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研究生:蘇彥志
研究生(外文):Yen-Chih Su
論文名稱:椰殼活性碳結合奈米銀光觸媒於淨化水質之研究-以魚菜共生系統為例
論文名稱(外文):A study of combining coconut shell activated carbon (CSAC) with nano-silver photocatalyst in water purification process-The case study of Aquaponics system
指導教授:張子筠張子筠引用關係
指導教授(外文):Tzu-Yun Chang
學位類別:碩士
校院名稱:健行科技大學
系所名稱:工業管理系碩士班
學門:商業及管理學門
學類:其他商業及管理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:魚菜共生活性碳光觸媒
外文關鍵詞:Aquaponicsactivated carbonPhotocatalys
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近年來的食安問題、農藥殘留量放寬等議題,讓國人對食品安全衛生更加重視,而魚菜共生此種與環境共生而無污染的農法逐漸受到矚目。近幾年國內之魚菜共生研究及推廣相當熱門,且大多屬於中、小型規模,尤其以家庭式的魚菜共生為大宗。家庭式魚菜共生特點為簡單、規模小、方便拆裝,通常水量在500L以下。小型系統在建立初期,常有魚群大量生病、死亡現象。究其原因,多半為水質未穩定或飼主照顧不當造成。因此,本研究嘗試將奈米銀光觸媒結合活性碳運用於魚菜共生過濾系統以穩定水質。
光觸媒為近年興起之乾淨、無毒之材料,它在接觸波長387nm以下之紫外光可激發特有之化學反應,產生具有強大氧化能力的氫氧自由基,廣泛運用於除臭、殺菌、抑菌、淨水、防霉等各領域。
實驗結果顯示,在魚菜共生過濾系統中加入活性碳可有效改善氧化還原電位值平均約52.54mv;而活性碳結合奈米銀光觸媒可改善氧化還電位值平均約50.54mv;奈米銀光觸媒系統可改善氧化還原電位值平均約21.5mv。水質改善使實驗組魚隻存活率高於對照組;而在植株生長部份,使用15w植物燈每日照射16小時可使植株生長更為茂盛。因此,本研究提出之將活性碳及奈米銀光觸媒整合入魚菜共生過濾系統之作法確實可有效改善魚菜共生系統的水質並提升魚隻存活率,同時達到種植蔬菜的目的。
In the recent years, food security issue and extending the tolerance for pesticide residues in food had made people more aware of the importance of food sanitation and safety, and for such pollution-free farming like aquaponics has gradually become popular and well-known.
Over the past few years, the popularity of research and promotion on aquaponics has increased dramatically, and the majority of them are mid or small scale system, especially the family type aquaponics is considerably well-known and chosen. Normally the family type of aquaponics is simple, small and very easy to set up, with water yield of below 500L. Small scale system often faces the issue of abnormal mass mortality and illness at the beginning of developing up the system, and the main cause are due to lack of care or the instability of water quality. Therefore, the aim of this research is attempting to combine CSAC with nano-silver photocatalyst and use it in aquaponics’ water purification system to stabilize the water quality.
Nano-silver photocatalyst is a pure and toxic-free material, and under the direct expose to the UV light with wavelength below 387nm, it will stimulate a unique form of chemical reaction which creates a very strong hydroxyl free radical and can be widely used for deodorization, sterilization, bacteriostat, water purification and zymosis proofing.
The result shows that adding CSAC can effectively improve the Eh value by 52.54mv, the combination of CSAC with nano-silver photocatalyst can actually improve the Eh value by 50.54mv, and nano-silver photocatalyst can improve the Eh value by 35.36mv. The water improvement shows that the experimental group has higher survival rate than the control group. By using 15w of plant growth light to irradiate the plants for over 16 hours per day, the plants grew better. Therefore, this study shows that the combined material can effectively improve the water quality within an aquaponics, while achieving the purpose of planting vegetables.
摘  要 i
Abstract ii
誌  謝 iii
目  錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究目的 2
1.4 研究流程 2
第二章 參考文獻 4
2.1 魚菜共生簡介 4
2.1.1 深水式(Deep Water Culturetechnique, DWC) 6
2.1.2 植床式(Media Beds) 7
2.1.3 養液薄膜式(Nutrient Film Technique, NFT) 7
2.2 活性碳簡介 8
2.3 光觸媒簡介 8
2.3.1 光觸媒的主要型態 10
2.3.2 光觸媒的能帶構造與能帶間隙 11
2.3.3 光觸媒的應用 13
2.4 回顧魚菜共生的歷史與發展 14
2.5 魚菜共生養殖 16
2.6 魚菜共生過濾系統 22
2.7 光觸媒殺菌 24
2.8 光觸媒在淨水處理上的應用 25
2.9 活性碳結合光觸媒之研究 28
2.10 家庭式魚菜共生人工光源之選擇 29
第三章 研究方法 32
3.1 實驗架構 32
3.1.1 活性碳濾材對魚菜共生系統的影響 35
3.1.1.1 養魚槽 35
3.1.1.2 物理過濾槽 35
3.1.1.3 生化過濾槽 35
3.1.1.4 活性碳過濾區 36
3.1.1.5 植物種植區 36
3.1.1.6 打氣系統 36
3.1.1.7 水循環方式 36
3.1.1.8 人工光源之選擇 36
3.1.2 奈米銀光觸媒與活性碳之複合濾材對魚菜共生系統的影響 37
3.1.2.1 養魚槽、沉澱槽、生化過濾槽、種植區 37
3.1.2.2 打氣系統、水循環方式 38
3.1.2.3 人工光源 38
3.1.3 奈米銀光觸媒對魚菜共生系統水質的影響 38
3.1.3.1 養魚槽、沉澱槽、生化過濾槽、種植區 38
3.1.3.2 打氣系統、水循環方式 38
3.1.3.3 人工光源 38
3.2 材料與儀器 39
3.2.1 活性碳 39
3.2.2 奈米銀光觸 39
3.2.3 蔬菜種苗 39
3.2.4 實驗藥品及工具 39
3.3 實驗方法 41
3.3.1 魚類成長與蔬菜產量計算 44
3.3.2 水質檢測分析 44
3.3.2.1 溫度(Temperature) 44
3.3.2.2 pH 44
3.3.2.3 電導率(Electrical conducticity, EC) 45
3.3.2.4 氧化還原電位(Oxidation-Reduction Potential, ORP) 45
3.3.2.5 亞硝酸鹽(Nitrite, NO2-) 45
3.3.2.6 硝酸鹽(Nitrate, NO3-) 45
3.3.2.7 氨(Ammonia, NH3-) 45
3.3.2.8 溶氧(Dissolved oxygen, DO) 46
3.4 統計分析 46
第四章 結果與討論 47
4.1 活性碳過濾模組對魚菜共生系統的影響 47
4.1.1 活性碳對水質過濾的分析結果 47
4.1.1.1 溫度 47
4.1.1.2 pH 49
4.1.1.3 電導度(EC) 50
4.1.1.4 氧化還原電位(ORP) 52
4.1.1.5 亞硝酸鹽(NO2-) 53
4.1.1.6 硝酸鹽(NO3-) 54
4.1.1.7 氨(NH3-) 54
4.1.1.8 溶氧(DO) 55
4.1.2 蘿蔓萵苣產量 56
4.2 奈米銀光觸媒結合活性碳之過濾模組對魚菜共生系統的影響 57
4.2.1 奈米銀光觸媒結合活性碳過濾模組水質分析 57
4.2.1.1 溫度 57
4.2.1.2 pH 59
4.2.1.3 電導度(EC) 60
4.2.1.4 氧化還原電位(ORP) 61
4.2.1.5 亞硝酸鹽(NO2-) 63
4.2.1.6 硝酸鹽(NO3-) 63
4.2.1.7 氨(NH3-) 64
4.2.1.8 溶氧(DO) 65
4.2.2 福山萵苣產量 66
4.3 奈米銀加光觸媒對魚菜共生水質的影響 67
4.3.1 奈米銀加光觸媒對水質的分析結果 67
4.3.1.1 溫度 68
4.3.1.2 pH 69
4.3.1.3 電導度(EC) 70
4.3.1.4 氧化還原電位(ORP) 72
4.3.1.5 亞硝酸鹽(NO2-) 73
4.3.1.6 硝酸鹽(NO3-) 74
4.3.1.7 氨(NH3-) 74
4.3.1.8 溶氧(DO) 75
4.3.2 雍菜產量 76
4.4 數據統計彙整 76
第五章 結論與未來研究方向 78
5.1 結論 78
5.1 未來研究方向 79
參考文獻 80
附 錄 85
中文部份
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