章節摘要：本章針對本計畫相關研究方法與過程進行介紹，計畫架構與技術關聯、執 行方法，分段說明如下。其中模場設施變更部分將於第四章說明。
（1）計畫架構與技術關聯：
本計畫之成員包括中興大學環境工程學系張書奇實驗室（以興大環工簡稱之）、嘉南 藥理科技大學環境工程與科學系余光昌教授實驗室（以嘉南環工簡稱之）與瑞昶科技股份 有限公司（以瑞昶科技簡稱之），計畫工作項目概分為三項，即復育材料製備、現地模場 試驗與採樣分析報告，執行架構如下圖所示。復育材料製備為計畫主持人張書奇實驗室之 專長，故完全由興大環工主導，現地模場試驗部份包括模場試驗設施施工吊掛裝置、現場 操作與每日操作量測與最後之復原工作，此部分將以興大環工為主，嘉南環工與瑞昶科技 為輔；因整體計畫與模場試驗設施設計均由張書奇實驗室負責，仍宜由計畫主持人主導：
但因現地模場試驗需要有實驗人員進行每日固定項目量測與調整，興大環工恐有鞭長莫及 之情況，此部分將借重余光昌教授實驗室研究人員進行，而實際工程實施則將借重瑞昶科 技之專長。採樣分析與報告項目下之採樣分析主要由興大環工張書奇實驗室完成之，現場 採樣所需之聯絡協調由嘉南環工余光昌老師協助，各季與期中、期末之報告則由興大環工 為主，嘉南環工與瑞昶科技共同參與討論完成。張書奇老師實驗室擁有最新之底泥復育專 用之奈米科技，余光昌老師研究二仁溪底泥已有十年以上經驗，瑞昶科技為國內首先進行 底泥背景資料調查相關研究之工程顧問公司，此一團隊實為針對二仁溪底泥進行模場試驗 之最佳組合。
底泥污染復育之技術關聯圖如下圖所示，主要可分為生物復育助劑研發、整治工法研 發、河川底泥之毒性風險評估與重金屬污染移除，本計畫所從事之研究以藍色粗斜體字標 示，主要著重於生物復育助劑研發、整治工法研發與重金屬污染移除。由此圖可見，本計 畫所研發之大部分技術在國內均為尚未開發或是正在發展之服務。本計畫所提出之構想在 全世界環境工程界亦屬新穎，目前文獻中尚未見到類似之報導。對我國產業而言，絕對能 夠增加國際競爭力。而且目前應用於本計畫之奈米乳化液與奈米氧化鐵配方技術均屬張書 奇老師實驗室所自行開發，無須他人授權，且在全世界具有絕對之優勢。在技術層面上，
具有獨立自主能力，經開發完成技術轉移後，可有效提高我國底泥整治之技術能力。
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圖
12 本計畫執行架構圖
圖
13 底泥污染整治之技術關聯圖
（2）執行方法：
A. 推動策略：本計畫之推動策略為興大環工之研發、嘉南環工之實場操作與瑞昶科技 採樣調查技術互相支援、同時並進以有效縮短試驗時程。因此，分解菌群之培養與實驗室 之奈米材料製備將同時進行，並且以多組實驗同時進行，以免因現地厭氧菌馴養造成實驗 進度延宕。
B. 模場規模大小及相關配套措施：預定之模場實驗場址位於二仁溪支流三爺宮溪之永 寧橋上游或是下游，經現地檢視河床及橋樑安全狀況後，以設置於下游為第一優先（如圖
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14 所示），因在颱風季節可避免因模場實驗設施造成之渦流淘空橋樑基礎。選定永寧橋附 近之原因為底泥之粒徑分佈適中，針對全部污染河段而言較具有代表性；底泥與河水中之 氯離子與硫酸鹽離子濃度較適中，顯示為輕度之感潮河段，對全部污染河段而言較具有代 表性；河水與底泥因污染嚴重，幾乎全年均處於厭氧狀態，針對厭氧與好氧狀態調控較為 簡易；三爺宮溪之上游較少泥沙沖蝕淤積之情況，污染分佈接近表層，容易操作；三爺宮 溪之流量與二仁溪主流比較相對較小，設置模場試驗設施之安全性較佳。現地模場試驗設 施之設計三視圖如圖 15 所示。其主要結構為輕質之鋼筋混凝土，形狀類似船隻之造型，
但底部為透空。中間矩形之空間為主要之試驗區域，目前先暫定為 12 平方公尺。該三視 圖左上方圖形為上視圖，尖端之方向面向三爺宮溪上游，在豐水期與洪水期間可有效將水 流分流，降低水流直接衝擊之力道。此結構之下方自底部起算約 60 公分處設有類似屋簷 或是襟翼之結構物以增加此結構物停滯於底泥表面之能力，避免整個結構沉入底泥。內部 區隔為四個獨立空間，由於是平行面向上游，可儘量減少彼此之間實驗條件不同所造成之 干擾，污染復育試驗之深度為 30 公分，以下預留 30 公分為緩衝帶（即嵌入深度約為 60 公分）。高度之設計則以20 年洪峰水位乘上 1.5 之安全因子設計。此外，將在河岸兩側設 樁錨定此臨時性之模場設施，進一步避免因暴雨、洪水或是強風之影響。相關之配套措施 包括（1）試驗設施將比照公共工程標示，明列名稱、工程概要、工期、委託單位、執行 單位、電話等相關資料，以工人員辨識及緊急聯絡用；（2）並將試驗設施上方設平台與 欄杆（附設救生圈），內部則設有爬梯，以保護實驗人員之安全，（3）為避免因此結構 物安置於河道中央造成舢舨航行阻礙或是危險，將在此設施周圍白天以紅色旗幟、夜間以 閃爍警示燈方式標示；（4）錨定鋼索也將以螢光或是閃光物標示；（5）此設施之上方將 加裝蓋板與上鎖，將試驗期間之任何人為破壞可能性降到最低；（6）因加蓋後空氣無法 流通，可因生物厭氧反應造成缺氧或充滿硫化氫或是沼氣（甲烷），實驗人員若需進入內 部，應先進行通風作業；（7）每日查驗設施之完整性，並固定檢測試驗設施內及其上下 游之水溫、溶氧、pH 值、導電度、氧化還原電位、現場氣溫、天氣等基本資料並詳實紀錄 之，為安全起見，針對每日量測部分，將以自行設計製作之量測輔助管進行，其設計為透 明長管狀，量測管前方有檢測之探針伸出，但其他部位為完全封閉（避免交互污染），且 前端設有LED 照明，以確認量測位置為底泥表面，進行不同試驗區塊量測前，將進行清洗 去污作業（Decontamination）避免交互污染。
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圖
14 模場試驗預定地點（圖中小方框即預定架設模場試驗設施處，空照圖摘自 Google.com）
圖
15 模場試驗平台之示意圖
(單位為公分，實際尺寸與長寬比例將視現地情況修正)
C. 試驗方法與原因：本計畫之主要工作項目如圖十二所示，分為復育材料製備、現地 模場試驗與採樣分析報告，茲分段敘述如下。
（i） 復育材料製備
甲、 分解菌群培養：厭氧混合菌已經自台南市二仁溪下游曾受多氯聯苯污染 之河底沉積物中採集，採集與儲存過程均與空氣中之氧氣隔絕。底泥微生物在厭氧 環境下經馴化增殖培養處理後，作為脫氯實驗之微生物來源，目前處理方式如下：
於厭氧操作箱內取400 ml 底泥放入含 400 ml 厭氧培養基的血清瓶（容量 1 L）中，
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在30℃恒溫培養箱靜置培養，分組定期加入商品化多氯聯苯 Aroclor 1242 及萘，使 濃度分別達0.2 ppm 及 2 ppm。在 30℃恒溫培養箱靜置培養，每隔兩週再次加入可 達相同濃度的多氯聯苯。經Aroclor 1242 馴化增殖培養混合菌對 Aroclors 之脫氯作 用經1-2 個月之馴化培養後，自 Aroclor 1242 馴化增殖培養菌液取出 5 ml 之懸浮混 合液，放入含45 ml 培養基的血清瓶（容量 120ml）中，控制組則不加入混合菌液 而以5 ml 已滅菌之培養基取代，分別加入先前馴化時所添加的 Aroclor 1242 （溶解 於丙酮中）及萘，使Aroclor 1242 及萘濃度分別為 5 mg kg-1 及 50 mg kg-1（相當於 文獻資料中相對較高值）。所有程序皆在厭氧條件下操作，將分為四個不同濃度之 奈米乳化液添加量1%、0.1%，0.01%、0.001%（奈米乳化液質量對總質量）進行。
添加完成後，密封容器並於30℃溫度下靜置培養（因河川底泥除表面 3-5 公分有經 常性擾動外，較深層者均無擾動之可能）。
乙、 奈米乳化液配製:所有奈米乳化液之原液都是以去離子水、礦物油及界面 活性劑配製而成。測試前，所有原液仿照一般金屬切削液先稀釋20 倍再進行測試。
界面活性劑為購自Aldrich-Sigma 之食品級之 Triton X-100 （SI-X100）, Tween 80 與 Brij 30。油相為植物油，水相為中興大學環工系自行製造之去離子水。所有原液都 以相反轉法（phase-inversion method）在不同加熱與降溫條件下製備而得（張書奇 等, 2007）。製備奈米氧化鐵顆粒之方式為改良式共沉澱法，其優點為設備成本低、
不須高溫高壓、製得之奈米粉體純度高且粒徑均一以及製得之粉體經簡單清洗與乾 燥即可使用。特性量測：奈米油顆粒之尺寸是以 Zetasizer® Nano ZS （Malvern Instruments, Worcestershire, UK） 量測而得。經稀釋之乳化液置入一容量 4 毫升之 特定光學量測之方型試管中，再置入該儀器之量測位置。此儀器以動態光散射方式 進行量測，所得之數據為平均粒徑與聚合分佈指數（Polydispersivity Index）。水與 植物油之折射指數分別設定為1.330 及 1.460。
丙、 本實驗室製備奈米氧化鐵（Magnetite nanoparticle, MNP）的方法為共沈 澱法，共沈澱法主要是將FeCl3以及FeCl2水溶液依 2:1 的比例加以混合，添加NaOH 作為還原劑，接著將混合好FeCl3、FeCl2以及NaOH之水溶液置入超音波震盪機，以 80℃震盪 30 分鐘後取出待溫度降至室溫，以純水清洗三至四次，最後再以真空乾 燥機加以乾燥，製備出Fe3O4 奈米粉體。本研究所製備之Fe3O4奈米粉體經過穿透式 電子顯微鏡（TEM）的觀測後，其粒徑約為 1 至 3 nm，如圖 16 所示。奈米氧化鐵 顆粒之特性量測包括穿透式電子顯微鏡觀察及尺寸量測、X光繞射儀確認表面晶形 結構、BET比表面積量測、不同pH值之下之界達電位量測及表面鍵結情況量測。X光