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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳春生
研究生(外文):Wu-Chen sheng
論文名稱:以生物曝氣法整治受地下儲槽洩漏之石化有機污染物模場研究
論文名稱(外文):A Student on Pilot-Scale Biosparging Treatment of a Petroleun VOCs Contaminatal Site Caused by Leakage of Underground Storage Tanks
指導教授:楊金鐘楊金鐘引用關係
指導教授(外文):Gorden C. C. Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:150
中文關鍵詞:石化有機污染物污染場址生物曝氣法地下水
外文關鍵詞:groundwatercontaminated sitebiospargingpetrochemicals
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摘要
本研究利用取自受石化有機物污染場址土壤及地下水於實驗室研究其好氧批次反應,藉由加入5分鐘、流量175 mL/min的空氣或不同的釋氧物質(添加64 µL,0.075﹪的過氧化氫或添加0.01g的過氧化鎂)來提高水中溶氧量,以增強微生物活性,俾提高去除有機污染物之效率。試驗結果發現,受石化有機物污染的現地土壤及地下水經三種不同方式提高其溶氧量後,以在通氣組中最好,其好氧性微生物的菌落數由102 CFU/mL明顯提昇至107 CFU/mL,污染物(例如:苯、甲苯、乙基苯、二甲苯等)的濃度,皆降至到0.5 µg/L以下。
現地模場試驗99工作天中,配合現地的狀況以空氣壓縮機產生氣體,並以40 L/min的流量直接注入地下水中,以增加其溶氧量來促進微生物的活性進而增加菌落數。本研究在現地模場試驗場址設有一個上游參考井及六個監測井,原則上,順著地下水流向(東北向西南),每間隔一公尺設置一口井,依序為MW1至MW6;此外,為了解注入空氣之影響範圍,依監測井方向以十字排列方式設置土壤氣體取樣點。本研究在試驗過程中取其地下水樣品分析,發現其各項污染指標皆有降低的現象。以MW1監測井之地下水水質而言,其總有機碳從最高43.0 mg/L降至4.5 mg/L,生化需氧量從225 mg/L降至117 mg/L,苯濃度從75.51 mg/L降至25.51 mg/L,萘濃度從5.11 mg/L降至小於0.5 μg/L(GC/PID偵測極限),總菌落數從3.0×102 CFU/mL升高至1.4×106 CFU/mL;以MW2監測井之地下水水質而言,其總有機碳從43.4 mg/L降至14.9 mg/L,生化需氧量從最高192 mg/L降至135 mg/L,苯濃度從89.60 mg/L降至40.81 mg/L,萘濃度從15.3 mg/L降至小於0.5 μg/L,總菌落數從2.6×102 CFU/mL升高至4.2×106 CFU/mL;以MW3監測井之地下水水質而言,其總有機碳從最高25.7 mg/L降至12.5 mg/L,生化需氧量從215 mg/L降至179 mg/L,苯濃度從70.45 mg/L降至24.11 mg/L,萘濃度從2.67 mg/L降降至小於0.5 μg/L,總菌落數從3.6×102 CFU/mL升高至1.4×106 CFU/mL;以MW4監測井之地下水水質而言,其總有機碳從最高23.5 mg/L降至11.1 mg/L,生化需氧量從最高526 mg/L降至115 mg/L,苯濃度從75.51 mg/L降至25.51 mg/L,萘濃度從0.92 mg/L降至小於0.5 μg/L,總菌落數從3.0×102 CFU/mL升高至3.0×106 CFU/mL:以MW5監測井之地下水水質而言,其總有機碳從19.9 mg/L降至4.9 mg/L,生化需氧量從最高253 mg/L降至153 mg/L,苯濃度從89.63 mg/L降至12.81 mg/L,萘濃度試驗前後都沒偵測出有其濃度存在,總菌落數從3.0×102 CFU/mL升高至3.1×106 CFU/mL;以MW6監測井之地下水水質而言,其總有機碳從12.7 mg/L降至3.5 mg/L,生化需氧量從最高164 mg/L降至43 mg/L,苯濃度從83.76 mg/L降至24.55 mg/L,萘濃度從10 mg/L降至小於0.5 μg/L,總菌落數從3.0×102 CFU/mL升高至1.4×106 CFU/mL,至於地下水的pH、溫度及其他陽離子(例如:鈣、鎂、鉀、鈉,總鐵)則並沒有多大的變化,pH範圍在6.75至7.45之間;溫度範圍在30℃至32℃之間;鈣離子範圍在45 mg/L至65 mg/L之間;鎂離子範圍在16 mg/L至24 mg/L之間;鈉離子範圍在35 mg/L至60 mg/L之間;鉀離子範圍在8 mg/L至14 mg/L之間;總鐵離子範圍在2.0 mg/L至4.0 mg/L之間。
綜合現地模場試驗結果顯示,大體而言,在實施生物曝氣法後,地下水監測井中之各種污染物移除率皆有60﹪以上,且萘的濃度值在各井中皆小於0.5 μg/L,據此,欲提高本試驗場址生物曝氣法的整治效率,延長注氣時間是有必要的。
關鍵詞:生物曝氣法 、地下水、污染場址、石化有機污染物
Abstract
The purpose of this study was to evaluate the efficiency of biosparging for in situ remediation of groundwater at a site contaminated by petrochemicals. To this end, laboratory-scale (lab-scale for short) and pilot-scale tests were carried out. In the lab-scale study, three possible ways (i.e., by injecting air, by adding hydrogen peroxide, and by adding magnesium peroxide) of increasing the dissolved oxygen content in the groundwater were evaluated in terms of the resulting total bacterial count. Under the conditions used in this work, air injection was found to the most effective one. By injecting compressed air into the mixture of petrochemicals-contaminated soil and groundwater at a flow rate of 175mL/min for five minutes, the total bacterial count of the aerobic bacteria was increased greatly from 102CFU/mL to 107CFU/mL. The concentrations of benzene, toluene, ethyl benzene, and xylenes (BTEX) also were reduced to lower than 0.5μg/L.
Based on the findings obtained from the lab-scale study, air injection was adopted for the enhancement of pilot-scale in situ bioremediation of petrochemicals-contaminated groundwater at a selected site in a petrochemical plant. To evaluate the treatment efficiency of biosparging for the removal of BTEX and naphthalene, in addition to an upstream groundwater well, six one-meter-apart monitoring wells were installed in at the test site the flow direction of groundwater. In the center of the test site, one air injection well and ten soil gas monitoring points also were installed to determining the radius of influence of the air injection well. It was found that an air injection rate of 40L/min was capable of providing sufficient air to all of the monitoring wells of groundwater and increasing the total bacterial count of aerobic bacteria from the order of 102CFU/mL to 106CFU/mL. For a test period of 99 days, the concentrations of all target contaminants in each groundwater monitoring well were decreased markedly. More specifically, the total organic carbon was reduced from 12.7-43.4 mg/L to 3.5-14.9 mg/L; biochemical oxygen demand, from 124-526 mg/L to 43-153 mg/L; benzene; toluene, from 29.88-62.34 mg/L to 11.72-12.82 mg/L ; ethyl benzene, from 0.92-5.30 mg/L to 0.86 mg/L-< 0.5μg/L; xylenes, from 9.31-47.58 mg/L to 4.07 mg/L -< 0.5μg/L; and naphthalene, from15.31-0.92 mg/L to < 0.5 μg/L. Additionally, pH, temperature, and concentrations of various cations determined for the groundwater as well.
During the 99-day test period, the following were found: pH varied in the range of 6.75-7.45; temperature, 30-32℃; Ca2+, 45-65 mg/L; Mg 2+, 16-24 mg/L; Na+, 35-60 mg/L; K+, 8-14 mg/L; and total iron, 2.0-4.0 mg/L.
Thus, under the conditions used in this work, the biosparging technology employed was found to have an overall treatment efficiency of over 60% for BTEX and 100% for naphthalene. To increase the overall treatment efficiency, a prolonged air injection is needed at this test site.
Keywords: biosparging, groundwater, contaminated site, petrochemicals
目 錄
頁次
謝誌………………………………………………………………..…...i
摘要…………………………………………………………….….…..ii
Abstract…………………………………………………………..…....iv
目錄……………………………………………………………….......vi
表目錄…………………………………………………………..…….ix
圖目錄…………………………………………………………..…….xi
照片目錄………………………………………………………….....xiii
第一章 前言…………………………………………………………..1
1.1研究緣起…………………………………………………...…1
1.2 研究目的……………………………………………………..3
1.3 研究內容……………………………………………………..3
第二章 文獻回顧……………………………………………………..5
2.1油品之種類、成分及基本性質……………………………...5
2.1.1 油品之種類、成分……………………………………..5
2.1.2 石油基本性質…………………………………………..5
2.2油品污染導致人體健康之危害……………………………..7
2.3石油碳氫化合物在土壤及地下水中的傳輸現象……....….11
2.4 微生物與石油碳氫化合物之關係………………...….…....14
2.4.1 影響微生物生長的主要因子………………………….14
2.4.2 利用石油碳氫化合物為碳源的微生物分類………….15
2.4.3 微生物代謝基本形式………………………………….15
2.4.4 微生物對碳氫化合物的反應………………………….16
2.5 受有機污染的土壤及地下水之整治技術.………………...20
2.5.1有關受有機污染的土壤及地下水之整治技術介紹…..20
2.5.2具發展潛力整治之技術………………………………..29
2.6土壤及地下水之生物整治技術…………………………….32
第三章 研究架構、實驗材料與方法…………………………….39
3.1 研究架構……………………………………………………39
3.2 試藥及相關儀器設備………………………………………41
3.2.1試藥………………………………………………………41
3.2.2相關儀器設備……………………………………………43
3.3 實驗室、模場試驗土壤及地下水樣品特性分析……..…..46
3.3.1土壤分析方法…………………………………………....46
3.3.2地下水樣品分析方法…………………………………….51
3.4 生物曝氣法實驗室試驗.……………………………………58
3.5 現地模場試驗……………………………………………….60
3.5.1場址背景描述………………………………..…………...60
3.5.2生物曝氣法模場整治設備…………..………..………….60
3.5.3 模場注氣流量試驗及操作條件…………………………67
3.5.4 現地土壤取樣方法………………………………….…..67
3.5.5 地下水取樣設備與方法…………………………….……67
第四章 結果與討論…………………………………………….…..69
4.1模場之土壤基本性質69
4.1.1 粒徑分布69
4.1.2 比重…………………………………………………...…70
4.1.3 pH值…………………………………………………..70
4.1.4 含水分…………………………………………………...70
4.1.5 灼燒減量………………………………………………...70
4.1.6 有機物含量……………………………………………...70
4.1.7 陽離子交換容量………………………………………...70
4.1.8 比表面積…………………………………………….…71
4.2 模場地下水水質分析72
4.2.1化學需氧量分析…………………………………….…...72
4.2.2總有機碳分析………….……………….……………….72
4.2.3陰離子分析72
4.2.4金屬陽離子分析73
4.2.5石化有機物分析73
4.3 批次好氧性生物實驗結果…………………………………..77
4.3.1 通氣組…………………………………………………...77
4.3.2 過氧化氫組...80
4.3.3過氧化鎂組82
4.3.4 過氧化鎂控制組實驗結果85
4.4 模場註氣流量試驗及操作條件……………………………..88
4.5 生物曝氣法模場試驗結果90
4.5.1 模場注入氣體時其影響範圍量測90
4.5.2 模場試驗現場檢測結果………………………………...94
4.5.3實驗室之檢測……………………………………………97
第五章 結論與建議……………………………………….....……133
5.1 結論…………………………………………………....……133
5.2 建議…………………………………………………………134
參考文獻…………………………………………………………...135
附錄 實驗數據…………………………………………………...146
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