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不同深度之生物濾床在水相及濾料表面之有機物性質

(一) 草酸鈉及醋酸鈉經生物濾床分解後,不同深度水相及濾料表面之 螢光激發發射光譜圖

圖25 為 5 mg-acetate C/L 之人工配製原水經 O3/NPDOC=0、1 及 2 生物濾床分解,在操作穩定後濾床不同深度水相之螢光激發發射光 譜,圖25(A-1、B-1、C-1)為三種不同臭氧濃度生物濾床於液面下 2cm 處;圖25(A-2、B-2、C-2)於液面下 24cm 處;圖 25(A-3、B-3、C-3) 則是液面下45cm 處,取樣則是以針筒插入採樣孔進行取樣,並經 0.2 µm 之濾膜過濾後之螢光激發發射光譜圖。從圖 25(A)系列中可發現 主要之波峰為4 個,其依序為 270/300、220/290、310/420 及 220/420 nm,而 2 cm 處之強度值依序為 31.88、73.11、86.33 及 118.9;24 cm 處之強度值依序為25.92、57.54、86.64 及 148.6;45 cm 處之強度值 依序為 24.6、80.75、86.63 及 149.2,由上述不同深度之強度值發現 在波長 270/300 nm 位置之物種強度以 2 cm 處較高些許;波長於 220/290 nm 以 45 cm 為最高其次為 2 cm 處則 24 cm 為最低;波長於 310/420 nm 的強度值極為接近;220/420 nm 則以 45 cm 最高。

從 圖 25(B) 系 列 中 可 發 現 主 要 之 波 峰 為 4 個 , 其 依 序 為 230/300-320、280/300-310、240/350-360 及 300-310/410-420 nm;2 cm 處之強度值依序為41.08、75.26、58.69 及 26.59;24 cm 處之強度值 依序為61.79、89.8、50.71 及 28.04;45 cm 處則是為 68.32、79.24、

55.18 及 28.79;從上述中發現波長於 230/300-320 nm 處之位置強度值 以45 cm 為最高,2 cm 處則最低;波長於 280/300-310 nm 以 24 cm 處之強度值為最高,2 及 45 cm 處則差異不大;波長於 240/350-360 nm 以2cm 處略高於 45cm 處;波長 300-310/410-420 nm 則是皆差異不大。

從圖25(C)系列中可發現主要之波峰為 3 個,其依序為 240/370、

310/410-420 及 220-230/400-450 nm;2 cm 處之強度值依序為 54.69、

28.04 及 45.85;24 cm 處之強度值依序為 57.94、27.87 及 46.59;45 cm 處則是為29.86、16.72 及 22.1;從上述之強度值可發現在波長 240/370 nm 是以 24 cm 為最高,2cm 處則是略低些許;波長於 310/410-420 nm 為2 cm 最高其次為 24 cm 處略低;220-230/400-450 nm 則是 2 及 24cm

處差異不大,而45 cm 處則為最低。

圖 25(B)系列中共同之主要波峰為兩個,其中為 220/290 及 210/420 nm,而波長位於 330-340/430-440 nm 是為 24 及 45 cm 處相 同之波峰位置;其 2 cm 之波峰強度值則依序為 57.26 及 57.49;24 cm 處為 42.28、123.3 及 15.49;45 cm 則為 58.62、102.1 及 18.5;由上 述可得之以波長位於220/290 nm 位置之強度值以 24 cm 處為最低;

210/420 nm 位置之強度值為 2 cm 最低,以 24 及 45 cm 處為最高;而 在330-340/430-440 nm 之位置分別在 24 及 45cm 處出現波峰。

圖 25(C)濾床之共同主要波峰為 3 個,其波長位置為 220/290、

310-340/420-440 及 210/410-420 nm;以 2 cm 處之波長強度值依序為 58.47、12.89 及 146.9;24 cm 處依序為 42.58、12.06 及 55.29;45cm 處則為57.7、16.23 及 104.0;若以單一波長之物種強度而言,以波長 220/290 nm 是以 2 及 45 cm 處為最高,310-340/420-440 nm 則為差異 不大,210/410-420 nm 則為 2 cm 為最高。

以5mg- acetate C/L 試程中水相及濾料方面波峰之強度及波峰物 種討論,此三種濾床中以 O3/NODOC=0 之濾床不論是在於有機物之 多樣性及強度值都較高於另外兩支濾床,因此由水相方面可發現 O3/NODOC=0 之濾床內部之菌相活性較為活躍。

圖25 不冋臭氧化生物濾床分解醋酸鈉後(第 13 天)在濾床不同深度水 相 之 螢 光 激 發 發 射 光 譜 圖 (A)O3/NPDOC=0 (B)O3/NPDOC=1 (C)O3/NPDOC=2;(1)液面下 2 cm (2)液面下 24cm (3)液面下 45cm

圖 26 為 5 mg- oxalate C/L 之人工配製原水經 O3/NPDOC=0、1 及2 生物濾床分解,在操作穩定後濾床不同深度水相之螢光激發發射 光譜,圖 26(A-1、B-1、C-1)為三種不同臭氧濃度生物濾床於液面下 2cm 處;圖 26(A-2、B-2、C-2)於液面下 24cm 處;圖 26(A-3、B-3、

C-3)則是液面下 45 cm 處;由圖 26(A)濾床中之主要波峰為 4 個,其 為230/300-310、280/300-310、310/410-430 及 220-240/400-410 nm;

以2cm 處之強度之依序為 89.74、124.9、43.16 及 62.31;24 cm 處之 強度值為122.6、162.1、43.4 及 77.02;45 cm 處則為 90.33、129.7、

46.31 及 76.45,由上述之強度值中發現波長位於 230/300-310、

280/300-310 及 220-240/400-410 nm 以 24 cm 處強度值為最高,波長

Excitation W avelen g th (nm )

Emission Wavelength 

A-1

A-2

A-3

B-1

B-2

B-3

C-1

C-2

C-3

位於310/410-430 nm 則皆為差異不大。

圖26 不冋臭氧化生物濾床分解草酸鈉後(第 13 天)在濾床不同深度水 相 之 螢 光 激 發 發 射 光 譜 圖 (A)O3/NPDOC=0 (B)O3/NPDOC=1 (C)O3/NPDOC=2;(1)液面下 2 cm (2)液面下 24cm (3)液面下 45cm

由圖 27(B)濾床中共同之主要波峰為 2 個,分別為 240/380-400 及310/420 nm,而除了上述之兩個波峰外 240/360-400 及 220/460-470 nm 是為 24 及 45 cm 處之共同波峰;其 2 cm 處之波峰強度值依序為 234.9 及 143.6,24 cm 處依序為 239.5、141.9、229.8 及 109.8,45 cm 處則為224.6、140.1、219.8 及 94.31;以三種不同深度波長 240/380-400 及 310/420 nm 之螢光強度而言差異不大,而 24 及 45cm 處波長 240/360-400 及 220/460-470 nm 之螢光強度也差異不大。

Excitation W avelength (nm)

Emission Wavelength 

A-1

A-2

A-3

B-1

B-2

B-3

C-1

C-2

C-3

由圖 27(C)濾床中共同之主要波峰為 3 個,波長位置分別為 220-230/300-310、240/360-380 及 310/420 nm;2 cm 處之螢光強度依 序為68.19、207.5 及 111.1,24 cm 處為 73.06、191.6 及 102.2,45 cm 處則為 75.48、197.9 及 105.4;此三種深度之螢光強度值皆為接近,

較無明顯之差異。在此試程之水相有機物之性質及螢光強度都較為一 致,較無明顯之差異。

圖27 不冋臭氧化生物濾床分解醋酸鈉後(第 13 天)在濾床不同深度濾 料 表 面 之 螢 光 激 發 發 射 光 譜 圖(A)O3/NPDOC=0 (B)O3/NPDOC=1 (C)O3/NPDOC=2;(1)液面下 2 cm (2)液面下 24cm (3)液面下 45cm

圖 28 為 5 mg- oxalate C/L 之人工配製原水經 O3/NPDOC=0、1 及2 生物濾床分解,在操作穩定後濾床不同深度濾料之螢光激發發射

A-1

A-2

A-3

B-1

B-2

B-3

C-1

C-2

Excitation W avelength (nm)

C-3

Emission Wavelength 

光譜,圖 28(A-1、B-1、C-1)為三種不同臭氧濃度生物濾床於液面下 2cm 處;圖 28(A-2、B-2、C-2)於液面下 24cm 處;圖 28(A-3、B-3、

C-3)則是液面下 45cm 處;從圖 28(A)中發現三種深度共同之波長為 3 個,其為220/290、350-360/450 及 210/420 nm;以 2 cm 處之強度值 依序為65.74、73.19 及 102,24 cm 處為 53.25、22.56 及 107.3,45 cm 處則為50.17、13.78 及 126.1;由上述強度中可發現波長於 220/290 nm 以2 cm 處為略高,24 及 45 cm 處則差異不大;波長位於 350-360/450 nm 依然以 2 cm 為最高;而在 210/420 nm 時則為 45 cm 處為最高。

圖28(B)中發現三種深度共同之波長為 3 個,其波長為 220/280-290、

300-330/420-440 及 210/420 nm;其 2 cm 處之螢光強度值依序如下 49.94、15.59 及 50.14,24 cm 處為 52.42、22.24 及 55.27,45 cm 處 則是34.99、17.12 及 87.38;由上述之強度中可發現波長 220/280-290 及300-330/420-440 nm 以 24 cm 處為強度值最高,波長位於 210/420 nm 則為 45 cm 為最高。

圖 28(C)中發現三種深度共同之波長為 2 個,其波長為 350/450 及210/420 nm;則以 220-230/320-340 為 2 及 45 cm 為共同之位置;

以2 cm 處之螢光強度依序為 18.69、129 及 58.65,24 cm 為 19.87 及 131.9,45 cm 處則為 22.11、91.68 及 36;由上述之 350/450 nm 波長 強度以45 cm 處為略高,210/420 nm 則 2 及 24 cm 為最高且為相近,

230/340 nm 為 2 cm 為最高。

由上述之波長位置及強度值中,發現在濾料方面2 cm 處之有機 物種較多且螢光強度值也幾乎為最高,因而在兩種試程中發現有相同 之趨勢,皆為管柱深度2 cm 處之有機物種類及螢光強度都較高於管 柱深度24 及 45 cm 處。

  圖28 不冋臭氧化生物濾床分解草酸鈉後(第 13 天)在濾床不同深度濾 料 表 面 之 螢 光 激 發 發 射 光 譜 圖(A)O3/NPDOC=0 (B)O3/NPDOC=1 (C)O3/NPDOC=2;(1)液面下 2 cm (2)液面下 24cm (3)液面下 45cm (二) 以平均螢光強度值評估穩定後生物濾床水相及濾料表面有機物

性質之變化

本實驗以超純水及人工配製液之背景值做為 Blank,與不同深度 之樣本進行全譜掃描並進行扣除背景值之動作,液相則是以人工配製 液之背景值當作Blank 扣除,而濾料方面是由添加二段水進行試驗,

因此濾料方面則是以二段水作為Blank 進行扣除。

表14 是為 5mg-acetate C/L 試程穩定後不同深度水相之全譜掃描 後區塊分析,當醋酸鈉經由生物濾床分解穩定後進行全譜掃描並進行

Excita tion W aveleng th (nm)

Emission Wavelength A‐1 

A‐2 

A‐3 

B‐1 

B‐2 

B‐3 

  C‐1 

C‐2 

C‐3 

量化分析如(表 14),從 O3/NPDOC=0 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成 依序如下:27.3、11.7、67.3、10.3 及 14.2,而分佈百分比(%)為:20.9、

8.9、51.5、7.9 及 10.9;24 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:29.7、

11.6、69.1、9.3 及 13.4,而分佈百分比(%)為:22.5、8.8、52.0、6.3 及10.1;45 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:27.2、15.5、69.0、

8.4 及 13.8,而分佈百分比(%)為:20.3、11.6、51.5、6.3 及 10.3;由 上述之AFI 及分佈百分比中,發現以平均而言三種深度之水體主要以 區塊III 為,其次為區塊 I,因區塊 III 是為黃酸之成份,而微生物之 代謝物成分又是與黃酸有關,因此可更加確定水相中之有機物質事由 濾床內之微生物代謝所產生,而區塊 I 為芳香族蛋白質(如酪胺酸),

而微生物之代謝物中也含有蛋白質之存在,因此區塊 I 佔第二高之 比利屬為正常;且在文獻 Liang et al.(2007)中亦指出,大部分 SMP 物 質屬碳水化合物及蛋白質成份。

O3/NPDOC=1 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:19.3、

23.6、29.4、20.9 及 8.9,而分佈百分比(%)為:18.9、23.1、28.8、20.5 及8.7;24 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:27.5、23.1、30.0、

21.5 及 8.8,而分佈百分比(%)為:24.8、20.8、27.1、19.4 及 7.9;45 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:27.9、23.1、28.9、21.8 及 50.4,

而分佈百分比(%)為:18.3、15.2、19.0、14.3 及 33.1;由上述之 AFI 及分佈百分比中,以2 cm 處主要以區塊 III 為主佔 28.8(%);24 cm 處以區塊III 為主佔 27.1(%);45 cm 以區塊 V 為主佔 33.1(%);由上 述之分佈可發現在O3/NPDOC=1 的生物濾床在 2、24 cm 處液相組成 之主要區塊皆以區塊 III 為主,其次為區塊 IV 及 I,因區塊 III 是為 黃酸之成份,而微生物之代謝物成分又是與黃酸有關,因此可更加確 定水相中之有機物質事由濾床內之微生物代謝所產生,而區塊 IV 則 為腐植酸之成分,因此可發現在 O3/NPDOC=1 濾床中有似腐植酸之 物質存在。

從O3/NPDOC=2 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:9.8、

20.0、31.9、15.3 及 8.2,而分佈百分比(%)為:11.5、23.5、37.4、18.0、

及9.6;24 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:12.9、20.4、28.2、

15.4 及 7.9,而分佈百分比(%)為:15.2、24.1、33.3、18.2 及 9.3;45

cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:1.3、13.3、17.7、6.7 及 4.8,

而分佈百分比(%)為:3.0、30.4、40.4、15.3 及 11.0;由上述之 AFI 及分佈百分比中,以 2 cm 處主要以區塊 III 為主佔 37.4(%);24 cm 處以區塊 III 為主佔 33.3(%);45 cm 處主要以區塊 III 為主佔 40.4(%);由上述之分佈可發現在 O3/NPDOC=2 的生物濾床在三種不 同深度液相組成之主要區塊皆以區塊 III 為主,其次為區塊 II 及 IV,因區塊 III 是為黃酸之成份,而微生物之代謝物成分又是與黃酸 有關,因此可更加確定水相中之有機物質事由濾床內之微生物代謝所 產生,而區塊 IV 則為腐植酸之成分,因此可發現在 O3/NPDOC=2 濾床中有少許似腐植酸之物質存在。

表14 生物濾床分解醋酸鈉(第 13 天)在不同深度水相中不同有機物性 質對應之AFI 值及比例

O3/NPDOC 深度 區塊

(cm) I II III IV V

2 27.3(20.9) 11.7(8.9) 67.3(51.5) 10.3(7.9) 14.2(10.9) 24 29.7(22.5) 11.6(8.8) 69.1(52.0) 9.3(6.3) 13.4(10.1) 0

45 27.2(20.3) 15.5(11.6) 69.0(51.5) 8.4(6.3) 13.8(10.3) 2 19.3(18.9) 23.6(23.1) 29.4(28.8) 20.9(20.5) 8.9(8.7) 24 27.5(24.8) 23.1(20.8) 30.0(27.1) 21.5(19.4) 8.8(7.9) 1

45 27.9(18.3) 23.1(15.2) 28.9(19.0) 21.8(14.3) 50.4(33.1) 2 9.8(11.5) 20.0(23.5) 31.9(37.4) 15.3(18.0) 8.2(9.6) 24 12.9(15.2) 20.4(24.1) 28.2(33.3) 15.4(18.2) 7.9(9.3) 2

45 1.3(3.0) 13.3(30.4) 17.7(40.4) 6.7(15.3) 4.8(11.0)

( )=% 區塊 I=芳香族蛋白質(酪胺酸);區塊 II =芳香族蛋白質;區塊 III =黃酸;

區塊IV =溶解性微生物產物(色胺酸);區塊 V =腐植酸

從 O3/NPDOC=0、1、2 的分佈百分比可發現三種深度主要之組 成皆為區塊 III,而此區塊是以黃酸為主;在 O3/NPDOC=0 三種深度 皆發現第二高為區塊I,而區塊 I 所代表之物種性質主要為芳香族蛋 白質(如:酪胺酸)(Chen et al.,2003);則在 O3/NPDOC=1 的三種深度 中發現區塊 I 及 IV 之 AFI 僅低於區塊 III 些許;而在 O3/NPDOC=2 的濾床中在2 及 24 cm 處的區塊 II 及 IV 僅略低區塊 III,且分佈之比

例也較接近,則45 cm 區塊 IV 之累積強度比就顯得低許多,反而是 區塊II 及 III 略高於 2 及 24 cm 處,如圖 29 圓餅百分圖所示。

圖29 生物濾床於分解醋酸鈉(第 13 天)不同深度水相中不同有機物性 質 AFI 百分比圓餅圖 A:O3/NPDOC=0;B:O3/NPDOC=1;C:

O3/NPDOC=2;依序深度為 2、24、45cm

表15 是為 5mg-acetate C/L 試程穩定後不同深度濾料之全譜掃描 後進行量化分析,分析方式則是秤取 5 g 之濾料並加入 10 mL 之無菌 水進行水磁石震盪 1 hr,並以 0.2 μm 之濾膜進行過濾後上機分析;

從 O3/NPDOC=0 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:42.0、

23.3、23.0、13.7 及 14.1,而分佈百分比(%)依序如下:36.2、20.1、

I:20.9 II:8.9

III:51.5

IV:7.9 V:10.9

I:22.5 II:8.8

III:52.0

IV:6.3 V:10.1

I:20.3 II:11.6

III:51.5

IV:6.3 V:10.3

A-3 A-1

A-2

I:18.9 II:23.1

III:28.8

IV:20.5 V:8.7

I:24.8 II:20.8

III:27.1

IV:19.4 V:7.9

I:18.3 II:15.2

III:19.0

IV:14.3

V:33.1

B-3 B-1

B-2

I:11.5 II:23.5

III:37.4

IV:18.0 V:9.6

I:15.2 II:24.1

III:33.3

IV:18.2 V:9.3

I:3.0 II:30.4

III:40.4

IV:15.3 V:11.0

C-3 C-1

C-2

19.8、11.8 及 12.1;另 24cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:30.2、

15.0、12.2、6.9 及 10.3,而分佈百分比(%)依序如下:40.5、20.1、16.4、

9.2 及 13.8;45 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:26.3、11.7、12.0、

6.2 及 8.3,而分佈百分比(%)依序如下:40.5、18.0、18.5、9.5 及 13.5。

從O3/NPDOC=1 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:23.9、

13.2、 9.4、8.2 及 4.7,而分佈百分比(%)為:40.2、22.2、15.8、13.8 及7.9;24 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:20.6、13.5、14.6、

8.4 及 7.6,而分佈百分比(%)為:31.8、20.9、22.6、13.0 及 11.7;45 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:24.9、10.9、16.9、7.3 及 8.6,

而分佈百分比(%)為:36.3、15.9、24.6、10.6 及 12.5。

從O3/NPDOC=2 的 2 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:28.5、

14.1、14.0、9.3 及 5.9,而分佈百分比(%)為:39.7、19.6、19.5、13.0 及8.2;24 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:18.4、7.7、11.1、5.8 及5.6,而分佈百分比(%)為:37.9、15.8、22.8、11.9 及 11.5;45 cm 處,各區塊 AFI 之組成依序如下:21.6、8.9、16.3、6.5 及 7.8,而分 佈百分比(%)為:35.4、14.6、26.7、10.6 及 12.8。

表15 生物濾床分解醋酸鈉(第 13 天)在不同深度濾料表面不同有機物 性質對應之AFI 值及比例

O

3

/NPDOC

深度 區塊

(cm) I II III IV V

2 42.0(36.2) 23.3(20.1) 23.0(19.8) 13.7(11.8) 14.1(12.1)

24 30.2(40.5) 15.0(20.1) 12.2(16.4) 6.9(9.2) 10.3(13.8) 0

45 26.3(40.5) 11.7(18.0) 12.0(18.5) 6.2(9.5) 8.3(13.5) 2 23.9(40.2) 13.2(22.2) 9.4(15.8) 8.2(13.8) 4.7(7.9) 24 20.6(31.8) 13.5(20.9) 14.6(22.6) 8.4(13.0)) 7.6(11.7) 1

45 24.9(36.3) 10.9(15.9) 16.9(24.6) 7.3(10.6) 8.6(12.5) 2 28.5(39.7) 14.1(19.6) 14.0(19.5) 9.3(13.0) 5.9(8.2) 24 18.4(37.9) 7.7(15.8) 11.1(22.8) 5.8(11.9) 5.6(11.5) 2

45 21.6(35.4) 8.9(14.6) 16.3(26.7) 6.5(10.6) 7.8(12.8)

( )=% 區塊 I=芳香族蛋白質(酪胺酸);區塊 II =芳香族蛋白質;區塊 III =黃酸;

區塊IV =溶解性微生物產物(色胺酸);區塊 V =腐植酸

從上述之 O3/NPDOC=0、1、2 的分佈百分比可發現三種深度濾 料之主要組成皆為區塊 I,且分佈之百分比皆高出其它區塊,則區塊 I 主要以芳香族蛋白質為主,而生物膜主要為蛋白質及多醣體等成份 所組成,因此可由此判斷本試程的生物濾床中所附著於濾料之菌相頗 為豐富,如圖30 圓餅百分圖所示。

圖30 生物濾床於分解醋酸鈉(第 13 天)不同深度濾料上不同有機物性 質 AFI 百分比圓餅圖 A:O3/NPDOC=0;B:O3/NPDOC=1;C:

O3/NPDOC=2;依序深度為 2、24、45cm

表16 是為 5mg-oxalate C/L 試程穩定後不同深度水相之全譜掃描 後區塊分析,當醋酸鈉經由生物濾床分解穩定後進行全譜掃描並進行

I:36.2 II:20.1

III:19.8 IV:11.8 V:12.1

I:40.5

II:20.1

III:16.4 IV:9.2 V:13.8

I:40.5

II:18.0

III:18.5

IV:9.5 V:13.5

A-1

A-2

A-3

I:40.2

II:22.2

III:15.8 IV:13.8 V:7.9

I:31.8 II:20.9

III:22.6 IV:13.0 V:11.7

I:36.3 II:15.9

III:24.6

IV:10.6 V:12.5

B-1

B-2

B-3

I:39.7 II:19.6

III:19.5 IV:13.0 V:8.2

I:37.9 II:15.8

III:22.8

IV:11.9 V:11.5

I:35.4 II:14.6

III:26.7

IV:10.6 V:12.8

C-1

C-2

C-3

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