臺灣博碩士論文加值系統

由於台灣地區農田遭受重金屬污染情形相當嚴重，其中重金屬鉻相較於其它重金屬對人體造成危害較為大，但在自然界中鉻存在主要又以Cr（III）及Cr（VI）的型態存在，二者毒性差異非常大。在台灣對重金屬鉻在土壤中管制並沒有嚴格區分Cr（III）及Cr（VI），因此本研究希望了解在受鉻污染農田場址中存在鉻形態的差異及利用不同清洗液對不同的型態重金屬鉻的清洗去除效果，以作為土壤污染清洗整治技術之參考。
本研究主要分為四個部分，第一部分探討陰離子Cr（VI）、陽離子Cr（III）型態鉻在不同特性土壤上鍵結型態分佈之差異。第二部分探討Cr（VI）及Cr（III）污染土壤中，鉻之轉換情形。第三部分是污染不同來源及特性的土壤之特性分析及土壤中重金屬鉻鍵結型態之分析。第四部分是利用不同的酸，包括：鹽酸(HCl)、檸檬酸(Citric acid)、混合酸等酸洗劑對各種型態Cr之去除效率。
研究結果顯示土壤經過前處理烘乾或風乾後，重金屬陰離子Cr（VI）部分會轉換還原成Cr（III），而轉換的型態主要以鐵錳氧化態跟有機態為主。現地污染土壤分析結果顯示大部分Cr是以Cr（III）為主，有些農田地可能會受到工廠排放Cr（VI）、Cr（III）的污染，但在長時間在日光曝曬及風乾下，絕大部分都轉換成三價鉻的形態。清洗結果顯示台中市中興污染場址土壤以0.5M檸檬酸清洗鉻效率最好，去除百分比為54.5%，其次為混合酸49.1%，最後為鹽酸44.47%。酸洗去除鉻污染的土壤以可交換態、碳酸鹽態、殘留態去除效率較高。

Farmlands in Taiwan are seriously polluted by heavy metals, in which, chromium (Cr) is more harmful than the others to human body. Cr exists mainly in the forms of Cr (III) and Cr (VI) in nature, the toxicities of which are significantly different. Cr (III) and Cr (VI) are not differentiated strictly by Taiwan in the regulation of the heavy metal Cr in soil. This study intended to explore the difference of Cr forms in the Cr-polluted farmlands and the removal effects of Cr in different forms cleaned by different cleaning solutions. The results can serve as a reference for the cleaning and treatment technologies of soil pollutions.
This study was divided into four parts: 1) discussion on the distribution difference of the bonding states of Cr in different forms, i.e. anion Cr (VI) and cation Cr (III) in soil with different characteristics; 2) discussion on the transformation of Cr in the soils polluted by Cr (VI) and Cr (III); 3) analysis on the characteristics of the soil with different pollution sources and characteristics, as well as analysis on the bonding states of the heavy metal Cr; 4) removal effects of Cr in different forms cleaned by HCl, citric acid, mixed acid, and other acid pickling agents.
Based on the results, after pretreatment, such as stoving or air drying, part of the heavy metal anion Cr (VI) would transform and reduce into Cr (III) mainly under ferric-manganese oxidation state and organic state. In the currently polluted soil, Cr was mainly in the form of Cr (III), while some farmlands were likely to be polluted by Cr (VI) and Cr (III) discharged from factories. However, under long-term solarization and air drying, most of Cr (VI) and Cr (III) would transform into trivalent Cr. According to the cleaning results, removal effect of Cr in the soil at Zhongxing pollution site in Taichung City by 0.5M citric acid was the best, with a removal rate of 54.5%, followed by mixed acid with a removal rate of 49.1%, and HCl with the poorest removal effect with a rate of 44.47%. Removal efficiency of Cr from Cr-polluted soil by acid pickling was higher under exchangeable state, carbonate state and residual state.

總目錄
摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
總目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 前言 1
1.1研究緣起 1
1.2研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1重金屬之毒性及污染來源 3
2.2重金屬鉻之特性 8
2.3重金屬鉻危害性 10
2.4土壤中影響重金屬鉻移動之因素 11
2.4.1土壤粒徑 11
2.4.2土壤pH值 12
2.4.3陽離子交換容量（CEC） 13
2.4.4氧化還原電位（ORP） 13
2.4.5有機質含量（SOM） 14
2.4.6 水分含量 15
2.5重金屬污染整治復育技術 15
2.6土壤清洗(Soil Washing)及整治技術之應用 16
2.7酸性萃取劑之種類及特性 17
2.8土壤重金屬型態及分布 19
2.9 變異數分析 21
第三章 材料方法與步驟 23
3.1研究內容 23
3.2實驗土壤採集及前處理 24
3.3實驗儀器設備 25
3.4實驗藥品及試劑 26
3.5陰、陽離子型態Cr 在土壤中吸附及風乾、烘乾前處理程序對鉻存在型態之影響 27
3.6 前處理程序(烘乾、風乾)試驗流程 29
3.6.1 風乾試驗流程 29
3.6.2 烘乾試驗流程 30
3.7鹽酸、檸檬酸、混合酸對現地Cr農田污染土壤之清洗試驗 30
3.8分析方法 31
3.8.1土壤含水量 31
3.8.2土壤陽離子交換容量（CEC） 32
3.8.3土壤酸鹼值（pH） 33
3.8.4土壤粒徑分選 33
3.8.5土壤有機質含量（SOM） 35
3.8.6土壤中重金屬總量分析 36
3.8.7六價鉻鹼性消化檢測方法－比色法 37
3.8.8土壤中重金屬鍵結型態分析 38
第四章 結果與討論 41
4.1土壤基本物化性質 41
4.2前處理程序對鉻形態轉換之探討 43
4.2.1 Cr（III）污染土壤在前處理程序中鉻型態之轉換 43
4.2.2 Cr（VI）污染土壤在前處理程序中鉻形態之轉換 47
4.2.3 風乾、烘乾過程對六價鉻之轉換 53
4.3現地污染場址污染來源 55
4.4前處理程序對鉻鍵結型態轉換之探討 59
4.6 鹽酸、檸檬酸、混合酸清洗現地鉻污染土壤 63
4.6.1 清洗液特性研究 63
4.6.2 0.5 M鹽酸對鉻污染土壤之清洗效率 64
4.5.3 0.5 M檸檬酸對鉻污染土壤之清洗效率 66
4.6.4 0.5 M混合酸對鉻污染土壤之清洗效率 68
第五章 結論 70
參考文獻 71

表目錄
表2.1 重金屬在土壤及植物中之臨界毒性 4
表2.2 重金屬對人體及農作物之影響 4
表2.3 台灣重金屬污染來源及說明 6
表2.4 土壤監測標準表 7
表2.5 土壤管制標準表 8
表2.6 土壤顆粒特性 12
表4.1 污染場址土壤基本物化性質分析 41
表4.2無污染土壤基本物化性質分析 42
表4.3 污染場址污染來源 56
表4.4現地污染土壤中Cr之型態分布 58
表4.6 清洗液及各時間點土壤pH值 63

圖目錄
圖2.1 不同pH 值條件下Cr（III）之分配情形【Heike, 2004】 9
圖2.2 氧化還原電位與pH 值對土壤重金屬鉻型態之影響【Heike, 2004】 10
圖3.1 研究架構 24
圖3.2 土壤分類法發展之三角座標【Alan Wild, 1993】 35
圖4.1 紅壤CrCl3-管柱吸附試驗 43
圖4.2 紅壤CrCl3-批次吸附試驗 44
圖4.3 黃壤CrCl3-管柱吸附試驗 45
圖4.4 黃壤CrCl3-批次吸附試驗 45
圖4.5 石質土CrCl3-管柱吸附試驗 46
圖4.6 石質土CrCl3-批次吸附試驗 47
圖4.7 紅壤k2Cr2O7管柱吸附試驗 48
圖4.8 紅壤k2Cr2O7批次吸附試驗 49
圖4.9 黃壤k2Cr2O7管柱吸附試驗 50
圖4.10 黃壤k2Cr2O7批次吸附試驗 50
圖4.11 石質土k2Cr2O7管柱吸附試驗 52
圖4.12 石質土k2Cr2O7批次吸附試驗 52
圖4.13 污染紅壤後風乾及烘乾程序對六價鉻濃度試驗 53
圖4.14 污染石質土後風乾及烘乾程序對六價鉻濃度試驗 54
圖4.15 污染黃壤後風乾及烘乾程序對六價鉻濃度試驗 55
圖4.16 現地污染鉻場址土壤全量及序列型態分析 57
圖4.17 紅壤污染後前處理前後之鍵結型態分析變化 60
圖4.18 黃壤污染後前處理前後之鍵結型態分析變化 61
圖4.19 石質土污染後前處理前後之鍵結型態分析變化 62
圖4.20 台中市中興段土壤以0.5 M鹽酸清洗後濃度 65
圖4.21 台中市中興段土壤以0.5 M鹽酸清洗之去除率 65
圖4.22 台中市中興段土壤以0.5 M檸檬酸清洗後濃度 67
圖4.23 台中市中興段土壤以0.5 M檸檬酸清洗之去除率 67
圖4.24 台中市中興段土壤以0.5 M混合酸清洗後濃度 69
圖4.25 台中市中興段土壤以0.5 M混合酸清洗之去除率 69

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