章節摘要：本計畫按預定期程完成工作項目為現場逐日量測記錄、分解菌群培養、奈 米乳化液配製、奈米氧化鐵合成、模場試驗設施設計施工、底泥採樣分析、總菌數測定。
以下即就採樣與樣品處理、各工作項目之主要發現分節敘述之。
一、採樣與樣品處理
1. 本計畫之採樣時間分為期初、期中與期末三次。時間如下表7 所示。期初採樣均為上 午11 時，期中及其抹彩樣時間均為上午 9 時至 11 時之間。所有樣品均立即密封冷藏 10℃以下並於次工作日送達合格檢測機構上準公司進行萘、多氯聯苯與八種重金屬檢 測。各項檢測所採取之方法如表8 所示。各項檢測結果如圖 17-26 所示
表
7 本計畫之採樣、送樣與報告時間
採樣時段 採樣時間 送樣時間 報告時間
期初 100/05/06 100/05/10 100/05/18 期中 100/08/05 100/08/06 100/08/29 期末 100/09/23 100/09/28 100/10/17
表
8 本計畫之樣品處理與分析方法
分析項目 檢驗方法名稱 檢驗方法編號
萘
土壤及事業廢棄物中揮發性有機物檢測之樣品製備與萃
取方法－密閉式吹氣捕捉法 NIEA M155.00C
土壤及事業廢棄物中揮發性有機物檢測方法－氣相層析
質譜儀法 NIEA M711.01C
多氯聯苯 (Aroclor 1242)
硫酸/高錳酸鉀淨化法 NIEA M187.00C
去硫淨化法 NIEA M186.00C
矽膠淨化法 NIEA M183.00C
土壤及事業廢棄物中多氯聯苯檢測方法－氣相層析儀/電
子捕捉偵測器/電解導電感應偵測器法 NIEA M619.02C 汞 土壤及廢棄物中總汞檢測方法—冷蒸氣原子吸收光譜法 NIEA M317.02C 砷 土壤中砷檢測方法-砷化氫原子吸收光譜法 NIEA S310.63C 銅、鉻、鎘、鉛、
鋅、鎳
土壤中重金屬檢測方法－王水消化法 NIEA S321.63B 火焰式原子吸收光譜法 NIEA M111.00C
32
0 10 20 30 40 50 60
0 20 40 60 80 100 120 140
N ap ht ha le ne . m g/ kg
Time, day
萘1 萘2 萘3 萘4 萘5 萘6 萘7 萘8 萘9 萘10 萘11 萘12
圖
17 萘隨時間降解趨勢圖
0 2 4 6 8 10 12
0 20 40 60 80 100 120 140
Ar oc lo r 1242, m g/ kg
Time, day
PCB 1 PCB 2 PCB 3 PCB 4 PCB 5 PCB 6 PCB 7 PCB 8 PCB 9 PCB 10 PCB 11 PCB 12
圖
18 Aroclor1242 隨時間降解趨勢圖
33 0
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 20 40 60 80 100 120 140
汞 1 汞 2 汞 3 汞 4 汞 5 汞 6 汞 7 汞 8 汞 9 汞 10 汞 11 汞 12
圖
19 重金屬汞趨勢圖
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 20 40 60 80 100 120 140
砷 1 砷 2 砷 3 砷 4 砷 5 砷 6 砷 7 砷 8 砷 9 砷 10 砷 11 砷 12
圖
20 重金屬砷趨勢圖
34
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100 120 140
銅 1 銅 2 銅 3 銅 4 銅 5 銅 6 銅 7 銅 8 銅 9 銅 10 銅 11 銅 12
圖
21 重金屬銅趨勢圖
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 20 40 60 80 100 120 140
鉻 1 鉻 2 鉻 3 鉻 4 鉻 5 鉻 6 鉻 7 鉻 8 鉻 9 鉻 10 鉻 11 鉻 12
圖
22 重金屬鉻趨勢圖
35 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0 20 40 60 80 100 120 140
鎘 1 鎘 2 鎘 3 鎘 4 鎘 5 鎘 6 鎘 7 鎘 8 鎘 9 鎘 10 鎘 11 鎘 12
圖
23 重金屬鎘趨勢圖
0 50 100 150 200 250 300 350
0 20 40 60 80 100 120 140
鉛 1 鉛 2 鉛 3 鉛 4 鉛 5 鉛 6 鉛 7 鉛 8 鉛 9 鉛 10 鉛 11 鉛 12
圖
24 重金屬鉛趨勢圖
36
0 200 400 600 800 1000 1200
0 20 40 60 80 100 120 140
鋅 1 鋅 2 鋅 3 鋅 4 鋅 5 鋅 6 鋅 7 鋅 8 鋅 9 鋅 10 鋅 11 鋅 12
圖
25 重金屬鋅趨勢圖
0 50 100 150 200 250 300
0 20 40 60 80 100 120 140
鎳 1 鎳 2 鎳 3 鎳 4 鎳 5 鎳 6 鎳 7 鎳 8 鎳 9 鎳 10 鎳 11 鎳 12
圖
26 重金屬鎳解趨勢圖
37
2. 初步數據分析：由各種污染物之趨勢圖可以發現有機物萘與Aroclor1242 均有明顯降 解之情形，而重金屬部分除了銅與汞之外並無明顯之下降情況，針對兩個自然回復組 之數據觀察，在未進行任鎘工程干預之情況下，兩個自然回復組織重近署均有明顯累 積上升之情況，可見河水中仍然不斷有重金屬之注入。因此，在無法阻止重金屬流入 情況下，以下所有有關重金屬之討論以其他三大試驗組別與自然回復之平均值比較進 行討論，去除率係以[1-單一試驗之數據/自然回復組平均值]為準。
二、主要發現
1. 現地模場試驗設施每日量測記錄：模場設施如圖 17-18 所示。本計畫針對現場所有室 驗組合中之底泥上方與底泥中之溫度、溶氧、pH與ORP（氧化還原電位）均進行逐入 量測，除非因雨天無法在現場發動手提式發電機進行抽水作業外，其餘均每天進行抽 水補水作業。各項量測結果見圖19 至圖 26。每日量測結果顯示底泥上方之溫度在 25
℃-32℃之間，pH值在 7.0-8.1 之間，溶氧在 0.5-4.0 mg L-1之間，氧化還原電位在-400 與+100 mV之間；底泥中之溫度在 25℃-32℃之間，pH值在 6.9-7.8 之間，溶氧在 0.5- 1.5g L-1之間，氧化還原電位在-440 與-180 mV之間。由這些量測數據圖可知，各不同槽體 間之底泥上方或底泥中之各項環境變數之變化相當一致。若比較相同參數在底泥上方 與底泥中數據，可發現溫度無明顯差異，底泥中之pH似乎較底泥上方稍低（顯示可能 微生物代謝作用旺盛），底泥中溶氧已呈現厭氧而底泥上方則大多呈現好氧狀態，底 泥中氧化還原電位顯示絕大部份時間均相當一致且已經處於硫酸還原或是甲烷生成 階段；而底泥上方則處在較為初步厭氧或是好氧與厭氧代謝互相交替發生之情況。底 泥中之量測結果顯示其溫度、pH值、溶氧與OPR均非常適合微生物進行厭氧脫氯反應。
2. 分解菌培養：分解菌培養部分完成採樣並已完成培養，此分解菌業經實驗室內之血清 瓶內進行Aroclor 1242 分解實驗，實驗條件分為擾動與非擾動兩大組，每一組中再依 據是否添加三種濃度之奈米乳化液與兩種濃度之奈米氧化鐵，經分析實驗數據，得到 以下兩點結論。
針對多氯聯苯擾動厭氧脫氯部分，似乎低劑量之奈米乳化液配合高劑量之氧化 鐵可得到較高之產氣量及較佳之氣體類別組合。且奈米氧化鐵與奈米乳化液添 加似乎有加乘效應。加入奈米乳化液的確創造較適合鹵呼吸菌群生長之環境，
而且似乎是低加量之奈米乳化液所提供之環境最為適合。
38
圖
27 模場試驗設施之外觀圖（張書奇實驗室提供）
圖
28 模場試驗設施內部槽池配置圖（張書奇實驗室提供）
39
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
5/30/11 6/2/11 6/4/11 6/7/11 6/10/11 6/13/11 6/16/11 6/19/11 6/22/11 6/25/11 6/28/11 7/1/11 7/4/11 7/7/11 7/10/11 7/13/11 7/16/11 7/19/11 7/22/11 7/25/11 7/28/11 7/31/11 8/3/11 8/6/11 8/9/11 8/12/11 8/15/11 8/18/11 8/21/11 8/24/11 8/27/11 8/30/11 9/2/11 9/5/11 9/8/11 9/11/11 9/14/11 9/17/11 9/20/11 9/23/11 9/26/11 9/29/11 10/2/11 10/5/11 10/8/11 10/11/11 10/14/11 10/17/11 10/20/11 10/23/11 10/26/11
溫度_1 溫度_2 溫度_3 溫度_4 溫度_5 溫度_6 溫度_7 溫度_8 溫度_9 溫度_10 溫度_11 溫度_12
6/3 SONE注入，
開始循環
6/10 MNP注入，
暫停循環一天
圖 29 底泥上方溫度量測記錄圖
40
6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4
5/30/11 6/1/11 6/3/11 6/4/11 6/6/11 6/8/11 6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
pH_1 pH_2 pH_3 pH_4 pH_5 pH_6 pH_7 pH_8 pH_9 pH_10 pH_11 pH_12 6/3
SONE注入，
開始循環 6/10 MNP注入，
暫停循環一天
圖 30 底泥上方 pH 值量測記錄圖
41
0 1 2 3 4 5 6 7 8
5/30/11 6/1/11 6/3/11 6/4/11 6/6/11 6/8/11 6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
DO_1 DO_2 DO_3 DO_4 DO_5 DO_6 DO_7 DO_8 DO_9 DO_10 DO_11 DO_12 6/3
SONE注入，
開始循環 6/10 MNP注入，
暫停循環一天
10/ 1
DO meter故障，
暫停量測20天
圖 31 底泥上方 DO 值量測記錄圖
42
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
ORP_1 ORP_2 ORP_3 ORP_4 ORP_5 ORP_6 ORP_7 ORP_8 ORP_9 ORP_10 ORP_11 ORP_12 6/3
SONE注入，
開始循環 6/10 MNP注入，
暫停循環一天
圖 32 底泥上方 ORP 值量測記錄圖
43
24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
溫度_1 溫度_2 溫度_3 溫度_4 溫度_5 溫度_6 溫度_7 溫度_8 溫度_9 溫度_10 溫度_11 溫度_12
6/10 MNP注入，
暫停循環一天
圖 33 底泥中溫度量測記錄圖
44
6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4
6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
pH_1 pH_2 pH_3 pH_4 pH_5 pH_6 pH_7 pH_8 pH_9 pH_10 pH_11 pH_12 6/10
MNP注入，
暫停循環一天
圖 34 底泥中 pH 值量測記錄圖
45
0 1 2 3 4 5 6
6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
DO_1 DO_2 DO_3 DO_4 DO_5 DO_6 DO_7 DO_8 DO_9 DO_10 DO_11 DO_12 6/10
MNP注入，
暫停循環一天 10/01
DO meter故障，
暫停量測20天
圖 35 底泥中 DO 值量測記錄圖
46
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
6/10/11 6/12/11 6/14/11 6/16/11 6/18/11 6/20/11 6/22/11 6/24/11 6/26/11 6/28/11 6/30/11 7/2/11 7/4/11 7/6/11 7/8/11 7/10/11 7/12/11 7/14/11 7/16/11 7/18/11 7/20/11 7/22/11 7/24/11 7/26/11 7/28/11 7/30/11 8/1/11 8/3/11 8/5/11 8/7/11 8/9/11 8/11/11 8/13/11 8/15/11 8/17/11 8/19/11 8/21/11 8/23/11 8/25/11 8/27/11 8/29/11 8/31/11 9/2/11 9/4/11 9/6/11 9/8/11 9/10/11 9/12/11 9/14/11 9/16/11 9/18/11 9/20/11 9/22/11 9/24/11 9/26/11 9/28/11 9/30/11 10/2/11 10/4/11 10/6/11 10/8/11 10/10/11 10/12/11 10/14/11 10/16/11 10/18/11 10/20/11 10/22/11 10/24/11 10/26/11
ORP_1 ORP_2 ORP_3 ORP_4 ORP_5 ORP_6 ORP_7 ORP_8 ORP_9 ORP_10 ORP_11 ORP_12 6/10
MNP注入，
暫停循環一天
圖 36 底泥中 ORP 值量測記錄圖
47
對多氯聯苯無擾動厭氧脫氯部分，低加量乳化液之各組之產氣量較高，而高劑 量之乳化液有抑制呼吸作用之情形。未擾動之情況下其實有助於整體情況維持 於甲烷生成階段且總體產氣量較高，有利於鹵呼吸作用反應之進行。可能是微 生物在未擾動情況下，其實可能有更適合其附著生長情況，導致較佳之呼吸代 謝能力，也再次證明奈米氧化鐵與奈米乳化液共同添加方式較為有利。
3. 奈米乳化液與奈米氧化鐵合成：目前本人實驗室之奈米乳化液之合成依照前一章所 述進行，每次完成之粒徑均可達到主要粒徑100 nm 以下，本模場試驗近進行一次 之乳化液注入，注入前已量測其粒徑，如圖27 所示。由此圖可知，主要粒徑只有 一個波峰（此波峰占所有粒徑分佈之100%），平均粒徑微 90.74 nm。。奈米氧化 鐵之合成均已經按照預期進度進行，但由於每周操作一次回收試驗之使用量相當 大，所以目前均以每兩周合成一次之周期進行製備。為確保目前使用中磁鐵礦奈 米氧化鐵之品質，實驗室中所合成之磁鐵礦奈米氧化鐵經過穿透式電子顯微鏡
（Transmission electron microscope, TEM）攝影結果如圖 28 所示。由於所合成之奈 米顆粒非常微小，此電子顯微鏡無法獲得清晰之影像，必須仔細觀察此圖正中央 之微小黑點，每一顆微小黑點均為一單顆之奈米氧化鐵，右下角大小約20 nm 顆 粒其實是由大小在1 nm 左右之奈米氧化鐵形成之團聚 （aggregates）。為避免將 來更大規模之模場試驗或是實際整治之情況下無法大量供應奈米氧化鐵之窘況，
目前本實驗室也正在進行量產技術開發。此外，奈米氧化鐵之合成則較為頻繁，
因為無法每星期均進行SEM 或是 TEM 檢測（因校內貴重儀器中鋅之電子顯微鏡甚 難達到每月預約一次以上），本實驗室依據文獻發展出以紫外線－可見光吸收光 譜（UV-Vis Absorbance）進行品質管制，如圖 29 所示。該圖上方之曲線為經過 TEM 觀察得知粒徑約為1.0-1.3 nm 之奈米氧化鐵（Magnetite nanoparticles），下方之 曲線為新配製之奈米氧化鐵，若已經氧化為maghemite， 則曲線會有明顯不同之 曲率與小波峰，此圖中新配製之奈米氧化鐵與經過驗證之奈米氧化鐵之吸收光波 長特徵已相當接近，其吸光度之差別是由於濃度之差異所造成。
4. 模場試驗設施設計施工：模場試驗設施設計施工與安放錨定部分因河川局申請使用 許可經過約一年之努力終於獲得准予使用四年之許可。模場試驗設施設計施工與 安放錨定部分因河川局申請使用許可耗日費時，而且外界物價不斷上漲，以計畫 申請之經費已經無法製造當初所提出之模場設施。而且由於三爺溪之河床堆積大 量建築廢棄物，本計畫人員由永寧橋上游向下游探測河床情況，發現三爺溪與二
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圖 37 模場試驗注入之奈米乳化液粒徑分佈圖（張書奇實驗室提供）
圖 38 奈米氧化鐵之 TEM 影像圖（張書奇實驗室提供）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
0 200 400 600 800 1000
Absorbacne
Wave length, nm
Internal Standard New batch
圖 39 模場試驗注入之奈米氧化鐵吸收光譜圖（張書奇實驗室提供）
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仁溪匯流處北岸為較佳之地點，該處之底泥後渡平均為1.5-1.8 公尺。但因為經分 析檢測後發現該處之萘濃度為無法檢出（ND）且PCBs之Aroclor 1242 小於 1.0 mg kg-1，若要進行降解實驗，勢必要另行加入萘及Aroclor 1242。 直接加入河床底泥 視為污染行為，故做決定將底泥以最小擾動之人工方式採取置入水族箱中進行試 驗，但已現地二仁溪之河水進行循環，每一水槽中有一截流槽，並以小於0.01 l min-1 進行進流與溢流，可有效截停絕大部分被擾動之底泥顆粒，降低任何可能之環境 影響。茲將更改設計之歷程紀錄摘錄如表 9 所示，所有變更設計之設計圖因頁數 過多，請詳見附錄。
5. 採樣分析結果：本計畫業於 100 年 5 月 30 日完成底泥採取混合及分裝至各試驗槽 池中，完成混合之同時，也採取三個樣品並送國內合格檢測機構進行多氯聯苯、
萘與八項重金屬之測定，檢測結果見表 10。綜觀所有三個樣品之重金屬項目測值 除汞與砷之外均相當接近，多氯聯苯檢測值之變異係數最大，顯示底泥中重金屬 已經混合得相當均勻，但是多氯聯苯可能與有機質結合較不易混合均勻且檢測分 析步驟繁複較容易造成誤差。由最後一欄中測值與標準值之比例可見多氯聯苯、
銅與鉻已經超過標準，再次證明底泥有整治之必要。多氯聯苯之測值較以往測值 有偏低之情形，可能於與八八水災與八一九水災之底泥遷移有因果關係。較令人 意外者是萘之測值為低於偵測極限，遠低於歷史性測值之 8.79-18.86 mg kg-1（乾 重），可能所選取之地點恰好未被PAHs污染。實際模場試驗進行時，為有效比較 試驗前後之污染物降解情形，故將所有槽池底泥中PCBs調整為 10.0 mg kg-1（乾 重），以有效測定PCBs之降解情形。萘之測值為ND，為有效比較試驗前後之降解 情形，故將所有槽池底泥中PCBs調整為 50.0 mg kg-1（乾重）。重金屬部分則未進 行任何調整。
6. 有機污染物降解結果: 在進行結果說明之前，應先針對萘之檢測可能出現較大誤差 進行說明。因本計畫希望能夠取得較具代表性之數值，採樣後於實驗室中均進行 混合樣品之操作，但此作法容易導致萘之逸散流失以致測值偏低，第二次分析前 之操作已經較能有效防止流失，故其可信度較高，此處針對萘之說明將以期末採 樣測值為主；Aroclor 1242 在常溫下不易揮發，故進行混樣可使其測值可信度相對 較佳。依據分析所得原始資料與控制組之移除率見表13。由表 13 可見二仁溪底泥 中有極佳之萘分解菌群，添加外來奈米物質，並無明顯助益，單獨添加奈米乳化 液則產生明顯之抑制效果，由於大豆油之脂肪酸較萘更容易代謝且濃度更高，此