中央合成設計組試驗

中央合成設計其優點之一為可於適當地條件範圍內，得出所選定因子變數的 最佳反應值後，依此反應值得知最佳的因子操作條件。 本研究中之兩因子分别 為污泥餅中 DEHP 濃度與污泥土壤掺合比例，在實場現地上可藉由改變的因子 為污泥土壤掺合比率，而達到預期的 DEHP 降解效果；而污泥餅中 DEHP 濃 度此因子則不適用於作為調整改變之用途，亦即我們所關切系統中 DEHP 降解 效果，其應來自於污泥土壤比率此因子之貢獻。 實際上各地污水廠所產生之污 泥餅其所含 DEHP 濃度範圍變異性可能相當大，若欲利用含有 DEHP 之污泥 餅於農地或其他類型土地上，使用中央合成設計有助於了解在何種污泥餅中 DEHP 濃度範圍內，我們可以調整至一適當污泥土壤掺合比率，使系統可達到本 研究中預期之 DEHP 降解率。

本研究中 11 組中央合成設計的試驗組，經 70 天試驗時間後，實驗最後 DEHP 降解率結果如表 4-4 所示。 以表 4-4 中來看，最高的 DEHP 降解率 為實驗設計中心點的試驗組，平均降解率為 52.4%；觀測經 MINITAB 軟體分 析與配適後之圖 4-4 與圖 4-5 的反應曲面圖與等高線圖，在試驗範圍內可推擬 出任一試驗點 DEHP 的降解率。 圖 4-5 中的等高線分佈，明顯可見當污泥餅 中 DEHP 濃度愈高時，系統 DEHP 降解率由 13% 以陡坡方式上升至最高的 53% 降解率，相較於污泥掺合比率對於 DEHP 的降解情形，其改變程度以污泥 餅中 DEHP 濃度的影響較為顯著，也就是污泥掺合土壤中 DEHP 降解率對污 泥餅中 DEHP 濃度改變的敏感度是高於對污泥土壤掺合比率改變的敏感度。

試驗期間每日於污泥掺合土中翻堆二次，並維持土壤含水率在 75% 田間含 水量，經 70 天時間污泥掺合土壤內固有微生物 (indigenous) 之作用，圖 4-5 中等高線圖顯示系統中有最高降解率時的污泥土壤掺合比率約為 85-130 g/kg，

表示當污泥餅以污泥掺合土型式予以利用時，污泥餅中 DEHP 濃度若於本研究 的試驗條件範圍內時，亦即掺合時當污泥餅中 DEHP 濃度範圍為 585-820 mg/kg，而污泥土壤掺合比率在 85-130 g/kg 範圍時，其可能於實地上污泥掺合 土中 DEHP 最高的降解率為 53% (其中以 110 g/kg 掺合比例時 DEHP 降解 率達最高)；當污泥餅中 DEHP 濃度介於 365-1000 mg/kg 範圍內，欲使污泥掺 合土中 DEHP 可達 45% 以上之降解率時，適用之污泥施用量範圍可自 110 g/kg 的掺合比率，擴展至較大的污泥施用範圍，其介於 45-170 g/kg 之掺合比 率，其後可再加入地上作物對氮、磷等營養鹽需求或其他因素之考量，供決策者 評估最後污泥餅與土壤的掺合比例。 因此當污泥餅中 DEHP 濃度高於 365 mg/kg 時，若僅以污泥掺合土中 DEHP 降解率為掺合之主要考量因素時，本研 究建議最佳的污泥土壤掺合比率為 110 g/kg。

圖 4-5 中顯示當污泥餅 DEHP 濃度低於 365 mg/kg 時，其污泥掺合土的 DEHP 降解率約介於 13-45% 之間；同時污泥土壤掺合比例此因子之變化，相 較於污泥餅中有高濃度之 DEHP 而言，對於系統 DEHP 之降解並無非常顯著 之影響。 整體而言較低污泥餅中 DEHP 濃度，雖然其掺和土中 DEHP 降解率 也相較為低，但其在污泥掺合土壤系統中，最終 DEHP 的殘餘濃度卻往往較污 泥餅中高 DEHP 濃度的污泥掺合土還低，因此對於環境上所可能產生之負面影 響也相對較低。

有多種動力方程式可用來模擬土壤中生物降解的情形，其中以一階動力方程 式 (first-order kinetics) 為最常使用，Roslev et al (1998) 及 Madsen et al (1999) 利用一階動力方程式來描述環境中 DEHP 的礦化情形，因此本研究可依據一階 動力方程式 (式 4-7) 得知污泥掺合土中 DEHP 其降解反應的一階速率係數 (式 4-8) 並推算濃度半衰期 (式 4-9)。

一階方程式:

中央合成設計試驗組 (共 11 組) 之一階速率係數與濃度半衰期整理於表 4-7 中，表 4-7 裡污泥掺合土中 DEHP 降解的一階速率係數為 0.0032-0.0111 (d^-1) 之間，而 DEHP 降解半衰期為 63-215 天，其中以中央合成設計之中心點 組 (Run 9,10,11，其掺合比例為 103 g/kg) 其 k1 值最高，符合上述最佳污泥土 壤掺合比例為 110 g/kg 之建議。 Madsen et al. (1999) 以純氧注入污泥掺合土 方式維持系統於好氧狀態，試驗條件為污泥掺合比率為 1:58 (sludge:soil)，污泥 掺合土中 DEHP 濃度為 1.6-35.1 mg/kg 時，實驗顯示其一階速率係數為 0.0078-0.090 (d^-1)，DEHP 濃度半衰期為 55-89 天；若植入具有降解 DEHP 之 特殊菌種 (strain SDE 2)，污泥掺合土中 DEHP濃度半衰期可降至僅 9 天 (Roslev et al.,1998)。 本研究試驗顯示污泥掺合土壤之應用，若不額外輔以特殊 菌種或增加土壤中含氧量等因素為考量，實地污泥掺合土壤中 DEHP 之降解速 率為一緩慢反應。

比較 DEHP 於污泥掺合土試驗組 (Run 1-15) 與 DEHP 分別在土壤及污 泥餅試驗組 (Run 17, Run 18)，其一階速率係數與濃度半衰期，結果顯示 DEHP 單獨於土壤中之分解速率屬所有試驗組中最低的，其一階速率係數僅達 0.0018 (d^-1)，濃度半衰期高達 376 天；而污泥餅中 DEHP 之一階速率係數 (Run 18) 為0.0030 (d^-1) 則略高於土壤中 DEHP 之降解速率 (Run 17)，但其濃度半衰期 也高達 232 天。 整體而言污泥掺合土中 DEHP 之分解速率仍屬緩慢，由一階 反應式觀察僅土壤、僅污泥餅及污泥掺合土中 DEHP 之降解情形，結論以污泥 掺合土之型態最利於 DEHP 物質之分解。