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ISO 50001能源管理系統能源績效指標之研究

近年來隨著氣候極端變遷與能源匱乏且價格攀升，各國政府與企業積極開發新能源技術與提升能源使用效率。國際標準組織(ISO)於2011年6月15日公告ISO 50001 能源管理系統標準，企業亦將面對如何能有效提升能源使用效率、建立能源績效指標等課題。 由於全球電腦資訊科技技術進步快速，帶動電子零組件與網路通訊產品需求數量與製造所需使用能源皆相對大幅增加。本研究採用專家評估法探討某電子零組件與網路通訊產品公司案例，結合專家評估意見與實務整合能源實務流程之導入，提升ISO 50001能源管理系統之能源使用效率並進行ISO 50001能源管理系統國際認證。根據本研究案例某電子零組件公司之結果，應用本流程發展出多項節能實務解決方案，建立整合能源實務流程導入ISO 50001能源管理系統，提供空調、照明和綠能等等能源解決方案與智慧資料庫，成功提升該公司於2011年度能源績效指標之整體能源密集度，相較於基準年(2010)，2011年上半年導入期間階段與下半年執行實施階段分別下降18.5%與21.5% 並通過第三方公正單位之ISO 50001能源管理系統國際認證。 另研究案例某網路通訊公司之結果，採用專家評估法推展並有效提升ISO 50001 能源管理系統之能源績效指標，相較於基準年(2010)能源使用效率提升,年度能源密集度平均下降21.5%。導入ISO 50001能源管理系統對能源績效指標之能源密集度下降率，追蹤2011年下半年執行實施階段(20.21%)高於上半年導入期間階段(19.95%)，實施執行ISO 50001能源管理系統持續改善提升效益所致。對於採用能源服務產業ESCO履約保證有效完成ISO 50001能源管理系統與驗證，有利企業或組織成功完成節能目標並建置ISO 50001能源管理系統標準化並降低無法達成目標之風險，但對於合理計算節能效益結果反饋支付ESCO費用與投資改善設備之資金借貸融資仍需更多探討。由於ISO 50001能源管理系統之條文與要求架構於ISO 9001品質管理系統，隨著ISO 9001品質管理系統即將於2015年進行大幅度改版，ISO 50001可能將受到相關影響與變動，特別是績效管理與風險管理及相關評估影響更大。未來對其他不同產品或高能耗企業值得更多相關性研究。

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廢棄鋰離子電池回收處理技術評估

為因應世界新環境法規規範，發展出若干電池回收程序，大部分電池廢料皆可以物理或化學方法回收並於電池製程或其他工業中再次利用，此過程對環境影響甚巨，需有完善之廢電池回收程序，才可將廢棄電池之環境衝擊降至最低，值得審慎探討，目前二次鋰離子電池兼具有低資源化與去毒化等條件，其電池組成成分鋰、鈷金屬亦屬高價格原料，本研究針對廢棄鋰離子電池進行比較物理/化學回收處理技術原理及應用技術評估。 此外，利用「生命週期評估」分析環境衝擊影響結果，包括：全球氣候變遷、酸化、優養化、生態系統、人類現況等潛能加以探討，依據各單元程序之原理、應用、優勢、劣勢等面向進行評析；再針對廢棄鋰離子電池中之貴重金屬回收效率、化學藥劑使用量、回收處理時間、能源消耗量及廢棄物產生量等3E(工程面、環境面、經濟面)評估指標進行處理單元技術評估，建議可行之物理化學回收處理單元程序。 研究結果顯示，進行實驗室溶劑萃取實驗使用D2EHPA萃取劑於pH 5、萃取劑濃度為0.2 M，萃取時間為1小時，經萃取後30-40分鐘趨於穩定；此四種金屬的萃取百分比依序為：錳>鈷> 鎳>鋰（85% > 83% > 80% > 19%）。另使用P507萃取劑於pH 6、萃取劑濃度為0.2 ，4種金屬的萃取百分比依序為錳>鈷>鎳>鋰（97% > 95% > 94% > 2.7%）。 本研究應用反應曲面法(Response Surface Methodology；RSM)推估di (2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA)萃取劑對鈷離子最適回收率為97.98%，其最佳操作條件pH值為5、萃取時間為55分鐘；最後再依據前述生命週期評估及3E(工程面、環境面、經濟面) 技術評估結果提出最適化處理系統技術，達成低成本、高效率、資源回收及二次公害之目標。

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超音波輔助痲瘋樹籽榨油殘渣之殘留油萃取研究

高生產成本一直是限制生質柴油產業發展原因之一，而提升萃取油品效率與副產物附加價值可有效降低生產成本。本研究利用超音波(ultrasonic irradiation, UI)輔助萃取系統，將痲瘋樹籽榨油殘渣(jatropha-seed pressed cake, JPC)之殘留油脂以醇類進一步萃取。以醇類為溶劑之萃取液可經調配後用於生質柴油之製造，可簡化程序並降低成本。本研究以甲醇、異丙醇和丁醇為溶劑並探討其效能。 研究先分析痲瘋樹籽和榨油殘渣之熱值、三成分及含油率分佈等基本性質。再以UI進行萃取並與傳統萃油程序(恆溫震盪系統(jar-shaking, JS)和機械攪拌系統(mechanical shaking, MS))進行JPC萃油效能之比較，討論不同操作條件影響，以建立溶劑與榨油殘渣在油份萃取上的關係。探討之變數包括：固液比值(RSL in mg/mL)、溫度(T in oC)、溶劑種類、及時間(t in min)。 結果顯示，榨油殘渣含油率和乾基高位熱值分別可達到22-30 wt.%和5,958 kcal/kg。以超音波輔助萃取在10 g JPC (RSL =0.1 g/mL)且操作時間30 min下，甲醇萃取效率達(η_E=(q_0-q_t )/q_0, q_t 為t時之固體含油率q)35 wt.%，而異丙醇和丁醇萃取效率相近約94 wt.%。在相同萃取液(異丙醇)體積(VL)下，固液比值(RSL)越高，總含油量及溶劑中油脂平衡濃度(Ce)值越高，萃取之趨動力(driving force)越低，萃取效率越差。故固液比值越小，萃取效率越佳。溫度提升會產生「增溶效應(solubilization effect)」，使其萃取效率提升。當RSL高時，溫度升高所產生的增溶效應影響更為顯著。 超音波萃輔助萃取系統和恆溫震盪系統皆以Freundlich等溫脫附方程式模擬結果較符合。以脫附動力式模擬超音波輔助萃取系統，其結果以假二階(peudo second order)和Elovich方程式結果較符合。當固液比值0.1 g/mL時，恆溫震盪萃取效果與超音波結果相近，隨著固液比值增加，超音波萃取效果逐漸大於恆溫震盪，且恆溫震盪需48小時的操作時間達到平衡，而超音波只需要約90 min就可以達到恆溫震盪的平衡時萃取效果。當固液比值為0.8 g/mL，操作時間為48hr時，使用異丙醇為溶劑，每單位體積之萃油量為甲醇之8倍。 比較不同系統萃取效率，以超音波輔助萃取系統效果最佳，其次為機械攪拌系統，再者為恆溫震盪系統。機械攪拌與恆溫震盪結果相近但前者稍高，其原因在於兩者萃取機制相近，故萃取效率受到混和程度的影響，而機械攪拌混和程度高於恆溫震盪，因此其萃取效率會略高於恆溫震盪。

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鉑金改質二氧化鈦之光觸媒降解室內甲醛之研究

環保署在2012年開始施行室內空氣品質管理法，室內環境之空氣品質與民眾息息相關。甲醛為規範之室內空氣污染物之一，目前國內對甲醛濃度規範值為0.08ppm，室內甲醛來源包含室外來源以及室內來源，其中室外來源主要有發電廠、焚化爐、煉油廠、工廠廢氣和交通工具廢氣排放等；室內來源主要由家具建材、木製消費性產品、裝潢塗料與室內烹調燃燒等，其對人體健康危害如眼、鼻與黏膜組織刺激，易引起呼吸道病變及鼻咽腫瘤，國際癌症研究署(International Agency for Research on Cancer, IARC)將甲醛列為第一類致癌物質。 本實驗使用光沉積法製備Pt/TiO2光觸媒，將觸媒披覆於蜂巢狀陶瓷載體，置於不鏽鋼反應器內進行降解甲醛反應，測試第一階段未開光由觸媒直接降解甲醛以及第二階段開啟紫外光激發Pt/TiO2降解甲醛之轉化率。利用蜂巢狀陶瓷載體置入光纖，其孔洞可增加反應表面積及觸媒可披覆面積，提供254nm紫外光深入照射。Pt/TiO2光觸媒製備使用氯鉑酸(H2PtCl6)披覆，利用光沉積法將鉑金還原至Degussa P25 TiO2表面上，並使用X光粉末廣角繞射儀(X-Ray Powder Diffractometer)、場發射電子顯微鏡(Field Emission Gun Scanning Electron Microscopy)、比表面積分析儀(Specific Surface Area)及感應耦合電漿質譜分析儀(ICP-MS)儀器鑑定材料特性。實驗利用注射針筒驅動法配置甲醛氣體，以1400ml/min之氣體流率在不同相對溼度(30%、50%、70%)及接近室內環境甲醛之濃度(0.6ppm、0.8ppm、1.0ppm、1.2ppm、1.4ppm)進行實驗，以瞭解Pt/TiO2在不同相對濕度和進流濃度之甲醛轉化率。 本研究改質之Pt/TiO2比表面積為51.2992±0.3640m2/g，觸媒表面金屬含量為4018μg/g。於各條件實驗結果顯示，在此濃度與濕度範圍內進行實驗，在各條件下之甲醛轉化率未有顯著差異，第一階段未開光降解甲醛效率為51.87%±2.96%，第二階段開光降解甲醛效率為94.29%±1.02%，總降解效率為97.27%±0.43%。而濃度由0.6ppm增至1.4ppm，未開啟紫外光階段之反應速率由0.46±0.01×10-3μ-mol/m2-s增至1.01±0.02×10-3μ-mol/m2-s，而開啟紫外光階段之反應速率由0.40±0.01×10-3μ-mol/m2-s增至0.99±0.02×10-3μ-mol/m2-s，反應速率皆隨著濃度提高而上升。與林(2013)之研究比較，使用光沉積法置備鉑金改質二氧化鈦(Pt/TiO2)，披覆於載體之觸媒量使用0.45±0.02g，僅林(2013)未改質光觸媒(TiO2)的七分之一，本實驗以Pt/TiO2處理甲醛之轉化率約97.27%±0.43%，較林(2013)未改質之降解效率(90%至95%)為佳，並於未開光階段即有約52%的降解效率。

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強化混凝結合薄膜系統去除消毒程序前之水中溶解性有機質

金門太湖鄰近城鎮飲用水安全一直是金門地區存在的問題，湖庫水中TOC為13~16 mg / L，快濾出水平均TOC分別為13.5和9.49 mg / L，慢濾出水則為11.21和7.78 mg / L，太湖淨水場處理流程對於水中溶解性有機物之去除效果有限，快/慢濾處理系統無發揮其功能，本研究以快/慢濾出水應用粉狀活性碳結合強化混凝再接續陶瓷膜過濾來提升水中溶解性有機物去除效果，選用三種常用之混凝劑：硫酸鋁、多元氯化鋁、氯化鐵，進行單次混凝和多次混凝，活性碳則選用粉狀活性碳，透過吸附動力試驗決定吸附平衡時間，藉由分析TOC、UV作為選擇最適混凝劑劑量等相關操作參數，接續將兩者結合應用探討處理效果，最後以陶瓷膜進行過濾，以固定通量操作觀察透膜壓差和滲透性係數變化。三種混凝劑中以多元氯化鋁對溶解性有機物去除效果較佳，最適劑量為200 mg / L，粉狀活性碳吸附時間為30分鐘，個別以混凝劑和粉狀活性碳作為吸附去除水中有機物的效果有限，使用粉狀活性碳150 mg / L搭配多元氯化鋁200 mg / L方式有效將快/慢濾水中TOC去除至4 mg / L以下，混凝後不沉澱直接以陶瓷膜過濾，在通量97.5 LMH及過濾時間160分鐘條件下，透膜壓差上升幅度為10 kPa，滲透性係數從8下降至5.4 LMH / kPa，符合陶瓷膜高濾水低阻塞之特性，反沖洗和化學反洗的回復性以化學反洗較佳，表示存在不可逆積垢，在操作上需要化學反洗才能有效去除積垢。

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修飾及未修飾奈米零價鐵對秀麗隱桿線蟲之毒性研究

奈米零價鐵 (Nanoscale zerovalent iron, NZVI) 具有粒徑小、比表面積大及強還原性等特性，被廣泛運用於現地土壤與地下水的污染整治中。研究指出經表面修飾過的NZVI可以提升在地下水中的移動速率，若以疏水性表面修飾劑修飾更可以提升油相污染物的移除速率。整治過程中大量的NZVI釋放於環境中，但對於NZVI在地下水中的宿命、生態環境及人體健康的衝擊尚未明朗。本研究以秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditiselegans, C. elegans) 為模式動物，探討未修飾NZVI，或以聚丙烯酸 (PAA)、十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB) 及聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 修飾之NZVI在不同溶液中，以及亞鐵離子及奈米氧化鐵 (Fe2O3) 之毒性。藉由觀察線蟲的死亡率、繁殖率及體長改變以了解NZVI是否會對生物造成影響。在24小時急性暴露過程中，修飾及未修飾NZVI、Fe2+及Fe2O3對線蟲的死亡率影響不顯著。經48小時暴露後，線蟲的體長受到NZVI的影響，而Fe2+的影響更為明顯。經72小時的暴露，線蟲的繁殖率明顯受到NZVI及Fe2+影響，在高濃度暴露下 (500、750 mg/L) 線蟲無法產出後代。同時在高濃度暴露下 (500、750 mg/L) 我們觀察到體內孵化 (bag of worms, BOW) 的情形發生，可能是因為NZVI產生的Fe2+及活性氧物種(reactive oxygen species, ROS) 對線蟲造成氧化壓力使得線蟲無法產卵而使幼蟲在體內孵化。Fe2O3對體長及繁殖率沒有造成影響。此外在顯微鏡的觀察下，NZVI會附著在線蟲的外表上，而線蟲也會攝食NZVI，與體內氧氣反應產生ROS對線蟲造成毒性。雖然在短期暴露之下NZVI的毒性不顯著，但若以長期來看仍會對生物造成影響。

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厭氧生物固定化程序處理都市污水

固定混合生物細胞(EMMC)程序，具有操作簡易、不需迴流污泥、可大幅降低污泥處置成本等優點，其中最重要的特點之一為有效提高污泥停留時間(SRT)，將EMMC應用於厭氧系統能有效提高SRT期望可提升厭氧系統處理都市污之效率。本研究將厭氧污泥包埋製成污泥平板，以單槽式CSTR操作，SRT依不同操作參數，介於78-177天之間。 研究主要探討厭氧生物固定化程序對都市污水的處理成效，以人工合成污水測試不同操作因子對厭氧系統的影響，不同進流COD濃度 (700、400、200 mg/L)與水力停留時間 (12、6、4小時)，探討pH值、COD去除率及甲烷產量等效能作評估，最後操作實際都市污水並探討在此實驗反應系統下的處理效果。 進流COD濃度為 700與400 mg/L，COD去除率佳，達90%以上，在進流COD 700 mg/L操作下HRT自12小時縮短為6小時後甲烷產氣量提升了約2.5倍，甲烷濃度為60%。但在進流COD 200 mg/L的操作情形，COD去除約80%，產氣量下降且甲烷濃度僅剩40%。因此低濃度進流會對厭氧系統造成抑制，使COD處理效率及氣體產率下降。 厭氧系統處理實際污水HRT操作為6小時，COD去除率達80%，平均CODe 50 mg/L；產氣效率低，GPR (Gas production rate)僅0.038 m3/m3/d、平均甲烷濃度23.2%，COD去除效率及甲烷產率都低於合成污水測試之結果。 整體而言，厭氧生物固定化程序異於傳統厭氧系統，提高SRT具有相當的潛力可處理都市污水以減少一般都市污水廠整體用電量與提高產能之效。但仍需進一步研究應用之限制條件及提高甲烷氣之轉換效率。

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以碳酸自由基破壞去除水中全氟辛酸污染物之研究

Perfluorooctanoic acid (PFOA) 因為其高生物累積性與化學穩定性的特性，被視為一持久性(persist)有機污染染物並常見於工業廢水之中。因為其具有高能量的C-F鍵結， PFOA廣泛地應用於含氟聚合物、油漆塗料、化裝品、紡織、造紙等領域及半導體工業、電子、電鍍及蝕刻等製程。在美國環保署發現在美國人民中之血液及環境中皆有低濃度的全氟辛酸，並且存於人體中的時間相當長。並在動物試驗的究中發現此物質對於動物之生長有很大的影響，其會促使老鼠肝臟引發腫瘤，導致肝臟癌、胰臟癌及乳房癌，致癌程度可能會遠比原預估的嚴重。 如何有效地將其從環境中去除目前仍是一個棘手的問題。PFOA具有優異的穩定性、低表面張力和疏水疏油的特性，近年來發展出PFOA處理方法並不多見，大部分降解PFOA的方法條件皆伴隨著高溫、高壓等高耗能的極端狀況，例如紫外光(UV) 光化學法、超音波(sonochemical)或高熱(Thermal)處理法。 在本論文中主要分別分為光降解(photodecomposition) 與超音波降解法(sonodecompostion)兩大部分主軸。在光降解部分實驗設計包括了背景實驗、PFOA水溶液於UV光照射下添加H2O2,、 NaHCO3在不同的反應溫度、初始濃度、pH等實驗條件下測試。而在超音波降解法的實驗亦同於不同的反應實驗條件下探討PFOA的去除率與反應機制等結果。 在254nm、400W的UV光源照射下，以碳酸自由基(CO3•–)氧化水中PFOA實驗。碳酸自由基是一種強氧化劑具有高選擇性，而被發現能夠有效去除水中PFOA污染物。在12小時的UV光源照射下反應時間後，碳酸自由基可以100％去水中的PFOA污染物，相對比較於只有使用UV光源照射下反應去除率只有52.1％的去除率。此外，最適合的反應條件是在pH=8.8的微鹼性下以40mM的劑量 NaHCO3進行，並在反應過程中發現了短鍊的perfluorinated carboxylic acids (PFCs)為中間產物，與氟離子為最終產物，佐證了整個PFOA去除降解反應的進行。 在超音波降解部分實驗設計包括了PFOA濃度、添加NaHCO3在不同的初始濃度、pH與通以飽和氮氣(N2)等實驗條件下測試探討PFOA的去除率與反應機制等結果。實驗結果發現在150W, 40KHz的超音波 (Ultrasound) 下，PFOA在添加NaHCO3後可以完全去除水中的PFOA 污染物，反應時間可以大幅縮短到4小時，並發覺在通以氮氣的反應反而會使去除率增加。最佳的反應條件是是在pH=8.65的微鹼性下以30mM的劑量 NaHCO3並通以氮氣進行，但整個反應的過程並無發現有短鍊的PFCs中間產物，只有最終產物氟離子出現。 碳酸自由基(CO3•–)是一高選擇性的氧化劑，可以有效的去除PFOA污染物，在一般的工業廢水中可以大量的用運，並且搭配去除其他類似水中不易降解的污染物，具有實廠廢水的運用性。

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利用焙燒程序將紙漿污泥轉製固態生質燃料之研究

臺灣紙漿工廠每年產生大量的廢水處理衍生有機污泥及廢棄木材。這些生質廢棄物通常被轉製為有機肥料或土壤改質劑供農業使用。此生質廢棄物也可以用其他再利用的方式來彌補能源短缺。本研究探討將紙漿工廠有機廢棄物之紙漿污泥利用焙燒程序轉製為固態生質燃料之可行性。研究中的案例紙漿污泥來源為原生紙漿廠的木屑廢棄物及二級污泥的混合物(wood with pulp sludge, WPS)，包含兩個批次，分別為WPS1(乾基可燃分約為95 wt.%)與WPS2(乾基可燃分約為80 wt.%)。 這些生質廢棄物含有高百分比的有機成分，且其乾基熱值(high heating value in dry basis, HHVD)可達3,757至4,374 kcal/kg，適合做為固態生質燃料之原料，然而其水分(高於百分之五十)及揮發分甚高。實驗結果顯示，WPS1經300 °C，20 min焙燒處理後，其HHVD可提升至6,570 kcal/kg以上並有較佳的燃燒表現。WPS2經320 °C，20 min焙燒處理後，HHVD可提升至4,718 kcal/kg。故WPS經焙燒程序後，固態生質燃料的能量緻密比可達原始生質物之1.26至1.50倍。再者，本研究也檢測焙燒過程中氣體的排放情形。氣態副產物可以經由冷凝成有機酸液(木醋酸液)具有高的經濟價值，其中WPS1所得有機酸液含有短碳鏈之酯類及醯胺類，而WPS2所得則含有高碳數烷類及醇類，純化後亦可做為液態燃料。由研究中可知不同時期的紙漿污泥因操作及收集處理過程不同會有不同的性質差異，故於混合初期時應對其特性進行分析，決定紙漿污泥與木屑的混合比例。焙燒後的固態生質燃料其性質類似於煤炭，可直接應用於發電廠使用並減少化石燃料的使用。

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臺灣發電廠環境外部成本分析

自1990年歐盟開始進行能源外部性研究計畫，一直到現今，各國對於國內的發電廠對於環境所造成的衝擊評估中，「外部成本」在其中是個重要的考慮項目。各國在進行外部成本研究時，多採取衝擊路徑法評估發電廠產生之污染物對環境衝擊所造成的外部成本，評估的發電廠類型包括燃煤火力發電廠、燃氣火力發電廠、燃油火力發電廠、風力發電廠、水力發電廠、太陽能發電廠及核能發電廠等，關注的污染物皆為空氣污染物 (傳統空氣污染物、重金屬、有機空氣污染物及溫室氣體等)，探討的環境衝擊類別包括人體健康衝擊、生物多樣性損失、莊稼損失、物質損害及氣候變遷等。 本研究旨在建立適合臺灣地區使用的「發電廠環境外部成本分析模式」，計算臺灣各類型發電廠之環境外部成本，能在進行各類型發電廠發電分配時提供參考。模式中發電廠類型包含臺灣火力發電廠、風力發電廠、太陽能發電廠及核能發電廠，污染物包含傳統空氣污染物、重金屬、有機空氣污染物、輻射物及溫室氣體等，衝擊類別包含人體健康衝擊、生物多樣性損失、莊稼損失、物質損害及氣候變遷。 本研究將臺灣新能源政策與國際經濟合作組織/國際能源署新政策情境兩個能源政策當作模式的情境，利用本研究所建立之「發電廠環境外部成本分析模式」進行計算，計算結果可知在減碳情境下，在風力、太陽能及核能發電廠發電比例提高的確是可以降低溫室氣體所造成的氣候變遷，其中核能對於減碳的效果更甚於風力發電廠，但以總外部成本的角度來看，提高了核能發電廠發電比例反而會使得人體健康衝擊變嚴重。 由於本研究僅著重在各類型發電廠環境外部成本的分析上，在應用上更應結合各類型發電廠之技術可行性、發電成本及臺灣地域環境限制等環境外部成本之外之因素，以便考量完整的發電廠發電結構配比。