性劑加入溶液中製備穩定的奈米鐵懸浮液。如此，處理地下水污染物時，可以鑿井注入方式將奈米鐵懸浮液注入地下水層中，增加傳輸效果，任其擴散至定點，以處理地下水中之含氯碳氫化合物。 研究中使用連續流方式自行製備奈米零價鐵顆粒，並於管線中加入不同之界面活性劑後，探討鐵顆粒在懸浮液中的穩定效果。在界面活性劑的選擇方面，實驗發現市售清潔劑比文獻中常見之界面活性劑SDS (sodium dodecyl sulfate)可使奈米鐵顆粒達到更好的懸浮效果，且對環境之危害較小。實驗結果顯示製備奈米鐵顆粒之原料硫酸亞鐵及硼氫化鈉在濃度為0.009M及0.053M時，生成的奈米鐵顆粒粒徑較小且可達到較好的懸浮效果。實驗於連續流裝置中加入濃度6936 mg L-1市售清潔劑可大幅提升奈米鐵顆粒的懸浮效果且顆粒粒徑經過TEM 顯微鏡觀察約40-150 nm。 實驗最後進行奈米鐵顆粒之土柱貫穿試驗，暸解奈米鐵顆粒於50公分土柱中之傳輸效能。實驗得知約50 %之奈米鐵顆粒貫穿土壤管柱。
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近年來對於各污染源對各地方的貢獻量之方法，主要是以污染源及受體點的採樣，經由物化分析後，再配合各種受體模式去推估污染源對受體點的貢獻量，此方法涉及大量化學分析，費時且成本高，因此，本研究分別挑選移動性污染源(柴油車)與固定性污染源(電弧爐煉鋼廠)微粒直接利用單一顆粒的鑑定方法，藉由電子顯微鏡微影技術建立排放源微粒之圖譜系統，並藉碎形模式的使用，計算出微粒二維之獨特碎形參數，最後配合化學分析方法，進而得到單一污染微粒之資料庫。由本研究主要貢獻，為建立起兩種不同排放源單一顆粒物化特性資料庫，可提供未來研究不明污染微粒之比對基礎。 從SEM微影圖顯示11部柴油車所排放柴油黑煙微粒型態都非常的相似，大部分皆為塊狀或鏈狀的聚集體，粒徑介於100~1000 nm之間，在碎形分析研究中，挑選出柴油車黑煙微粒聚集體之SEM10萬倍微影圖進行碎形模式分析，框架選取為65×65~80×80像素，得到平均碎形參數值介於0.225~0.359間，碎形維度則為1.641~1.775間，若與標準樣品(柴油動力計)之碎形維度(1.626~1.806)做比對，是落於一個合理的範圍內。於不同柴油車碎形參數比較中，得到當柴油車排氣量增加時，聚集體碎形參數值則有降低之趨勢;車齡增加時，碎形參數則有上升之趨勢;而里程數增加，碎形參數則沒有明顯的改變。 另外電弧爐煉鋼廠煙道微粒經由SEM顯微攝影可得到其微粒形狀複雜，有圓形、長柱形、三角錐型、多面體形等等，這些形狀都類似於金屬微粒之型態。然而，大部分電弧爐煉鋼微粒都以聚集體的型態出現，我們就利用碎形分析，框架選取為30×30~40×40像素，經統計得方法計算，得到碎形參數值介於0.469~0.633，平均碎形維度為1.449。 在單一顆粒EDS化學分析中，不同柴油車黑煙聚集體當其選取的粒徑越大，碳含量也隨之升高，顯示柴油車聚集體之化學組成主要以碳為主，除此之外，於分析中也發現黑煙微粒也含有重金屬的元素存在，如Fe, Zn, Mn, Cr元素。電弧爐煉鋼聚集體則分析出許多的元素(C, Na, S, Fe, Zn, Mn, Mg, Cr, Al等)，若依元素重量百分比分類，聚集體則以Fe, Zn金屬元素為主要組成。 關鍵字:單一顆粒鑑定、柴油車、電弧爐煉鋼、碎形維度、化學分析