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以硫脲改質球狀活性碳進行印刷電路板廢水中金之選擇性吸附

城市採礦，代表著從廢棄電子電機設備(WEEE)產品等回收有價物質，是一種循環經濟的概念。根據文獻顯示，2016年的廢棄電子電機設備已達到44.7百萬噸且預估在2021年將成長至52.2百萬噸。將資源循環永續利用，在全球越來越受到重視，而對缺乏天然礦產的台灣來說，更是重要的議題。在廢棄電子電機設備中，以印刷電路板(PCB)為例，含有金、銀、鉑等貴重金屬，雖然這些貴重金屬的佔比相對少，但其價值卻相當高；而金在貴金屬中，依據其佔比換算價值，可獲得最高的回收價值。 本研究使用硫脲改質活性球狀碳以吸附方法回收金，首先將碳化過的酚醛樹酯放在直立高溫爐中並通入二氧化碳，經過4小時、900oC的活化後，形成球狀活性碳(ACS)，再將硫脲溶入水與酒精混合溶液，倒入裝好球狀碳的燒杯中，經過8小時、60oC的加熱攪拌後，過濾烘乾而得到硫脲改質活性球狀碳(TUACS)。經過初步選擇性吸附實驗測試中可發現，在含有金、銅、鉛、鋅、鎳的水溶液中，硫脲改質活性球狀碳對金具有選擇性吸附的特性，因此，進一步對於此材料進行物性化性分析，根據元素分析(EA)結果可得知，硫含量從0上升至10%；而BET比表面積從2445.3 m2/g下降至1948 m2/g，顯示硫官能基成功吸附在球狀活性碳上造成表面積與孔體積下降。經過XPS分析，可得知硫官能基可能為C-S鍵與亞硫酸鹽離子sulfite ion (SO32-)，可協助金離子還原為元素金的鍵結官能基。另外，探討時間、劑量、pH值對硫脲改質活性球狀碳吸附金的影響，發現達到飽和吸附平衡時間為96小時、且在pH=2、劑量為0.01 g L-1，其吸附金的回收效率可達70%左右，而劑量增加至0.06 g L-1時，其回收效率可上升至99%左右。在等溫吸附實驗中，可得知其較符合Langmuir等溫吸附曲線。在脫附實驗中，利用0.3 M的硫代硫酸銨(ammonium thiosulfate)進行脫附實驗，脫附時間為24小時，得到的脫附效率可達到94%，證實使用硫代硫酸銨脫附元素金為可行方法。最後進行重複吸附與脫附試驗，了解此材料之重複利用率，經過五次的重複吸脫附，其金回收效率仍可達到90%，表示此材料很適合重複使用。

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探討以紫外光發光二極體結合自由餘氯提升對於MS-2 coliphage與Bacillus subtilis孢子之抑制效果

紫外光發光二極體(UV-C LED)是新型的紫外光光源具有能夠選擇特定波長的能力，本研究將利用紫外光發光二極體結合自由餘氯的高級氧化處理程序，評估其能否有效提升對於指標微生物MS-2 coliphage與Bacillus subtilis孢子的抑制能力，探討在不同紫外光波長、pH及水樣參與反應下對於殺菌能力的影響及自由基於反應中所扮演的角色，並以碘化丙啶即時定量聚合酶連鎖反應(PMA qPCR)檢視Bacillus subtilis孢子細胞膜在不同消毒方式下的損傷程度。由批次式殺菌實驗的結果可以發現將紫外光結合3 mg/L之自由餘氯對於MS-2 coliphage的抑制效果即有協同作用(synergistic)出現，而對於Bacillus subtilis孢子則需將初始自由餘氯提升到6 mg/L及9 mg/L才會有較明顯地協同作用(synergistic)出現，若以反應動力常數(k, obs)進行比較，以UV-C LED (275 nm)結合自由餘氯對於指標微生物的抑制效果皆會優於LPUV(254 nm)，顯示以波長275 nm的紫外光更加適合作為本研究中UV/chlorine反應的紫外光光源使用；當在UV/chlorine反應中加入t-BuOH做為radical scavenger後，LPUV/chlorine和UV-C/chlorine對於抑制MS-2 coliphage生長能力的增強效果會分別減少69.2%與84.4%，而Bacillus subtilis孢子再添加t-BuOH後原本的增強效果更是幾乎消失，顯示UV/chlorine反應中自由基的生成與否確實是提升微生物抑制能力的關鍵；在碘化丙啶即時定量聚合酶連鎖反應的實驗結果發現，以UV-C LED在紫外光劑量17.28 mJ/cm2及初始餘氯濃度6 mg/L中暴露12分鐘下皆不會對Bacillus subtilis 孢子細胞膜的通透性產生影響，但在相同反應時間下經UV-C LED /chlorine處理之spo0A功能性基因的濃度會由107.2 copy numbers/mL下降至104.8 copy numbers/mL，顯示經UV-C LED/chlorine處理下能大幅地提昇對於Bacillus subtilis 孢子細胞膜的破壞程度。

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重金屬與菌群結構及抗生素抗性基因於河口底泥的分佈之關聯

近年來工業發展迅速，重金屬污染案件層出不窮，已引起社會大眾密切關注。河口底泥為河川長期累積沖刷而成，其做為污染物之儲存庫，對重金屬具有沉澱、吸附與錯合作用使其移動性降低，進而成為潛在重金屬累積之熱點。重金屬污染除了造成環境菌群結構改變外，同時也極有可能是導致環境中的抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)傳播之關鍵因素。然而目前針對重金屬對菌群結構的改變及抗生素抗性基因於河口底泥的分佈尚未得到廣泛之研究，有鑑於此，本研究選擇新竹香山濕地及西南沿海一帶做為研究場址，透過採集表層河口底泥，以次世代定序技術分析菌群結構，以及使用即時聚合酶連鎖反應定量分析抗生素抗性基因，最後透過相關性分析找出重金屬與兩者之關聯。結果顯示河口底泥之抗生素抗性基因與Class 1 Integrons及重金屬具有顯著之關聯性，代表水平基因轉移及共選擇機制可能為河口底泥抗生素抗性基因傳播的主要原因。菌群結構部分，PCoA及CCA分析顯示即便重金屬濃度無超過底泥品質指標之分類管理及用途限制辦法之上限值，長期的污染仍然可能導致菌群結構產生變化，其中AB-539-J10、Desulfarculaceae、Hydrogenophilaceae、Marinilabiliaceae、Methanomicrobiaceae、Methanoregulaceae、Methanosaetaceae、SG8-4、Spirochaetaceae、Sulfurovaceae、Synergistaceae等11科菌科與多種重金屬顯著正相關，為河口底泥重金屬污染下之優勢菌科。最後透過網絡分析發現Chloroflexi、Euryarchaeota、Spirochaetes、Tenericutes為抗生素抗性基因與菌門網絡中之熱點，顯示其可能為抗生素抗性基因於河口底泥之潛在宿主。

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以水足跡指標建立氣候變遷情境下之再生水廠效益評估方法

水資源的可得性在近年逐漸受到氣候變遷、用水需求增加等因素備受威脅，使得水資源短缺的問題日趨嚴重，開發非傳統水源已成為各國趨勢，其中，再生水供水不容易受氣候影響，且能將水資源循環並永續利用，是現今重要的供水來源之一。不過，再生水雖然具有 供水效益，但在處理過程中的資源使用對水資源造成之衝擊鮮少被考量；此外，再生水利用在未來氣候變遷情境下，對環境產生的潛在影響亦尚未有一套完整的評估方法。 本研究以水足跡評估方法作為基礎，結合SWAT和 TaiWAP模式進行流域水足跡模擬，並建立再生水廠建設的衝擊與效益的評估流程，選定中部大甲溪流域及臺中水湳再生水工程做為研究案例，對再生水廠進行水足跡評估，繼以流域水足跡永續性作為指標，評估再生水廠在氣候變遷情境下的供水效益。 研究結果顯示，氣候變遷所造成的降雨型態改變將會衝擊大甲溪流域的藍水、綠水與灰水資源，藍水與綠水稀缺性將會在未來情境的3-5月有明顯上升，水污染程度將會在2月大幅度上升。比較流域藍水稀缺性在不同情境下的增減量，氣候變遷造成的稀缺性增量最大達203%，而再生水所提供的減量效益最多僅有 顯示若以流域永續性的角度來看，再生水供水對藍水稀缺性減量效益很小；若以經濟效益來看，由於大甲溪流域在未來情境缺水率高，加上水湳再生水廠供水對象為產值較高的中部科學園區，經濟效益較為明顯。水湳再生水廠的水足跡盤查結果顯示，水足跡貢獻來源主要為灰水足跡，而能源為藍水足跡貢獻的主要來源；將再生水廠的水足跡與無再生水廠情境相比，在有再生水廠的情境下，每月可以減少約20萬噸的水足跡。 本研究所建立的評估方法以水足跡做為指標，能夠呈現供水設施所帶來的效益與衝擊，可作為流域水資源的管理指標，或是應用於各種供水設施的效益評估。

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在台灣台北都市地區之氣膠揮發性、吸濕性及有效密度之探討

在老化的過程中，氣膠可能透過內混或外混之方式與水溶性物質或是揮發性有機物質混合。因此，揮發性、吸濕性及有效密度是相互關聯的，並且在大氣環境中會隨時間有著動態的變化。然而，這些氣膠特性尚未同時被檢視，尤其是在台灣。因此，本研究發展出即時且現地之量測技術，透過結合揮發性串聯式電移動度分徑儀、氣膠質量分析儀及雲凝結核計數器(VT-DMA-APM-CCNc)，能夠系統性且同步地監測在北台灣都市地區超細懸浮微粒(UFPs)之揮發性、吸濕性及有效密度。每日排放之氣體濃度與交通流量具有相似之行為，而這些氣體是二次無機和有機氣膠的潛在前驅物。環境條件[如：依強度區分之太陽光照度、風速及相對濕度 (降雨事件)]對於揮發性物質相分配及有效密度之影響將被檢視。此外，凝結於微粒上之高和低揮發性物質密度將會被估計。結果表明，光化學反應是太陽光照度的函數，其與氣膠老化具有密切相關。老化微粒之有效密度將會上升，而揮發性會下降。根據這些發現，低揮發性化合物被視為老化的物質且其和老化程度有關。此外，同步量測之參數包括AAE及Ks，闡明了微粒之光學性質及構型的改變。在中午，總是會發現最大值之AAE及最小值之Ks，這也暗示著微粒在中午是相對老化的，且被二次有機物質披覆並逐漸接近規則球形。此外，降雨事件之案例研究說明濕沉降造成之慣性衝擊是粗微粒(如：粒徑大小 > 1 μm)之重要去除機制之一，且PM1 和PM10之比值有顯著上升。高濕度將透過微粒形成之水膜而加速老化反應。綜合上述結果，在高強度光照、低風速及高相對濕度情況下，氣膠之揮發性、吸濕性及有效密度將於都市環境中有著快速的轉變。

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應用深度學習預測污水處理廠曝氣槽之溶氧

在污水處理廠中，維持設備的正常運轉需要消耗大量的電力，而二級處理中的曝氣槽更是位居消耗電能首位，佔所有電力成本的45-75%。透過對曝氣槽中可即時監測之數據進行溶氧預測，可達到有效控制曝氣槽電力的消耗，並且能夠增加曝氣槽針對水質淨化的效率。因此，本研究將利用以往及目前較為熱門之模型針對曝氣槽溶氧預測效能進行比對，並且選出該曝氣槽最合適的預測模型。 本研究使用桃園龜山污水處理廠2018年之每日實驗數據取pH值、溫度、COD與SS為輸入之特徵值進行模型的建立，分別使用多元線性迴歸，XGBoost、深度神經網絡進行溶氧分類預測。由於資料庫的數量不足，本研究於前處理階段使用高斯白噪音擴增數據至每筆特徵值2184筆。而後使用多元線性迴歸套入一次項與二次項的特徵值分類預測，結果顯示一次項之模型得到最好的預測準確率為85.81%，而AUC (Area under ROC curve) 為77.95%。再者，利用XGBoost建立模型所獲得之準確率達92.45%，AUC為87.61%。最後，在利用深度神經網絡兩層隱藏層與三層隱藏層中，可得到最佳化的模型為兩層隱藏層之DNN，第一層隱藏層為95個節點，第二層為115個節點，此模型在訓練與驗證準確率分別達到86.83%與82.15%，AUC得到78.83%。由三個模型比較，可發現利用XGBoost所建立之模型可較有效的預測溶氧的分類；此外，透過非線性模型之建立，更能捕捉二級處理中曝氣槽的水質特性。

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臺灣減碳策略路徑圖規劃之研究

隨著溫室氣體排放量的議題關注度上升，其中以二氧化碳最受國際上討論。各國在通過巴黎協定後，陸續設立國家自主減碳時程，以達成巴黎協定設定2100年全球升溫控制在1.5℃目標。台灣雖然不是締約國，但為盡全球一份心力，制訂溫室氣體減量管理法等條文，明文設定2050年排放量較2005年排放水準減少50%之目標。在全球氣候政策規劃上，針對溫室氣體排放路徑的規劃，藉由未來情境的方式進行評估與預測。情境推估的基礎來自於對未來能源耗用、氣候政策、人口成長、經濟發展不同面向的設定，並透過複雜計算模擬出未來的溫室氣體排放與增溫情況等路徑。基於不同的氣候政策目標，便會產生不同類型的模擬情境，情境推估研究讓各國在規劃減碳路徑時，可針對不同的政策目標與情境，提出相對應的策略作為政策工具。 在眾多經濟誘因中，碳稅是一種減少碳排放之重要經濟手段，透過徵收碳稅以實現減少碳排放之目的。單純課徵碳稅對於經濟會造成負面影響，而搭配稅收回饋機制將獲得改善。全球二氧化碳排放量與能源息息相關，各能源政策對於減碳貢獻不盡相同，煤炭、核能、再生能源等是減碳過程不可忽視的議題。另外，全球部分國家對於電動車的發展處於萌發階段，電動車具有強大的投資潛力。各國政府陸續訂定相關推動電動車的策略與相關計畫，來降低溫室氣體與空氣污染物的排放，同時促進電動車的發展。 本研究期望透過碳稅政策、能源政策與電動車政策搭配總體計量模型模擬，以減緩二氧化碳排放量，並達成台灣減碳目標。根據研究數據顯示，高碳稅、核能技術發展和不發展燃煤技術對於減碳有實質的影響，其三者所構成的情境組合於2050年較2005年減碳幅度最大為51.63%。除了減碳效果之外，能源結構與總體經濟影響受到各策略加成之後也有所影響。 藉由個別策略減碳效果、經濟變化等因素，依不同願景目標繪製政策藍圖。為了建構有效的減碳策略規劃，不同的政策藍圖其策略施行時間與前後次序將會有所差異。整體而言，本研究結果顯示，在不同情境、不同年份下各策略減碳速度與減碳持續時間會有效果上的變動，並非實施策略至2050年皆可達標，需要評估相關政策的有效性，以利在規劃政策上具有更多資訊以作為參考依據。

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以模擬底泥反應槽之菌群分布作為鑑識銅汙染源指標

本研究探討以底泥微生物菌群變化作為銅污染源鑑識之可行性。研究方法以模擬河川底泥反應槽進行分析，以河水添加不同濃度硫酸銅連續暴露底泥的方式進行研究。反應槽取用老街溪河水及底泥，於河水中添加硫酸銅作為進流，每周定時採取進出流分析，並於第0、14、28、56天取底泥樣品，對其萃取出的核酸進行次世代定序，檢測微生物菌群變化。藉由相關性分析及樣品微生物族群受底泥模擬接觸反應槽環境條件影響分析各自找出了與銅濃度具有相關性之菌屬，將兩者結果比對後篩選出之菌屬分別為Levilinea、Ornatilnea、Longilinea、Methylocystis、Mycobacterium、Sulfuricella、Candidatus Cloacamonas、Ignavibacterium、以及Subdivision3_genera_incertae_sedis此9屬。此9菌屬有機會以其族群變化作為銅污染鑑識技術的可能性。未來建議增加現地試驗驗證後可利用其消長變化作為鑑識污染來源的指標。

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應用電活性微生物於微流道微生物燃料電池監測水中重金屬毒性之探討

微生物燃料電池為一種再生能源，電池中具有電化學活性之微生物，能氧化廢水中的營養物質，達到處理污染物同時又產生電能之效果，因而此技術逐漸受到關注。除了作為再生能源之角色，縮小其規格製成微流道微生物燃料電池具有應用於生物傳感器的潛力，能透過微生物快速反應及產電之優勢，進行重金屬污染物之檢測。本研究以碳紙作為電活性微生物附著之載體（即本系統之電極），於陽極電極上培養指標性產電菌Shewanella oneidensis，Pseudomonas delhiensis及Pseudomonas citronellolis三株菌株，並以醋酸鈉合成廢水作為陽極液，於其中添加相異濃度之六價鉻及二價銅，注入微流道中觀測三株產電菌產生的電壓所受到的抑制程度，進而建立重金屬濃度與減少電壓之關聯，成功於不同濃度區間建構出能夠快篩重金屬污染物存在之感測系統。透過與其他常見之微生物毒性檢測方法，包括吸光值OD600、結晶紫染色、Microtox○R等三種方法詳細比較後，確立本研究方法之可行性。 結果顯示，六價鉻於0 mM－0.125 mM區間、二價銅於0.125 mM－1 mM區間，菌株能夠有效的反應其毒性，建立良好的重金屬濃度－抑制程度關係，R2可達0.99，三株菌株於六價鉻都能作為生物傳感器之反應媒介，而二價銅部分又以Pseudomoans delhiensis 有較佳之反應且有較廣之濃度區間。本研究所建立之微流道方法與吸光值OD600之重金屬毒性反應趨勢相似，皆能以類似微生物生長公式之自然對數型式表示，確立微流道作為微生物傳感器快篩水體重金屬污染物之潛力。

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台北地區小規模住戶及學校自來水含鉛濃度調查及新水龍頭鉛溶出研究

鉛管自1980年代開始被世界各國禁止使用於配水系統中。然而，鉛仍時常被用來製造管材元件，從而導致自來水鉛污染及危害人體健康。本研究針對台北地區的20個住戶(包含10戶鉛管換管戶和10戶無鉛管戶)及10所學校進行五次實地自來水採樣以了解自來水含鉛概況，並且購買新黃銅水龍頭及無鉛水龍頭安裝於國立台灣大學一館舍內，以調查3個月左右之鉛溶出狀況。本研究分析住戶及學校自來水總鉛和溶解鉛濃度，並探討鉛濃度與各水質參數的相關性。在新水龍頭實驗中，則檢測分析總鉛、銅、鋅、鐵和溶解鉛、銅、鋅、鐵濃度以探討鉛濃度與銅、鋅、鐵濃度的相關性。此外，本研究使用單粒子感應耦合電漿質譜儀(single particle inductively coupled plasma mass spectrometry, spICP-MS)，檢測及量化鉛、銅、鋅、鐵奈米顆粒的粒徑分佈、粒子數濃度和粒子濃度。實驗結果顯示，在現地住戶及學校採樣分析的研究中，大部分自來水樣品的鉛濃度不高，僅有一個樣品超過台灣飲用水含鉛量標準 (10 μg/L)。鉛濃度與各水質參數則無相關性。在新水龍頭實驗中，其中一個黃銅水龍頭於前兩個禮拜左右釋出高濃度鉛(最高達24.3 μg/L) ，而無鉛水龍頭於實驗期間皆釋出低濃度鉛(<6 μg/L)。 其中一個黃銅水龍頭的鉛奈米顆粒濃度隨時間逐漸下降，而另外兩個黃銅水龍頭的鉛奈米顆粒濃度則大幅波動。總/溶解鉛與總/溶解鋅和銅於黃銅水龍頭中具有相關性，而鉛奈米顆粒濃度於無鉛水龍頭和管道系統中的銅、鋅、鐵奈米顆粒濃度則具有相關性。