本研究對於隔板式內循環氣舉式反應器之相關設計、操作特性
（上升區氣體滯留量總氣體滯留量、下降區液體速度及氧氣質量傳送 係數）及處理丙酮廢氣之測試，獲得以下之結論如下：
(1) 氣舉式反應器設計
明確區分各部區域，以利反應作用完整；高上升區縱橫比設計，
提高氣舉式反應器氣-液質傳速率及較長之空床停留時間，以期達到 完全去除 VOCs 的連續操作。
(2) 上升區氣體滯留量（
gr）、總氣體滯留量（
）在氣流量 80 L/min，不含顆粒條件下，上升區氣體滯留量最大值 約為 0.155。顆粒含量增加造成上升區氣體滯留量隨之減少。
在氣流量 80 L/min，不含顆粒條件下，總氣體滯留量最大值約為 0.098。顆粒含量增加對於總氣體滯留量較無明顯之影響，僅稍微使 總氣體滯留量減少。
(3) 下降區液體速度（
ld）在供氣量 80 L/min 與顆粒含量 1 L 條件下，下降區液體速度為最 大值約 0.3039 m/s。供氣量在 10～60 L/min 範圍內，下降區液體速度 在 0.18～0.24 m/s 範圍內平緩增加。
(4) 氧氣質量傳送係數（
k
La
）在氣流量 80 L/min，沒有顆粒條件下，
k
La
值最大值約為 0.0646 s-1。當供氣量達 70 L/min 時，k
La
值隨著固體含量增加有明顯下降之 趨勢。(5) 氣舉式反應器降解丙酮操作
在氣流量 10 L/min，PVA 菌體顆粒含量 4 L，丙酮平均進口濃度
110 ppmv 條件下，進料負荷為 3.84 g/(m3-hr)。丙酮去除能力（EC）
為 3.79 g/(m3-hr)，去除率（RE）維持約在 98.95％，顯示出本研究設 計之反應器具有截留丙酮之能力，而液相丙酮濃度尚無累積之現象，
亦可確認丙酮已被生物降解。
綜觀以上，顆粒含量改變導致上升區氣體滯留量隨之變動，亦造 成反應器其他操作條件之改變。因此，當進行相關生物降解污染物的 操作時，應需考量其顆粒填充量，以獲得最佳操作條件。再者，本實 驗中設計之氣舉式反應器已初步確定其具有處理 VOCs 之功能。
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圖 表
表 1 常見的 VOCs 種類（Khan and Ghoshal[5]）
Serial Number Volatile Organic Compounds
1 Acetaldehyde
2 Acetone
3 Benzene
4 Carbon tetrachloride 5 Ethyl acetate
6 Ethylene glycol
7 Formaldehyde
8 Heptane
9 Hexane
10 Isopropyl alcohol 11 Methyl ethyl ketone 12 Methyl chloride 13 Monomethyl ether
14 Naphthalene
15 Styrene
16 Toluene
17 Xylene
表 2 丙酮之物理化學性質（來源：物質安全資料表[7]）
分子式 C3H6O
結構圖
物質狀態 液態
形狀 澄清狀液體
顏色 無色
氣味 特殊甜味，薄荷味
密度（水＝1） 0.791
沸點(℃) 56.2
熔點(℃) -95.4
蒸汽壓（mmHg） 180
水中溶解度（％） 全溶
八小時日時量平均容許濃度（ppm） 750
短時間時量平均容許濃度（ppm） 937.5
半數致死劑度，LD50(mg / kg) 5800
半數致死濃度 LC50（mg / m3/ 6 hr） 50100 Short Term Exposure Limit（ppmv） 937.5
表 3 VOCs 的處理方法比較表（Khan and Ghoshal[5]）
Techniques Annual operating cost
＄/cfm
Removal efficiency
％
Secondary waste generated
Positive remarks Negative remarks
Thermal oxidation
15–90 for recuperative,
20–150 for regenerative 95–99 Combustion products Energy recovery is possible (maximum up to 85%)
Halogenated and other compounds may require additional control equipment downstream
Catalytic
oxidation 15–90 90–98 Combustion products Energy recovery is possible
(maximum up to 70%)
Efficiency is sensitive to operating conditions. Certain compounds can poison the catalyst. May require additional control equipment downstream
Bio-filtration 15–75 60–95 Biomass
Requires less initial
investment, less non-harmful secondary waste, and non-hazardous
Slow, and selective microbes decomposes selective organics, thus requires a mixed culture of microbes (which is difficult).
No recovery of material.
Condensation 20–120 70–85 Condensate Product recovery can offset
annual operating costs
Requires rigorous maintenance.
Not recommended for the materials having boiling points above 33C
Absorption 25–120 90–98 Wastewater Product recovery can offset
annual operating costs
Requires rigorous maintenance.
May require pretreatment of the VOCs. Design could be difficult due to lack of equilibrium data Adsorption
Activated carbon
10–35 80–90 Spent carbon and
collected organics
Recovery of compounds, which may offset annual operating costs
Susceptible to moisture, and some compounds (ketones, aldehydes, and esters) can clog the pores, thus decreasing the efficiency
Zeolite 15–40 90–96
Collected organic, spent zeolite after several cycles
Effective in more than 90%
RH, Recovery of compounds offsets annual operating costs
High cost of zeolite, restricted availability.
Membrane
15–30 90–99 Exhausted No further treatment, recovery
of solvent may offset the Membranes are rare and costly
表 4 Composition of acetone degradation medium.
(a) Preculture medium：
Components Quantity Company
Yeast extract 10.0 g Merck
Sodium chloride 5.0 g 聯工化學試藥
Distilled water 1.0 L
(b) Acetone degradation working medium：
Components Quantity Company
Na2HPO4 4.2 g SHIMAKYU
KH2PO4 1.5 g 聯工化學試藥
MgSO4．7 H20 0.1 g 聯工化學試藥
NaNO3 0.1 g 聯工化學試藥
Tap water 1.0 L
-表 5 氣相色層分析儀之操作條件
GC 型號
China Chromatography 8900層析管規格
Supelco, SPB-5 Fused Silica Capillary Column, 15m, 0.53m, 3.0μm film thickness
偵測器
Flame ionized detector (FID)載流氣體
N2爐溫控制溫度
150 ℃注入口控制溫度
180 ℃偵測器控制溫度
200 ℃載流氣體控制壓力
0.5 bar氫氣氣體控制壓力
0.5 bar空氣氣體控制壓力
1.25 bar表 6 各種顆粒含量與氣流量下所得之
gr值
gr 顆粒顆粒含量(L)氣流量
(L/min) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
5 0.011495287 0.011124472 0.011866103 0.01038284 0.011124472 10 0.029665258 0.025215469 0.024473838 0.022990575 0.023732206 20 0.052285017 0.046722781 0.045239518 0.041531361 0.041531361 30 0.076758854 0.074163144 0.051914201 0.045981149 0.044497886 40 0.084175168 0.091220667 0.075646407 0.068230092 0.058588884 50 0.103828402 0.104570033 0.090479036 0.088995773 0.076388038 60 0.116436136 0.115694505 0.099378613 0.098636982 0.091220667 70 0.130527133 0.128673055 0.124594082 0.11866103 0.110503085 80 0.155000971 0.151292814 0.134235291 0.12385245 0.116436136
表 7 各種顆粒含量與氣流量下所得之
值
顆粒顆粒含量(L)氣流量
(L/min) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
5 0.004986 0.006923 0.008639 0.008639 0.009281 10 0.012903 0.013539 0.014598 0.015233 0.015866 20 0.028982 0.031236 0.03185 0.032258 0.034294 30 0.044347 0.045738 0.046134 0.046728 0.047322 40 0.056526 0.056138 0.057688 0.058655 0.059426 50 0.069909 0.069342 0.068776 0.069154 0.069532 60 0.080159 0.081632 0.080712 0.079421 0.080529 70 0.088381 0.087475 0.088562 0.089647 0.08838 80 0.098052 0.097522 0.097344 0.09699 0.09699
表 8 各種顆粒含量與氣流量下所得之
ld值 (m/s)
ld 顆粒顆粒含量(L) 氣流量(L/min) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
5 0.16493169 0.1850000 0.16884154 0.16558021 0.16670478 10 0.18995975 0.20158103 0.20047575 0.1986166 0.19027167 20 0.19758813 0.21262458 0.2030303 0.2030303 0.20316665 30 0.19607297 0.20960484 0.22134146 0.21733549 0.19432624 40 0.20186335 0.20518234 0.26360646 0.2271181 0.20839921 50 0.2254738 0.24302719 0.22317073 0.2399661 0.2195993 60 0.21105072 0.23087045 0.20331263 0.23908524 0.24110953 70 0.23502845 0.21653347 0.22142857 0.22134146 0.22894737 80 0.26572898 0.30391705 0.28912815 0.27037338 0.24774775
表 9 各種顆粒含量與氣流量下所得之
k
La
值a
k
L (S-1) 顆粒顆粒含量(L)氣流量
(L/min) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
5.0 0.0021 0.0027 0.0023 0.0022 0.0024
10.0 0.0070 0.0062 0.0044 0.0051 0.0054
15.0 0.0098 0.0089 0.0095 0.0081 0.0085
20.0 0.0133 0.0136 0.0119 0.0117 0.0118
25.0 0.0177 0.0168 0.0157 0.0148 0.0139
30.0 0.0208 0.0197 0.0194 0.0193 0.0153
40.0 0.0309 0.0294 0.0317 0.0316 0.0315
50.0 0.0395 0.0392 0.0393 0.0396 0.0376
60.0 0.0489 0.0455 0.0445 0.0527 0.0433
70.0 0.0617 0.0529 0.0528 0.0538 0.0490
80.0 0.0646 0.0620 0.0593 0.0564 0.0497
圖 2 VOCs 處理方法分類（Khan and Ghoshal[5]）
圖 3 聚丙烯醯胺（polyacrylamide, PAA）固定化聚合物結構式圖
Process and Equipment modification
VOC removal techniques
Add on control techniques
Destruction Recovery
Oxidation Bio-filtration
Absorption Adsorption Condensation Membrane
separatiom
Thermal oxidation Catalytic oxidation RFR
Zeolite based adsorption Activated Carbon based adsorption
圖 4 氣舉式反應器裝置圖
1. 電磁隔膜式空氣泵
2. 浮子流量計
3. 針閥開關
4. VOC 瓶
5. 調勻塔
6. 採樣口
7. 氣體分配器
8. D.O. meter 9. pH meter 10. 溫度感測器 11. 溫控開關 12. 加熱帶 13. U 形管壓力計 14. 自動採樣器 15. GC
16. 電腦 17. 逆止閥
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
圖 5 在不同顆粒含量下，上升區氣體滯留量
gr與上升區空床氣體速度u
gr之關係
（■）顆粒含量 0 L；（○）顆粒含量 1 L；（△）顆粒含量 2 L；
（▽）顆粒含量 3 L；（◇）顆粒含量 4 L
0 1 2 3 4
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
圖 6 在不同供氣量下，上升區氣體滯留量
gr與顆粒含量之關係（□）供氣量 5 L/min；（○）供氣量 10 L/min；（△）供氣量 20 L/min；
（▽）供氣量 30 L/min；（◇）供氣量 40 L/min；（■）供氣量 50 L/min；
（●）供氣量 60 L/min；（▲）供氣量 70 L/min；（▼）供氣量 80 L/min
顆粒含量(L)
ε
grε
gru
gr(m/s)0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.00
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
圖 7 在不同顆粒含量下，總氣體滯留量
與上升區空床氣體速度u
gr之關係（■）顆粒含量 0 L；（○）顆粒含量 1 L；（△）顆粒含量 2 L；
（▽）顆粒含量 3 L；（◇）顆粒含量 4 L
0 1 2 3 4
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
圖 8 在不同供氣量下，總氣體滯留量
與顆粒含量之關係（□）供氣量 5 L/min；（○）供氣量 10 L/min；（△）供氣量 20 L/min；
（▽）供氣量 30 L/min；（◇）供氣量 40 L/min；（■）供氣量 50 L/min；
（●）供氣量 60 L/min；（▲）供氣量 70 L/min；（▼）供氣量 80 L/min
顆粒含量(L)
ε ε
u
gr(m/s)0 20 40 60 80 7.0
7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
pH
(b)
Time(s)
(a)
0 20 40 60 80
7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
pH
圖 9 在顆粒含量 4 L 及供氣量 5 L/min 下，下降區酸鹼追蹤劑 pH 值與時間 之關係
（a）NaOH 追蹤劑所呈現訊號峰形；（b）HCl 追蹤劑所呈現訊號峰形；
（●）下降區前端 pH 探針；（○）下降區末端 pH 探針
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
圖 10 在不同顆粒含量下，下降區液體速度
ld與空床氣體速度u
gr之關係（■）顆粒含量 0L；（○）顆粒含量 1 L；（△）顆粒含量 2 L；
（▽）顆粒含量 3 L；（◇）顆粒含量 4 L
v
ld(m /s )
u
gr(m/s)0 1 2 3 4 0.10
0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
圖 11 在不同供氣量下，下降區液體速度
ld與顆粒含量之關係（□）供氣量 5 L/min；（○）供氣量 10 L/min；（△）供氣量 20 L/min；
（▽）供氣量 30 L/min；（◇）供氣量 40 L/min；（■）供氣量 50 L/min；
（●）供氣量 60 L/min；（▲）供氣量 70 L/min；（▼）供氣量 80 L/min
v
ld(m /s )
顆粒含量(L)
0 200 400 600 800 1000 1200 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
D.O.Conc.(mg/L)
Times(s)
圖 12 在不含顆粒及不同供氣量下，溶氧濃度與時間 T 之關係
（□）供氣量 5 L/min；（○）供氣量 10L/min；（△）供氣量 15L/min；
（▽）供氣量 20 L/min；（◇）供氣量 25L/min；（■）供氣量 30L/min；
（●）供氣量 40 L/min；（▲）供氣量 50L/min；（▼）供氣量 60L/min；
（◆）供氣量 70 L/min；（⊕）供氣量 80L/min
0 500 1000 1500 2000 2500 -8
-6 -4 -2 0
(1)
ln((C*-C)/(C*-Co))
0 200 400 600 800 1000
-8 -6 -4 -2
0
(2)
ln((C*-C)/(C*-Co))
0 100 200 300 400 500 600 700
-8 -6 -4 -2 0
(3)
ln((C*-C)/(C*-Co))
0 100 200 300 400 500
-8 -6 -4 -2 0
(4)
ln((C*-C)/(C*-Co))
圖 13 (1～4)在不含顆粒且不同供氣量下，ln((CL*-CL)/(CL*-CLo))對時間 T 之 關係
（1）供氣量 5 L/min；（2）供氣量 10 L/min；（3）供氣量 15 L/min；
（4）供氣量 20 L/min
Times（s） Times（s）
Times（s） Times（s）
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.00
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
圖 14 在不同顆粒含量下，氧氣質量傳送
k
La
與上升區空床氣體速度u
gr之關係（■）顆粒含量 0 L；（○）顆粒含量 1 L；（△）顆粒含量 2 L；
（▽）顆粒含量 3 L；（◇）顆粒含量 4 L
0 1 2 3 4
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
圖 15 在不同供氣量下，氧氣質量傳送
k
La
與顆粒含量之關係：在各種供氣量 下溶氧濃度與時間 T 之關係（□）供氣量 5 L/min；（○）供氣量 10 L/min；（△）供氣量 15 L/min、
（▽）供氣量 20 L/min；（◇）供氣量 25 L/min；（■）供氣量 30 L/min、
（●）供氣量 40 L/min；（▲）供氣量 50 L/min；（▼）供氣量 60 L/min、
（◆）供氣量 70 L/min；（⊕）供氣量 80 L/min
ugr（m．s-1）
k
La （ s
-1）
顆粒含量(L)