第三章 實驗設備與方法
3.5 生物溶出試驗
在生物溶出試驗中，重金屬離子自固相溶出至液相，其中一個重要的 反應機制是藉由酸化溶液，使液相中的氫離子與固相中的重金屬產生置換 作用，進而使重金屬離子從固相轉至液相。
生 物 溶 出 試 驗 利 用 統 計 方 法- 中 心 組 合 設 計 (Central Composite Design) 設計 2 因子水準試驗，如: 固體物含量 (TS = 0.5-5.0%) 及硫片添 加量 (S = 0.5-4.0%)，並對重金屬溶出效率作個別比較。在整個生物溶出
程序中，所使用的反應槽為氣提式生物溶出反應系統，其主要是利用曝氣 的方式達到均勻攪拌的目的。如 Figure 3-6 所示，首先加入 10% (v/v) 已 馴養完成之污泥於 25 L 氣提式生物溶出反應槽中，並於進行下一批次實
Temperature Circulator Air Diffuser
pH ORP DO
驗時添加前一批回收之片狀硫顆粒，並補充添加滅菌之片狀硫顆粒至 2%
為止，於溫度300C、曝氣強度 7 L/min 下進行試驗，在實驗過程中分別取 出上、中、下層各 100 mL 之污泥分析 pH、ORP、EC、SS、VSS、重金 屬及硫酸根濃度及 EPS 和 FISH 。氣提式生物溶出反應系統實驗進行期
間同時監測pH 值與氧化還原電位 (ORP) 之變化。將溶出之重金屬濾液以 火焰式原子吸收光譜儀分析，分析的重金屬種類包括:鎳、鉛、鉻、鎘、銅、
錳 、 鋅 。 硫 酸 根 濃 度 以 紫 外 光 光 譜 儀 於 波 長 420 nm 下測其吸光度 (Standard Methods 4500E) 判定之。最後利用連續萃取實驗來分析生物溶 出反應前後重金屬鍵結的變化情形。
3.5.1 污泥重金屬總量分析 (CEM MARS 5)
此方法提供一種重金屬酸消化法係於密閉容器內以溫度控制微波加熱 作為重金屬分析之前處理。
(1) 於每一消化瓶中置入 0.5 g 風乾後污泥樣品加入 9 mL HNO3、2 mL HCl 及 3 mL HF。
(2) 除了溫度監測瓶外，旋轉其餘之消化瓶。
(3) 旋轉溫度監測瓶。
(4) 將消化瓶置於旋轉盤內從消化瓶連接排氣管制廢氣收集瓶。
(5) 將轉盤放入微波消化器內，連接溫度監測器至溫度偵測瓶。
(6) 設定加熱程式或叫出以前儲存之加熱程式。
(7) 執行加熱程式直到完成。
(8) 消化完成後，使消化瓶於爐腔內冷卻至少 10 分鐘，將轉盤取出，以人 工洩壓並且打開消化瓶。
(9) 每一消化瓶中加入約 2 g 之硼酸 (Boric acid)，混和均勻使硼酸完全溶 解。
(10) 將混和液過濾，並定量至 50 mL。
(11) 於原子吸收光譜儀進行重金屬總量分析。
Figure 3-6 氣提式反應槽
進料口
採樣點
氣體進流方向 7 L/min
pH ORP Temp
及時監測
Air pump
3.5.2 污泥重金之屬連續萃取實驗 (Tessier et al., 1979) 重金屬之連續萃取流程步驟:
1. 離子交換態萃取實驗:
約取 0.5 g 之風乾污泥置入 45 mL 離心管中，加入 45 mL 之 1 M MgCl2 溶液，以 250 rpm 震盪 1 小時後，並以 4000 rpm 離心 20 分鐘，
將上澄液過濾之，之後加入 HNO3 保存待測，再加 5 mL 去離子水於離心 管，離心過後捨棄廢液。
2. 碳酸鹽態萃取實驗:
承步驟 1，加入 45 mL 之 CH3COOH 及 CH3COONa 之緩衝溶液 於離心管中，以 250 rpm 震盪 6 小時後，並以 4000 rpm 離心 20 分 鐘，將上澄液過濾，之後加入 HNO3 保存待測，再加 5 mL 去離子水於離 心管，離心過後捨棄廢液。
3. 鐵錳氧化態萃取實驗:
承步驟 2，加入 45 mL 之 0.04 M NH2OH HCl ( in 25% HOAc)․ ，並 將離心管移入油浴 96±30C，以 250 rpm 震盪 5 小時後，並以 4000 rpm 離心 20 分鐘，將上澄液過濾，之後加入 HNO3保存待測，再加 5 mL 去 離子水於離心管，離心過後捨棄廢液。
4. 有機態及硫酸鹽態萃取實驗:
(1) 承步驟 3，加入 10 mL 之 0.02 M HNO3 及 10 mL H2O2 (30%) 於 離心管中，並將離心管移入油浴 85±20C，以 250 rpm 震盪 3 小時。
(2) 承步驟 4. (1)，加入 10 mL H2O2 (30%) 於離心管中，並將離心管移 入油浴 85±20C，以 250 rpm 震盪 3 小時。
(3) 承步驟 4. (2)，取出離心管冷卻至室溫後，加入 15 mL 之 3.2 M CH3COONH4 (in 10% HNO3)，震盪 30 分鐘，以防止萃取出之重金 屬再度吸附於污泥中，並以 2000 rpm 離心 20 分鐘，將上澄液過 濾，之後加入 HNO3 保存待測，再加 5 mL 去離子水於離心管，離 心過後捨棄廢液。
5. 殘存態萃取實驗:
承步驟 4. (3)，將離心管內污泥至入消化瓶中，以總重金屬萃取方法，
分析殘存相之重金屬，取其濾液冷藏保存。
由前述五項萃取步驟所的上澄液及濾液，以火焰式原子吸光光譜儀 (FAAS) 分析欲測之重金屬，必要時加以稀釋。
3.6 生物溶出法之實驗設計