臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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自2003年起，全球經濟加速增溫及復甦，隨著貿易行為及物品運送的需要，優於空運之海運業佔了很重要的地位，隨著貨運量大幅成長，各家船公司積極擴充航線及船隊，但在龐大的商機及運能背後，卻也隱藏了對海洋的危害。隨著全球環保意識抬頭，船舶所引起的油污問題，已成了聯合國海事組織及各政府關注的焦點，因為船難事故或人為惡意排放，對海洋生態的衝擊是無法量化的，且處理風險及難度上均高於陸地，尤其貨櫃船使用油係為黏度極高、揮發性較差的重油及機艙油，處理上較輕質油困難；當處理不當污染滲入生態中，對海洋生物的影響及戕害甚鉅。雖業界中有中大型船公司對油污防制有其管理及應變措施，但小型船公司對油污防制知識仍相當貧乏，導致防制的成效不彰。 欲將貨櫃船油污情況有效降低，可由船公司預先建制完善油污防制標準作業程序，再配合政府環保單位之應變設備與人力，方能有效的防止洩油事件發生，且減少洩油事件對環境的衝擊。本研究中建議船公司建立完善污染防制標準作業的程序，文中提及建立程序可透過工作安全分析、災害辨識及分析作業；再配合上公司的企業文化、教育訓練制度等彙整後制定。不論是事前預防、災害應變及災後處理，均可藉由作業程序及應變計劃，將油污預防機制強化、加速辨識污染來源能力及縮短油污處理時間，進而有效的控制污染及預防貨櫃船之油污問題。 油污防制標準作業程序雖不是防止船舶油污的萬靈丹，但透過油污防制標準作業程序及強化船員的教育訓練；兩者相輔相成下，除可減少人為惡意排放外，對船公司在處理船舶污染事故能有所依循。
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本研究目的在於了解中醫療院所進行艾灸治療過程產生之室內空氣污染物濃度變化（CO、CO2、PM10、PM2.5、甲醛、TVOC），並針對新、陳艾成份以及燃燒所產生的TVOC進行定性及定量分析，以了解對人體健康上之影響；並以陳艾取代新艾及空氣污染物控制裝置進行室內空氣品質改善成效評估。 研究結果顯示，艾灸燃燒容易造成中醫醫療院所室內空氣品質不佳，新艾燃燒產生氣狀污染物（CO、HCHO、TVOC）較嚴重，容易引起眼睛、鼻刺激，主要原因是新艾中含有較多的揮發油在燃燒過程被釋放出來所造成；陳艾則以粒狀污染物為主，其中懸浮微粒濃度約為新艾的1倍，主要原因為新艾中的除煙劑含有助燃效果，可提高燃燒效率，減少燃燒不完全的情況發生，相對的懸浮微粒濃度較低。而在燃燒廢氣TVOC分析結果顯示新、陳艾燃燒皆會產生苯、甲苯、乙苯、苯乙烯及其他苯環類與長碳鏈化合物。 在使用局部排氣設備進行改善後，燃燒新艾產生之氣狀污染物減量效果為41 ~ 91%，而粒狀污染物之減量達96 ~ 100%；在使用空氣清淨機進行改善後，粒狀污染物的減量效果達60 ~ 71%，但由於污染物生成速度較去除快，故在使用空氣清淨機後懸浮微粒濃度仍超出建議值；而氣狀污染物去除效果較差，僅達4 ~ 35%。 而醫護人員於新艾燃燒的環境下工作30年（每日暴露6小時，周休2日）之終身致癌風險值為5.8 ×10-4，在陳艾燃燒的環境下則為1.6 ×10-4，皆超出一般人可接受之終身致癌風險值。非致癌風險的推估上，於新艾燃燒的環境下工作之非致癌風險值為12.22，而在陳艾燃燒的環境下工作則為18.42，由污染物所占百分比來看，新、陳艾燃燒主要污染物貢獻來源為懸浮微粒（PM10、PM2.5）。
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電紡絲 (electrospinning) 技術乃利用高電壓所產生的電排斥力，克服高分子聚合溶液的表面張力和黏度，形成液柱往收集載體延伸而製備出奈米級纖維。奈米級纖維因具有較小直徑及較大表面積而具有較廣泛的用途，如過濾材或防護衣等，其應用領域包含環境工程、生物科技、紡織、化工及電子等產業。 本研究設置一電紡絲之奈米纖維製備系統，以聚甲基丙烯酸甲酯 (poly(methyl methacrylate)，PMMA) 為高分子聚合材料，改變操作參數以電紡絲系統製備PMMA纖維濾材；探討不同操作參數所產生之纖維特性，並將電紡絲技術應用在微粒收集之目的上，在不同測試參數下探討纖維濾材之微粒穿透特性。 研究結果顯示，當聚合溶液濃度增加時，除可減少球狀纖維之液滴狀物質外，纖維之直徑也會隨之增加；當本研究在聚合溶液中加入不同容量之氯化鈉時，除可減少球狀纖維外，纖維平均直徑亦可減少；此外，當針頭至收集載體之工作距離增加時，纖維之直徑即會增加。本研究最終將纖維濾材應用於微粒收集之目的上，結果顯示本研究所製備之纖維濾材之微粒收集特性良好，微粒穿透效率最佳可達3.0×10-5。
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一般人對於裝潢的要求大都只在意價格及裝潢後的質感而忽略了環境空間的安全性和健康性。由於對建材特性的不了解，致使亮麗的外表下隱藏著許多看不到的潛在危害。本研究利用IA-QUEST模擬建材之TVOC逸散，並以一裝修場所之實測結果比較，探討IA-QUEST應用於本土室內環境之可行性。本研究主要可歸納以下結論： 1.空間一以2 ACH模擬結束時，非連續通風換氣之TVOC濃度為151.96 mg/m3，連續通風換氣之TVOC濃度為26.31 mg/m3；空間二以2 ACH模擬結束時，非連續通風換氣之TVOC濃度為28.52 mg/m3，連續通風換氣之TVOC濃度為4.94 mg/m3。結果顯示，連續通風換氣對TVOC有較好的移除效果。 2.採用非連續及連續通風換氣時，到達最高濃度之時間點空間一為8.9H及12.0H ~ 12.4H，空間二為8.9H及11.9H ~ 12.1H。此顯示裝修竣工初期，TVOC的濃度會到達高峰，為保障人員安全與健康，此階段應避免進入該區域。 3.經比較分析後發現，IA-QUEST受限於測試材料之代表性、測試條件及逸散因子未隨環境變動而調整等因素，影響模擬結果之準確性，故不適用於台灣之氣候環境，但其仍可做為教學及相關研究之參考。 4.經實測與模擬比對結果，實測與模擬結果之誤差值為1.338 mg/m3~20.404 mg/m3，誤差百分比為60.68％~7577.52％。由於誤差太大故無法實際應用作為室內裝修相關人員之評估工具。
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我國自民國91年1月1日起開始公告回收廢直式日光燈管，回收工作至今近7年多，執行狀況良好，而國內廢照明光源經回收處理後其資源化產物如玻璃、汞及鋁等物質皆已進行實際之再利用，唯螢光粉之最終處置仍以掩埋為主，實有違資源永續再利用之原則，以國內每年使用之日光燈管約1億支，每支日光燈中含螢光粉之重量約4g，每年產生之廢螢光粉已達400公噸，若能將其直接進行再利用，不僅可減低原物料之需求，同時亦能獲得實質上之益處，如降低環境衝擊、降低成本、提昇附加價值等。 本研究以光譜分析方法，進行新舊螢光粉混摻再利用之最適比例探討，另針對不同段日光燈管螢光粉，將其分為A、B、C等3段，並以XRD、SEM、ICP-MS及光譜分析等方法進行基本特性之研究，新舊螢光粉混摻再利用之最適比例實驗結果顯示，不論以新鹵磷酸鹽螢光粉或新三波長螢光粉針對回收螢光粉進行混摻，其結果皆隨新螢光粉比例提高，可見光譜之積分強度值亦隨之增加，新螢光粉比例為75%，回收螢光粉比例為25%時，其可見光譜之平均積分強度值已達新螢光粉的95.5%及97%，故新螢光粉比例為75%，回收螢光粉比例為25%為本研究認定再利用之最適混摻比例。 另依不同段日光燈管螢光粉之基本特性分析實驗結果顯示，鹵磷酸鹽燈管A段螢光粉於結構、成份及發光效率上皆明顯較B、C段螢光粉為差，若以C段螢光粉之積分強度值為標準，A、B段螢光粉之積分強度值可達C段螢光粉的16%及93%；而三波長燈管之A段螢光粉不論於成份及發光效率上，皆與B、C段螢光粉相似，若以B段螢光粉之積分強度值為標準，A、C段螢光粉之積分強度值可達B段螢光粉的99%。
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為提升國民對環境品質之要求，污水下水道是現代化都市所具備之主要公共設施，國內積極推動發展污水下水道之建設，污泥產量亦隨之增加。本研究將超音波前處理技術，結合先進國家之已開發高溫嗜熱菌污泥減量技術，並加以用污泥動力學分析前處理技術結合嗜熱菌消化減量技術之研究。 超音波前處理之特色為，將污泥膠羽破壞使顆粒變小，提升較難溶出之有機質溶出速率，減少消化時間及剩餘污泥產量。將下水污泥予以超音波水解處理之目的，在於提升後續高溫好氧消化之污泥減量效率。高溫好氧消化技術具備下列幾項特點：(1)使有機廢棄污泥之產量大幅降低；(2)縮短污泥停留時間；(3)對致病菌具有殺菌之能力。並研究污泥動力學特性，使用動力學模式具備下列特性：(1)了解下水道水質轉化及污水處理程序之操作狀態(2)運用模式可以降低處理成本(3)管理決策之支援，評估新處理程序設計，縮短設計時間。 本實驗透過兩階段進行，將污泥利用超音波震盪前處理後經最佳水解參數(以240W震盪30min)，分別進入高溫好氧消化及常溫好氧消化進行污泥減量。第二階段以基質消化前後之濃度，算出不可分解之比例，再套入修正後之Monod方程式，算最大比增殖係數(μmax)及半飽和常數(Ks)。 經由本實驗結果求得消化動力學係數後，高溫嗜熱菌配合超音波震盪前處理等4組實驗(高溫超音波、高溫對照組、常溫超音波及常溫對照組)，其基質親和力Ks分別為8,410、978、198及4,340 mg/L。結果顯示，經超音波震盪與高溫消化確實可使污泥中微生物基質親和力增加，使基質愈容易被分解。
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台灣地區因降雨後急速流入河川及海洋，導致仍屬水資源缺乏地區，「建築物屋頂貯留」技術有效地減少暴雨時期都市洪峰逕流及解決水資源缺乏等問題。本研究就台灣北部、中部及離島地區收集建築物屋頂之雨水，調查雨水水質污染物來源及影響因素，進行比較及探討不同屋頂材質、不同地區及不同降雨時期，分析水質檢測項目之污染濃度、水質特性及統計上顯著性差異，再進行雨水水質再利用之評估。 本研究選定採樣點共9點，各採樣點包括塑材、金屬及石材3種屋頂材質，降雨時距分別採集降雨初期之30秒、1分鐘、2分鐘、5分鐘及10分鐘之雨水水樣，利用盒鬚圖、單因子變異數分析法及卡方檢定統計法以8項水質檢測項目進行雨水水質分析。水質分析結果顯示，離島地區因海水中含有NaCl及MgCl物質，使屋頂雨水導電度342 μS/cm與台灣北部及中部地區導電度42-102 μS/cm相較有顯著性較高之差異；石材屋頂材質因易溶出鹼性碳酸根物質，造成收集之雨水pH平均值5.6與金屬及塑材屋頂雨水pH平均值4.3相較有顯著性較高之差異；金屬屋頂材質因其材質表面光滑乾淨，導致收集之雨水SS及濁度濃度（2.4 mg/L及5.0 NTU）與石材及塑材屋頂材質（12.2 mg/L及9.6 NTU）相較有顯著性較低之差異；降雨時期之雨水SS及濁度之降雨初期水質濃度皆隨時間增加而減少；初期雨水pH值有較高之現象因雨水離子強度較低。降雨初期前2分鐘之屋頂收集雨水水質SS及濁度濃度（13.7 mg/L及9.9 NTU）較高於後期（5.0 mg/L及9.6 NTU），故建議排除降雨初期前2分鐘之屋頂雨水。
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本研究以電暈放電之型態，研發自製一套新穎、備製時間短、低耗能且常壓常溫之液相非熱電漿系統，藉由予瞬間產生一強烈之電場與伴隨之UV光，製備出含氮二氧化鈦 (TiOxNy) 光觸媒。本研究應用商業級之Degussa P-25 (DP-25) 和氯化銨粉末混合於去離子水，藉由高壓放電，將TiO2中之O原子由Ti中趕出，順利的將NH4Cl中的N原子與TiO2中的O原子進行置換，縮短二氧化鈦之能隙，改變二氧化鈦光吸收特性以利可見光使用，並有效的增加光催化效益。 本研究所製備出含氮二氧化鈦之最佳控制參數為商業級Degussa P-25 (DP-25)與氯化銨之比例為 1：6 ，在常溫常壓條件下，電漿製備時間為40分鐘 。透過化學分析影像能譜儀 (ESCA) 表面元素分析、能量散佈光譜儀 (EDS) 及紫外光/可見光吸收光譜儀 (UV/Visible) 可得知：電漿製備時間為40分鐘時，已成功將N原子與TiO2中的O原子進行置換，產生O-Ti-N 鍵結(含氮量為 0.43 at.%)，藉由 UV/Visible 分析得知含氮二氧化鈦之吸收光譜皆位移至可見光區域 (＞400 nm)，能隙從 Degussa P-25的 3.2 eV降低至 TiOxNy的 2.82 eV，而從X 光繞射儀 (XRD) 分析中發現，高壓放電過程 (14.1 W、40 min) 並不改變二氧化鈦之晶相變化，依舊維持原本anatase晶相之型態，爾後經由可見光下(光波長為419 nm)進行偶氮染料（Acid Orange 7）降解，約在12小時後降解效率即能達到85％，其最佳反應速率約為Degussa P-25之3.4倍。
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二氧化鈦（TiO2）為具有光催化性質之光觸媒，在利用紫外光（UV light）照射下，方可降解有機污染物；為了將二氧化鈦於可見光下有更多的應用範圍，本研究添加硝酸氨及硝酸鐵來改質二氧化鈦，利用氮元素及鐵元素植入二氧化鈦表面，縮短二氧化鈦之能隙，使其於可見光下即可降解有機污染物；而本研究將改質之含氮鐵二氧化鈦（Fe/N-TiO2）結合粒狀活性碳（Granular Activated Carbon, GAC），使二氧化鈦於實場應用時，可改善不易回收及容易產生逸散現象之缺點；並利用活性碳與二氧化鈦所產生之協同作用，增加處理有機污染物之效率，亦可增加可見光觸媒於實場的應用性 在製備含氮鐵二氧化鈦物性分析，經由本研究結果顯示，於UV/Visible能隙變化評估部分，在經由氮、鐵改質之二氧化鈦其吸收光波長紅位移至480 nm，能隙縮小為2.87 eV。在XRD晶相分析部份可發現，所製備之含氮鐵二氧化鈦其晶型皆為Anatase phase，並無Rutile phase產生。在ESCA表面元素分析部份，在經過計算後，本研究製備之Fe/N-TiO2其最高含氮鐵量分別為5.58 %及5.48 %。比表面積部份，本研究所製備之Fe/N-TiO2 比表面積範圍在141 ~ 223 m2/g，並且隨著水熱溫度增加而增加。 含氮鐵二氧化鈦之批次式可見光光催化處理偶氮染料活性測試部分，本研究製備之含氮鐵二氧化鈦有一最佳光催化活性，其製備條件為：氮鐵添加量為N = 0.001 mole、Fe = 0.0012 mole，水熱溫度150℃，反應時間1 hr，針對偶氮染料（10 mg/L）於光波長419 nm，光強度35 mW/cm2照射下，其反應速率為0.56 hr-1，優於未改質之二氧化鈦，反應速率為0.0853 hr-1。 Fe/N-TiO2-GAC應用於連續式流體化床可見光光催化系統中，在不同pH值之條件下，此系統於酸性條件下有較好的反應速率，反應速率常數為k = 0.60 hr-1。在水力停留時間部分，結果顯示當系統在酸性條件下，其去除效率隨著停留時間愈長，反應效率愈好在光照強度部分，隨著光照強度的提高，對於偶氮染料（AO7）在光催化反應呈現增大的趨勢。在不同初始濃度部份，結果顯示其去除效率隨著濃度增加而下降，反應速率常數由1.74 hr-1降低至0.17 hr-1。
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為因應提倡綠色能源，目前台灣已大力推動太陽能產業發展，相對之，太陽能電池與太陽能板製造量將大幅增加，其生命週期約為15至25年，故可推估未來20年間將持續有大量廢棄物產生，同時伴隨科技進步，發電效率亦將提升，因此，調查國內太陽能電池與太陽能板物質流佈實為不容緩之議題。 本研究以物質流分析觀點，主要調查物質進入一系統內之流動情形，及從系統輸出至另一系統過程，對象包含矽晶、薄膜類(非晶矽；a-Si)太陽能電池/板進行流佈調查與推估。依實地訪視國內五家太陽能電池製造商及三家太陽能板組裝業者所得知成果，且透過行政院環保署「全國事業廢棄物管制系統」、財政部關稅總局及經濟部國貿局「中華民國進出口貿易統計系統」三大系統查詢結果為依據，系統性探討國內兩者廢棄物流動情況。依據物質流佈推估結果得知2007年國內太陽能電池之廢棄量約19,561 kg/y，再藉文獻數據求得矽晶類佔17,507 kg/y，主要流向以回至原製程再利用及製程相關產品為主；薄膜(非晶矽；a-Si)類佔880 kg/y，以再利用或掩埋處理之。太陽能板廢棄量約為191,186 kg/y，其包括矽晶與非晶矽類，分別為171,111 kg/y與8,603 kg/y，此外，當年太陽能板實際組裝扣除廢棄、出口，再加進口量，則合計流動於國內市場約3,998,295 kg/y。 根據台灣地區太陽能電池與太陽能板物質流分析結果，本研究從行政管理面、廢棄物回收處理面及循環再利用面進行探討，進而提升兩者廢棄物回收管理成效架構，並具體提出其處理、回收之管理策略及改善建議，以期相關政府單位與太陽能光電產業可朝向零廢棄願景及資源循環再利用目標邁進。