• 學位論文

纖維素分解菌馴養對於降解纖維素之探討

環境中富含著大量纖維素物質，分解纖維素的微生物透過產生纖維素分解酵素可將纖維素分解，並產生小分子的可溶性醣類，小分子醣類再經過發酵作用後產生發酵產物，發酵產物如氫氣及乙醇經過轉化後成為可利用的能源，若能將含量如此豐富的纖維素資源經適當處理後運用在生物性替代能源的開發上，可有效減輕目前所面臨的能源短缺問題，也能降低對於環境的汙染問題。 纖維素需透過外在力量斷鍵後才能分解成小分子醣類，因此本研究著重在如何增強纖維素被水解的效果。透過馴養大鼠盲腸內的菌群及不同動物的糞便菌群，選擇內含纖維素或 CMC 成分之合適培養基，分別進行批次馴養，藉由改變培養基組成、碳源成分及馴養條件等，找出最佳纖維素分解菌的馴養方式，以養出能穩定降解纖維素之菌群為主要目的。研究發現以初期經過活化前培養的牛糞便、大鼠糞便及大鼠盲腸菌群馴養最為成功，CMC 降解效果優於其他馴養測試，最大降解率都發生在馴養初期，牛糞便菌群的 CMC 最大降解率約為 75.5%；大鼠糞便菌群的 CMC 最大降解率約為 62.6%；大鼠盲腸菌群的 CMC 最大降解率約為 60.1%。 當馴養達到穩定階段後，為了判定是否馴養出具有分解纖維素能力之菌群，利用專一性引子針對內切型及外切型纖維素分解酵素進行測試，確定纖維素分解酵素的存在。根據 NCBI 比對結果，判定序列為Clostridium sp. Strain BNL1100，由於 Clostridium 菌屬具有降解纖維素功能，其中 Clostridium cellulolyticum 菌種的纖維素降解率甚至可高達 85% 以上，是纖維素分解菌的主要菌屬，從這一點可直接判斷馴養系統中纖維素分解菌群的存在，而偵測出外切型及內切型纖維素分解酵素這兩種功能性基因也能間接推斷纖維素分解菌群的存在。 為了找出最適合大鼠盲腸及牛糞便菌群的馴養環境，因此對於不同的溫度及 pH 值進行測試比較，透過降解能力優劣判斷馴養最適溫度及 pH 值。從實驗結果推論大鼠盲腸反應槽及牛糞便反應槽最適生長環境在pH 6.5 及 pH 7.5，而在 pH 7 時，降解率都有下降的趨勢，造成 pH 值在 6.5 至 7.5 之間產生先下降後上升的趨勢變化，可能原因為在此 pH 值範圍內發生菌群改變的現象。最適溫度則介於 35 至 40°C 之間，因此後續反應槽的操作條件可根據實驗結果調整成最適當的溫度及酸鹼值，使菌群利用 CMC 的效果提高。

• 學位論文

施用生雞糞之土壤中銅、鋅之型態變化及移動性

近年來農民大量開墾蘭陽溪上游河灘地與台地且施用大量生雞糞。由於生雞糞中含有重金屬銅及鋅，其濃度分別達到99.7 mg/kg及440.8 mg/kg，施用於農地後會有累積或溶出之虞，因此本研究針對重金屬銅及鋅利用序列萃取方式，了解重金屬於土壤中的型態，並利用動態模式模擬重金屬施用於土壤後型態的轉換及其移動，最後估計出最大的施用容許量。 蘭陽溪上游長期施用雞糞的河床地土壤測得的銅及鋅的濃度分別為154.9 mg/kg 及353.1mg/kg ，長期施用雞糞的台地土壤測得的銅及鋅分別為139.4 mg/kg及462 mg/kg，重金屬的濃度均超過台灣食用作物農地的監測標準（銅為120 ppm, 鋅為260 ppm），顯示農地有重金屬累積的情形。根據生雞糞序列萃取的結果顯示有53％的的銅及49％的鋅會與有機物結合。根據土壤農地的序列萃取結果顯示，在長期施用生雞糞的河床土壤有35％的銅會與有機物結合，長期施用生雞糞的台地土壤有40 ％的銅會與有機物結合，然而大部分的鋅會與土壤中的鐵錳氧化物結合。實驗室土壤管柱淋洗試驗之結果顯示，銅及鋅會從生雞糞上的有機結合態，轉換到土壤中的交換態、有機物結合態或是鐵錳結合態；或者是隨著灌溉水及入滲水移動而離開土壤系統中。因此土壤有機物質的分解會影響土壤中重金屬的移動。利用動態模式模擬出最佳的生雞糞土壤施用率為每年每平方公尺可施用1.35 公斤的生雞糞。

• 學位論文

都市污水處理廠之生命週期評估

污水處理廠是城市水管理的重要基礎，過去多著重於處理效率、操作維護便利及周遭環境影響，相對於能源使用、藥品投入以及廢棄物的產生等其它亦可能會造成環境衝擊之面向較少分析。本研究以金門地區金城污水處理廠作為研究案例，利用生命週期評估方法，將污水廠分為水處理系統及污泥處理系統，量化污水處理廠對環境之衝擊。亦針對金門地區污水與污泥再利用方案進行評估與分析，污水處理系統包含再生水應用於農業、再生水應用於城市；污泥處理系統包含污泥應用於農業、污泥焚化後能源回收以及污泥焚化後灰燼作為建材再利用。 　　本研究選用生命週期評估軟體SimaPro 7.1，盤查金城污水處理廠營運數據以及文獻報告，使用軟體內建Ecoinvent資料庫建立盤查清單，經由CML 2 baseline 2000衝擊評估方法量化污水廠之環境衝擊，最後針對研究結果進行敏感度分析及蒙地卡羅計算不確定性。 　　結果顯示，能源選用對污水廠有最顯著的影響，金城地區使用重油發電，占總衝擊之79%。再生水應用於城市時，雖然需增加三級處理系統，進而增加了55%之環境衝擊，但應用於城市時可減少原淨水處理所產生之環境衝擊，比起無再利用具有50%之環境效益。污泥處理系統方面，目前以掩埋方式處置，處理程序中仍以電力消耗為最主要之衝擊；污泥應用於農業可減少甲烷、一氧化二氮及硫氧化物生成，特別是全球暖化類別，可增加54%之環境效益；污泥經焚化處理所產生之衝擊最高，然而焚化後能源回收再利用，反而可減少86%之環境衝擊；污泥作為建材再利用，也考量焚化程序產生之能源再利用時，是環境衝擊最低的。

• 學位論文

廚餘再生方法之經濟效益評估-以樹林焚化廠服務範圍為例

近年來隨著物質普遍大眾化，導致大量消費、浪費的情形，根據環保署統計資料顯示，國民日常生活產生的垃圾中，廚餘約佔一般家庭垃圾量的20~30%。 經過研究顯示，廚餘含水份高，且鹽份也高，並不適合焚化處理。若送到掩埋場，將可能造成臭味及滲出水污染問題，也不合適。而另一方面，既然廚餘含有豐富的有機成份，若能回收再利用，不但可減輕垃圾處理壓力，達成「零廢棄」之永續發展願景，還能降低對環境的衝擊。 本研究主要以新北市樹林焚化廠的服務範圍為研究對象，利用生命週期成本分析法 (Life cycle cost analysis, LCCA) 估算各階段投入成本，並計算各再生方式所得之效益，最後比較益本比，藉由分析處理過程中每個階段的成本和最後的效益，幫助執行者能有效掌握和改善，進而提升台灣整體廚餘再利用效率，以期對後續廚餘再生發展有所貢獻。 成本及效益研究結果之益本比大小為養豬>自行堆肥>厭氧共消化，處理每公噸所耗費之總成本之大小為委外堆肥>厭氧共消化>自行堆肥>養豬，每公噸之廚餘再生可得之效益大小為養豬>自行堆肥>厭氧共消化。廚餘養豬為低成本且高效益之方法，但有防疫問題，另外廚餘自行堆肥受限於場地大小，未來要擴大發展之可能性低，因此厭氧共消化是值得發展的廚餘再生方式。

• 學位論文

自來水消毒副產物生成動力探討-以金門太湖淨水廠為例

金門太湖原水長期受到季節性藻華以及優養化的影響，造成水中溶解性有機物濃度偏高，使得三鹵甲烷、鹵乙酸及鹵乙腈等消毒副產物在加氯程序當中大量生成，影響後續飲用水的安全性，其中三鹵甲烷易於超過台灣環保署管制標準(THM4 80 μgL-1)。本研究探討太湖原水中消毒副產物經由消毒程序後之生成特性，並管制之碳系消毒副產物如三鹵甲烷、鹵乙酸及鹵乙腈、三氯硝基甲烷等微量氮系消毒副產物作為生成動力指標。在生成特性曲線結果中發現太湖原水使用不同加藥量的次氯酸鈉在相近的曝露值(CT值)時鹵乙腈在越低濃度消毒劑加藥條件下有越較高的生成量(每單位溶解性有機碳具1.57 μgL-1 HAN4產生量)之趨勢，使用越高劑量則有降解現象越明顯，且在低劑量消毒劑條件次氯酸鈉促使鹵乙腈生成量高於氯胺。同時，透過同位素氯胺搭配氣相質譜層析儀進行試驗，可發現二氯乙腈(Dichloroacetonitrile)，鹵乙腈水體中生成主要物種，其生成量隨氯胺曝露值線性相關，且水體氮源構成之鹵乙腈14N-DCAN在低氯胺加藥量下生成比例提高(在本研究中3 mg-Cl2L-1 劑量氯胺條件下14N-DCAN與15N-DCAN生成量比值約為48.8:50.2)。太湖淨水前中慢濾池處理程序可去除大部份前加氯過程所產生之鹵乙酸和鹵乙腈，隨不同處理程序下在單位溶解性有機碳也同時表現出不同消毒副產物生成潛勢和生成動力，說明處理程序水質之改變。在配水管網模擬試驗中結果發現總三鹵甲烷易於在管網停留時間24小時內大量生成(實際消毒池出流水模擬24小時生成量111.2 μgL-1)。總和結果說明使用前加氯和後加氯胺較易於控制配水管網中管制消毒副產物和部份微量氮系消毒副產物之生成。

• 學位論文

生質廢棄物沼氣發電建廠可行性評估-以雲林縣為例

雲林地區為本省畜牧業大縣，養豬業為雲林縣主要農業經濟收入之一，但其養豬廢水問題，不斷造成地方民眾陳情，也影響雲林地區水與土壤生態環境。因此本研究以廢棄物生質料進行再利用產氣發電研究，藉以改善豬糞生質廢棄物所造成的環境問題，落實永續再利用之觀念，將垃圾變黃金，評估豬糞回收再利用於生質發電利用效能與經濟效益方案，並規劃再利用標準流程，以得最佳效益。 本論文主要分兩部分：第一部分為投入之廢棄物量之產肥產電量及經濟效益分析比較，第二部分根據沼氣發電及沼氣提純2個方案進行沼氣再利用廠之可行性評估。研究結果顯示，以年投入8萬公噸原物料方案最佳，其沼氣發電年產電量可達428萬kWh，總熱能產量51萬kWh；另探討減碳效益，本研究結果以廢污水處理量計算，10萬公噸原物料之研究方案，減少廢污水處理量之減碳效益約1.9萬公斤的CO2；若以發電量計算，沼氣發電部分10萬公噸原物料之研究方案每年之減碳效益約285萬公斤的CO2，若以沼氣提純發電量計算，10萬公噸原物料每年之減碳效益約298萬公斤的CO2。

• 學位論文

產業減碳外部效益分析－以鋼鐵業為例

由於氣候變遷與溫室效應帶來的影響，現今如何落實溫室氣體減量工作已成 為重要課題。各國政府亦開始關切產業如何減少 CO 2 排放與訂定產業 CO 2 排放標 準之事宜。然而在產業製造產品產生排放的同時，部分產品於後續的應用能帶來減 碳效益。因此，欲探討產業的 CO 2 排放情形，不應只著重在產業製造產品產生的 排放，還應納入產品於應用時所帶來的減碳效益，以整體生命週期的觀點分析。本 研究將一產業產品之應用，對於整體生命週期帶來影響所產生的減碳效益，定義為 產業的「外部減碳」（enabled emission reduction, 簡稱 EER）。外部減碳有諸多用途。 過去談減碳策略多從單一部門規劃如何減碳，外部減碳能呈現 CO 2 排放於跨部門 的關聯性。此外，過去政策在訂定溫室氣體減量標準時，多針對產業內部產生的排 放訂定排放標準，外部減碳可使我們重新檢視對產業的 CO 2 排放限制。並且，外 部減碳能夠提供產業創新條例新的補助與獎勵思維。針對產業之外部減碳建立獎 勵機制能提供產業誘因，刺激產業研發更高效率產品，進而在產品應用時帶來更大 減碳效益。由於外部減碳之計算與量化可作為政府建立獎勵機制、重新檢視碳排標 準的依據。如此在計算外部減碳時就必須更加嚴謹，以避免企業算出來的外部減碳 過於浮濫的情形。目前國際已有鋼鐵業、化學業、高科技業計算其產品帶來之外部 減碳。然而這些報告計算之外部減碳，於部分案例可能有高估之情形。本研究嘗試 改善這些缺陷，建立一適當之篩選流程與評估、計算方法，以更嚴謹地評估外部減 碳。 本研究採用生命週期評估方法評估產品於生產時之 CO 2 排放與應用帶來之減 碳效益，並且建立外部減碳判定流程以做篩選評估。判定流程有三個重點，分別為 考量外加性、考量減碳效益之分配問題與考量反彈效應。案例分析中以鋼鐵業產品 示範如何計算外部減碳，同時驗證流程之可行性。高機能鋼（High Functional Steel, 簡稱 HFS）替代傳統鋼應用於汽車之案例結果顯示，製造 HFS 增加的排放為 17.9萬噸 CO 2 eq；HFS 應用於汽車之外部減碳為 48.7 至 54.4 萬噸 CO 2 eq，為製造 HFS 增加排放的 2.73 至 3.05 倍。而鋼鐵應用於風力發電之案例中，生產風機所需要鋼 鐵之排放為 32 萬噸 CO 2 eq；鋼鐵應用於風機之外部減碳則有 3,576 萬噸 CO 2 eq， 為生產鋼鐵排放的 110 倍。案例計算結果顯示，部分產業產品雖然於生產製造階段 增加排放，但其應用對於整個生命週期階段能帶來可觀的外部減碳效益。未來發展 減碳策略若能納入外部減碳思維便可更加完整與周全。

• 學位論文

台灣減碳策略下電力業之健康共同效益評估

近十餘年來，溫室氣體(Green House Gases, GHGs)排放所造成的全球暖化，衍生出經濟、社會、生態等多方面的環境問題，致使全球對於低碳排放發展策略（Low-Emission Development Strategies, LEDS）的發展方向已經趨於明朗。然而，過去溫室氣體與傳統空氣污染物多被視為兩個領域，單獨被分析或評估對環境造成的衝擊，但若依循減碳、低碳的策略前進，其所發展的技術與政策，不但減少了溫室氣體的排放量，同時也能直接或間接減少其餘空氣污染物的排放量，而致使空氣品質的改善，獲得健康效益。 台灣現有電力發電業的碳排占了整體超過六成的比例，又電力業也是傳統污染物排放的大宗。本研究利用TWIEA模式與AERMOD大氣擴散模型，建立起台灣電力業健康共同效益評估方法，評估當台灣施行現有減碳策略或更積極的策略下，電力需求的改變與發電結構的調整，是否能使電力業溫室氣體排放下降，也一併造成傳統汙染物(SOX、NOX、PM10)排放量改變，其產生的健康共同效益，以縣市別與全國來呈現結果。 結果顯示:若遵行現有的減碳策略，2020年是無法達成電力部門的減碳目標的，並且PM10的排放量會高過於2005年。唯有進行積極減碳的策略，2020年時方能在電力部門達成減碳目標，並讓SOX、NOX、PM10三種傳統汙染物總體排放量皆能下降，進而獲得較高的健康共同效益(相較既有策略提升15.6%)。此外，又因全國總排放量與全國總健康影響並非一定呈現正向關係，故透過縣市層級的健康共同效益評估方法會優於僅用國家層級的解析度。本研究中，若施行更積極的減碳策略，獲得較大實質健康共同效益的城市依序為:大台中市、大高雄市、基隆市、新北市、彰化縣與雲林縣。 關鍵字：電力業，減碳策略、傳統空氣汙染物、健康共同效益

• 學位論文

TFT-LCD 廢玻璃混合轉爐石產製輕質骨材及其特性研究

本研究以薄膜電晶體液晶顯示器(Thin-film transistor Liquid-crystal Display, TFT-LCD)廢素玻璃與煉鋼副產物轉爐石(Basic Oxygen Furnace slag, BOF slag)以實廠規模產製輕質骨材，研析熱處理溫度對輕質骨材物理特性及化學反應特性的影響，以評估利用TFT-LCD廢素玻璃及轉爐石為原料，是否可產出特性優良且符合商用標準之輕質骨材。 試驗結果顯示，隨熱處理溫度的增加，試體黏滯性玻璃包覆相的黏度將隨之降低，使玻璃化程度越趨完全。當輕質骨材玻璃化程度越高，其吸水率、體密度及容積密度則愈低。筒壓強度呈現先上升後下降之趨勢，當熱處理溫度介於1000°C－1020°C，隨著骨材表面玻璃化程度愈高，筒壓強度則愈高；當熱處理溫度高於1020°C，因孔隙增加及表面開始產生微孔隙，故輕質骨材可承受之強度開始下降。晶相析出量與種類隨著熱處理溫度增加而漸增，能使轉爐石中的游離氧化鈣與其他物質形成鈣長石(Al2CaSi2O8)、頑火輝石((Ca,Mg,Fe)Si2O6)、矽灰石(CaSiO3)與透輝石(CaMgSi2O6)之結晶相，可有效固定並降低73.11%的游離氧化鈣含量。經骨材冷卻段之晶相探討，當後段持溫溫度高於800°C以上時，則具有鹼矽反應(Alkali-silica reaction)特性之方石英(Cristobalite)晶相將隨持溫溫度及時間的增加而大量析出。如欲將產出之輕質骨材應用於輕質混凝土，於冷卻階段應將溫度迅速降低至800°C以下，避免產出方石英影響混凝土試體之耐久性。本研究所產出之輕質骨材，經鹼矽反應性試驗證實屬不具危害性(Innocuous)之骨材，且適用於結構用輕質骨材。當熱處理溫度為1030°C所產出之輕質骨材，體密度為1.37 g/cm3、容積密度為851.96 kg/m3、吸水率為1.12%及筒壓強度為11.98 MPa，除符合輕質骨材之商用規範外，更具有較低吸水率之優勢。 本研究以TFT-LCD廢玻璃混合煉鋼副產物轉爐石，利用圓盤造粒機及旋轉式窯爐成功產製出物理特性與化學反應特性符合商用規範之輕質骨材，並能有效降低游離氧化鈣含量。

• 學位論文

生物包埋技術提昇好氧環境之脫硝除氮效能

氮化物是造成水體優養化的主要因子，亦是推動水再生資源化利用的關鍵水質，過去並未嚴格管制，以致既有廢污水處理廠多未具備除氮能力，除非特別加設無氧/厭氧/好氧(Anoxic/Anaerobic/Oxic, A2O)設施或厭氧脫硝設備。隨著廢污水再生利用已成為國際上因應氣候變遷對水資源衝擊之調適策略，提昇廢污水處理廠之氮化物處理效能已是環境保育及水再生利用之關鍵課題。 本研究目的在改善傳統活性污泥槽之除氮功能，利用包埋生物技術製備固定式包埋生物污泥板(Entrapped Biomass Plate, EBP)，由於溶氧之質傳限制，能於單一槽體空間內製造A2O微體空間，同時達到硝化(Nitrification)與脫硝作用(Denitrification)，增進總氮(Total Nitrogen, TN)之去除效能，可提高水再生資源化之可行性。 研究方法透過假說(Hypothesis)設定，進行實驗設計與驗證，採實廠生活污水與工業園區廢水進行連續流攪拌反應試驗，探求各影響變因對硝化與脫硝反應之效應，如水力停留時間(Hydraulic Retention Time, HRT)、填充率(Packing Ratio, PR)、曝氣模式、添加鹼度(Alkalinity, ALK)、電子供應者(Electron Donor, ED)等，從實際污水試驗中優化控制變數，進而改善脫硝除氮效能。 研究結果顯示，EBP在HRT為6小時下即能有效處理實際生活污水之氮化物，在進流水NH3-N濃度21~30 mg/L，包埋生物量約7500 mg/L時 (PR=31%)，添加ALK與ED，放流水NH3-N濃度可降至1 mg/L以下，硝化率達98%，脫硝除氮率達58%，氮處理負荷量(NRC)可達 56 g TN/m3•d，EBP氮負荷(EWL)為8.7 g TN/kg•d。在HRT 12小時下硝化率達98%，脫硝除氮率達64%，SCOD亦有80%以上之去除率。驗證EBP能在單一槽體內同時進行除碳、硝化與脫硝反應。 而將EBP與傳統活性污泥程序(Activated Sludge Process, ASP)結合操作時，在HRT 12小時、添加ALK與ED、NH3-N進流濃度21~54 mg/L下之硝化率達99%，脫硝除氮率達70%，氨氮放流濃度介於N.D ~3 mg/L，總氮濃度介於7~15 mg/L。在HRT 6小時之硝化率達98%，脫硝除氮率達63%。平均氮處理負荷量(NRC)可達 68 g TN/m3•d，EBP氮負荷(EWL)為17.4 g TN/kg•d，具更佳的除氮效果。 以EBP結合ASP處理工業低碳氮比廢水以延伸除氮效用之驗證，生物包埋技術仍具良好的適用性。在HRT為12小時、PR為30% (等效MLSS為15000 mg/L)、添加ALK與ED下，硝化率達88%，脫硝率達58%，NH3-N濃度可從98 mg/L處理至27 mg/L。當延長HRT為18小時後硝化率可達99%，脫硝率可達63%，NH3-N濃度約從80 mg/L處理至2 mg/L。此結合處理程序可促使活性污泥槽成為AO或A2O環境。 本研究顯示包埋生物處理技術能將傳統好氧環境改造為AO或A2O系統，有效促進生活污水與工業廢水之硝化與脫硝反應，在不需擴增既有硬體空間與操作之限制條件下，能於既有槽體空間內改善除氮效能。在好氧環境中EBP載體表層進行好氧硝化反應，內層因氧氣傳輸受限而進行無氧/厭氧之脫硝反應，系統同時進行生物硝化與脫硝除氮作用，溶氧是影響硝化、脫硝反應與除氮效能之最主要關鍵因子。而當ASP結合EBP處理廢污水時，ASP進行好氧硝化作用與除碳作用，同時消耗溶氧，當系統溶氧濃度降低，可促進EBP生物載體創造更多無氧/厭氧環境，兩者之協力作用提昇了系統之脫硝除氮效能。