曾四恭Tseng, Szu-Kung臺灣大學:環境工程學研究所王上銘Wang, Shang-MingShang-MingWang2010-05-102018-06-282010-05-102018-06-282009U0001-3007200914172600http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/181623三氯乙烯（TCE）為地下水中最常被發現的污染物之一，其對生物和環境的危害相當大，也具有很高的致癌潛勢。本研究的目的在於探討零價鐵與氫氣自營菌共包埋對去TCE降解的去除效率，以及此生物－化學合併處理系統對TCE之去除是否具有加成效果。在批次反應中可證實加入的氫氣可以有效加速零價鐵之催化脫氯作用，也可有效降低鐵腐蝕量；此外，由於脫硫微生物所產生的硫化鐵也有助於TCE與cis-DCE脫氯還原，合併系統的總去除效率明顯優於零價鐵與氫氣自營菌去除速度之總和，MFSB批次試驗結果也顯示合併系統對TCE的去除效果為傳統零價鐵的3.2倍。續流管柱試驗為本研究模擬於地下水層中以零價鐵－氫氣自營菌去除TCE的效率探討，結果顯示此合併處理系統不但具有較佳的TCE去除能力，對於含氯中間產物也能有效降解，達到100%轉化為無氯產物之目標；此外，於長時間操作下，本系統並無傳統零價鐵去除效率遞減的問題，證實可以有效實際應用在受TCE污染之場址進行現地復育。Trichloroethylene (TCE) is the most ubiquitous chlorinated compound found in groundwater contamination. The objective of this study was to evaluate the dechlorination rate (from an initial concentration of 180 μmol per liter) and synergistic effect of combining commercial Fe0 and autotrophic hydrogen-bacteria in the presence of hydrogen during TCE degradation process. In the batch test, the treatment using Fe0 in the presence of hydrogen (Fe0/H2) showed more effective dechlorination and less iron consumption than Fe0 utilized only (Fe0/N2), meaning that catalytic degradation had promoted transformation of TCE and the iron was protected by cathodic hydrogen. The combined use of Fe0 and autotrophic hydrogen-bacteria was found to be more effective than did the individual exercise even though the hydrogen was insufficient during the batch test. By the analysis of XRPD, the crystal of FeS transformed by sulfate reducing bacteria (SRB) was detected on the surface of iron after the combined treatment. The synergistic impact was caused by FeS precipitates which enhanced TCE degradation through catalytic dechlorination. The dechlorination rate coefficient of the combined method in MFSB was 3.2-fold higher than that of iron particles individual used. Additionally, the continuous column study showed the combined method improved the TCE degradation efficiency and accumulation of cis-DCE in long-tern operation. Results from batch and continuous column experiment revealed that the proposed combined method has the potential to become a cost-effective remediation technology for the chlorinated-solvent contaminated site.第一章 前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1.1研究緣起•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1.2研究目的•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••9.3研究內容••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••10二章 理論背景與文獻回顧••••••••••••••••••••••••••••13.1 含氯有機化合物••••••••••••••••••••••••••••••••••13.1.1含氯有機物之特性與危害••••••••••••••••••••••••••13.1.2 三氯乙烯之特性•••••••••••••••••••••••••••••••••17.2 含氯有機化合物的整治方法••••••••••••••••••••••••••18.2.1 物理方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••18.2.1.a 水力控制和抽除處理•••••••••••••••••••••••••••18.2.1.b 土壤抽氣法••••••••••••••••••••••••••••••••••21.2.1.c 電動力法••••••••••••••••••••••••••••••••••••22.2.2 化學方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25.2.2.a 化學氧化法••••••••••••••••••••••••••••••••••25.2.2.b 化學還原法••••••••••••••••••••••••••••••••••25.2.3 生物方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29.2.3.a 現地好氧生物復育•••••••••••••••••••••••••••••29.2.3.b 現地厭氧生物復育•••••••••••••••••••••••••••••33.3 透水性反應牆••••••••••••••••••••••••••••••••••••43.3.1 斗閘系統－零價金屬透水性反應牆•••••••••••••••••••45.3.1.1 零價鐵還原脫氯機制•••••••••••••••••••••••••••45.3.1.2 複合金屬處理含氯有機化合物••••••••••••••••••••48.3.1.3零價鐵還原脫氯後水質之變化•••••••••••••••••••••51.3.1.4 現地水質對零價鐵還原脫氯之影響•••••••••••••••••52.3.2 斗閘系統－生物反應牆•••••••••••••••••••••••••••54.4 含氯有機物在環境中的轉換••••••••••••••••••••••••••56.4.1含氯有機物的生物代謝機制•••••••••••••••••••••••••56.4.2 厭氧脫氯反應菌種的相關研究••••••••••••••••••••••61.5 以氫氣促進氫化脫氯作用•••••••••••••••••••••••••••64.5.1 以貴金屬催化劑與氫氣進行脫氯還原•••••••••••••••••64.5.2 氫氣促進微生物脫氯還原••••••••••••••••••••••••••67.6 自營氫細菌特性••••••••••••••••••••••••••••••••••72.7 薄膜生物反應槽••••••••••••••••••••••••••••••••••74.8 生物包埋劑之應用•••••••••••••••••••••••••••••••••77.9自營氫細菌—零價鐵共包埋處理三氯乙烯••••••••••••••••79三章 實驗材料與方法••••••••••••••••••••••••••••••••86.1 實驗流程與研究內容•••••••••••••••••••••••••••••••86.2 實驗設計與研究方法•••••••••••••••••••••••••••••••89.2.1污泥馴養與培養基組成••••••••••••••••••••••••••••89.2.2 批次特性試驗••••••••••••••••••••••••••••••••••90.2.3 薄膜式基質添加生物反應槽連續流試驗•••••••••••••••95.2.4 連續流管柱試驗•••••••••••••••••••••••••••••••••99.3 分析方法•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••102.3.1氣相層析儀配合火焰式離子偵測器•••••••••••••••••••102.3.2 總鐵消耗量分析••••••••••••••••••••••••••••••••102.3.3 氯鹽、硝酸鹽及硫酸鹽物種濃度分析－離子層析儀•••••103.3.4 上部空間氣體分析法（headspace）•••••••••••••••••103.3.5 鐵粉表面性質分析•••••••••••••••••••••••••••••104.4 實驗藥品•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••105.4.1 含氯有機物標準品••••••••••••••••••••••••••••••105.4.2 零價鐵粉•••••••••••••••••••••••••••••••••••••105.5 儀器設備•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••106四章 研究結果與討論•••••••••••••••••••••••••••••••107.1鐵粉添加量評估試驗•••••••••••••••••••••••••••••••107.2自營氫細菌-鐵粉合併系統之批次脫氯能力測試•••••••••••109.2.1批次試驗之TCE脫氯效率比較•••••••••••••••••••••••109.2.2批次試驗脫氯產物之組成與比較••••••••••••••••••••113.2.3氫氣濃度對批次反應之影響••••••••••••••••••••••••118.2.4氫氣自營菌與零價鐵所產生之協同作用•••••••••••••••121.2.5鐵消耗量的比較•••••••••••••••••••••••••••••••••124.3自營氫細菌-鐵粉共包埋之脫氯能力測試••••••••••••••••126.3.1包埋擔體批次試驗之TCE脫氯能力測試••••••••••••••••126.3.2包埋批次試驗脫氯產物之組成與比較•••••••••••••••••130.3.3氫氣濃度對包埋批次試驗之影響••••••••••••••••••••132.3.4氫氣自營菌與鐵粉共包埋產生之協同作用•••••••••••••133.3.5包埋批次試驗鐵消耗量的比較••••••••••••••••••••••134.4薄膜式基質添加生物反應槽實驗••••••••••••••••••••••136.4.1薄膜式基質添加生物反應槽批次試驗-Fe0/H2•••••••••••137.4.2薄膜式基質添加生物反應槽批次試驗-Fe0/N2•••••••••••141.4.3薄膜式基質添加生物反應槽批次試驗-氫氣自營菌/H2•••••144.4.4薄膜式基質添加生物反應槽批次試驗-零價鐵+氫氣自營菌/H2•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••147.4.5各處理方式的综合比較•••••••••••••••••••••••••••151.5連續流管柱試驗••••••••••••••••••••••••••••••••••155.5.1 連續流管柱試驗－Fe0/H2•••••••••••••••••••••••••156.5.2 連續流管柱試驗－Fe0/N2•••••••••••••••••••••••••163.5.3 連續流管柱試驗－氫氣自營菌/H2•••••••••••••••••••171.5.4 連續流管柱試驗－Fe0+氫氣自營菌/H2•••••••••••••••177.5.5 連續流管柱試驗各實驗組別綜合比較••••••••••••••••183.6 長時間尺度下連續流管柱試驗對TCE之去除效果探討••••••185.7 連續流管柱試驗鐵粉消耗量之探討•••••••••••••••••••192五章 結論與建議•••••••••••••••••••••••••••••••••194考文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••200application/pdf1878699 bytesapplication/pdfen-US零價鐵脫氯反應氫氣自營菌三氯乙烯含氯有機化合物TCEzero-valent irondechlorinationautotrophic hydrogen-bacteriachlorinated hydrocarbonthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/181623/1/ntu-98-F89541101-1.pdf