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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由於氣候變遷下使全球水文循環系統遭到改變，台灣因地理位置關係，洪水量增加、暴潮及海岸侵蝕等致災因子日益嚴重，上游集水區河川短促、陡坡急流及地質不佳，容易造成崩塌、土石流等土砂災害，本研究將針對蘭陽溪上游集水區，探討未來氣候變遷下之流量與泥砂量的變化量。 根據「水利建設因應氣候變遷白皮書」選用日本大氣環流模式MRI-CGCM2_3_2，由台灣大學提供氣候變遷相關水文資料並結合SRES氣候變遷預設情境為A1B、A2和B1情境的短、中、長期之日雨量和日溫度，將水文資料帶入SWAT水文模式中模擬情境日流量與日泥砂量，並對日流量進行頻率分析，經過K-S適合度檢定後，依各情境之最佳解推估未來洪水頻率曲線。 結果顯示，因受到氣候變遷的影響，未來各情境下流量與泥砂量有增加的趨勢，並比較基期與氣候變遷之泥砂迴歸線趨勢及判別A1B情境豐水期之泥砂型態。最後結合一維水理模式HEC-RAS的水位推算，帶入氣候變遷下各情境之洪水頻率，推估在未來情境的牛鬥橋水位變化趨勢。
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本研究主要是以氣態揮發性有機污染物甲苯為標的，採用直燃式焚化爐並搭配熱能回收設備，在燃燒破壞效率方面以焚化溫度及焚化時間作為變數，在能源效率方面則以熱傳面積作為主要變數，探討甲苯燃燒破壞效率及能源效率之關連性，在同時兼顧兩者的狀況下，建議較佳之操作條件，並於實場中進行驗證。 實場中以焚化溫度710℃、720℃及730℃，焚化時間0.5s下，進行甲苯採樣分析，其甲苯燃燒破壞效率分別為94.2%、98.6%及99.3%，此時能源回收效率分別為47.6%、48.0%及48.4%，此時，甲苯燃燒焚化效率與能源回收效率之線性關係為0.8434，當焚化溫度越高，則燃燒焚化效率與能源回收效率兩者關聯性則越 低，若在定溫狀態下，因改變焚化時間而增加之燃燒焚化效率或改變熱傳面積所增加之能源回收效率，並不影響兩者之關連性，顯示同時影響兩者的參數為焚化溫度，依據本研究結果，焚化溫度在710℃~730℃，且熱傳面積介於575m2可視為最佳操作條件。
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由於印刷電路板製程中，往往產生大量硝酸銅廢液，而在廢液中，銅含量約 9.5％，因此具極高的回收再利用價值。而 GNP 合成法主要是在金屬硝酸鹽溶液中加入甘胺酸作為燃料，反應完成後之產物即為金屬氧化物。因此本研究係以印刷電路板中硝酸銅廢液為原料，製備光觸媒材料-氧化銅。 甘胺酸在反應中不僅作為燃料，亦為還原劑，因此本研究將探討在不同 G/N（Glycine/Notrate）合成條件下觸媒的改變。因反應過程為離子型態進行，因此產物可趨近奈米等級；而反應過程中會產生大量氣體，因此觸媒具多孔構造，可提升其比表面積。G/N = 0.3 時，所製備出材料利用 XRD 判定其晶相為 CuO，利用 SEM 及 TEM 觀測其粒徑約為 100 nm，利用 BET 測定其比表面積為 167 m2/g。而當 G/N 升高時，因甘胺酸加入量提高，使反應溫度上升，因此使觸媒產生燒結的情況，導致觸媒粒徑變大、比表面積降低的情形發生。G/N = 0.5 時，粒徑約為 1 μm、比表面積為 131 m2/g；G/N = 0.5 時，粒徑超過 1 μm、比表面積為 92 m2/g。而甘胺酸亦為還原劑，因此 G/N 提高時，反應物傾向還原，當 G/N = 0.5 時，其成分為 CuO/Cu2O，而 Cu2O 約為 55％；當 G/N = 0.5 時，其成分為 Cu2O與 Cu，Cu約為 75％。 將本研究 GNP 在不同條件下製備出之銅氧化物應用於光催化系統中降解有機污染物 NP9EO，由空白實驗可看出，NP9EO 之降解可經由 OH• 氧化斷鏈，但僅能將其降解為副產物，仍無法有效礦化；然而本研究之觸媒具較好之吸附能力，可將污染物吸附並過濾去除，因此對於 TOC 去除效果較為理想。當使用 G/N = 0.3 之觸媒時，其觸媒最佳劑量為 0.3 g/L、H2O2 為 0.05 M，其 NP9EO 去除率為而過多的觸媒會導致觸媒間產生遮蔽效應；過量之 H2O2 則會與污染物競爭 OH•。而利用 G/N = 0.5 之觸媒時，由於 Cu2O 之光催化效果較佳，因此提升了 NP9EO 去除率，為 87.7％，但因觸媒比表面積降低，導致吸附污染物能力較差，TOC 去除率降低為 57.6％；同樣的利用 G/N = 0.7 之觸媒時，TOC 去除率降為 57.6％；然而 Cu 可提升觸媒在價帶上電子的傳導能力，因此增強光催化效果，因此 NP9EO 去除率提升為 94.6％。
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本研究利用加熱酸解法、鹽析中和等處理飛灰的有害性，期能同時破壞飛灰中戴奧辛，使其皆合乎法規標準，降低飛灰的有害性，使其無害化並降低因酸解所造成的溶失問題。 經由本研究可獲知焚化飛灰在加熱條件設定溫度25~160℃、加熱時間5~60分鐘時酸解後的焚化飛灰經鹽析中和處理，其重量溶失率約在－4.2~10.8%之間。在加熱酸解處理使用酸液濃度14.0M硝酸+12.0M硫酸、加熱溫度160℃、加熱時間30min之實驗條件下，戴奧辛之破壞效率可達98%。另外在加熱酸解後之廢液中戴奧辛含量只佔原灰量約0.015％，其餘戴奧辛被破壞，將不會衍生二次污染之問題。此結果顯示採用直接加熱式酸解法仍可以有效去除焚化飛灰中有害物質戴奧辛且符合法規標準。 最後由加熱酸解處理焚化飛灰應用於工程上之成本分析，結果顯示加熱酸解法之處理費用（3,835元/噸）高於目前我國較常使用之固化法處理成本（3,758元/噸），但卻比熔融法之處理（10,049元/噸）低。並且依本研究結果顯示加熱酸解後之飛灰中重金屬大部分溶出與戴奧辛大部分被破壞使得飛灰成為無害化之物質，其飛灰可資源再利用所產生之效益也會相對減低所需處理成本，此值得後續工程上評估與推廣。
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利用鈀金屬進行催化的反應已經是一個強而有力的工具在進行有機合成反應上面。近年來我們實驗室置製備了水溶性的陽離子配位基並且利用此配位基與鈀金屬配位得到鈀金屬的錯合物，然後用此觸媒來進行羰基化的反應。我們應用了此催化系統在溶劑為水、100℃ 的溫度以及 10 atm一氧化碳的條件下進行羰基化反應可以讓起始物aryl iodides形成羧酸相關的衍生物且得到很高的效率轉換，另外進行再使用反應時，催化劑的活性在使用的過程中僅表現出些微的損失。甚至當我們以相同的催化劑在溶劑為甲醇的條件下合成相關的酯類，一樣可以達到很高的產率
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我國從1998年推動資源回收四合一以來，已公告可回收之物品及容器多達13大類33項，每一項均有其相對應之回收處理技術及管道，且後端再利用去化管道亦尚可稱順暢。經觀察，廢機動車輛之廢車殼經粉碎分類處理廠拆解後，最終剩餘之ASR可能隱含有危害物質未妥善處理，若能從源頭控制減量，細分選資源回收物質予以再利用，提高資源再利用價值，則所剩下之ASR成分將更為單純，有利後續再利用處理，期降低焚化與掩埋的環境污染負荷。 廢機動車輛粉碎分類處理殘餘物（Automobile Shredder Residues，ASR）係為廢車殼經粉碎分類後，所殘留下之不可回收資源物質；本研究藉由蒐集國內外廢機動車輛回收處理體系現況、法規管理情形等基本資料，分析廢機動車輛粉碎分類處理後之ASR來源及組成成分，與調查廢機動車輛粉碎分類處理廠相關營運資料及處理設備狀況後，運用成本效益中方案評估法，建立ASR減量模型，並經比較試算，對國內現有廢機動車輛粉碎分類處理廠提出減量設備之建議方案，期以作為ASR減量措施參考。 本研究設定以ASR產出比率減量至20%為假設條件，進行處理廠相關設備增設之效益試算，結果顯示增設「磁選系統」、「顆粒滾筒篩」及「渦電流分選機」等減量設備可充分提升廢車殼拆解後之各項資源物質分選比率，達到預期ASR減量之精進效果，同時符合環保及經濟效益。因此廢機動車輛粉碎分類處理廠，可藉由減量設備之功能性與購置經費作為減量方案之選擇，業者可進一步依其產業方向與對環境維護之願景，進行更周延與更經濟之減量設備系統規劃。
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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。靜電濾材(electret filters)表面具有靜電吸引作用，隨著帶電量的增加，微粒穿透力會逐漸減小。 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)為高分子聚合物，產生奈米級與次微米級之纖維，並添加不同介電材料進行基本性質評估，及量測纖維濾材壓力損失及帶電狀況之穿透效率。 研究結果顯示，TiO2/PMMA或BaTiO3/PMMA之纖維濾材經由XRD分析發現晶相結構沒有改變；電阻係數部分可以發現添加TiO2或BaTiO3之纖維電阻係數均有增加，並利用靜電穩定度觀察發現持久度較純PMMA纖維佳；本研究最終將纖維濾材應用於微粒收集之目的上，並利用電暈放電使纖維濾材帶電，結果顯示在充電情況下，纖維直徑540 ± 66 nm、1004 ± 75 nm及2148 ± 261 nm之純PMMA纖維濾材過濾效率從原本的89.0、61.1及23.0 %增加為95.7、71.1及43.5%；添加TiO2及BaTiO3之纖維濾材過濾效率為99.4、91.0及86.4 %。
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有鑑於溫室氣體造成全球暖化對環境之破壞之問題日趨嚴重，近十餘年來，各國對此議題之關注亦越來越重視，而為達到溫室氣體管理及減量排放之目的，國際間目前已發展出數種減量機制和輔助之工具，其中產品碳足跡係利用生命週期之方法計算其溫室氣體排放量化數據，藉此幫助各企業可以重新檢視產品於各生命週期階段之減量空間，亦可達到碳揭露及產品間排放量比較之目的，幫助消費者落實綠色消費。 本研究以彙整與研析國際間已公告11種產品類別之產品環境宣告，主要係以統計迴歸分析方法，探究議題包括在產品生命週期五大階段中，產品重量及單位產品重量與碳足跡、硫足跡及能源足跡間之關連性，並研析產品總碳足跡、硫足跡與能源足跡間之相關性，以及探討產品於廢棄階段有無回收所造成之環境足跡減量差異。 分析各類產品環境宣告之統計分析結果可得知，產品重量及產品生命週期總能源消耗量皆與產品溫室氣體排放量有良好的線性相關，且大部分呈現正相關；就各生命週期階段比較而言，電子產品與非電子產品皆在原使用階段之線性廻歸方程式斜率（即單位產品重量造成之碳足跡量）普遍較高，而原物料開採階段和廢棄處理次之，意指改變單位產品重量會使得此兩階段碳排放劇增，此亦代表此三階段為重點減量之處；另發現原物料開採階段，產品重量與碳足跡間之相關性較其他四個階段為高。經由各類產品三種環境足跡間之迴歸分析結果得知，除少數類別之外，皆具有相當高之相關性，可得知產品碳足跡、硫足跡和能源足跡三者間彼此關係非常密切。而在探討產品於廢棄階段回收所造成之環境足跡減量效應方面，不計算回收減量時，產品重量愈大與各環境足跡亦愈大，而計算回收減量時，產品重量愈大與各環境足跡減量效益亦愈大顯示產品於廢棄階段回收對於溫室氣體減量管理而言，有相當可觀之效益，而研究結果發現BC（金屬罐）類別產品具有最高之減碳效益，CF類別（自動販賣機）產品之回收減碳效益較優。在SO2排放造成之環境酸化及能源消耗方面，則發現有部分類別產品在回收處理後，會增加硫足跡及能耗，顯示回收處理採用之方法及產品原物料材質之選用可作更進一步之改進。 經由本研究之資料彙整與分析，可推論所收集各類電子產品之碳足跡、硫足跡及能源足跡範圍及其與產品重量間之關聯性，以及產品三種環境足跡之合理範圍，研究成果可提供產品環保化設計與環境足跡估算之參考。
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歐盟RoHS/ErP/WEEE/REACH指令及相關規範是電機電子產業現階段所面臨到最重要的挑戰，隨著綠色採購、綠色消費時代的來臨，環保、綠色及永續已成為相關製造產業不可或缺之要項。在此企業綠色革命的風潮引領下，綠色產品也勢必將成為企業最主要的經營方針之一，若提早掌握此一急速興起的綠色浪潮，將環保壓力轉化為企業競爭的優勢，將坐享無限的綠色商機。企業對於產品的「綠色要求」及「綠色設計」的導入已如火如荼的展開中，企業需以「綠色產品設計」為產品主要研發核心，在競爭激烈的全球化時代，企業必須不斷創新以滿足客戶需求，同時提昇產品競爭能力。企業需要從產品設計階段初期便開始進行綠色產品管理，有系統性地將環境考量因素，整合至產品設計與開發過程，找出可能的環境問題並加以改進，減低產品對環境可能產生的衝擊、減少環境成本，最後使企業的經營成本降低，並且提升企業的綠色技術創新能力來強化市場的競爭優勢與機會。當然，此舉也造成研發作業的困擾與設計的複雜性。 本研究目的旨在協助個案公司因應全球綠色環保要求，研究內容首先整理與電子業相關的國際環保法規、綠色設計相關作法/策略以及分析ISO 14062方法論，另針對個案公司本身作一說明，並對個案公司導入既有之新產品研發設計程序的現況進行了解與分析，深入探討其現況問題，接著實際為個案公司建立綠色產品設計機制以確立其作業程序，最後並利用與專案團隊成員訪談之實證方式評估其所規劃之綠色產品設計流程是否可行。透過技術整合、顧客整合、公司內部流程整合在綠色新產品發展的各個階段（產品概念發展階段、產品開發階段、產品上市階段、產品終期階段），試圖為企業建立一套以ISO 14062為導入方法論之完善且合適的綠色產品設計研發機制，透過該機制有效地運用在於綠色產品設計研發上，以達到產品環境化設計為目的。最後，以個案公司之產品設計經理與研發設計人員做為訪談對象，進行專家訪談與導入實證，藉由專家之專業知識與在實務上豐富的經驗，修正此綠色產品研發流程以符合個案公司的情勢，驗證綠色產品設計研發機制之運作現況，並提出一套具備客觀及合理性之建議。以提昇產品技術創新，並符合現今綠色環保要求之趨勢。 本研究發現此綠色設計研發流程系統的導入對於個案公司新產品的開發產生改善公司內部與外部的溝通、提升組織的形象與品牌、符合或超越消費者的期望 、降低法規風險、減少環境衝擊、刺激創新及創造力、降低生產成本、研發時程的縮短。
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全球現今面臨著氣候變遷及全球暖化造成的全球環境議題，影響的層面亦包含水，根據文獻，若氣溫持續升高，在2020年缺水人口將高達4億到17億人口；除了環境問題外，傳統化石能源有限帶來的能源危機，亦是一個嚴重的問題，以台灣地區來說，由於資源缺乏，需求大都仰賴進口，根據經濟部能源局的統計資料，台灣地區在2010年能源供給量有99.39%來自進口；在能源及水資源如此重要的時代，加上環境衝擊的影響，再生能源的發展可以說是相當重要。染料敏化太陽能電池，屬於第三代太陽能電池，透過一連串的轉換，將太陽能轉換成我們使用的電力，雖然太陽能電池在發電過程並不會有碳排放及水資源消耗，但考慮完整的生命週期，在其他階段亦有碳排放及水資源消耗。因此本研究以生命週期的思維，包含從原料開採、製造及組裝、運輸、使用到最終廢棄處置，並輔以生命週期軟體GaBi 5進行染料敏化太陽能電池整個完整發電系統，其生命週期之碳足跡及水足跡的計算。並且透過架設地點與台灣地區日射資料庫，計算染料敏化太陽能電池之預期總發電量，並將碳足跡及水足跡計算結果與預期總發電量相除，得到染料敏化太陽能電池生命週期每度發電之碳足跡及水足跡。本研究之染料敏化太陽能電池其整體之碳足跡為342.44 kgCO2eq，而水足跡為7,409,280 L，而計算染料敏化太陽能電池之預期總發電量為2,431.7 kWh，將生產過程中透入之能源與之相除則能得到能源回收時間(Energy Pay Back Time, EPBT)為0.7年，而每度發電之碳足跡為0.141 kgCO2eq/kWh，每度發電之水足跡為3,050 L/kWh。