中央大學環境工程研究所學位論文
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每年春季為中南半島地區生質燃燒活動極為盛行的時期，本研究於2013年春季在越南北部的山羅省(海拔675m)配合7-SEAS (七個東南亞國家研究)活動進行氣膠採樣，主要目的是在北越南探討相關資料很稀少的近污染源生質燃燒氣膠化學組成。 研究結果顯示在生質燃燒事件期間，2013年春季山羅省PM10氣膠受PM2.5氣膠(平均值: 57 ± 27 μg m-3, 範圍: 13—134 μg m-3)主導，PM2.5佔PM10的比例為75 ± 9 %。關於水溶性離子分析結果，硫酸根離子為PM2.5質量濃度主要貢獻物種，平均濃度為5.51 ± 2.43 μg m-3，所佔比例為11.04 ± 5.62 %。接下來為銨根離子、硝酸根離子及鉀離子，其平均濃度分別為1.94 ± 0.94 μg m-3、1.18 ± 0.57 μg m-3、1.18 ± 0.57 μg m-3；佔PM2.5質量濃度平均比例分別為4.09 ± 2.52 %、 2.13 ± 0.80 %及 1.08 ± 0.53 %。氣膠碳成分分析結果，有機碳及元素碳中主要物種分別為OC3及EC1-OP，且其平均濃為20.16 ± 9.57 μg m-3 、3.45 ± 1.77 μg m-3。此外，水可溶性有機碳(WSOC)佔有機碳比例為56 ± 12%，這表示於BB事件中所產生的碳成分氣膠具有潛在的含水特性。HULIS (Humic-like-substances)為一種可吸光有機物質，其含量為7.40 ± 4.54 μg m-3，佔有機碳的比例為35 ± 9%。同時氣膠單醣無水化合物則以左旋葡萄糖為主，所佔比例為3.09 ± 0.72%而平均濃度則是1.80 ± 0.96 μg m-3 。當生質燃燒指標物種K+、OC3、EC1-OP、HULIS 及左旋葡萄糖彼此間相關性判定係數R2都達0.62以上(N=44)，印證本地區氣膠受BB影響。 對於生質燃燒追蹤物探討，在越南北方山羅省採樣期間的樣品，以及用於氣相層析-質譜儀分析的14個選定樣品，左旋葡聚醣及甘露醣濃度比值為15.6 ±1.4， 顯示山羅省主要燃燒的物質為硬木及草地植披。 本研究也測定環境中PM2.5顆粒裡一次及二次有機氣膠追蹤物隨時間變化的組成，可偵測到多於50種有機化合物包括醣類、木質素、樹脂產物、脂肪酸、芳香族酸和生物氧化產物(如： 2-methyltetrols, 烯烴三元醇, 3 - 羥基戊二酸)。考慮不同來源地區的氣流軌跡並比較追蹤物的結果，根據氣膠中有機分子的組成我們能更了解中南半島北方生質燃燒的影響途徑，以及更多氣膠資訊和氧化過程。 最後，本文首次應用穩定同位素碳-13 (δ13C)在北越南PM2.5 氣膠的研究，其範圍落在−26.6 和 −25.4‰之間，這指出有C3植物和化石燃料燃燒的貢獻。 關鍵字：中南半島生質燃燒，氣膠化學物種，有機氣膠追蹤物，左旋葡萄糖、同位素碳-13
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批次式的生物處理系統在每個運程中會有不同之操作相，在每個操作相皆有不同之生化反應，在控制轉相時須確保反應已進行完成或達到一個反應階段，故在系統中須包含一個即時監測系統。連續進流的系統中因廢水處理體積會隨著時間而改變，要了解槽體中各種物質質量的增減與好氧相需氧量之計算，皆需要水體體積作為計算參數。在單個運程中量測各運作相之MLSS濃度，可了解在單個運程中微生物的生長質量，比較在每個運程中厭氧相之初始濃度，即可計算每個運程微生物的生長質量。而一個處理系統亦須注重其排放水出流水質是否符合標準，SS濃度是排放標準的一個重要的指標，故監測系統亦須包含SS濃度的量測。目前大多以市售的儀器作為監測MLSS與SS濃度之監測方法，單一支的MLSS感測器只能量測固定高度的濃度值不能隨著水位的變動而量測水體表面的MLSS與SS濃度值，且亦不能隨時量測污泥的沉澱速度。本研究欲以光學量測的方式建立一套能量測水位、MLSS濃度、SS濃度及沉澱速度之量測裝置。以雷射光與Webcam作為建置量測裝置之元件，藉由拍攝雷射光投射至水體後之水體影像，利用光譜分析與影像分析技術，以所獲得的資訊來量測水位、MLSS濃度、水體中不同深度的SS濃度、及污泥沉澱速度，能以相對較為簡便的量測裝置提供多種的監測資訊，且能提供市售MLSS感測器及其所無法監測之污泥沉澱速度監測資訊。目前水位量測之最大差異百分比在0.7%以內，而MLSS量測差異百分比在10%以內，SS濃度量測差異百分比為22.9%，且能判斷量測出污泥沉澱速度的快慢。
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由於石油價格高漲加上環保意識抬頭，太陽能電池產業（Silicon Based Solar Cell Technology )製造業為台灣近年來蓬勃發展之高科技產業，加上結晶矽太陽能電池經過近幾年的瘋狂擴產後、生產成本大幅壓低、轉換率持續向上提升，不斷吸引眾多廠商加入。也由於本產業於國內仍屬新興工業，在各項肌肉骨骼傷害的安全評估資料以及作業員自主管理事項，均未建置完善，導致骨骼肌肉傷害問題嚴重，現場設施常常未能合乎作業員體型的設計，無法誘導作業員採行合理的機能工作姿勢，以致於因為工作姿勢不良而引發累積性的肌肉骨骼傷害（cumulative musculoskeletal disorders）。本研究係根據系統思維之觀念與原則，發展出一個符合系統思維原則的組織管理與自主管理運作機制，首先進行肌肉骨骼傷害成因分析，接下來進行組織內選工與派工，並分析、檢討台灣職業安全衛生管理系統後，就其內容發展出之自主管理系統，最後於組織內推動獎勵分紅制度，其中研究包含：肌肉骨骼傷害成因分析、建立肌肉骨骼自主管理系統、自主管理作業指導書、健康促進活動等步驟，藉由系統的展開使參與活動的作業員因自身個別狀況，指導自己的行為，如此才能形成一個持續且完整之肌肉骨骼傷害自主管理系統，並使安全衛生工作持續不斷改善，逐漸建立一個安全之工作環境，以避免作業員肌肉骨骼不適的傷害的再發生。
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連續流循序批式活性污泥系統（Continuous-Flow Sequencing Batch Reactor, CFSBR）透過現地單槽式處理，解決下水道維護困難與建設的問題，為未來發展之趨勢。由於進流水水質、水量及環境條件會隨著時間變化，過去透過判斷pH與ORP反曲點以即時判斷微生物反應終點，以提升系統處理效益。但皆以靜態方式判斷折點，當進流水水質濃度高與微生物反應速率慢，導致微生物無法在限制時間內達反應之終點，造成系統無法達成處理之目的。且在系統運作初期，各反應相運作時間皆無擬定之依據，導致需要透過出流水水質結果持續修正，如此，造成時間與實驗成本的浪費。為了解決上述之問題，本研究欲建立一自動控制系統，透過系統動力模式依據進流水水質擬定操作策略，系統依據產出之操作策略運作，可將進流水水質處理至符合預期之水質，COD<100 mg/L、SS<30 mg/L及氨氮<10 mg/L。且透過建立控制策略擬定流程，可依據監測資訊與異常訊號，判斷系統問題與分析造成問題之原因，並產生解決對策，以及時解決進流水水質、水量及微生物隨時間改變與軟硬體異常之問題，藉此達成系統自動化之目的。
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本研究目的以還原碴廢棄材料捕捉二氧化碳，評估碳酸化效率、反應速率及反應機制。試驗中在不同的操作條件下，分別進行於氣液相系統及氣液固相系統。 萃取試驗結果指出，在pH值為4及固液比50 g/L 時，鈣離子最大萃取效率79.4%。氣液相系統於氣體流量1.0 L/min 及二氧化碳進流濃度100%下反應60分鐘，達最佳碳酸化效率67.6%。 此外，氣液固相碳酸化試驗結果顯示，在固液比30 g/L、氣體流量1.0 L/min、二氧化碳進流濃度20%下反應90分鐘，達最佳鈣轉化率51.3%。經動力模式模擬氣液固相碳酸化反應相當符合表面覆蓋模式，並由動力分析得知碳酸化反應速率常數隨氣體流量與二氧化碳進流濃度的增加及固液比的降低而增加。
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本研究利用Chlorella sp.攝取光電(OE)和半導體(SC)放流水中的氮磷，並固定外添加的CO2。試驗設計主要分成適應性試驗與固碳去氮除磷試驗兩大部分。 批次操作下，初步瞭解Chlorella sp.確實能生存於光電(OE)和半導體(SC)放流水中，並攝取氮磷合成藻體。研究結果顯示，Chlorella sp.生長於低N/P的光電(OE)放流水中，生物質產率(Pal)受初始氮磷濃度影響甚大，藻體攝取氨氮的能力會因磷濃度(>12.25 (mg P) L-1) 過高而受抑制；Chlorella sp.生長於高N/P的半導體(SC)放流水，生物質產率(Pal)則受初始藻體濃度(Xal0)影響較大，當初始藻體濃度(Xal0)為0.10、0.50和1.0 (g DW) L-1時，生物質產率(Pal)隨其增加而提升，介於0.100-0.634 (g DW) L-1d-1之間。 半連續操作下，各參數的最佳條件為SRT=21 d、HRT=4 d以及6% CO2 (v/v)，Chlorella sp.對低N/P的光電(OE)放流水(水質為37.06 (mg NH4+-N) L-1和27.85 (mg PO43--P) L-1)之最佳氮磷去除率分別為78.9-79.2%和5.7-7.8%。當SRT=30 d時，槽中藻體濃度(Xal=4.6 (g DW) L-1)過高，藻體因自我光遮蔽效應而活性漸失，最終氮磷去除率分別為22.9%和3.7%。當HRT=4 d時，水質pH值趨於酸性(<4)，氨氮去除率自96.4%降至73.4%，且生物質產率最低(Pal=0.114 (g DW) L-1d-1)。反觀HRT=2d時，水質pH=6左右，平均氨氮去除率只有54.9%，但其生物質產率(Pal=0.171 (g DW) L-1d-1)最高。將CO2濃度自6% CO2 (v/v)提高至12及18% CO2 (v/v)，生物質產率(Pal)自0.157驟降至0.049 (g DW) L-1d-1，固碳速率(RCO2)也自0.220降至0.098 (g CO2) L-1d-1。 本研究發現，Chlorella sp.能攝取光電(OE)和半導體(SC)放流水中的氮磷，其攝取能力受環境之各種負荷影響。於半連續操作中，受SRT之影響最為顯著，表示Chlorella sp.對光能的利用率是最重要的因子，pH值的影響則次之。
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一般光觸媒的材料有二氧化鈦（TiO2）、氧化鋅（ZnO）等，其中以二氧化鈦為主流被廣泛的研究，但在實際應用方面，還是受到侷限。氧化鋅與二氧化鈦具相同性質，且鋅金屬較鈦金屬價格低廉，因此氧化鋅為最有潛力替代二氧化鈦的材料之一。製備奈米氧化鋅包含氣相沉積法、物理粉碎法、溶膠凝膠法等，但如何大規模且經濟化的生產是必須要克服的關鍵問題，至目前為止，在大多數的合成報告中，氧化鋅奈米晶體製備成本均非常高。本研究選取二醇類溶劑，利用其會生成分子間氫鍵的特性，控制小聚集的形成，並搭配簡單、低成本的實驗程序，以製備出奈米級氧化鋅晶體，同時探討製備溶劑、前驅物種類、水化反應、製備溫度、製備酸鹼度、反應時間等反應因子與氧化鋅晶體物化性質之關係，並求得其最高光催化效率之反應條件。 本研究實驗結果顯示，提高製備溫度有助於提高比表面積與純度，並增加其光降解效率，以50℃為製備溫度效果最佳；延長製備反應時間，會使氧化鋅晶體粒徑變大，並有助於提高其純度與光降解效率。提高製備氧化鋅之酸鹼度會改變表面結構，同時亦提高其比表面積與晶體成晶狀況，有助於增加污染物的光降解速率。其中，以乙二醇為製備溶劑、氯化鋅為前趨物，在無水、溫度50℃、酸鹼度為12的狀態下反應48小時，可得純度最高、光催化效率最佳之奈米氧化鋅。然而氯化鋅等物質在二醇類或在含水二醇類溶劑中之產物形成機制，與光催化過程中污染物物種的變化情形等有待後續深入研究。
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CIGS太陽能薄膜電池之光電轉換效率與其硫化鎘(CdS)薄膜之厚薄有關，其薄膜之生成會受到反應物濃度與反應溶液之溫度及pH值之影響，然而其製程為密閉空間無法即時量測製程中各反應物質濃度之變化，是故，本研究利用UV/VIS/NIR吸收光譜原理，透過每五分鐘且連續掃描三小時之光譜資訊，分析各物質之濃度。由於硫脲、氨水及醋酸鎘之吸收波峰彼此會互相重疊造成其波長吸光度之增加，無法直接利用各物質之吸光係數分析得知其濃度，因此，本研究利用規劃求解之方法，透過物質重疊波段之主吸收波長及其主吸收波長前、後三個波長與吸光度，建立規劃求解各物質濃度之推估模式，但在硫化鎘生成反應過程中，氨水因其易揮發之特性，其濃度之變化除了反應生成硫化鎘所消耗之外，也包括氨水揮發所造成，因此須將氨水揮發造成之影響去除，且硫化鎘生成會造成各物質吸收波長之吸光度增加，因此，須將硫化鎘納入規劃求解之變數。然而推估模式所推估之硫化鎘生成量與實際之硫化鎘總生成量雖仍有一定之誤差，但相對於實廠製程使用較巨量之溶液，其推估模式於實廠之應用仍有一定之可行性，於實廠製程中，可將吸附於燒杯杯壁上之硫化鎘量視為實廠製程中吸附於基板上之硫化鎘量，得知吸附於基板上之硫化鎘量，其基板大小又為已知之固定尺寸，即可以得知吸附於基板上之硫化鎘薄膜之厚度，以提高製程產品之良率與效益，而過濾所得之硫化鎘量即為實廠硫化鎘薄膜製程結束後反應槽中殘餘之硫化鎘量，得知其殘餘量之資訊即可判斷製程能否繼續或是藉由添加反應物至反應槽中使硫化鎘生成反應持續進行，以提高製程之使用效率，減少原物料之損耗。
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本研究利用多壁奈米碳管吸附硝基酚異構物(2-NP 與 4-NP) 及Cu(II) 的混合溶液以探究其吸附機制，以及硝基酚與Cu(II) 之間的關係。利用批 次吸附實驗與電化學實驗這兩種實驗方法的結果來相互比較與解釋論述。 批次吸付實驗結果顯示，混合系統為酸性條件時，NPs 可能因苯環和含氧 官能基之間的作用力而不容易靠近碳管表面，Cu2+則較NPs 容易靠近碳管 表面。也可能是Cu2+可能與水形成水合作用，產生遮蔽效應，這些都將不 利於NPs 吸附於碳管表面，所以可以推測碳管對NPs 與Cu2+的吸附，可 能存在著相互競爭的關係。混合系統為鹼性條件時，碳管對於2-NP 與Cu2+ 的吸附百分比均有明顯增加的現象，但對4-NP 的吸附百分比並沒有像 2-NP 的結果一樣顯著增加。結合循環伏安掃描結果可推測有三種可能的 吸附機制：(A) 2-NP 可能與銅離子形成新物質而吸附於碳管表面；(B) 碳 管可能是先吸附Cu2+而硝基酚負離子再藉由靜電吸引力吸附在Cu2+上；(C) 沉澱物之影響。至於當4-NP 與Cu2+的混合系統為鹼性條件時，推測其吸 附機制可能是碳管先吸附Cu2+而硝基酚負離子再藉由靜電吸引力吸附在 Cu2+上。此外，在電化學方面發現了後加入Cu2+的系統中，4-NP 的電流 值在加入Cu2+後有增加的趨勢，而Cu2+的電流值明顯小於4-NP 的電流值， 藉此可以做個推測，表示在此實驗中Cu2+會幫助4-NP 對於奈米碳管修飾 電極發生更佳的反應，而且4-NP 比Cu2+對於奈米碳管修飾電極具有更佳 的反應。
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石門水庫為因應颱風暴雨時期，原水濁度暴漲導致淨水廠難以處理，在水庫區設置分層取水工程，取用高程較高濁度較低之原水，但淨水廠以分層取水作為水源時，曾在淨水廠快濾池操作上發生嚴重空氣閉塞的問題，使快濾池濾程嚴重縮短，進而影響出水水量。本研究探討藉由提高濁度的方法，增加水體中顆粒的濃度，提供水中溶解性氣體異相成核的機會，使溶解態的氣體生成氣泡，進而從水體中釋出。原水利用碳酸氫鈉模擬氣體過飽和，並以高嶺土調配不同的濁度，觀察不同濁度的氣體過飽和原水混凝的情形及其對水中溶解性氣體量的影響，並探討對後續快濾單元的水頭損失與濾程之關係。 從瓶杯試驗的結果發現，混凝劑的添加量越大並不會使除氣的效果越好，反而在最佳加藥區間因為其混凝的成效較佳而有較好的除氣效果，且初始總溶解氣體量的變化也會影響膠羽的結構特性，初始溶氣量高所生成的膠羽較大且具有較多孔隙，形成相對膨鬆的結構，影響膠羽的過濾性及沉降性。模廠快濾槽因為水中溶解氣體過飽和，氣體在濾床中累積，造成空氣閉塞現象，使快濾槽的濾程縮短，配合以調整不同的初始濁度，觀察並記錄各模廠單元的水質變化情形及混凝的成效，探討不同濁度的情況對於濾程及TDGP的影響，改善快濾槽濾程因空氣閉塞而縮短的情形。由結果發現，雖然提高濁度有助於釋出水中溶解性氣體而增加濾程，但形成的膠羽易有上浮的現象，且濁度提高不是無限制，過高的濁度會增加混凝程序的負擔，使混凝的成效降低，沉澱水的濁度降不下來，增加後續快濾單元的負擔，使濾料表層快速累積顆粒形成濾餅，造成壓力水頭急遽升高。