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研究生:林文經
研究生(外文):Wen-Jing, Lin
論文名稱:以廚餘堆肥化之液肥復育鋅污染土壤與地力回復之研究
論文名稱(外文):Reclamation of zinc-contaminated soil using dissolved organic matter solution prepared from liquid fertilizer of food waste composting
指導教授:Yuan-Shen, Li
指導教授(外文):李元陞
口試委員:李元陞王尚禮黃政恆
口試委員(外文):Yuan-Shen, LiShan Li, WangJang-Hung, Huang
口試日期:2013-01-16
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:環境工程學系碩士班
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:土壤肥力廚餘液肥土壤清洗法
外文關鍵詞:ZincSoil fertilityLiquid fertilizerSoil washing
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現今整治重金屬污染之土壤,使用酸洗法處理是一種常見的方式,雖可移除大部份吸附的重金屬,但也造成土壤中原有的營養元素因酸洗流失而直接影響農作物之生長與生產力。本研究以廚餘堆肥處理過程中所產生具高濃度有機質與營養元素之『液肥』,作為土壤整治之清洗液來復育鋅污染農地(表土層992 mg Zn kg-1;裡土層757 mg Zn kg-1)之土壤,以TOC 1500 mg L-1、反應萃取時間 30 min、固液比(S / L) 1:40、反應溫度 25℃的最佳移除效率清洗條件進行振盪反應後,以pH 2.0液肥清洗液第一次清洗時的移除率;表土層為37.2 %、裡土層為19.7 %,移除率未達表土層需40 %、裡土層需21 %之食用作物農地管制標準(600 mg Zn kg-1) ,遂再以相同條件進行第二次清洗後,土樣中鋅含量則分別降至550 mg kg-1 (移除率45 %)及580 mg kg-1 (移除率23 %)可以符合食用作物農地管制標準;且經由FT-IR 傅立葉轉換紅外線光譜儀之鑑識,證實液肥清洗液中具有可吸附帶正電之重金屬離子及與重金屬離子發生錯合作用之羧基碳結構-COOH與羰基-COO- 之官能基。也應證了液肥清洗液所含之有機物質確有萃取土壤中重金屬離子的作用。
比較經液肥溶液及傳統水溶液酸洗二次清洗後,土壤樣本的肥力變化;經水溶液清洗後之各項土壤肥力指標均明顯低於原土樣,顯示出地力已大量流失,難以恢復農用;而經液肥清洗液清洗後之土壤,其表土及裡土之『有機質』含量較原土樣分別增加5.0%及7.5% ;『銨態氮』分別較原土樣分別增加了140%及47%;『有效性磷』含量分別增加65%與63% ;『交換性鉀』則分別增加了153%與499% ;僅『鈣鎂比』略為減少了23 ~ 49 %。證明經廚餘堆肥化之液肥溶液的清洗,可有效移除土壤中的鋅,並明顯減少地力損失。
在盆栽試驗及發芽率試驗方面結果顯示,以清洗復育後土壤直接進行的盆栽試驗,種苗植體存活率趨近於零;而發芽率試驗,種子發芽率雖佳卻於幼芽根系與土壤接觸後,即與盆栽試驗發生相同的根系潰爛而無法存活的現象,繼而以模擬雨季降雨( pH 4.6、568公釐)進行土壤管柱淋洗試驗,經淋洗後,土壤中的鉀、鈉、鈣、鎂雖有流失,卻已明顯改善清洗復育後之土壤可能因pH過低及營養鹽含量過高等毒害情形,而使盆栽試驗之種苗植體,已可順利生長至收成,因此清洗復育後之土壤,不建議立即進行農作物的施種。

Soil washing using an acid solution is a common practice for removing heavy metals from contaminated soil in Taiwan. However, significant soil fertility degradation and high operation costs are the major disadvantages of soil washing. soil Washing with a dissolved organic matter (DOM) solution has been identified as a method that can moderate the loss of nutrients in the soil and enhance metal removal. Liquid fertilizer of food waste composting can be used to prepare a dissolved organic matter (DOM) solution. This study employed DOM solutions to remediate Zn-contaminated soil (with concentrations up to 992 and 757 mg kg-1 respectively in topsoil and subsoil) and determined the factors affecting the removal of Zn, such as pH, initial concentration of DOM solution, temperature, and washing frequency. When washing with a DOM solution 1,500 mg L-1 twice (at pH 2.0、25°C) , 45% and 23% of Zn in the topsoil and subsoil were removed , respectively. With this treatment, the organic matter content was increased from 5.0% to 7.5%; available ammonium (N-NH4+) content ranged from 47% to 140%; available phosphorus content ranged from 63% to 65% and exchangeable potassium content ranged from 153% to 499%.
Fourier Transform infrared spectrometer scope measurement that liquid fertilizer washing solution contains carboxyl group (COOH), which adsorbed positively charged heavy metal ions, as well as functional groups such as COOH and COO-, which occurred complex reaction with heavy metal ions. This verified the fact that the organic matter in the liquid fertilizer solution indeed had the function of extracting heavy metal ions in soil.
The results of pot and germination experiments showed that livability of the planted seedlings approached zero when the soil used has been cleansed. In the germination experiment, germination rate was high but root system of the sprouts so rotted as to die when they contacted the soil, which was similar to the result of the pot experiment. Subsequently, soil column leaching experiment which simulated monsoon rains (pH 4.6、568mm) followed. While potassium, sodium, calcium, and magnesium in the soil was washed away, the toxicity deriving from overly low pH and the inhibition of absorption of nitrogen, magnesium, and calcium from excessive potash fertilizer in the soil reduced. As a result, this study successfully grew planted seedling and harvested the crop in the pot experiment where column-leached soil. Therefore, it is suggested that crops should not be planted in soil instantly after the soil being treated by cleansing restoration.

摘要 I
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究流程圖 4
第二章 文獻回顧 6
2-1 臺灣地區土壤重金屬污染之相關研究 6
2-1-1 土壤重金屬來源 8
2-2土壤與重金屬之作用型態及特性 12
2-2-1 土壤膠體的類型 12
2-2-2 陽離子交換能量 12
2-2-3 土壤膠體吸附陽離子的原因 13
2-2-4 土壤中重金屬之作用類型 14
2-3 重金屬污染整治、復育技術介紹 15
2-3-1 重金屬污染土壤整治技術 16
2-4 影響土壤肥力的因素 20
2-4-1 養分因素 20
2-4-2 物理因素 21
2-4-3 化學因素 21
2-5 堆肥的應用 21
2-5-1 堆肥化原理 22
2-5-2 廚餘堆肥化的目的 22
2-5-3 廚餘堆肥化液肥 22
第三章 材料與方法 24
3-1 土樣採集及前處理 26
3-1-1 污染場址概述 26
3-1-2 供試土壤及廚餘液肥之採集與前處理 28
3-2 廚餘液肥特性及萃取試驗 29
3-2-1 廚餘液肥之化學組成與性質分析 29
3-2-2 廚餘液肥萃取試驗 29
3-3 土壤樣品基本性質分析 30
3-3-1 土壤pH測定 30
土壤pH測定(0.01 M CaCl2和1 N KCl) 32
3-3-2 土壤電導度測定 33
3-3-3 有效性磷 34
3-3-4 交換性鉀、鈉、鈣及鎂 36
3-3-5 陽離子交換容量 38
3-3-6 土壤游離氮之測定 39
3-3-7 土壤有機質含量 41
3-4 樣品土壤之重金屬分析 43
3-5 土壤清洗實驗 45
3-5-1 最佳清洗固液比測試 45
3-5-2 最佳清洗濃度測試 45
3-5-3 最佳清洗時間測試 45
3-5-4 最佳清洗之pH測試 46
3-5-5 最佳清洗溫度測試 46
3-5-6 酸洗試驗 46
3-6 盆栽試驗 48
3-6-1 盆栽試驗方法 48
3-7 發芽率試驗 48
3-7-1 發芽率試驗方法 49
3-8管柱淋洗試驗 49
3-8-1 管柱淋洗液分析項目 49
3-8-2 管柱淋洗試驗方法 49
第四章 結果與討論 51
4-1 樣品基本性質分析 51
4-2 廚餘堆肥化液肥之型態及特徵 57
4-2-1 堆肥化液肥之總體組成 57
4-2-2 廚餘堆肥化液肥清洗溶液之基本性質 59
4-3 廚餘液肥清洗液對重金屬鋅之最佳清洗條件實驗 60
4-3-1 最佳pH之清洗測試 60
4-3-2 最佳濃度清洗測試 62
4-3-3 最佳清洗固液比測試 63
4-3-4 最佳清洗時間測試 64
4-3-5 最佳清洗溫度測試 65
4-3-6 萃取劑清洗試驗 66
4-4 復育前後之土壤肥力實驗 69
4-4-1 有機質 72
4-4-2 陽離子交換容量(CEC) 73
4-4-3 電導度(EC1:5) 75
4-4-4 有效性磷 76
4-4-5 交換性鉀 78
4-4-6 鈉飽和度(Exchangeable sodium percentage, ESP) 79
4-4-7 鈣鎂比 81
4-4-8 銨態氮 82
4-5 盆栽試驗 84
4-6 發芽率試驗 87
4-7 土柱淋洗試驗 87
4-7-1 土柱淋洗後之盆栽試驗 87
第五章 結論 91
參考文獻 92



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