臺灣博碩士論文加值系統

近年來，由於油品及有機溶劑污染事件層出不窮，對土壤環境造成長期的衝擊，故探究這些污染物在土壤中之宿命及有效復育方法已成為研究的重點項目之一。生物復育因具有經濟上之優勢，且污染物經生物礦化作用後可轉換為穩定無害之產物
，故為較佳之復育方法。本研究先探討BTEX（苯、甲苯、乙苯及二甲苯）在十種台灣土壤中之吸附情形，以及溫度、水分、有機質含量及高溫殺菌對吸附作用之影響，再以三種不同來源之微生物，進行對BTEX降解之研究，期能找出對該類污染物分解效率最佳之菌種。
在供試土壤對BTEX之吸附實驗中，以高有機質含量的快官土（286.4g/Kg）對BTEX之吸附量最大，而以有機質及黏粒含量皆低的瑞穗系與壽豐系最低，故可知土壤對BTEX之吸附受有機質及黏粒之影響甚劇，尤其是有機質，常扮演相當關鍵的角色。在不同溫度下的吸附實驗發現，各類土壤在兩種溫度下對BTEX之吸附量大小次序雖然不完全一致，但歸納觀之，快官土、水漣系、平鎮系、太康系之吸附量較高，而瑞穗系與壽豐系之吸附量則較低。而高溫會提高土壤中的揮發率及反應速率，故而降低土壤之吸附量。而BTEX四種成分在供試土壤中吸附量大小依序為乙苯≒二甲苯＞甲苯＞苯，此和以Koc值預測之結果相符。在不同含水量的吸附實驗上，土壤對BTEX之吸附量依序為快官土＞水漣系>平鎮系>二林系≒太康系≒壽豐系>瑞穗系>五魁寮系>歸仁系>岸內系，若比較三種含水量下之吸附結果，則可發現在田間容水量下之吸附量最大，其次為田間容水量之60﹪，而以田間容水量之140﹪為最低，此乃由於水分子可在粒子表面形成一層水膜，而使BTEX之揮發率降低，但若含水量過高，則水分子會和BTEX競爭土壤表面之吸附位置，使土壤對BTEX之吸附量驟減。在添加不同量有機質的吸附實驗結果發現，有機質含量越高，吸附量也越高，故添加有機質能提高供試土對BTEX之吸附量。最後則是比較高溫滅菌之影響，結果發現不論在何種實驗環境下，滅菌土之吸附量皆較未滅菌土高，故推測供試土壤中應有可分解BTEX之現地菌存在。
在四種供試土壤對BTEX之降解實驗方面，依降解速率之快慢依序為五魁寮系＞二林系＞岸內系＞平鎮系，其中以pH值為中性之土壤最適菌種生長，而三種菌種之降解效率則依序為已發酵之活化土壤微生物精料＞未發酵之活化土壤微生物精料＞供試土壤之現地菌。氣泡式呼吸儀的結果則可明顯看出，以第二次培養期之菌種活性最佳，而第三次培養時菌種活性降低
，應為添加過高基質濃度（200ppm）所造成之抑制效應，此亦和降解實驗之結果相符，即若BTEX濃度在100ppm以下時，則供試菌種皆有不錯之分解效果，最高之分解效率可達60﹪以上。

Soil environment contaminated by petroleum and organic solvent have caused people’s higher concern recently. Therefore more researchers have been studying the fate and the remediation methods of these organic pollutants in soil environment. Due to the advantages of decomposing organic pollutants into non-toxic inorganic compounds, bioremediation have been thought to be an effective and economic method. This study will first evaluate the adsorption of BTEX（Benzene、Toluene、Ethylbenzene and Xylene）in several Taiwan soils and the effects of temperature、moisture and organic matter content on adsorption. Then we will investigate the biodegradation of BTEX by microorganisms from three sources to find the most effective microorganism. The results of BTEX adsorption experiments showed that the soils with higher organic matter and clay contents adsorbed more BTEX. Because the reaction rate and solubility will improve under higher temperature, so adsorption of BTEX by all studied soils decreased with increasing temperature. The adsorption affinity of four BTEX compounds was ranked as follows: ethylbenzene≒xylene＞toluene＞benzene. This adsorption difference follows their soil-water partition coefficients（Koc）,where the compound with higher Koc value also has higher affinity of adsorption. The order of BTEX adsorption amounts under three soil water contents was: field capacity＞60% of field capacity＞140﹪of field capacity. Due to the higher water content will retard the evaporation of BTEX. But if the water content is too high, water will compete the adsorption sites on soil surface with BTEX, so the adsorption capacity of BTEX is reduced. The results of BTEX adsorption amounts under three additive organic matter indicate that higher organic matter content made soils adsorb more BTEX. Finally, the biodegradation study illustrated that biodegradation of BTEX by microorganisms is about 60﹪in seven days. Among three microbial sources, the fermented extract had higher biodegradable efficiency than the unfermented.

中文摘要I
英文摘要IV
致謝……………………………………………………………….VI
目錄VII
表目錄XI
圖目錄XIV
第一章 前言1
1.1 緣起1
1.2 研究目的2
第二章 文獻回顧4
2.1 BTEX各論4
2.2 BTEX在土壤環境中之宿命6
2.3 BTEX在土壤環境中之滯留9
2.4 土壤污染的整治方法12
2.5 生物復育技術簡介18
2.5.1 生物復育技術的優缺點20
2.5.2 生物復育操作及設計的影響因子20
2.6 BTEX之生物降解21
第三章 材料與方法24
3.1 實驗材料24
3.1.1 供試油品24
3.1.2 供試土壤24
3.2 實驗儀器26
3.2.1 氣相層析儀26
3.2.2 吹氣捕捉裝置26
3.2.3 熱脫附裝置26
3.2.4 氣泡式呼吸儀………………………………………….28
3.2.5 電動直示天秤28
3.2.6 高壓滅菌釜…………………………………………….28
3.3 實驗方法30
3.4 供試土壤之前處理與基本性質分析30
3.4.1 pH值30
3.4.2 土壤水分含量30
3.4.3 有機質含量33
3.4.4 陽離子交換容量33
3.4.5 土壤質地33
3.4.6 鹽基飽和度…………………………………………….34
3.4.7 田間容水量土壤之配置34
3.5 不同環境下之吸附實驗34
3.5.1 BTEX儲備液之配置…………………………………..34
3.5.2 不同溫度下之吸附實驗36
3.5.3 不同含水量下之吸附實驗36
3.5.4 不同有機質含量下之吸附實驗36
3.6 不同來源微生物之增殖培養37
3.6.1 實驗菌種之選定37
3.6.2 實驗菌種之增殖培養37
3.6.3 實驗菌種對BTEX之分解實驗39
3.6.3.1 供試土壤現地菌對BTEX之分解實驗……………39
3.6.3.2 活化土壤微生物精料對BTEX之分解實驗………39
3.6.3.3 已發酵活化土壤微生物精料對BTEX之分
解實驗………………………………………….…..39
3.6.3.4 實驗菌種攝氧活性之測試…………………………39
3.7 實驗之QA/QC…………………………………………….40
3.7.1 BTEX檢量線之製作…………………………………..40
3.7.2 方法偵測極限………………………………………….40
3.7.3 重覆樣品分析………………………………………….41
3.7.4 添加標準品於標準品分析…………………………….41
第四章 結果與討論43
4.1 土壤基本性質分析43
4.2 實驗之QA/QC47
4.2.1 脫捕層析系統之BTEX檢量線47
4.2.2 方法偵測極限47
4.2.3 重覆樣品分析47
4.2.4 添加標準品於標準品分析…………………………….50
4.3 不同環境條件下之吸附實驗51
4.3.1 不同溫度下之吸附實驗51
4.3.2 不同含水量下之吸附實驗55
4.3.3 不同有機質含量下之吸附實驗60
4.4 微生物的活性及毒性抑制實驗65
4.4.1 不同濃度BTEX溶液對好氧微生物之影響65
4.4.2 好氧微生物對BTEX之去除效率72
4.5 實驗菌種對BTEX之分解實驗…………………………..74
4.5.1 土壤基本性質的影響………………………………….74
4.5.1.1 pH值74
4.5.1.2 有機質含量74
4.5.1.3 黏粒含量75
4.5.1.4 鹽基物質………………………………………….. 76
4.5.2 非土壤性質之影響因子……………………………….76
4.5.2.1 營養鹽………………………………………………76
4.5.2.2 反應溫度……………………………………………77
4.5.2.3 溶解度………………………………………………77
4.5.2.4 吸附作用……………………………………………78
4.5.3 不同增殖培養期內BTEX之殘留量………………….78
第五章 結論91
第六章 參考文獻94
作者簡介………………………………………………………...100
表2-1 BTEX物化基本特性5
表2-2 物理與化學吸附特性對照表…………………………...10
表2-3 吸附與分配作用之比較………………………………...11
表2-4 各種復育技術對不同土壤污染物之有效性評估……...13
表3-1 供試土之土類、母質來源、採樣地點
及分佈區域25
表3-2 氣相層析儀之操作條件27
表3-3 吹氣捕捉裝置之操作條件27
表3-4 供試土壤之田間容水量及田間容水量±40﹪之
含水量值………………………………………………...35
表3-5 供試營養鹽溶液之成分與濃度………………………...39
表4-1 供試土壤之基本理化性質44
表4-2 BTEX方法偵測極限結果………………………………50
表4-3 添加樣品於標準品之分析結果………………………...51
表4-4 不同溫度及滅菌處理下供試土壤對BTEX之
吸附量（µg/g）……………………………………….…53
表4-5 風乾及滅菌後各土系之水分含量……………………...56
表4-6 60﹪田間容水量下供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..57
表4-7 田間容水量下供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..58
表4-8 140﹪田間容水量下供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..59
表4-9 添加0.1g泥炭土後供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..62
表4-10 添加0.3g泥炭土後供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..63
表4-11 添加0.5g泥炭土後供試土壤對BTEX之吸附量（µg/g）…………………………………………………..64
表4-12 第一次增殖培養期內各實驗菌種之呼吸儀測試
結果…………………………………………………….70
表4-13 第二次增殖培養期內各實驗菌種之呼吸儀測試
結果…………………………………………………….71
表4-14 第三次增殖培養期內各實驗菌種之呼吸儀測試
結果…………………………………………………….71
表4-15 三次培養期內微生物之攝氧率及BTEX去除率….….73
表4-16 五魁寮系於第一次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）…………………85
表4-17 二林系於第一次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….85
表4-18 岸內寮系於第一次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….86
表4-19 平鎮系於第一次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）……………….86
表4-20 五魁寮系於第二次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）……………….87
表4-21 二林系於第二次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….87
表4-22 岸內系於第二次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）……………….88
表4-23 平鎮系於第二次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）……………….88
表4-24 五魁寮系於第三次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….89
表4-25 二林系於第三次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….89
表4-26 岸內系於第三次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….90
表4-27 平鎮系於第三次增殖培養期內各菌種之BTEX
殘留量（µg/g）及降解速率常數（k）………………….90
圖2-1 BTEX在土壤環境中的宿命……………………………8
圖3-1 氣泡式呼吸儀全貌……………………………………..29
圖3-2 熱脫附裝置-吹氣捕捉裝置-氣相層析儀
分析系統示意圖31
圖3-3 本研究實驗流程圖32
圖4-1 苯之檢量線48
圖4-2 甲苯之檢量線48
圖4-3 乙苯之檢量線48
圖4-4 間-二甲苯之檢量線49
圖4-5 對-二甲苯之檢量線49
圖4-6 鄰-二甲苯之檢量線……………………………………..49
圖4-7 第一次增殖培養期內實驗菌種之累積攝氧曲
線圖…………………………………………………….67
圖4-8 第二次增殖培養期內實驗菌種之累積攝氧曲
線圖…………………………………………………….68
圖4-9 第一次增殖培養期內實驗菌種之累積攝氧曲
線圖…………………………………………………….69
圖4-10 第一次培養期五魁寮系之BTEX殘留量（µg/g）…….………………………………………….81
圖4-11 第一次培養期二林系之BTEX殘留量（µg/g）…………………………………….………….81
圖4-12 第一次培養期岸內系之BTEX殘留量（µg/g）……………………………….……………….81
圖4-13 第一次培養期平鎮系之BTEX殘留量（µg/g）…………………………………………….….82
圖4-14 第二次培養期五魁寮系之BTEX殘留量（µg/g）………………………………………….…….82
圖4-15 第二次培養期二林系之BTEX殘留量（µg/g）……………………………………….……….82
圖4-16 第二次培養期岸內系之BTEX殘留量（µg/g）………………………………….…………….83
圖4-17 第二次培養期平鎮系之BTEX殘留量（µg/g）…………………………………….………….83
圖4-18 第三次培養期五魁寮系之BTEX殘留量（µg/g）……………………………………….……….83
圖4-19 第三次培養期二林系之BTEX殘留量（µg/g）……………………………………….……….84
圖4-20 第三次培養期岸內系之BTEX殘留量
（µg/g）…………………………………………..…….84
圖4-21 第三次培養期平鎮系之BTEX殘留量（µg/g）…………………………………..…………….84

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