臺灣博碩士論文加值系統

受到油品污染的場址中，因為儲油槽及輸油管線長年埋在地底，當察覺到槽體或管件有洩油情形發生時，土壤中油品污染物的濃度皆已相當高。其中柴油類污染物因揮發性較低，因此可採用生物通氣法 (bioventing)供給氧氣及營養源，使污染區域中分解油品污染物的好氧微生物大量生長，達到污染去除之目的。生物通氣法的整治成果需依靠土壤微生物降解目標污染物，若能適時監測微生物的活性變化，則有助於評估生物整治的實質成效。本研究於高濃度 (大約20,000 mg/kg)柴油污染土壤風力驅動式生物通氣(wind-driven bioventing)模場中，使用氣泡式呼吸儀搭配生物泥漿法進行土壤中微生物活性監測，探討生物通氣法整治過程中土壤柴油濃度降解趨勢與微生物活性之關係。生物通氣模場植菌微生物試驗中，柴油降解菌經試驗4週後，各組柴油殘餘率(C/C0)可達0.8，以攝氧累積曲線及24小時平均攝氧率曲線得知，柴油降解菌於3週後活性上升，並持續降解柴油。生物通氣模場植菌微生物及營養鹽添加試驗中，試驗第1週之柴油殘餘率以Bacillus cereus菌、Pseudomonas putida菌及三種微生物混合菌組最佳，達到0.65，Achromobacter xylosoxidans菌約為0.8，第4週時混合菌殘餘率可達到0.3。經氣泡式呼吸儀監測活性後，Bacillus cereus菌及Pseudomonas putida菌的微生物活性可連續提高2週、Achromobacter xylosoxidans菌活性可連續提高3週、Mixture組活性則能連續提高4週後逐漸降低。24小時平均攝氧率曲線能清楚呈現營養鹽添加前後對微生物攝氧的週期變化，且能說明不同濃度下柴油污染物的降解情形，並與柴油殘餘率有4週次以上的相似變化，因此微生物活性監測若能搭配元素分析儀掌握營養鹽的消耗情形，定期維持適合微生物降解的環境，則可有效提高生物通氣法的整治成效。

At a site of oil contamination, the concentration of contaminants is usually high in soil when leak is found, it is because oil tanks and pipelines are often buried underground for a long period of time. Bioventing is a proper technology to remove contaminants such as diesel of low volatility, as oxygen and nutrients are provided to sustain the mass growth of aerobic microorganisms that degrade oil contaminants in the polluted area, thus achieving pollutant removal. The effectiveness of bioventing depends on microorganisms in soil to degrade the target contaminants. By constantly monitoring the changes in the activity of these microorganisms, it assists to evaluate the practical performance of biological remediation. A wind-driven bioventing pilot containing diesel contaminated soil at high concentration (approximately 20,000 mg/kg) was built for this study. A bubble respirometer was introduced in combination with the bioslurry method to monitor the activity of microorganisms in soil as the experiment setup to investigate the relationship between the degradation of diesel concentration and the activity of microorganisms in soil during the biovetning process.
In the microorganism growth experiment using the bioventing pilot, the diesel-degraded microorganisms were domesticate for 4 weeks, while the relative diesel concentration (C/C0) reached 0.8. The results of accumulated oxygen uptake curve and 24-hour average oxygen uptake curve indicated that the activity of diesel-degraded microorganisms increased after 3 weeks, and the diesel degradation continued. In the microorganism growth experiment using the bioventing pilot with the addition or nutrients, the relative diesel concentration reached the highest at 0.65 in week one for Bacillus cereus, Pseudomonas putida and the mixture of three microorganism, and 0.8 for Achromobacter xylosoxidans, however in week 4, the relative diesel concentration reached 0.3 for the mixture. The activity monitoring with bubble respirometer suggested that the activity of Bacillus cereus and Pseudomonas putida continued to increase for 2 weeks, 3 weeks for Achromobacter xylosoxidans and 4 weeks for the mixture before it started to decline. The 24-hour average oxygen uptake curve showed clearly the changes in the period of microorganism oxygen uptake before and after addition of nutrients, and was related to the changes in the relative diesel concentration for 4 weeks or more. Therefore, if the microorganism activity monitoring is combined with elemental analysis to understand nutrient consumption, and the environmental conditions are maintained in favor of the microorganism degradation, the remediation performance of bioventing will be enhanced effectively.

目錄
摘要 I
Abstract III
致謝 V
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
第一章 緒論 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 總石油碳氫化合物 3
2.2 油品污染物在土壤中的宿命 4
2.3 TPHs對土壤與水體之影響 6
2.4 土壤基本特性 7
2.4.1 土壤 7
2.4.2 土壤質地 8
2.5 生物通氣法 (Bioventing)整治技術 9
2.6 土壤微生物呼吸作用 11
2.7 柴油降解菌 12
2.8 生物泥漿法 13
2.9 氣泡式呼吸儀 14
2.9.1 氣泡式呼吸儀操作原理 14
2.9.2 呼吸儀相關研究 16
第三章 實驗設備與方法 22
3.1 實驗設備 22
3.2 實驗藥品 25
3.3 實驗方法 27
3.3.1 生物通氣系統建立 28
3.3.2 生物通氣系統添加柴油降解菌 30
3.3.3 生物通氣系統添加營養鹽 30
3.3.4 氣泡式呼吸儀操作環境建立 30
3.3.5 微生物呼吸試驗操作方法 32
3.3.6 氣泡式呼吸儀校正方法 33
3.3.7 柴油濃度分析方法 34
3.3.8 總菌落數/柴油菌落數分析方法 35
第四章 結果與討論 38
4.1 生物通氣模場基本性質 38
4.2 呼吸試驗操作環境建立 39
4.3 呼吸試驗之營養鹽添加試驗 40
4.3.1 試驗之氮源補充 40
4.3.2 試驗之磷源補充 41
4.4 呼吸試驗之KOH添加試驗 42
4.5 生物通氣系統通氣強度試驗 43
4.5.1 通氣強度對污染物濃度降解之探討 44
4.5.2 通氣強度對微生物活性之探討 46
4.6 生物通氣系統植菌微生物試驗 56
4.6.1 植菌微生物試驗對污染物濃度降解之探討 56
4.6.2 植菌微生物試驗對微生物活性之探討 58
4.7 生物通氣系統植菌微生物及營養鹽添加試驗 67
4.7.1 植菌微生物試驗對污染物濃度降解之探討 68
4.7.2 植菌微生物試驗對微生物活性之探討 70
4.8 微生物活性指標探討 78
第五章 結論與建議 80
5.1 結論 80
5.2 建議 81
參考文獻 83
 
表目錄
表2-1 生物通氣法優缺點比較表 10
表3-1 氣泡式呼吸儀 (Bubble Respirometer)資料 23
表3-2 固體培養基配置材料 36
表3-3 柴油降解培養基配置材料 37
表4-1 生物通氣模場背景資料表 39
表4-2 土壤模場密閉1個月後氣體偵測數據 39
表4-3 土壤模場通氣後氣體偵測數據與土壤總菌落數 44
表4-4 生物通氣模場中土壤微生物呼吸測試氧氣濃度量測結果 55
 
圖目錄
圖2.1 土壤質地分佈圖 8
圖2-2 生物通氣系統示意圖 10
圖2-3 現地呼吸測試氣體濃度變化圖 12
圖2-4 呼吸儀原理示意圖 16
圖2-5 活性污泥中經馴化的微生物累積攝氧圖 17
圖2-6 不同萘濃度之呼吸試驗累積攝氧圖 18
圖2-7 非生物性攝氧測試之累積攝氧曲線圖 19
圖2-8 非生物性攝氧試驗之攝氧率圖 19
圖2-9 生物分解瓶 20
圖2-10 生物分解瓶呼吸試驗累積攝氧圖 20
圖2-11 不同濃度受機油污染土壤之生物呼吸試驗 21
圖3-1 氣泡式呼吸儀實景圖 23
圖3-2 往復式震盪恆溫水浴槽WBS-L 23
圖3-3 氣相層析火焰離子化偵檢器 24
圖3-4 本研究架構圖 28
圖3-5 生物通氣系統示意圖 29
圖3-6 土壤微生物呼吸試驗示意圖 31
圖3-7 氣泡式呼吸儀校正法示意圖 34
圖4-1 營養液添加量對微生物呼吸累積攝氧量之影響 42
圖4-2 KOH添加量試驗 43
圖4-3 生物通氣模場在僅供給氧氣下柴油殘餘濃度變化圖 45
圖4-4 不同風速下第1週土壤微生物呼吸累積攝氧量 47
圖4-5 不同風速下第2週土壤微生物呼吸累積攝氧量 47
圖4-6 不同風速下第3週土壤微生物呼吸累積攝氧量 48
圖4-7 不同風速下第4週土壤微生物呼吸累積攝氧量 48
圖4-8 生物通氣模場不同風速通氣4週之五日生物呼吸累積攝氧量圖 49
圖4-9 不同風速下第1週土壤微生物呼吸平均攝氧率 51
圖4-10 不同風速下第2週土壤微生物呼吸平均攝氧率 51
圖4-11 不同風速下第3週土壤微生物呼吸平均攝氧率 52
圖4-12 不同風速下第4週土壤微生物呼吸平均攝氧率 52
圖4-13 模場試驗桶剖面測試氧氣濃度採樣距離示意圖 54
圖4-14 生物通氣模場中不同微生物無營養鹽添加下各週次柴油濃度變化圖 57
圖4-15 生物通氣模場中不同微生物無營養鹽添加下各週次柴油殘餘率變化圖 58
圖4-16 植菌種前微生物累積攝氧量曲線 59
圖4-17 植菌種後第1週微生物累積攝氧量曲線 60
圖4-18 植菌種後第2週微生物累積攝氧量曲線 60
圖4-19 植菌種後第3週微生物累積攝氧量曲線 61
圖4-20 植菌種後第4週微生物累積攝氧量曲線 61
圖4-21 土壤模場添加菌液後之各週次累積攝氧量變化圖 62
圖4-22 微生物各時段攝氧率對照變化 66
圖4-23 生物通氣模場中各週次土壤採樣微生物24小時平均攝氧率變化圖 67
圖4-24 生物通氣模場植菌種及營養源添加之柴油濃度變化圖 68
圖4-25 生物通氣模場植菌種及營養源添加之柴油濃度殘餘率變化圖 69
圖4-26 生物通氣模場植菌種及營養源添加前微生物累積攝氧量 70
圖4-27 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第1週微生物累積攝氧量 71
圖4-28 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第2週微生物累積攝氧量 71
圖4-29 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第3週微生物累積攝氧量 72
圖4-30 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第4週微生物累積攝氧量 72
圖4-31 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第5週微生物累積攝氧量 73
圖4-32 生物通氣模場植菌及營養鹽添加後第6週微生物累積攝氧量 73
圖4-33 改良生物通氣模場添加營養源後之各週次累積攝氧量變化圖 74
圖4-32 植菌及添加營養鹽下各週次採集土壤之呼吸試驗24小時平均攝氧率變化圖 76

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