臺灣大學環境工程學研究所學位論文
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在流域中河川流量、土壤沖刷和河川水質等都和降雨量有密切之關係，所以降雨資料是水資源管理之重要的輸入因子。本研究使用模糊理論結合熵理論( Entropy theory )分析降雨資料，以雨量站之水平距離和高程差值做為流域各點之降雨量權重值，將所模擬的降雨資料和降雨站實際值進行比較，並藉由模擬之降雨補遺資料載入 BASINS（Better Assessment Science Integrating point & Non-point Sources）系統中以模擬流量及非點源污染量。由於推估降雨量都是由降雨站所獲得的資料來估算其降雨量，往往因為降雨站的數量及位置是影響到推估的準確性，因此降雨資料是推估雨量的重要參數，而降雨具有不確定性，所以正確評估出降雨的資料是必要的。但是在有限的資料來推估降雨的空間變異性，必須運用模式模擬，所以本研究運用模糊理論來解決降雨的不確定性，以降低降雨推估的誤差，將能更有效率地規劃水資源管理策略。正確降雨量資料可以提供完整的水文分析資料，對地區水資源決策與污染規劃設計上有很大的助益。
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世界對於能源的需求日益增加，但化石燃料面臨短缺，並且排放大量溫室氣體造成全球暖化，因此發展替代能源勢在必行，其中又有核能、太陽能、風力發電以及生質能等方式。而生質能源目前為世界能量供應之第四位，並已有生質酒精、生質柴油、生質炭、生質燃氣等發展，其中生質炭部份的研究，希望將其能量提升，以便和煤炭做混和燃燒發電或替代煤炭，在其他火力發電設備不變之情況下繼續發電。 本研究設法利用銀合歡，此一台灣外來種植物，透過微波誘發焙燒的方式，發展生質碳，分析其固相產物成分，並計算相關耗能，提出未來應用之建議。 微波誘發焙燒方式，採用單模聚焦式微波爐，利用微波加熱樣品，在焙燒條件下，製成生質炭，而焙燒方法為熱處理程序中較低溫之碳化程序，廣義溫度範圍介於200~400°C之間，並輸入氮氣使實驗環境呈現缺氧狀態，生成物以固相為主，即可獲得較多的生質碳。 實驗過程之操作參數，其微波功率設定在100W、150W、200W、250W，並分別以15min、20min、25min、30min進行實驗。結果顯示，微波功率越大，失重率越高，熱值越高，其所含之固定碳成分比例越高，而揮發份比例降低。並且，本實驗結果明顯分為兩個區間，低功率與高功率組，於低功率組(100W、150W)，時間對於樣品之影響較大，而於高功率組(200W、250W)，樣品失重已落於70~80%，顯示拉長時間，對於熱值之貢獻程度較小。就整體表現而言，250Wto30min產物熱值最高，為7085.9cal/g(29.63MJ/kg)，而能量密度也最高，為1.62；200Wto30min產物燃料比最高，但兩者缺點為失重率分別高達82.74%以及78.6%。 近似分析結果，當功率越高固定碳會增加，揮發分會下降，灰分會增加，以結果看來，200Wto30min的固定碳比例最高，揮發分比例最低，灰分也不高。最後，計算產能部份，發現因本實驗設備進料過少，導致焙燒耗能相對很高，為預期生產之能量的105.6倍，因此情假假設後，當進料從8g提升至1000g， 250Wto15min的發電量變為焙燒耗能的3.18倍。
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我國環境教育法自2010年發布以來，開啟了環境教育的里程碑，希冀透過環境教育重新連結人與土地的倫理關係，環境教育的最終目標為每個人皆能成為具有環境素養的環境公民，而環境素養即透過環境知識的認知、自我思考、提出環境問題解決方法到實際付諸行動的過程。 知識本體論自古希臘哲學概念延伸而來，由探討萬有中存在、實體、抽象關係及其本質的形而上問題，跨進實際應用層面後，成為二十一世紀新興的知識管理工具，因此，本研究透過目標導向系統分析思維和知識本體論工具，針對環境教育教案進行知識本體論架構建置與分析，以環境素養指標作為目標，回饋該教案並提出建議。 本研究透過知識本體論工具進行環境教育設施場所如：臺大農場農藝分場、飛牛牧場、頭城農場、阿里磅農場等教案分析，得以了解各環境教育教案知識本體論架構與教學目標、環境素養指標之間關連性，雖然各教育場所因自身環境資源的不同而有不同的教學特色，但環境素養的宗旨不變的前提下，仍可針對各教案內容提出不同的建議供相關單位參考，因此可知，知識本體論在環境教育的應用上有其正面效益。
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紅樹林生態系是全球重要的生態系，將其生態系服務(Ecosystem services)的價值進行科學的量化評估，可為合理的規劃、利用提供可靠的科學依據，以達到環境保護和資源有效利用的目的。本研究在分析紅樹林生態系服務的基礎上，介紹生態系服務的價值評估方法，並且借鑒Costanza的研究以及國際通用生態系服務分級(Common International Classification for Ecosystem Services, CICES)的生態系服務的分類方法，分析各種服務類型評估方法的優缺點和適應性，進而以淡水河口紅樹林生態系為例，對其生態系服務的價值進行全面的評估。研究結果顯示，淡水河口紅樹林生態系服務所產生的年總價值約為239億元，平均每公頃紅樹林價值為1.48億元。其中直接服務價值為3.284億元，佔總價值比例1.37%；間接使用價值為235.974億元，佔總價值比例98.63%。其總的服務價值主要來自於淨化水質服務(54.17%)和氣候處理(42.37%)。對紅樹林資源提供貨幣化價值核算，可提高生態環境成本、自然資本在經濟發展決策中的重要性，有助於海岸帶保護和近海經濟的永續發展，以及在建設規劃中加強自然資源的管理，為建立生態補償機制和完善紅樹林生態系的管理機制提供參考。但由於受價值評估過程中所使用的方法、評估指標和具體評估指標的價值參數等限制，評估的結果與實際價值仍存在一定的誤差。但可以通過對評估方法的不斷完善，對相關參數進行驗證，使得結果更接近真實值。
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金門縣的金沙水庫與榮湖水庫長期遭受高有濃度的溶解性有機質污染與優養化的問題。溶解性有機質不僅使水處理效率受到影響，提升了水處理的成本，亦會使消毒副產物(DBP)在水處理過程中產生，使得用水民眾暴露於罹癌之風險當中。而水庫水質優養化的現象，使得庫內產生高濁度、低溶氧等問題，甚至產生不良的氣味。 在前人的研究結果中曾提及，柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii) 是金沙水庫與榮湖水庫的優勢藻種，而兩個水庫之高鹽度與高導電度情形，可能是具有耐鹽能力的柱孢藻優勢的主要原因。本研究希望能夠藉由調查水庫特性、水庫集水區營養鹽負荷情形以及庫內的藻種分布，找出柱孢藻與庫內多項水質參數與溶解性有機物質的相關性及其在水庫內所扮演之角色。結果顯示，柱孢藻的優勢與水庫高鹽高導電度特性之關聯性是肯定的。 而由於柱孢藻的耐鹽能力是其優勢關鍵，本研究亦對造成金沙水庫與榮湖水庫具有高鹽度與高導電度之進流來源追蹤探討，發現鹽類主要經由金沙水庫之入流道-金沙溪流入庫內，而榮湖水庫除了入流道之外，低水位時底層裂縫亦有鹽類入滲之現象。庫內有機質主要來自庫內的藻類，而金沙水庫與榮湖水庫在低DIN:DIP 以及低水溫時，較能使柱孢藻優勢。 針對水庫營養鹽負荷之估算，本研究發展出一套包含內部與外部負荷之計算方法，並藉由此法進行庫內溶解性無機氮(DIN)與溶解性無機磷(DIP)負荷之濃度模擬，計算結果成功模擬出與現實濃度有相似範圍之營養鹽濃度。而為了更有效控制藻類，本研究設計了具有遮光能力的板形裝置，並經由實場試驗評估其制藻的可行性，發現50%之遮光面積對於制藻並無顯著效果。 藉由上述結果，針對柱孢藻之優養提出控制策略：1. 避免農民使用含鹽地下水灌溉農田，並以金沙水調榮湖之方式維持榮湖水庫水位，以控制鹽類從底部入滲； 2. 減少外部非點汙染源進入水庫，例如於入流口加蓋滯留池，使泥沙得以沉澱。
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健康風險評估因可將環境污染現況的模擬結果與當地居民的生活情境作結合，進一步了解污染情況對於人類健康的影響，有利於相關評估者，決策管理者的進行相關的剖析及判斷，故近年來已廣泛地做相關的運用。 本研究收集高雄臨海工業區內的一貫作業鋼鐵廠生產過程中所排放代表性的有害空氣污染物-戴奧辛為案例，結合及周遭的居民受體的暴露資訊，納入大氣擴散及多介質擴散方法，量化出在我國環保主管機關所訂定的排放標準是否有保護到居民的健康，並進一步比較在實際排放濃度下居民所受到的實際風險，研究結果健康致癌風險均低於10-6。 另以累積性風險評估的思維，設定於多重污染源下單一污染物種的系統進行分析，除前述一貫作業鋼鐵廠外尚包含背景源，進行多重來源下對於戴奧辛累積性致癌風險綜合探討，研究結果顯示背景源所造成的風險不可忽略。
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臺灣於民國71年發生桃園大潭村高銀化工之鎘米污染事件後，環保單位即開始以網格方式進行全國農地普查工作。民國99年起，環保署應用空間統計方式補強網格調查之不足。迄今共調查出污染農地約900公頃，其中鎳、鉻污染面積為118公頃。 臺灣之農地土壤污染無論是受人為排放工業廢水污染或是因區域地質條件自然背景因素所致，其檢測分析數據均顯示部分區域土壤中含有高濃度鉻及鎳重金屬。同樣是重金屬高濃度土壤，因重金屬來源及存在型態不同，對環境影響及生物危害亦有所差異。 為瞭解臺灣高濃度鉻、鎳農地土壤分佈區域環境特性與人體健康風險，並提出有效之行政管理策略，本研究彙整鉻、鎳之基本性質及臺灣高濃度鉻、鎳土壤分佈區域等文獻資料，分別探討不同之土壤環境特性，並以臺灣西部地區受鉻、鎳污染之土壤及臺灣花東地區蛇紋岩母質土壤為對象，進行系統性的研究及進一步分析探討。 計算高重金屬濃度土壤之健康風險評估方面，以王水消化濃度作為高重金屬濃度土壤健康風險評估之計算參數，其風險值會有高估之現象，因兩者所代表之實質環境特性並不相同、對人體健康乃至於對植物或環境生態所造成潛在性的危害風險亦應有相當程度之差異性。 本研究於計算健康風險評估時，採用土壤重金屬生物可及性濃度作為計算參數，以生物可及性試驗結果評估不同類型土壤風險危害程度之差異，避免評估結果與實際影響過大落差，依人體健康風險評估結果提出可行之管理策略。
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在現今工業快速發展下，活性碳已被廣泛地使用在廢污水處理、水再生等流程中，隨著活性碳的使用日益增加，其經費成本與廢棄量亦趨增加。因此，活性碳再生被視為處理流程中降低費用的一個重要項目，相較於傳統的許多活性碳再生方法中，微波再生具有處理時間短、效率更高、花費更低、活性碳重損失更低、能量耗損更小、以及不具二次污染等優點。 本研究目標之廢棄活性碳為金門水處理廠所用之二次再生活性碳，使用微波處理作為活性碳再生方法，操作參數包含微波時間、微波功率、樣品含水量等，探討再生後活性碳之升溫變化、碘值吸附能力等物理及化學性質。分析方法包含使用XRD分析再生活性碳之繞射強度，以SEM觀察再生前後結構改變，以BET探討再生活性碳之孔隙及比表面積，並使用再生活性碳吸附RB19染料以進行再生後之吸附實驗。 金門水廠原廢棄活性碳之碘值為450 mg/gAC，在20分鐘微波時間及微波功率100 W至750 W下，再生的顆粒活性碳(RGAC)之碘值可以到達800 mg/gAC，而粉狀活性碳(PAC)在微波時間10分鐘、微波功率450 W下，再生活性碳(RPAC)可以達到碘值1050 mg/gAC，然而，再生活性碳之碘值在微波功率大於850W下，因活性碳結構之損壞而有顯著下降。使用微波再生廢棄活性碳除了有極佳的再生能力、吸附率約為原廢棄活性碳之兩倍以外，並能有效地降低金門水處理廠之花費，因此，研究結果認為微波再生處理流程具有極佳的潛力作為廢棄活性碳再生之流程。
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本研究以兩岸淨水場實廠刮泥機運行與排泥方式結合，將運行數據運用淨現值法去進行假設情境及假設方案分析，研究收集使用金屬雙鏈條式刮泥機4座、單軌式刮泥機6座與走橋虹吸式刮泥機8座共18座淨水場沉澱池運行的操作數據，做為假設10萬噸淨水場操作因子，探討一定量之水處理淨水場沉澱池在不同系統(不同刮泥機與排泥方式)操作運行之假設情況下，分析最經濟之操作運行模式，使用因子包含沉澱池設計、建設成本、保養維護成本及營業損失，以各式刮泥機、排泥方式與污泥廢水處理之成本，進行假設5種不同方案與3種不同情境之效益分析，假設基本情境為金屬鏈條式刮泥設施15年使用壽命、單軌式刮泥設施30年使用壽命、走橋式刮泥設施20年使用壽命，排泥設施均以10年使用壽命。假設方案一：金屬鏈條式刮泥機+重力式排泥，假設方案二：金屬鏈條式刮泥機+氣昇式排泥，假設方案三：單軌式刮泥機+重力式排泥，假設方案四：單軌式刮泥機+氣昇式排泥，假設方案五：走橋虹吸式刮泥機+虹吸式排泥。情境一：假設新廠建設含土建、刮泥機、排泥、污泥處理，在該假設情境下之結果: 方案3>方案4>方案1>方案2>方案5，方案三為優選。情境2：假設新廠建設含土建、刮泥機、排泥、污泥處理，只考慮成本不考慮刮泥機年維修停水之相對效益(B2)、沉澱池排泥裝置年維修停水之相對效益(B3)與廢棄污泥耗水費之相對效益(B4)，在該假設情境下之結果:方案5>方案3>方案4>方案1>方案2，方案五為優選。情境3：假設新廠建設含土建、刮泥機、排泥、污泥處理，該情境不考慮刮泥機年維修保養費用(C2)與其年維修停水之相對效益，在該假設情境下之結果:方案3>方案4>方案1>方案2>方案5，此情境結果與情境1結果相同，情境3方案1與方案2 (金屬雙鏈條刮泥機)和方案3與方案4(單軌式刮泥機)之效益接近。此三種情境之設計為假設狀況下金屬雙鍊條式刮泥機、單軌式刮泥機及走橋虹吸式刮泥機不同條件之優勢。敏感度分析顯示在假設之狀況下情境1之最敏感因子為「廢棄污泥耗水費之相對效益」；情境2之最敏感因子為「走橋虹吸式刮泥機初設費」；情境3之最敏感因子為「金屬雙鏈條式刮泥機之初設費」。 本研究探討僅就有限數據與良多假設情境與假設條件與假設參數進行計算分析，必然有許多偏離實際現況之結果，日後相關研究或工程設計應以實際資料進行，所得結果才更具參考應用價值。本研究所探討之污泥刮泥設施種類不同，實際上每種設施均有其特色功能與應用優勢，實際工程考量應該依實際需求分析選定適宜之設施為尚。
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臭氧被廣泛應用於去除自來水和廢水中的有機污染物，近幾年來更是運用於降解地表水及地下水中之新興污染物。由於天然有機物(NOM)與臭氧及氫氧自由基的反應相當複雜，所以天然有機物在臭氧處理程序中之影響尚未被闡明。故本研究的目的為：(1)測定天然有機物於臭氧處理程序中起始反應(initiation)、促進反應(promotion)、抑制反應(inhibition)以及與臭氧直接反應之速率常數。(2) 探討pH值及溫度對起始反應、促進反應、抑制反應以及與臭氧直接反應速率常數之影響。(3) 測定及模擬天然有機物於臭氧處理程序中對新興污染物去除之影響。本研究所使用之四種自然水體為：新店溪(新北市)、宜蘭河(宜蘭市)、金沙水庫(金門縣)及台中地下水(台中縣)。結果顯示起始反應、抑制反應及與臭氧的直接反應之速率常數會隨著pH值升高而增加，但促進反應之速率常數則明顯的趨勢。在溫度影響的部分，所有的速率常數皆是隨著溫度的升高而增加。在天然有機物於臭氧處理程序下對新興污染物降解影響的部分，從結果顯示都可利用所測得之速率常數得到良好的預測結果。