1.1 研究緣起
畜牧業污泥含有大量有機質及氮磷等營養成分，可利用為農地肥料或 土壤改良劑，除可達到資源回收之目的，且亦有畜牧場减廢之功效。但由 於畜牧方式的改良，在飼料中添加銅與鋅化學鹽類，以作為猪隻生長隻刺 激與調理劑，造成養猪廢水及污泥中含有過量的重金屬，亦造成污泥中的 重金屬含量升高，故不利於作為農地肥料或土壤改良劑。
對於污泥中重金屬的移除，比較常見方法包括螯合劑、錯合劑及酸劑 萃取 (Olver et al., 1975) 。而螯合劑對於銅、鉛、鎘的去除效率佳，但對 於鐵的效果就沒有那麼好;而酸劑萃取對於銅的溶出效果也不是都很好。成 本高、操作困難、需要大量的化學藥劑未上述兩種方法的主要缺點 (Tyagi et al., 1993)。而在採礦工業中生物濕式冶金術 (biohydrometallurgy)，及生物
溶出法 (bioleaching)，結合物理及化學作用，多年來已被廣泛利用，利用 生物的代謝作用，將不溶性的金屬礦物 (通常是金屬硫化物或金屬氧化物)
轉換為可溶性的金屬硫酸鹽，使得重金屬自固相轉至液相，再經由化學方 法加以收集;生物溶出方法的優點在於價格便宜，且對於不易萃取的金屬亦 能做有效溶出，如含金的砷硫礦及含硫化銅的礦物 (Muller and Porttillo, 1981)。
然而生物溶出法主要的機制分為：直接接觸、間接接觸及共同作用三
種主要反應 (Schipper et al., 1996; Schipper and Sand, 1999; Sand et al., 2001; Rawling et al., 2002)，但近幾年研究指出，在直接接觸機制中，雖
然是利用硫氧化菌的氧化能力及產酸能力來處理受重金屬污染污泥，但硫 氧化菌必需產生胞外聚合物 (Extracellular Polymeric Substances, EPS) 使微生物群體產生生物膠羽 (Bioflocculation)，逕而形成架橋作用 (Gehrke et al., 1995; Escobar et al., 1997; Pogliani and Donati, 1999; Hoa et al.,
2003)，才能使微生物有效吸附在固體顆粒及硫片上，讓重金屬自固體物中 溶出。由於 EPS 在 pH=2 的條件下其表面電性為帶正電 (Yoshida and Murooka, 1994; Blake et al., 1995; Sharma et al., 1995)，容易與帶負電性 的固體顆粒 (Blake et al., 1995) 進行結合反應，所以 EPS 在生物溶出法 中佔有及重要得角色。在傳統實驗上通常利用 pH、ORP、SO42-…等間接 的方法，來監測評估生物溶出法的處理效率及終點，並不能精確觀察實際 參於反應的微生物量，故只能利用估計的方式預測其反應結果。所以本研 究探討以直接的方法來量測其反應效率，即利用生物處理中，微生物所產 生的 EPS 來作為判斷。所量測出的數值會比傳統量測方法更有意義 (Gehrke et al., 1995, 1998) 。
1.2 研究內容與目的
利用生物溶出法處理污泥中的重金屬，添加硫片作為基質以提供微生 物所需的能量，並藉由胞外聚合物的產生增加硫氧化菌吸附在硫片上的能
Figure 1-1 生物溶出法架構流程圖
力，Figure 1-1 為整個實驗的架構圖。故以大型氣提式生物溶出反應系統 (約 25 L) 來處理含重金屬之污泥，改變操作因子如:污泥濃度、植種量及硫 片添加量，來探討胞外聚合物對硫氧化菌產酸及重金屬去除之影響。