曾四恭臺灣大學：環境工程學研究所黃順吉Huang, Shun-JiShun-JiHuang2007-11-292018-06-282007-11-292018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62726摘要 含氯有機化合物由於具有特殊物化性質，而被廣泛應用於農業及工業上。三氯乙烯( Trichloroethylene 、TCE )為工業化學使用率最頻繁的含氯有機化合物之一，其應用在電子工業上作為清洗劑、萃取劑、溶劑或去脂劑。使用時若未經適當之處置，不慎進入土壤及地下水層，將形成DNAPL，成為持久性污染源。 本研究結合氫自營微生物與零價金屬－鐵去除技術，利用連續供氫式薄膜反應槽，將氫氣經由矽膠管連續通入反應槽中，來處理TCE，並評估TCE降解效率、探討零價金屬與厭氧微生物個別與合併對TCE降解效率是否有加成作用、並分析中間及最終產物之變化。 也利用血清瓶批次實驗來作為供氫量不足的對照組，比較反應槽與血清瓶試驗之間脫氯效率、產物之異同。 結果顯示， 在TCE濃度40mg/l的情況下，血清瓶批次實驗生物有較佳的還原脫氯反應，且氫自營菌結合零價鐵對還原脫氯作用有加成的效果，在反應時間十天能達到87﹪的去除效率；反應槽試驗也同樣地，結合氫自營菌與零價鐵的反應槽的效率有90﹪的去除效能，也較單獨零價鐵或氫自營菌的佳，因此結合氫自營菌與零價鐵之TCE還原脫氯為一具有可行潛能之方法。反應期間產物主要為乙烯與乙烷，生物以乙烷為主，金屬則是以乙烯為主要產物；血清瓶由於供氫量不足有中間含氯有機物生成現象，而反應槽則無。目錄 目錄………………………………………………………………………I 圖目錄…………………………………………………………………...V 表目錄………………………………………………………………...VIII 第一章 前言…..………………………………………………………....1 1-1研究緣起..…………………………………………………….…...1 1-2研究目的..………………………………………………………....2 1-3實驗內容..…………………………………………………………3 第二章 文獻回顧.…...…………………………………………………..4 2-1 三氯乙烯的相關介紹..…………………………………………..5 2-1-1三氯乙烯之物化特性………………………………………..7 2-1-2 三氯乙烯對人體健康的影響………………….……………8 2-1-3三氯乙烯在飲用水及地下水之管制標準…………………..9 2-2 地下水污染整治技術之研究現況………………….…………..11 2-2-1 地下水污染整治技術之回顧………………….…………...11 2-2-1-1 物理處理方法..…………………………………….….11 2-2-1-1-a 活性碳吸附法…………………………………….11 2-2-1-1-b 抽除處理法……………………………………….12 2-2-1-1-c 注氣吹除法……………………………………….12 2-2-1-1-d 土壤蒸汽萃取法………………………………….12 2-2-1-2 化學處理方法…………………………………………13 2-2-1-2-a 化學氧化法……………………………………….13 2-2-1-2-b 化學還原法……………………………………... 13 2-2-1-3 生物處理方法…………………………………………14 2-2-1-4 透水性反應牆…………………………………………14 2-3 三氯乙烯還原性脫氯之反應機制……………………………..16 2-3-1 三氯乙烯的序列性轉換…………………………………...16 2-3-2 含氯有機物在環境中的轉換……………………………...16 2-3-2-1 好氧生物復育…………………………………………16 2-3-2-2 厭氧生物復育……………………………………… ...17 2-3-3 含氯有機物的生物代謝機制…………………………… ..18 2-3-3-1 共代謝………………………………………………....19 2-3-3-2 含鹵呼吸……………………………………………....19 2-3-4 零價金屬處理技術………………………………………...22 2-3-4-1 零價金屬還原脫氯機制…………………………….. .22 2-4 具還原脫氯能力菌種之相關研究……………………………. 26 2-5 氫自營菌的特性………………………………………………..27 2-6自營氫細菌與零價鐵金屬結合之優點……………………….. 28 2-7 薄膜生物反應槽………………………………………………..30 2-8 固定化擔體之應用……………………………………………..33 第三章 實驗流程與設計………………………………………………35 3-1 實驗設計與流程……………………………….………………..35 3-2菌種來源與馴養…………………………………………………37 3-2-1 菌種來源…………………………………………………...37 3-3氫自營菌及金屬固定化之製作…………………………………40 3-4 反應槽批次實驗……………………………….………….…….41 3-5 血清瓶批次實驗…………………………….…………………..42 3-6 採樣方式………………………………………………………..43 3-6-1 反應槽採樣方式…………………………………………...43 3-6-2 血清瓶採樣方式…………………………………………...44 3-7 分析方法………………………………………………………..45 3-7-1 上部空間氣體分析--氣相層析法……………… ………...45 3-7-2 ORP、pH……………………………………………………46 第四章 實驗結果與分析………………………………………….…...47 4-1 反應槽實驗………………..……………………………….…...47 4-1-1 反應初期結果…………………………………………..…47 4-1-2 300mg/l反應槽實驗結果…………………………………..51 4-1-3 300mg/l反應槽產物分析與比較…………………………..54 4-1-4 120mg/l反應槽實驗結果…………………………………..56 4-1-5 120mg/l反應槽產物分析與比較…………………………..59 4-1-6 40mg/l反應槽實驗結果…………………………………….61 4-1-7 40mg/l反應槽產物分析與比較……………………………64 4-2 血清瓶批次實驗………………………………………………...66 4-2-1 300mg/l血清瓶實驗結果…………………….……………66 4-2-2 300mg/l血清瓶試驗產物分析與比較…………………….69 4-2-3 120mg/l血清瓶實驗結果………………………………….71 4-2-4 120mg/l血清瓶試驗產物分析與比較…………………….74 4-2-5 40mg/l血清瓶實驗結果………………………………..….76 4-2-6 40mg/l血清瓶試驗產物分析與比較……………………….78 4-3 反應槽與血清瓶試驗反應效率及產物之比較……….………..80 4-4 零價鐵及氫自營菌之TCE脫氯反應途徑……………………..87第五章 結論與建議……………………………………………………88 5-1 結論……………………………………………………….……..88 5-2 建議…………………………………………...…………………89 參考文獻………………………………………………………………..91 圖目錄 圖2-1 微生物以氫氣做電子供給者產生ATP之反應機制…………20 圖2-2 利用零價鐵降解TCE可能進行之還原脫氯反應：（a）β-消去還原反應；（b）氫解作用；（c）炔類還原成烯類反應；（d）烯類還原成烷類反應。……………………………………………………………25 圖3-1 本研究之實驗流程設計架構圖………………………………..36 圖3-2 反應槽基本設計架構…………………………………………..38 圖3-3 反應槽水樣採樣示意圖………………………………………..43 圖4-1 各反應槽TCE削減結果比較………………………………….48 圖4-2空白反應槽TCE結果比較……………………………………..50 圖4-3 300mg/l各反應槽pH變化……………………………………..51 圖4-4 300mg/l各反應槽TCE與產物結果…………………………..53 圖4-5 300mg/l各反應槽TCE結果比較……………………………..54 圖4-6 300mg/l各反應槽產物結果…………………………………….55 圖4-7 120mg/l各反應槽pH變化……………………………………..56 圖4-8 120mg/l各反應槽TCE與產物結果………….……………….57 圖4-9 120mg/l各反應槽TCE結果比較………….………………….58 圖4-10 120mg/l各反應槽產物結果………………….………………..60 圖4-11 40mg/l各反應槽pH變化……………………………………..61 圖4-12 40mg/l各反應槽TCE與產物結果………………………….62 圖4-13 40mg/l各反應槽TCE結果比較…………………………….63 圖4-14 40mg/l各反應槽產物結果……………………………………65 圖4-15 300mg/l空白血清瓶試驗TCE結果…………………………66 圖4-16 300mg/l血清瓶批次試驗TCE與產物結果………………….67 圖4-17 300mg/l血清瓶批次試驗TCE比較結果………………………68 圖4-18 300mg/l各血清瓶批次試驗產物結果………………………...70 圖4-19 120mg/l空白血清瓶試驗TCE結果…………………………..71 圖4-20 120mg/l血清瓶批次試驗TCE與產物結果…………………..72 圖4-21 120mg/l血清瓶批次試驗TCE比較結果……………………..73 圖4-22 120mg/l各血清瓶批次試驗產物結果…………………….…..75 圖4-23 40mg/l空白血清瓶試驗TCE結果…………………..………..76 圖4-24 40mg/l血清瓶批次試驗TCE與產物結果……………………77 圖4-25 40mg/l血清瓶批次試驗TCE比較結果………………………78 圖4-26 40mg/l各血清瓶批次試驗產物結果………………………….79 圖4-27 300mg/l反應槽與血清瓶試驗TCE降解曲線之比較………..81 圖4-28 120mg/l反應槽與血清瓶試驗TCE降解曲線之比較………..82 圖4-29 40mg/l反應槽與血清瓶試驗TCE降解曲線之比較………….83 圖4-30 300mg/l反應槽與血清瓶試驗產物生成量之比較…………...84 圖4-31 120mg/l反應槽與血清瓶試驗產物生成量之比較…………...85 圖4-32 40mg/l反應槽與血清瓶試驗產物生成量之比較…………….86 表目錄 表 2-1 USEPA對546個國家常見存在於優先整治場址地下水中之二十種污染物及其所佔比例之調查………………………………………6 表2-2 三氯乙烯之物化特性……………………………………………7 表2-3 三氯乙烯對人體健康的危害……………………………………8 表2-4 飲用水水源水質標準對含氯有機化合物含量之限制標準…..10 表2-5 地下水管制標準對含氯有機化合物含量之限制濃度………..10 表2-6 具有脫氯能力之菌株之脫氯速度比較………………………..21 表3-1 菌種馴養之培養基溶液組成…………………………………..39 表3-2 微量元素溶液組成……………………………………………..393078215 bytesapplication/pdfen-US三氯乙烯零價鐵氫自營菌薄膜生物反應槽還原脫氯trichloroethylenezero-valent ironautotrophic hydrogen-bacteriaDechlorinationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62726/1/ntu-95-R93541118-1.pdf