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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡輝煌
研究生(外文):HUI-HUANG,TSAI
論文名稱:以RSM探討藻屋頂去除家庭汙水中硝酸與磷酸速率之研究
論文名稱(外文):Investigate Roof Algae Nitrate and Phosphate in the Rate of Domestic Sewage Removal through Response Surface Methodology
指導教授:黃思蓴
指導教授(外文):SZ-CHWUN,HWANG
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:32
中文關鍵詞:廢水處理PVA固定化迴歸曲面法
外文關鍵詞:Wastewater treatmentPVA immobilizationResponse surface methodologyThermosynechococcus elongates
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常見的三級廢水處理是以細菌處理為主,但是水體中的碳源不足需要額外添加造成處理成本的增加,而微藻本身可以利用溶解水中的二氧化碳行光合作用,並利用此自營生長方式去除水體中的氮磷,達到廢水處理的效果。由於地理位置於亞熱帶的台灣,夏季溫度時常達40℃的高溫,屋頂在陽光直射的環境約50℃,以此溫度耐受藻類為優先選擇的對象,本實驗室最終決定以成功耐受60℃數日培養測試實驗室藻株Thermosynechococcus elongates WFW-1為選擇藻種。普遍的處理廢水過程以連續流的方式進行,但純藻株無法利用傳統的汙泥回饋的方式,因為經過模擬測試時發現容易受到汙染,影響到整體的培養環境。可是如果不進行回流又容易造成微藻大量流失造成,處理效果不佳的情形,考慮種種因素下,本研究以微藻PVA固定化的方式提供穩定的植種源。
本實驗分為兩部分,第一部分以微藻最佳生長條件為主,透過RSM迴歸曲面實驗設計不同的因子調控下,微藻生長影響最大為磷酸>微量元素>硝酸>溫度>日照時間,最佳值約NaNO3 2.25 g/L、K2HPO4‧3H2O 0.02 g/L、微量元素 0.4 mL/L、溫度29 ℃、日照時間18 Hr/Day;第二部分為固定化去除硝酸與磷酸實驗,當藻株固定化後成長速率提高約4.5倍,去除效果硝酸及總磷約0.2倍。

Common tertiary wastewater treatment is under bacterial-based removal mechanism, but additional source of carbon sources must be supplied, resulting in increased processing costs. The algae can utilize dissolved carbon dioxide through photosynthesis in the water, and take advantage of this growth pattern to remove aqueous nitrogen and phosphorus, to the extent of full wastewater treatment. Due to the subtropical geographical location, the summer temperatures in Taiwan often reach 40 oC high, and the roof temperature with direct sunlight is about 50 oC. Therefore, the algae with the high temperature tolerant characteristics were preferred. Among the algae stored in our laboratory, the algal strains Thermosynechococcus elongates WFW-1 can successfully withstand the final 60 oC for a few days was selected as the algae species for this research. Common activated sludge method for wastewater treatment often adopts a continuous-mode process. However, the pure strain of algae we used in this study was always contaminated with other algae when the conventional return-sludge manner was used, shortening the overall lifetime of culture and deteriorate the incubation environment. No circulation will cause washout of algae, becoming worse in treatment efficiency. Thus, the only solution using PVA immobilized microalgae was chosen after the algae immobilization technique became mature. The experiment was divided into two parts, the first part was for determination of microalgae-based optimal growth conditions, under the regression curve through RSM experimental design with different regulatory factors for the growth of microalgae, such as largest phosphate e> trace Elements > nitric acid > temperature > sunshine hours, which were 2.25 g/L of NaNO3 for N-source, 0.02 g/L of K2HPO4‧3H2O for P-source, 0.4 mL/L of trace elements, 29 oC, and photoperiod of 18 h/d, respectively. The second part was working on the development of immobilization technology for algae to remove nitrate and phosphoric acid. The results show when algal strains was immobilized the growth rate increased by about 4.5 times, nitric acid and total phosphorus removal efficiency increased by about 0.2 times.
目錄
第1章 緒論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 1
1-3 研究內容及流程 1
第2章 文獻回顧 3
2-1 微藻之藻類特性介紹 3
2-2 汙水處理 3
2-2-1 放流水標準 3
2-2-2 處理方法 3
2-2-3 微生物處理 4
2-3 固定化 4
2-4 水質分析 5
2-4-1 水中磷檢測方法-分光光度計/維生素丙法 5
2-4-2 水中硝酸鹽氮檢測方法-分光光度計法 5
第3章 材料與方法 7
3-1 實驗架構 7
3-2 藻種 8
3-2-1 藻種來源 8
3-2-2 藻種保存 8
3-3 培養基 9
3-4 RSM(Response surface methodology)迴歸曲面法 11
3-5 PVA固定化 14
第4章 實驗結果與討論 15
4-1 迴歸結果分析 15
4-2 固定化顆粒 23
第5章 結論與建議 28
5-1 結論 28
5-2 建議 29
第6章 參考文獻 30
附錄 32


表目錄

表 1. BG11培養基 9
表 2. 中央氣象局月均溫 12
表 3. RSM迴歸分析實驗項目項目及變數階層對照表 15
























圖目錄

圖 1. 實驗架構 6
圖 2. 藻種保存 7
圖 3. Thermosynechococcus elongates WFW-1 顯微鏡照 8
圖 4. 迴應曲面法星點與中心點實驗圖(Stat-Ease,2014) 10
圖 5. 不同濃度碳酸氫鈉生長 11
圖 6. RSM實驗設計概念圖 14
圖 7. RSM方程式係數 16
圖 8. 氮-磷-生長比率 影響因子3D比較 17
圖 9. 氮-微量元素 -生長比率 影響因子3D比較 17
圖 10. 氮-溫度-生長比率 影響因子3D比較 18
圖 11. 氮-磷-日照時間 影響因子3D比較 18
圖 12. 磷-微量元素-生長比率 影響因子3D比較 19
圖 13. 磷-溫度-生長比率 影響因子3D比較 19
圖 14. 磷-日照時間-生長比率 影響因子3D比較 20
圖 15. 溫度-日照時間-生長比率 影響因子3D比較 20
圖 16. 微量元素-溫度-生長比率 影響因子3D比較 21
圖 17. 微量元素-日照時間 -生長比率 影響因子3D比較 21
圖 18. PVA尺寸 22
圖 19. 7%PVA 培養三天 22
圖 20. 7%PVA 培養四天 23
圖 21. 成長趨勢比較圖 23
圖 22. 顆粒崩解黏附情形 24
圖 23. 顆粒白化-1 24
圖 24. 顆粒白化-2 25

第6章 參考文獻
[1] 王復暐,「應用藻類於綠建築進行室內空氣品質改善之研究」,碩士論文,中華大學土木工程學系碩士班,新竹 (2012)。
[2] 余佳龍,「利用PVA固定化 Closstridium tyrobutyricum生產丁酸之研究」,碩士論文,中華大學土木工程學系碩士班,新竹 (2000)。
[3] 黃巧旻,「探討固定化微藻攝取營養源與生產油脂之研究」,碩士論文,淡江大學水資源與環境工程學系碩士班,新北 (2012)。
[4] 黃愛蘋,「利用微藻去除工業廢水中氮、磷並產生生質柴油之可行性研究」,碩士論文,國立中興大學環境工程學系,台中 (2010)。
[5] 陳佳雯,「微藻應用於生產生質柴油及廢水中營養鹽去除之研究」,碩士論文,國立中興大學環境工程學研究所,台中 (2012)。
[6] 吳沛儒,「以微藻處理養殖廢水中之氮、磷可行性之研究」,碩士論文,淡江大學水資源與環境工程學系碩士班,新北 (2013)。
[7] 葉俊良,「在光生化反應器中以二階段策略培養微藻生產油脂之研究」,碩士論文,國立成功大學化學工程學系,台南 (2006)。
[8] 林瑩峰,「固定化Clostridium tyrobutyricum發酵培養生產丁酸之動力模式研
甲、 究」,碩士論文,中華大學環境資源與能源科技研究所,新竹 (2008)。
[9] 歐陽嶠暉,「下水道工程學」,長松文化,2005。
[10] 陳國誠,「生物固定化技術與產業應用」,茂昌圖書出版社,台北市(2000)。
[11] 內政部營建署網站 (2014),
甲、 http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=9995&Itemid=53,2014/12/25瀏覽。
[12] 內政部環境保護署網站 (2015),
甲、 http://www.niea.gov.tw/analysis/method/ListMethod.asp?methodtype=WATER,2015/05/24瀏覽。
[13] 中央氣象局網站 (2014), http://www.cwb.gov.tw/V7/index.htm,2014/04/02瀏覽。
[14] Stat-Ease (2014), http://www.statease.com/, 2014/11/25瀏覽。
[15] Pittman J.K., Dean A.P., Osundeko, “The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resource,” Bioresource Technology, 102:17-25 (2011).
[16] Xu, N., Zhang, X., Fan, X., Han, L., Zeng. C, “Effects of nitrogen source and concentration on growth rate and fatty acid composition of Ellipsoidion sp.” Journal of Applied Phycology, 13:463-469 (2001).

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