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鄰近汞排放源之水稻田受現地地質化學與微生物影響之甲基汞生成與累積作用-以北投垃圾焚化爐為例

自工業革命開始，環境中汞的排放源已知主要與人為活動有關，特別是焚化廠及燃煤發電廠的運作。汞經排出後，部分(當中絕大多數為氧化態的無機二價汞)會因沉降作用降至附近地表，並有機會被現地異營性的厭氧微生物轉化成毒性更強的甲基汞。早期的研究認為，甲基汞的曝露與中毒都是透過魚類海鮮的攝取而造成，但近期文獻發現，高濃度的甲基汞可從生長在離汞排放源相近的稻米中檢測出來，暗示著陸域生態系中的食物也可能成為甲基汞的攝食途徑之一。由於稻米是台灣也是許多亞洲地區人民的主食，因此對於水稻田為何易成為甲基汞的生成環境，生地化循環如何涉入其過程，以及排放源造成甲基汞在稻米的累積效應為何是值得深入探討的課題。 有鑑於此，本研究針對北投垃圾焚化廠周圍水稻田的表土、表水、根系土壤與其孔隙水中的總汞與甲基汞，以及可能影響無機汞生地化循環(特別是與甲基汞生成相關)的參數進行樣品的採樣分析，並同時分析當地稻作的總汞和甲基汞含量，以了解此農地場址的汞物種背景值與生物有效性程度；除此之外，也藉由培養現地土壤的縮模試驗及分生技術調查場址內可能將汞甲基化的主要厭氧微生物族群；最後，利用水耕植栽試驗探討培養液中的化學組成對稻作吸收與累積甲基汞的影響。 調查結果指出，所選場址的土壤、孔隙水，以及栽種在此區的稻米，其總汞與甲基汞含量皆無超過法規的農地與食用米標準，且與文獻中所提的背景值相近，顯示排放源的空污防治設備可有效管控汞的排放，未造成此區稻田顯著的汞累積。而根據現地地質化學與微生物族群的分析可知：(1)孔隙水中的甲基汞與無機汞濃度呈顯著正相關；(2)場址內的硫與鐵條件適合汞甲基化菌群的生長；(3)硫酸鹽還原菌可能是場址內主要的汞甲基化菌群。綜合這些因素，暗示著若研究場址的總汞濃度增加，其根系環境將具有促進甲基汞生成與累積的潛勢，故定期監測此敏感生態系統的汞濃度變化有其必要。此外，藉由添加不同形式的配位基而改變稻作培養液的甲基汞化學組成後發現，配位化學可造成稻作不同程度的甲基汞攝取及累積，然此部分的機制原理仍需進一步的探究。

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以淨水污泥灰及廢玻璃為矽鋁源合成MCM-41並應用於重鉻酸鹽吸附之研究

本研究以富含矽鋁成分之淨水污泥灰與廢玻璃作為原料，合成出中孔徑材料MCM-41並進行表面胺官能基改質以及各項定性分析，最後於酸性環境下（pH ~ 3）進行六價鉻之吸附實驗，探討廢棄物資源化利用與處理廢水中帶負電污染物之可行性。研究結果顯示利用鹼融法與傳統水熱法將淨水污泥灰與玻璃灰製備成的中孔徑材料MCM-41粉末，於SAXS分析圖譜確定具有有序排列的六角型孔洞特徵峰出現；BET分析則指出本研究以廢棄物所合成出的中孔材料，其比表面積最高可達839 m2/g；而經由FTIR、29Si-NMR及EA的分析結果證明，本研究之迴流改質確實可達到胺基表面修飾之目的，且迴流8小時所得之胺官能基表面修飾的效果較迴流24小時為佳。此外，酸性環境下所進行的六價鉻氧化物陰離子之吸附平衡實驗結果可知，經胺官能基表面修飾後之材料較未改質前有更好的吸附效果，且經8小時改質之吸附效果比24小時好，推測可能是因為同重量之吸附劑含有較多之官能基，使得在酸性狀態下材料表面帶正電，與此時帶負電之六價鉻氧化物陰離子彼此間的靜電吸引作用所致；而等溫吸附實驗結果經吸附曲線擬合後，得知以廢棄物做為原料合成之MCM-41（液固比15）於改質前後其等溫吸附模式較符合Freundlich模式，表示材料表面吸附位置分佈並不均勻且位能不相同。綜合上述結果，證明可藉由本研究方法利用淨水污泥與廢玻璃作為合成MCM-41之替代矽鋁源料，並藉由表面胺基修飾增強對於於酸性環境下金屬氧陰離子之吸附效果，得到廢棄物資源化的效應。

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雙重功能層柱改質黏土之製備與吸持特性研究

天然土壤受限於成分的特性及吸持機制，無法對有機及無機污染物兼具高親和力，因此過去許多學者曾以有機化合物改質土壤，欲增加改質土壤對有機污染物之吸持能力。但受限於土壤表面的親水性特性及狹窄的層隙間距，大分子有機聚合物難以嵌入層隙間，因此本研究目的有三個方向:○1改質土壤的表面特性，使其適合嵌入大分子有機聚合物○2探討其增加土壤有機成分及層隙間距的影響因子○3探討改質土壤吸持汙染物的效果。本研究選用不含有機質之鈉蒙特石(Na-MMT)作為吸附基質，另選取三種含不同官能基有機胺作為土壤有機質之來源，其目的在於增加土壤有機質含量及增加層間距離，且由其特殊結構與官能基使土壤可同時吸附重金屬與有機污染物，並利後續大分子高分子單體嵌入層隙間。實驗結果發現，比表面積大小依序為1,12-Diaminododecane(DDC)> 12-Aminododecanoic acid(ADA)> Octadecylamine(ODC)，改質劑成功嵌入土壤中並增加層隙間距，碳鏈越長的改質劑增加層隙間距(basal spacing)的能力越顯著，以ODC的層隙間距最大，反應時間長短及溫度變化不會影響ODC層隙間距的大小，而改質ODC時加入改質劑的量對層隙間距的影響亦有限。嵌入時幫助反應的鹽酸可使ODC的層隙間距先增後減，但影響DDC層隙間距的能力並不顯著。由於官能基的特性及其和土壤鍵結的方式，改質土壤的金屬最大吸附量(mg/g)依序為DDC>ODC>ADA。改質土壤有機碳含量越高則其分佈常數Kd越大，Kom和水溶解度Sw成反比，本研究與文獻值作比較後發現實驗結果之 log Koc 與 log Kom 值皆高於文獻值，顯示本研究所用之有機改質劑為良好之分佈介質 。