| 原文摘要 | 本研究係先開發緩釋氧型菌體顆粒(oxygen-releasing immobilized cell bead, ORICB)，探討ORICB投入人工模擬受BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene)污染地下水，並以批次、管柱及釋氧反應牆(oxygen-releasing reactive barrier, ORRB)等方式，評估ORICB對BTEX之吸附與降解效果。此外透過回應曲面法(response surface methodology RSM)，再將最佳配比之ORICB與生物界面活性劑(biosurfactant Bs)共同結合成生物界面活性劑緩釋氧型生物炭菌體顆粒(biosurfactant biochar-oxygen releasing immobilized cell bead, BsB-ORICB)，再次提升對BTEX之處理效率。
主要研究成果包括：(1)經批次試驗結果獲知，biochar-ORICB較其他三種ORICB(PVA顆粒、原微膠囊顆粒、新微膠囊顆粒)處理BTEX效率為佳，可提前24天將總BTEX濃度為240 mg/L (單一BTEX濃度為60 m/L)降解完畢；另管柱試驗於相同濃度下，仍以biochar-ORICB具有最佳之BTEX去除效率，可達80–90%，其餘ORICB則介於74–79%。(2)經管柱試驗結果獲知，當管柱內投入75 g之biochar-ORICB時，於HRT為1.24天且連續操作31天，由監測值換算共釋出0.608 g之氧氣量，即代表biochar-ORICB每天平均可釋放0.019 g之O2至系統中；再經實驗獲得之釋氧關係式推估得知，biochar-ORICB可於管柱中釋氧期達127天，共釋出2.41 g之O2；較化學計量(stoichiometry)之釋氧量(0.033 O2 g/g-biochar-ORICB，亦即75 g之biochar-ORICB共釋出2.5 g之O2)少0.09 g (3.6%)之O2，此屬製作biochar-ORICB過程中消耗之氧氣量。(3) Biochar-ORICB於7天後之崩解率為5.6%，依此推估顆粒可承受連續震盪125天環境下達完全崩解；顆粒之初始菌種活性為4.5×107 CFU/mL時，於管柱試驗連續操作31天下菌種活性仍可達5.0×107 CFU/mL，顯示顆粒內菌體保有活性並可於表層中附著生成生物膜。(4)透過傅裡葉轉換紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy)得知，biochar-ORICB內之固化劑—聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)具可吸附BTEX之功用。(5)於ORRB系統投入biochar-ORICB試驗結果獲知，當HRT設定為1.24天、進流總BTEX濃度範圍介於120‒240 mg/L時，BTEX去除效率為86–88%；當HRT提高至1.62天時，於總BTEX濃度為120 mg/L時可再次提升至99%。(6)經瓶杯試驗成果指出，生物型介面活性劑(Bs)—鼠李醣脂(rhamnolipid)之臨界微胞濃度(critical micelle concentration, CMC)約為30 mg/L；當Bs達CMC以上操作時，甲苯溶解度(solubilization)最大可提升1.5–3倍。(7)由RSM獲知製作BsB-ORICB之最佳配比為 PVA (33%)、生物炭(32.5%)、過氧化鈣(13%)、褐藻酸鈉(13%)、 Bs(5.8%)、檸檬酸鹽(2.6%)， BsB-ORICB 7天後之崩解率為3.81% (顆粒完整率96.19%)。(8)於管柱系統投入75 g之BsB-ORICB結果獲知，當HRT設定為1.24天且連續運轉33天時，由監測值換算共可釋出0.483 g之Bs於系統中，即BsB-ORICB每天平均可釋放0.015 g之Bs，此數值相當於系統內Bs濃度可達50 mg/L，高於CMC值(30 mg/L)而可有利提高對BTEX之溶解度，並可由Bs釋放關係式推估BsB-ORICB可維持60天之緩釋放期。(9)經管柱試驗得知，於HRT為1.24天、總BTEX濃度為120 mg/L時，未包覆菌體之biochar-ORICB於前9‒11天可將BTEX去除62%‒73%，但後期達吸附飽和後，則去除效率下降至7.6%‒12.6%；相較之下，有包覆菌體之biochar-ORICB則可持續降解BTEX並維持去除效率達76‒84%間；比較biochar-ORICB與BsB-ORICB於包覆菌體狀態下，BsB-ORICB處理BTEX效率可達90%，高於biochar-ORICB (76‒84%)，因此對BTEX去除效率則可再次提升約1.13倍。
綜合本研究成果顯示，biochar-ORICB與BsB-ORICB均可應用於受BTEX污染之地下水，二者除了具備吸附成效外，分別可提供氧氣讓現地好氧微生物使用以利分解污染物，及提供生物界面活性劑以加速現地污染物乳化效果而可提升對污染場址之復育成效。 |