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行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

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Academic year: 2022

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(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

以氣舉式生物反應器處理光電業含二甲基亞(DMSO)廢水之 可行性評估(第 3 年)

研究成果報告(完整版)

計 畫 類 別 : 個別型

計 畫 編 號 : NSC 97-2221-E-216-004-MY3

執 行 期 間 : 99 年 08 月 01 日至 100 年 07 月 31 日 執 行 單 位 : 中華大學土木工程學系

計 畫 主 持 人 : 黃思蓴 共 同 主 持 人 : 張慧玫

計畫參與人員: 碩士班研究生-兼任助理人員:王復暐 碩士班研究生-兼任助理人員:劉傑瑋 博士班研究生-兼任助理人員:何欣怡

報 告 附 件 : 出席國際會議研究心得報告及發表論文

公 開 資 訊 : 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 100 年 11 月 01 日

(2)

中文摘要: 本研究由大到小思考共為三階段利用好氧生物處理方式去除廢 水中 DMSO (dimethyl sulfoxide, 二甲基亞碸)化合物之可行 性研究。利用先前學者之活性汙泥能無臭且有效率降解廢水中 DMSO 濃度,進而發展出一套高效率 DMSO 分解系統,可控制實 驗所有參數進行探討。但 DMSO 具高極性、高沸點且為一很好 的溶劑之特性,被廣泛的使用在各種工業中。因為 DMSO 具有 很高的滲透壓,且對生物具有毒性,隨著 DMSO 的大量使用,

使得廢水中含有殘留的 DMSO,若不加以處理 DMSO 又會被厭氧 分解還原成具有惡臭的物質-二甲基硫(Dimethyl Sulfide, DMS),其含量在低濃度時即有明顯臭味產生,極容易超過臭味 標準。因此,第一階段為了提供足夠的氧氣本研究使用氣舉式 反應器進行活性汙泥生物處理 DMSO 廢水。。其中,在氣舉式 反應器的重覆批次試驗中,懸浮活性污泥最快可在 10 小時內 將初始濃度約 850 mg/L 的 DMSO 去除達 99%以上;固定化活性 污泥則在 DMSO 負荷量增加到 1200 mg/L 時依然能於 45 小時內 不受負荷增加影響,穩定的將 DMSO 降解完成,顯示出具有足 夠的系統穩定性。其中,為了解決生物處理程序中會有降解速 率逐漸受到產物或 DMSO 高濃度的影響,實驗結果顯示活性汙 泥於氣舉式反應器進行生物降解 DMSO 時,添加 50mg/L 的碳源 對於高濃度 DMSO 之代謝有很大的幫助,且活性汙泥馴養的程 序對往後實作具影響性。

再者,第二階段結合分子生物技術鑑定此氣舉式活性汙泥之菌 相,了解此活性汙泥中最優勢之菌群和篩選出有效降解 DMSO 之菌株。研究使用之剛果紅指示劑與文獻中引朵測試做為比 對,比對結結果發現剛果紅指示劑篩選較優於引朵測試篩選,

其中剛果紅指示劑測試最佳濃度為 15mM。若使用引朵測試則為 最終選擇以 500mgL-1 DMSO 額外添加 50mg 引朵藥品。一般生 物處理中微生物的菌相具多樣性,包含有硝化菌、脫硝菌、蓄 磷菌等。本研究利用生物處理中高效率分解之活性汙泥進行分 子生物技術分析菌群。研究針對不同汙泥菌相做進一步研究,

分別為動態與靜態之汙泥狀態,研究結果發現氣舉式反應器中 活性汙泥,菌相單純,且以降解苯酚類之菌群為主,實驗可有 效的降解 DMSO 汙染物且無臭味問題產生。實驗發現在活性汙 泥進行降解時,誘導出胞外單氧氧化酵素對於 DMSO 降解為重 要關鍵,且此酵素受到溫度、保存和 DMSO 負荷量的影響。最 後第三階段則藉由氣舉式反應器中活性汙泥降解廢水中 DMSO 並找尋出誘導的有效方式,結果顯示培養基為一大關鍵。

英文摘要: Our previous research goal is to develop a feasible biological treatment technology to effectively treat the DMSO into oxidative pathway instead of going to the DMS pathway. First of all, the research results

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from the immobilization technology, the repeated batch process and the effect of sucrose addition. The best dose of sucrose is 0-50 mg L-1 that helps bacteria to tolerate the toxicity of DMSO. In the performance of airlift bioreactor, the PVA-immobilized cell beads can degrade the 1,200-mg L-1 DMSO within 45 hr, in

comparison to the 10 hr for the free cell system in decomposition of 850-mg/L DMSO. In this year, we focused on the microbial screening of biological sludge capable of degrading dimethyl sulfoxide (DMSO) in airlift bioreactor were analyzed by using a

polymerase chain reaction (PCR)-cloning method. The bacteria of the different sludge type were found to be Serratia liquefaciens, Brevibacillus brevis,

Ochrobacterum sp., Bacillus subtilis, Pseudomonas sp.

and Pseudomonas fluorescens which were previously found as denitrifying bacteria, polyphosphate-

accumulating bacteria and phenol-utilizing bacteria.

In addition, the newly isolated Pseudomonas sp. might be the most predominant DMSO-degrading microorganism existing in our airlift bioreactor. Secondly, the results of this study indicate that low concentration of DMSO (50 mg/L) will not have any effect to

activated sludge if it was cultured without LB medium enriched culture. It can be a long term continuous operation. When culturing with 500 mg/L of DMSO, the repeated batch culture of activated sludge show

gradually reduce the removing ability. Furthermore, if the activated sludge was treated by high

concentrations of DMSO within a short time, it will produce toxicity and lose the ability of DMSO

degradation. By repeating batch with the condition of LB medium enriched culture, the activated sludge can completely degrade 500 mg/L DMSO within 120 hours.

Our results show that activated sludge can stably degrade high concentration of DMSO in a prolonged operation by LB medium enriched culture conditions.

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■成果報告

□期中進度報告

以氣舉式生物反應器處理光電業含二甲基亞(DMSO)廢水之 可行性評估

計畫類別:■個別型計畫 □整合型計畫

計畫編號:NSC 97-2221-E-216-004-MY3 執行期間:2010 年 8 月 1 日至 2011 年 7 月 31 日 執行機構及系所:中華大學土木與工程資訊學系

計畫主持人:黃思蓴 共同主持人:張慧玫

計畫參與人員:何欣怡、王復暐、劉傑瑋

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):□精簡報告 ■完整報告

本計畫除繳交成果報告外,另須繳交以下出國心得報告:

□赴國外出差或研習心得報告

□赴大陸地區出差或研習心得報告

■出席國際學術會議心得報告

□國際合作研究計畫國外研究報告

處理方式:除列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權,□一年□二年後可公開查詢

中 華 民 國 一百 年 十 月 三十一 日

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中英文摘要

(一)、計畫中文摘要

本研究由大到小思考共為三階段利用好氧生物處理方式去除廢水中 DMSO (dimethyl sulfoxide, 二甲基亞碸)化合物之可行性研究。利用先前學者之活性汙泥能無臭且有效率降解廢水中 DMSO 濃 度,進而發展出一套高效率 DMSO 分解系統,可控制實驗所有參數進行探討。但 DMSO 具高極 性、高沸點且為一很好的溶劑之特性,被廣泛的使用在各種工業中。因為 DMSO 具有很高的滲透 壓,且對生物具有毒性,隨著 DMSO 的大量使用,使得廢水中含有殘留的 DMSO,若不加以處理 DMSO 又會被厭氧分解還原成具有惡臭的物質-二甲基硫(Dimethyl Sulfide, DMS),其含量在低濃 度時即有明顯臭味產生,極容易超過臭味標準。因此,第一階段為了提供足夠的氧氣本研究使用 氣舉式反應器進行活性汙泥生物處理 DMSO 廢水。。其中,在氣舉式反應器的重覆批次試驗中,

懸浮活性污泥最快可在 10 小時內將初始濃度約 850 mg/L 的 DMSO 去除達 99%以上;固定化活性 污泥則在 DMSO 負荷量增加到 1200 mg/L 時依然能於 45 小時內不受負荷增加影響,穩定的將 DMSO 降解完成,顯示出具有足夠的系統穩定性。其中,為了解決生物處理程序中會有降解速率 逐漸受到產物或 DMSO 高濃度的影響,實驗結果顯示活性汙泥於氣舉式反應器進行生物降解 DMSO 時,添加 50mg/L 的碳源對於高濃度 DMSO 之代謝有很大的幫助,且活性汙泥馴養的程序 對往後實作具影響性。

再者,第二階段結合分子生物技術鑑定此氣舉式活性汙泥之菌相,了解此活性汙泥中最優勢 之菌群和篩選出有效降解 DMSO 之菌株。研究使用之剛果紅指示劑與文獻中引朵測試做為比對,

比對結結果發現剛果紅指示劑篩選較優於引朵測試篩選,其中剛果紅指示劑測試最佳濃度為 15mM。若使用引朵測試則為最終選擇以 500mgL-1 DMSO 額外添加 50mg 引朵藥品。一般生物處 理中微生物的菌相具多樣性,包含有硝化菌、脫硝菌、蓄磷菌等。本研究利用生物處理中高效率 分解之活性汙泥進行分子生物技術分析菌群。研究針對不同汙泥菌相做進一步研究,分別為動態 與靜態之汙泥狀態,研究結果發現氣舉式反應器中活性汙泥,菌相單純,且以降解苯酚類之菌群 為主,實驗可有效的降解 DMSO 汙染物且無臭味問題產生。實驗發現在活性汙泥進行降解時,誘 導出胞外單氧氧化酵素對於 DMSO 降解為重要關鍵,且此酵素受到溫度、保存和 DMSO 負荷量 的影響。最後第三階段則藉由氣舉式反應器中活性汙泥降解廢水中 DMSO 並找尋出誘導的有效方 式,結果顯示培養基為一大關鍵。

關鍵詞:單氧氧化酵素、DMSO (dimethyl sulfoxide)、廢水處理、生物分解、固定化技術、氣舉式 反應器、分子生物技術

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(二)、計畫英文摘要

Our previous research goal is to develop a feasible biological treatment technology to effectively treat the DMSO into oxidative pathway instead of going to the DMS pathway. First of all, the research results from the immobilization technology, the repeated batch process and the effect of sucrose addition. The best dose of sucrose is 0-50 mg L-1 that helps bacteria to tolerate the toxicity of DMSO. In the performance of airlift bioreactor, the PVA-immobilized cell beads can degrade the 1,200-mg L-1 DMSO within 45 hr, in comparison to the 10 hr for the free cell system in decomposition of 850-mg/L DMSO. In this year, we focused on the microbial screening of biological sludge capable of degrading dimethyl sulfoxide (DMSO) in airlift bioreactor were analyzed by using a polymerase chain reaction (PCR)-cloning method. The bacteria of the different sludge type were found to be Serratia liquefaciens, Brevibacillus brevis, Ochrobacterum sp., Bacillus subtilis,

Pseudomonas sp. and Pseudomonas fluorescens which were previously found as denitrifying bacteria,

polyphosphate-accumulating bacteria and phenol-utilizing bacteria. In addition, the newly isolated

Pseudomonas sp. might be the most predominant DMSO-degrading microorganism existing in our airlift

bioreactor. Secondly, the results of this study indicate that low concentration of DMSO (50 mg/L) will not have any effect to activated sludge if it was cultured without LB medium enriched culture. It can be a long term continuous operation. When culturing with 500 mg/L of DMSO, the repeated batch culture of activated sludge show gradually reduce the removing ability. Furthermore, if the activated sludge was treated by high concentrations of DMSO within a short time, it will produce toxicity and lose the ability of DMSO degradation. By repeating batch with the condition of LB medium enriched culture, the activated sludge can completely degrade 500 mg/L DMSO within 120 hours. Our results show that activated sludge can stably degrade high concentration of DMSO in a prolonged operation by LB medium enriched culture conditions.

Keywords: Monooxygenase, DMSO (dimethyl sulfoxide), wastewater treatment, biodegradation, immobilization technology, airlift bioreactor, molecular biotechnology.

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致謝

本研究得以國科會三年期支持生物處理於氣舉式反應器去除DMSO廢水可行性探討,計畫編號為 NSC 97-2221-E-216-004-MY3,在此獻上誠摯的感謝。本研究成果因完整性和應用層面備受矚 目在兩篇國際研討會大放異彩,分別為 2009 International Conference on Chemical, Biological &

Environmental Engineering, CBEE in Singapore 和III international conference on Environmental, Industrial and Applied Microbiology, BioMicroWorld 2009 in Lisbon,並各自 收錄在 Proceedings of the 2009 international conference on Chemical, Biological and Environmental Engineering,C039 與 BioMicroWorld2009-Book-of-Abstracts, Page87。研究更以Degradation of dimethyl-sulfoxide-containing wastewater using airlift bioreactor by polyvinyl-alcohol-immobilized cell beads 這篇被收錄在國際期刊

Bioresource Technology 102 (2011) 5609–5616。最後以 Microbial Diversity of Activated Sludge in

Degradation of Dimethyl Sulfoxide in Airlift Bioreactor 被收錄在Chung Hua Joural of Science and Engineering, Vol.7, No.1, pp.85-96(2009)。

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目錄

中英文摘要 ... .I 致謝 ... III 目錄 ... IV

第一章緒論 ... 1

第二章 文獻回顧 ... 3

2.1 DIMETHYL SULFOXIDE(DMSO)的背景 ... 3

2.2 大氣中硫的循環 ... 4

2.3 氣舉式反應器 ... 7

2.4 微生物固定化方法簡介及其材料 ... 8

第三章 研究方法 ... 10

第四章 結果與討論 ... 16

4.1 DMSO 曝氣逸散背景實驗 ... 16

4.2 馴養有無對添加碳源下 DMSO 降解之影響 ... 16

4.3 氣舉式活性汙泥進行連續稀釋法菌相攝影與微生物鑑定 ... 24

4.4 使用分子生物技術進行氣舉式反應器活性汙泥之菌群分析 ... 25

4.5 不同培養基對於篩菌之影響 ... 26

4.6 分解 DMSO 之酵素特性 ... 27

第五章 結論與建議 ... 31

參考文獻 ... 32

(9)

第一章 緒論

1.1 前言

在台灣工業上,二甲基硫(Dimethyl Sulfoxide,DMSO)一直是光電產業中最廣泛被使用的溶劑,

因為它具有高極性、高吸濕性、高沸點及可燃性的優點,他不只能溶於水也能溶於一些有機溶劑,如 乙醇、苯和氯仿等許多有機和無機的物質。在 2001 年,約有 900 噸的 DMSO 進口至日本工業,且廢 水處理廠處理濃度達 2,400 mgL-1[Glindemann and Witherspoon, 2006]。Lin et al. (2005)證實在一般去光 阻製程所產生的廢水中,DMSO 就佔有 63%甚至更多,另外其餘包含 dimethyl sulfide (DMS)有 15

%、isopropylalcohol(IPA)有 11%和 1-methyl-2pyrrolidinone(NMP)有 2%,還有微量的苯、N, N-dimethyl acetamide 和 acetone 等。但是,DMSO 通常經由還原的路徑,進一步降解產生具有臭味的中間產物,

如 dimethyl disulfide(DMDS)、DMS、hydrogen sulfide(H2S)、carbonyl sulfide 和 methane-thiol(MT)

等有機硫成份[de Zwart and Kuenen, 1992 ]。

在大氣硫循環中,每年估計從海洋釋放到大氣中的 DMS 流量會有 50–60% [Welsh, 2000],這些成 分會在對流層形成浮質,並且在雲層中凝結成核,經由漂流的海洋大氣帶至各地[Charlson et al., 1987;Welsh,2000],導致太陽輻射反射與降雨的改變。因此,顯示出 DMS 為改變全球氣候與硫循環的 最主要關鍵[Lovelock et al., 1972; Bates et al., 1987; Charlson et al., 1987; Welsh D.T.,2000]。雖然,生物 所釋放的 DMS 是高於工業上所產生[Zwart de J.M.M. and Kuenen J.G., 1992 ; Lomans et al., 2002],但是 控制排放並適當處理光電業製程中的 DMSO,避免臭味與人民健康問題產生,如今變成一項重要議題。

目前,常用於處理 DMSO 的物化方法包括 UV 氧化方法[Muratani et al., 1999]、逆滲透膜處理方法、

Fenton 處理法[Koito et al., 1998]以及微生物處理方法等。其中 UV 氧化法,逆滲透處理方法,Fenton 等處理方法雖然有較高的處理效率,但這些方法均無法使用單一程序即可將 DMSO 從廢水中完全去 除,且使用的設備、化學藥品、污泥處置的高費用往往限制其實際應用性。反觀利用生物處理方法因 具有低操作成本及高處理效率的特性,近年來逐漸受到研究學者的重視。因此,利用微生物來分解處 理 DMSO 將具有很大發展潛力與競爭力[Chifuku et al., 1999]。

近年,利用分子生物技術鑑定菌株變成一有用的工具[Arooj et al., 2007; You et al., 2002; Keyser et

al., 2006; Chio et al., 2007]。文獻中有很多的細菌能利用 DMS 與/或 DMSO 作為碳源、能量與/或硫源。

包含有嗜甲基生絲微菌株 Hyphomicrobium sp. [de Bont et al., 1981; Suylen et al., 1986; Pol et al., 1994]與 化學無機合成菌株 Thiobacillus sp. [Smith and Kelly 1988a, 1988b]皆是利用 DMS 作為碳源與能量。自營 菌 Rhodobacter sulfidophilus SH1 菌株[Hanlon et al. 1994]與 Thiocapsa roseopersicina M1 菌株[Visscher and van Gemerden, 1991]皆利用 DMS 作為電子提供者。而 Marinobacterium sp DMS-S1 [Fuse et al.

2000]、Rhodococcus sp SY1 菌株[Omori et al. 1995]與 Acinetobacter sp. 20B [Horinouchi et al. 1997]菌株 證實也皆能以 DMS 作為唯一硫源。Murakami-Nitta et al.和 Kino et al.學者篩離並證實出能經由氧化路 徑降解 DMSO 之菌株 Cryptococcus humicolus WU-2,並無臭味產生[Murakami-Nitta et al., 2003 和 Kino et al., 2004]。因此篩選出一株無臭味降解的菌株為重要課題,但文獻中關於能有效篩選出 DMSO 或硫 源降解的菌株的方式卻很有限,且也無法有效成功利用分子生物技術將氧化酵素基因克隆並鑑定 [Omori et al., 1995]。在國內,至少得知大部份的 LCD 面板廠,包括友達、奇美電、華映 (已朝不使用 DMSO 發展) 及群創等,廠區內常聞到 DMS 惡臭,或是因為使用 DMSO 間接地造成廢水處理廠周 遭的環境有 DMS 的惡臭逸散出來,而遭到民眾檢舉與抗爭;甚至環保署長官也提及常受到立法委員的

(10)

關切。而 DMS 的怪味道,不但是濃濃的腐臭味,又對人體健康有不良的影響,理當妥當處理。自從 94 年度本實驗室向國科會申請有關光電產業 DMSO 廢水排放處理研究的計畫後,曾針對國內二家大 型的面板廠商進行現勘,發現這些工廠的廢水處理設施,大多操作在系統處理容量的限值附近,甚至 有時會超過。加上廢水本身的特性,過度曝氣恐因乳化現象,而產生大量的泡泡造成廠區的污染。這 也使得業者不得不調小曝氣量,以致活性污泥槽進流後的第一槽溶氧值常低於 0.5 mg/L;氧化還原電 位低於零,介於-50~-100 mV 之間。於是 DMSO 在還原的狀態下,被迫經由還原的途徑,降解成 DMS 再形成 H2S;這些都是典型的臭味物質。目前雖然華映公司已經決定不再使用 DSMO,但據新竹科管 局的說法園區普遍存在 DMSO 轉 DMS 臭味的問題,若能有效解決此臭味問題,對於園區廠商及民眾 都是一大貢獻。而半導體業和光電產業都是國內兩兆雙星的產業之一,而 DMSO 是他們過去曾評估非 常經濟可行的去污劑及光阻撥除劑,目前也已花費數億元購置 DMSO 回收設備。本研究若能如期發展 成功其效益一定十分可觀,不但讓該產業的大廠不會浪費掉原先的投資,可以繼續使用既有的回收設 備,小廠則可以不再受到臭味引起的民眾抗議所困擾,而且科管局也不用再費心。不過,很可惜本計 畫被核可的時間有點太晚,目前國內的友達和華映 LCD 面板廠,因為不耐民眾長久的抗爭干擾,已 經不再使用 DMSO,而寧可使用其他代用品,並重新對產品的良率進行測試。當然其所費不貲,若再 加上廢除回收設備所損耗的成本,其金額的確相當可觀。

1.2 研究目的

根據本實驗室過去 94 年度以適當來源的活性污泥處理 100-1,000 mg-DMSO/L 的研究中發現,已 經改變的菌群結構,單靠大量曝氣是無法恢復的。可見,解決 DMS 惡臭的問題,必須一開始就得從 搜尋產生 DMSO2 的菌相著手,進而再尋找適合的擔體使其不會流失,最後才進行生物反應器的模擬 與設計等相關研究。先前學者研究利用固定化活性汙泥於氣舉式反應器處理較難處理之光電業廢水中 殘餘的較低濃度 DMSO (10~1000 mg/L),並已發展一套高效率生物分解 DMSO 處理機制。第一年計畫 目的為發展一有效篩選 DMSO 利用菌的方式,並結合分子生物技術鑑定此氣舉式活性汙泥之菌相,了 解此活性汙泥中最優勢之菌群和篩選出有效降解 DMSO 之菌株,進行無臭味降解。由下魚骨圖可知,

虛線框線為完成的階段分別為:菌種分析、菌種培養、分析技術建立項目。下年度將進一步將有效菌 株進行重複搖瓶批次實驗,並求取發酵槽 DMSO 氧化之動力參數與固定化顆粒的開發。

(11)

第二章 文獻回顧

2.1 Dimethyl sulfoxide(DMSO)的背景 2.1.1 基本特性

二甲基亞碸(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)是一種無色有機溶劑,對有機物及無機物均具有強大的溶 解性。它被廣泛的使用在電子加工、聚合物、染色及薄膜等方面上。根據危害物質危害數據資訊資料 庫所述,二甲基亞碸(Dimethyl sulfoxide, DMSO),分子式為(CH3)2SO,在常溫為無色透明液體,具有 高極性、高吸濕性、高沸點及可燃性,熱穩定性也佳,不但能溶於水,也能溶於一些有機物溶劑,如 乙醇、苯和氯仿等。

2.1.2 DMSO應用

其在產業上應用的相關介紹如下表 1 :

表 1 為 DMSO 應用於產業領域之彚整

產業領域 相關介紹 來源

電子工業

DMSO 在電子工業作為光阻剝離劑、法 拉級超大容量電容器。另外在電子工業中,

DMSO 在太陽能供電系統、電腦和機器人的 資訊保護電源和記憶元件等方面也有應用。

[陳秀仁 等, 2000;二甲基亞 碸市場預測, 2001]

石油加工

DMSO 在芳烴抽提中作為萃取溶劑,其 優點是:對芳烴的選擇性高,萃取溫度低,

無腐蝕,萃取工藝簡單,適合萃取含烯量高 的油料。

[陳秀仁 等, 2000]

合成纖維

DMSO 可作為丙烯腈與其他單體共聚、

聚氨酯的合成與抽絲、聚醯亞胺、聚碸樹脂 合成、聚乙烯醇的紡絲、酯化、醚化和縮醛 化等的溶劑。

[盛為友, 2000]

農藥 DMSO 是農藥、農肥的溶劑、滲透劑和

增效劑。

[中國大陸二甲基亞碸的生 產及市場分析, 2001]

有機合成

DMSO 在化學反應中因反應溶劑、反應 試劑的雙重作用,對某些在水溶液中不能實 現的反應,在 DMSO 中皆能順利地進行,對 某些化學反應具有加速、催化作用,提高收 率,改變產品性能等優點

[盤錦遠東錦星化工有限公 司, 2002]

2.1.2 一般平面液晶顯示器業者常用廢水處理技術

一般含 DMSO 的廢水,可以依其濃度的高低分為兩種。第一種屬於高濃度的(超過 1000 mg / L)廢 水,主要來自光阻撥除劑,目前業者大多是利用濃縮技術來加以回收再利用,或是直接送到焚化爐處 理。第二種是低濃度的(10~1000 mg / L)廢水,主要來自液晶顯示器與半導體的洗淨製程,由於該廢水 的 DMSO 濃度偏低,因此經常增加處理的困難度[Murakami et al., 2002]。截至目前為止,國內有關的 電子產業,其製程中所排放廢氣中的 DMS 之含量,以及其生物處理廢水系統對 DMSO 的處理能力等

(12)

相關的資料仍相當匱乏,僅得知製程廢水中 DMSO 含量大約為 500~800 mg/L 左右。其中 TFT-LCD 製 程也明顯指出,製程的廢水中主要污染物如顯影液、剝離液、清洗液中所含的 DMSO、MEA(單乙醇胺,

monoethanol amine)、BDG(butyl diglycol)及 TMAH(氫氧化四甲基銨,tetramethylammonium hydroxide)、

IPA(異丙醇,isopropyl alcohol)等,大多為有機氮、硫類物質,大部分光電廠均使用生物處理來去除以 上有機物。

2.1.3 DMSO對環境與人體上的影響或傷害

由於 DMSO 使用量日益增多,而且對環境及人體均有不良影響,以目前法規來說,美國環保署允 許廢水中的 DMSO 濃度為 0.05 mg/L,或以 TOC 濃度作為 DMSO 之參考濃度時,允許的範圍是 100~200 mg TOC/L [Muratani et al., 1999]。根據 Material Safety Data Sheet (MSDS)指出,短時間吸入 DMSO 容 易造成刺痛感、噁心、嘔吐、頭痛及暈眩。長時間的吸入 DMSO 可能會危害人體生命安全。而皮膚接 觸 DMSO 則會出現過敏、水泡、熱反應(皮膚沾有水時)、噁心、暈眩、嘔吐。且 DMSO 對眼部具有刺 激性,並造成視線模糊。另外,短期的攝取 DMSO 會造成噁心、嘔吐、腹瀉、胃痛、昏睡等症狀。DMSO 代謝所產生的有機硫化物通常也對人體造成不適或呼吸道不舒服的問題,如二甲基硫(Dimethyl Sulfide, DMS)的方面,即使在低濃度也極為容易超過臭味的標準[Leonardos et al., 1969]。,在物質安全資料表 中指出 DMS 除具有易燃性與反應性外,對人體會嚴重刺激眼睛、呼吸道及皮膚,造成灼傷。長期暴露 可能造成肺水腫、損害心臟、肝、胃、甚至致命;DMS,亦為一種致癌物質。

2.2 大氣中硫的循環 2.2.1 硫的來源與循環

每年由人為因素、地球化學、生物處理程序中釋放至大氣中的 DMS 約有總硫源的 75% [Kelly et al., 1991]。下表 2 為經由自然或人為因素釋放硫化物至大氣中的逸散速率。所逸散至大氣的硫源可能影響 地球的輻射能與酸雨問題[Charlson et al., 1982; Charlson et al., 1987]。Hatton et al.學者發現海洋中的 DMSO 的濃度明顯高於 DMS 的現象,很顯然海水中 DMSO 會經由還原路徑成 DMS。Andreae et al.學 者提出 DMSO 濃度在海水為 220 nM,在淡水為 1-70 nM [Andreae et al., 1972]。一般認為 DMS 形成的 其中一個機制是 DMSO 的還原 [Lomans et al., 2002];DMSO 也在自然環境的地球硫循環中,扮演著 DMS 光氧化作用的中間產物 [Bentley et al., 1972]。在大氣中硫循環由硫逸散至大氣中,最終地去除藉 由乾或濕沉澱型態到地球表面上。一般來說,大氣環境中的硫循環,由複雜的循環中,分離兩個獨立 環境:分別為缺乏氧氣的缺氧區,和大氣存在氧氣的好氧區。在複雜的分界中包含大自然物理與微生 物的代謝。

表 2 為經由自然或人為因素釋放至大氣中的逸散速率[Kelly and Smith,1991]

source Sulfur compound release(Tg year-1

SO2 H2S DMS DMDS CS2 COS total

Oceanic 0-15 38-40 0-1 0.3 0.4 38.7-56.7

Salt marsh 0.8-0.9 0.58 0.13 0.07 0.12 1.7-1.8

Swamps 11.7 0.84 0.2 2.8 1.85 17.4

Soil and plants 3-14 0.2-0.4 1 0.6-1.5 0.2-1.0 5.0-48.5

Burning of biomass 7 0-1 0-1 0.11 7.1-9.1

Volcanoes/fumeroles 8 1 0-0.02 0.01 0.01 9.0

Total 1 16.5-70 39.6-45.4 1.3- 3.8- 2.7- 78.9-142.6

(13)

5 .6 3.4 4.7 3.5

2.2.2 常見DMSO/DMS 降解菌株 (1) 循 DMS 還原途徑的菌株

Zinder and Brock [1978], and De Bont et al. [1981] have reported that strain DL-1 and Hyphomicrobium

sp. S, respectively, degraded DMSO to sulfate ion through many malodorous compounds, e.g. DMS, MT and hydrogen sulfide. Other microorganisms showing the similar DMSO-degrading pathway included

Rhodobacter capsulatus [McEwan et al., 1991], Escherichia coli [Bilous and Weiner, 1985; Weiner et al.,1992]. Halobacterium halbium R1, Halobacterium halobium NRC-1, Halobacterium salinarium str. 5, Haloferax volcanii, Haloferax mediterranei, Haloarcula marismortui, Haloarcula vallismortis could reduce

DMSO

[Oren and Trupper, 1990]. Halobacterium, Desulfobacterium niacini, Desulfovibrio desulfuricans

PA2805, Desulfovibrio rulgaris, Desulfovibrio halophilus, Desulfovibrio sp. DSM 3099 were mostly found in marine

[Jonkers et al., 1996]. However, Hyphomicrobium strain EG grew with reduction of DMSO using

DMSO reductase but with oxygen as electron acceptor [Suylen and Kuenen, 1986]. Hyphomicrobium strain S1, Arthrobacter strain TGA, Arthrobacter strain ALL could degrade DMSO, dimethyl sulfone (DMSO2) and DMS [Borodina et al., 2000].

(2) 循 DMSO2 氧化途徑的菌株

Recently,

Murakami-Nitta et al. [2002]

found several kinds of microorganisms that were capable to decompose sulfuric organic compounds through two their proposed degrading pathways. Hyphomicrobium

denitrljkans WU-K217 that behaved similar to Hyphomicrobium sp. S [De Bont et al., 1981] was capable to

degrade DMSO to sulfate through malodorous DMS, MT and hydrogen sulfide [Muratani, 1999], and the methyl moiety was assimilated via serine pathway. However, C. humicolus WU-2 and Hyphomicrobium sp.

WU-OM3 could degrade DMSO and DMSO2, respectively, to sulfate through a odorless DMSO2 and methanesulfonic acid (MSA) with a very high efficiency [Murakami-Nitta, 2003ab; Kino et al., 2004].

De Marco et al. [2000], from a Portuguese soil sample, also found two strains (Methylobacterium strain P1 and Hyphomicrobium strain P2) that are strictly aerobic, degrade MSA, and release small quantities of sulfite into

the medium.

2.2.3 DMSO 與DMS 的循環及生物分解機制

Dimethylsulfide(DMS)主要是生物活動所產生的硫磺氣體,主要是來自海洋。每年大約五千萬噸 的 DMS 散發至大氣中

[Kelly and Murrell, 19960; Malin, 1996]。DMS 形成的其中一個機制是 DMSO

的還原

[Lomans et al., 2002]。DMSO 也在自然環境的地球硫循環中,扮演著 DMS 光氧化作用的中間

產物

[Bentley et al., 1972]。普遍認為 DMSO 是海洋對流層氣溶膠(marine tropospheric aerosol)以及

膠凝核的形成上重要的氣候因數之一

[Charlson et al., 1987]。另外,有文獻指出 DMSO 濃度在海水為

220 nM,在淡水為 1-70 nM [Andreae, 1972]。

Zinder and Brock [1978]

推論菌株 DL-1 利用乳酸作為碳源,將 DMSO 還原成 DMS 而

De Bont et al. [1981]

認為他們所發現的菌株 Hyphomicrobium S 依據式(2) DMS、MS 的途徑,逐步脫除 HCHO 官 能機,將 DMSO 分解成硫酸根。且

Muratani [1999]

提出 DMSO 的分解還原成 DMS 途徑,與

De Bont

et al. [1981]

雷同。其中,硫通過甲基硫化物與甲硫醇等途徑最後氧化成為硫酸。另外碳與水通過甲醛,

蟻酸等途徑氧化成二氧化碳及水。另外,Koito et al. [1998] 指出,DMSO 先氧化 DMSO2 再被轉化成

(14)

MSA(CH3SO2OH)進而轉化成 H2SO4,途徑中將不會產生如 H2S 或是 DMS 等臭味化合物。Koito et

al. [1998]

整理出數種不同處理方法的 DMSO 反應途徑。自 DMSO 的生物分解研究顯示,有許多微生

物能夠利用 DMSO 作為碳源與能源

[Suylen and Kuenen, 1986]。有研究提出一條 DMSO 分解途徑如

報導所述

[De Bont et al., 1981]。DMSO 還原成 DMS 不僅透過微生物途徑,也會透過動物與植物進行

還原

[Zinder and Brock,1978 ],DMS 的分解將產生 2 mol 的甲醛以及 1 mol 的硫酸鹽。DMS、

Methylmercaptan 以及 Hydrogen sulfide 等中間產物會導致惡臭氣味的問題產生,其中特別是 DMS 對 人體具有毒性。而甲醛轉化成 CO2或是為細胞所用,且硫氧化成為硫酸根。

事實上,完整的 DMSO 分解程序中必須包含好氧與厭氧生物分解程序,早期 DMSO 還原成 DMS 是必須的起始還原步驟是一個誤解。惡臭氣味的產生與厭氧處理系統是具有絕對的關聯性,該方法處 理含有 DMSO 廢水將不被考慮為實用的方法。然而,一些調查報告指出有些好氧微生物能夠代謝其他 碳源,並同時還原 DMSO

[Zinder and Brock, 1978; Alef and Kleiner, 1989; Sklorz and Binert, 1994;

Griebler, 1997]。Zinder and Brock [1978]

推測好氧微生物以 DMSO 為電子接受者來還原 DMSO 時無 法提供任何生理上的益處。Sklorz and Binert [1994] 也認為 DMSO 還原法可以用以測試污泥活性。

由上述可以得知 DMS 雖然是 DMSO 分解的途徑之一,但是利用生物處理法處理 DMSO 並且不 會造成臭味化合物的途徑仍然是存在的。而如何利用生物處理程序通過不會產生如 DMS、H2S 等臭味 化合物進而處理廢水中的 DMSO 則成為當前的研究目標。

2.2.4 影響DMSO/DMS 分解菌株之環境因子

環境因子的改變會造成微生物族群的變化或是生理的改變,其影響條件包括溫度、氧氣、酸鹼度、

滲透壓、光線、營養成份(TKN、NO3-N、NO2-N)、進流負荷(TOC、COD)、水力負荷(HRT)等 種種因素。例如 Yang and Myint [2003] 指出在穩定狀態下,添加蔗糖可以使 DMSO 去除率由原本的 80~84 % 提升至 92~95 % 。而這個添加蔗糖作為附加碳源程序而提升對毒性有機物(DMSO)分解的 能力與所謂的共代謝的程序相當類似 [Ritterman and McCarty, 2001] TOC 去除效率與 HRT 有關。而 且,低濃度的 NO3-N 對於以回收廢水處理來進一步預備晶圓製造程序中的超純水是相當重要的。目前 有數種 Hyphomicrobium 菌株被提出能以 DMSO 為單一碳源為生長環境 [Murakami-Nitta et al., 2002;

De Bont et al., 1981; Suylen and Kuenen, 1986]。Murakami-Nitta et al. [2003a] 指出在篩選出來的菌株 中,WU-2 在 TA-1 中表現出快速的生長並且將 0.64mM 的 DMSO 完全分解。WU-2 似乎是酵母菌,

並且利用許多基質如:D-glucose, D-galactose, L-sorbose, D-glucosamine, D-ribose, D-xylose, L-arabinose, L-rhamnose, sucrose 及 maltose 作為單一碳源,但是不會對 D-glucose, D-galactose, maltose, sucrose, lactose 及 raffinose 進行發酵作用。WU-2 被鑑定成 Cryptococcus humicolus。

Jonkers et al. [1996]

測試生存在淡水,海洋以及高鹽份環境中各種硫酸鹽還原菌對 DMSO 的還原

能力。其中四種海洋菌株(Db. Niacini, Dv. Desulfuricans strain PA2805, Dv. Vulgaris, Desulfovibrio sp.DSM 3099)及一種高鹽分環境菌株(Dv. Halophilus)具有還原 DMSO 能力。使用 5%硫酸鹽生長 菌的接菌量,這些菌株在五天的馴養中將 20 mM 的 DMSO 還原成 DMS。這些菌株在經過連續三次轉 植後仍然保持利用 DMSO 作為電子接受者的能力。在 3 個星期的馴養後沒有其他的菌株具有還原 DMSO 的能力。這些菌株在 15 mM 硫酸鹽與 5 mM DMSO 的培養液中沒有還原 DMSO。DMSO 還 原的最大能力為每天 0.5 %的 DMSO 起始濃度。實驗結果顯示某些來自海洋或是高鹽份地區的硫酸鹽 還原菌能夠生長在具有 DMSO 的環境中並有將 DMSO 還原的能力,另外在 Dv.desulfuricans strain PA2805 中 DMSO 的還原不會受到鉬酸鹽的抑制。鉬酸鹽會對細胞生長的抑制是因為 ATP 的消耗

(15)

[Oremland and Smith, 1998]。在這些條件下,電子自乳酸鹽被傳送至 DMSO 是可能的。

2.2.5 國內外DMSO/DMS處理方法

目前常用於處理 DMSO 的物化方法包括 UV 氧化方法[Muratani et al., 1999]、逆滲透膜處理方法、

Fenton 處理法[Koito et al., 1998]以及微生物處理方法等。其中 UV 氧化法,逆滲透處理方法,Fenton 等處理方法雖然有較高的處理效率,但這些方法均無法使用單一程序即可將 DMSO 從廢水中完全去 除,且使用的設備、化學藥品、污泥處置的高費用往往限制其實際應用性。目前已發表一些去除含有 低濃度 DMSO 的廢水之報告。Murakami et al.(2002)的報告中指出,Shigeta 所發展的處理 DMSO 方法 包含兩個步驟[Shigeta, Kokai Tokkyo Koho, P2000-263069A, 1999]:透過過氧化物,臭氧將 DMSO 氧化 成 DMSO2之後再以活性污泥將 DMSO2生物分解。然而此方法中,pH 的控制及 O3的使用是十分昂貴 的,且過氧化物在生物開始分解前必須保持過量的狀態。

目前,生物處理方法因具有低操作成本及高處理效率的特性。近年也有許多學者利用不同生物反 應器使用微生物進行 DMSO 降解,如生物濾床[Cho et al.,1991]、薄膜反應器[Bo et al., 2002]、氣舉式 反 應 器 [Hwang et al.,2007] 等 , 都 可 有 效 率 的 去 除 , 由 以 氣 舉 式 反 應 器 為 最 佳 , 10h 可 降 解 750mgL-1DMSO。由 不同DMSO 處理方法的反應途徑可知,生物處理程序區分為好氧與厭氧處理方式,

好氧程序由 DMSO 氧化後產生 DMSO2,再經由 MSA (methanesulfonic acid),代謝成硫酸鹽(sulfuric acid);厭氧程序則由電子提供者的不同優先產生 H2S、CH3SH 與 CH3SCH3等臭味,最終產生硫酸鹽類 (sulfuric acid) [Koito et al, 1998]。

2.3 氣舉式反應器 2.3.1 氣舉式反應器簡介

自 1940 年來,對於好氧發酵製程之生物反應器具有良好的氣-液質傳效果。氣舉式反應器於任何 製程上皆能提供高的混合與質傳效果、高流體循環速率、混合時間短以及低剪應力(shear)等優點;其 氣舉式反應器運用的領域相當廣泛,如有機物的合成、廢水生物處理以及發酵生產(啤酒、醋、檸檬酸 與抗生素等)[Hinks et al., 1996、Adinarayana et al., 2004]。

2.3.2 氣舉式反應器之構造與種類

氣舉式反應器主要是由上升區域(riser)、下降區域(downcomer)、氣-液分離區(gas-liquid separater) 及基底(base)等四個部份所構成。這四個區域將反應器區分成向上及向下流動兩部份,以產生循環迴 路。通常輸入氣體的區域稱為上升區域,在此區域內氣-液向上同向流動,造成較大的氣體滯留量,且 為氣-液質傳效果最佳的地方。當流體離開上升區域的頂端,即進入氣-液分離區。然後,藉由上升區域 與下降區域之平均密度差或靜壓力差[Shimizu et al., 2001],而使得流體流入下降區域。當流體到達底 端時,隨即通過基底再進入上升區域。因此,在反應器中會產生連續循環的流動現象,其循環及混合 效果佳,無機械攪拌,可減少動力輸入外,其剪應力也較小;而剪應力較小,也比較不會對微生物與 固定化顆粒造成影響。一般氣舉式反應器的分類,依循環方式主要分為內部循環式以及外部循環式等 兩種類型。Znad et al. (2006) 利用氣舉式反應器在好氧條件下批次實驗中,以懸浮活性污泥與固定化活 性污泥來降解除草劑(S-ethyl dipropylthiocarbamate, EPTC)。在活性污泥濃度為 2,184 ppm、曝氣速率為 3.5 L/min 時,觀察到固定化活性污泥因為可以扺抗除草劑的毒害,所以降解速率高於懸浮活性污泥。

2.3.3 氣舉式反應器在廢水處理上之研究

Loh and Liu [2004] 利用反向式外部循環氣舉式流體化床生物反應器(External loop inversed

fluidized bed airlift bioreactor, EIFBAB)處理含酚的廢水,實驗結果顯示在 EIFBAB 反應器系統中,可

(16)

降解酚的濃度為 3,000 mg L-1。Zhang et al. [2002] 發明一新款的氣舉式生物反應器,即將陶瓷蜂窩狀擔 體(IAL-CHS)安裝在內循環氣舉式反應器的拖曳管中作為固定化生物細胞之用。從活性污泥中所分 離出來的微生物菌株,鑑定為 Burkholderia pickttii,利用此菌株以(quinolune)當作單一碳源、氮源與 能量來源,進行奎林的處理。實驗結果顯示連續操作比批次操作穩定,而且當操作條件 HRT 為 4 小 時,奎林的去除能力高於 95%。

Zhang et al. [2005] 再利用此 IAL-CHS 固定化微生物 Candida tropicalis

菌株來降解廢水中的化學需氧量(chemical oxygen demand, COD),連續操作處理廢水有機負荷量可 達到 15 kg COD m-3 day-1

Wen et al. [2003] 利用三相循環式氣舉式反應器處理低濃度 COD 廢水。操作在以下條件時:pH

值介於 6.5-7.5、溫度在 20-30℃、 C/N 比為 0.95-1、氣相-液相比為 62.5 及水力停留時間(hydraulic retention time, HRT)為 2.5 小時,COD 和 NOx-N 的去除效率分別為 93 和 96%,排放口硝酸鹽濃度 小於 20 mg L-1,其 COD 濃度小於 40 mg L-1

Quan et al. [2004] 利用內循環氣舉式生物反應器降解 2,4-

二氯酚(2,4-dichlorophenol; also 2,4-DCP)和酚。發現在饋料批式(fed-batch)連續操作下,當 2,4-DCP 的負荷率(loading rate)保持在 29.72-32.23 mg day-1,而酚的負荷率從 325.56 逐步增加到 602.79 mg day-1 時,酚的去除率仍可以維持在 99.6%,但 2,4-DCP 的去除率卻從 100%下降至 87.9%。由此可見,酚存 在於進料中會抑制生物降解 2,4-DCP,主要碳源從 2,4-DCP 轉變成酚。Znad

et al. [2006] 利用氣舉式

反 應 器 在 好 氧 條 件 下 批 次 實 驗 中 , 以 懸 浮 活 性 污 泥 與 固 定 化 活 性 污 泥 來 降 解 除 草 劑 ( S-ethyl dipropyl-thiocarbamate, EPTC)。在活性污泥濃度為 2,184 ppm、曝氣速率為 3.5 l min-1 時,觀察到固 定化活性污泥因為可以扺抗除草劑的毒害,所以降解速率高於懸浮活性污泥。

2.3.4 氣舉式反應器反應動力現象電腦模擬

氣舉式反應器的模式可以分為二類,軸擴散(axial dispersion)模式和串聯槽(tanks-in-series)模 式。前者以駱呈欣 [2004] 為代表,反應器為柱狀流,由於軸擴散而成二階的邊界層問題,待四個區域 的邊界值都相同做為程式收斂的目標。然而,本計畫將以後者為依據。串聯的每一個槽都是完全混合 反應器,然後依初始 值問題求解。

Znad et al. [2004] 在一個 10.5 升內循環氣舉式反 應器進行

gluconicacid 醱酵生成葡萄糖之實驗,在此模式中同時考量二種基質 (包括氧) 在暫態下進行半批次操 作。同一個實驗室,Sikula et al. [2006] 進行同樣的實驗,在 12 升的反應器中求取動力參數,拿到放 大的 40 和 200 升反應器中使用,其模擬的結果皆非常吻合。

2.4 微生物固定化方法簡介及其材料

微生物或酵素固定化技術之應用,早在 80 年代即已普遍應用於生物技術相關產業上。固定化微 生物細胞係指將具有活性的微生物細胞固定於擔體材料的表面或內部,使細胞聚集在有限的空間中。

固定化方法大致可分為:(1)自然吸附固定化法(self-attachment immobilization)與(2)人工固定化法 (artificial immobilization)[Cohen et al., 2001]。

自然吸附固定化法是指在人為提供的適當環境下,微生物細胞自然附著或凝結於擔體表面上或於 多孔擔體內部中生長,進而形成生物膜。人工固定化法則包括:共價鍵結法(covalent bonding)、共價交 聯法(covalent cross linking)、微膠囊包覆法(micro encapsulation)及包埋法(entrapment)等;其中又以包埋 法最為常用。

包埋法固定化材料可分為天然與人工合成高分子物質兩類。天然物質如褐藻膠(alginate)與紅藻膠 (κ-carrageenan),主要由海藻中取得。天然聚合物一般藉由冷卻與/或含不同離子聚合溶液混合接觸作 用,以引起凝膠化成固定化聚合物。已有相關研究指出天然聚合物機械強度較脆弱,易破裂,不適合 長期操作使用,但擴散性卻較人工合成聚合物好[Leenen et al., 1996]。到目前為止,已有相關研究利用

(17)

許多人工合成物質以包埋微生物,如聚丙烯醯胺(polyacrylamide, PAA)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚丙二醇(polypropylene glycol, PPG)等。由於天然聚合物之物理穩定性較人工合成聚合物低,因 此本研究考慮利用人工合成聚合物-PVA,以包埋微生物作為處理 DMSO 之固定化材料。

Gonzalez et al. [2001] 主要利用固定化細胞 Pseudomonas putida ATCC17484 生物降解工業廢水 酚。研究中以批次與連續方式來求取最大生物降解能力,以及微生物適應基質的情形。在批次操作中,

當微生物逐步適應在毒性化合物中,可以降解工業廢水酚濃度達 1,000 mg L-1。而且可以觀察到 P. putida 還能夠降解那些存在於廢水中的化合物。在連續操作中,探討在流體化床生物反應器對於酚的有機負 荷率和對去除效率的影響,得知酚降解效率可高於 90%,負荷率為 0.5 g phenol day-1。Mordocco et al.

[1999] 利用固定化細胞 P. putida 菌株連續降解酚濃度從 100 到 2.5 mg L-1。然而,當稀釋速率增加時,

增加顆粒數量比例,出口濃度可以維持在<10 mg L-1。實驗結果發現,固定化細胞系統降解污染物-酚 的效果,遠比懸浮細胞系統好。

(18)

第三章 研究方法

3.1 實驗材料與設備 3.1.1 菌種來源與培養基

污泥取自於台灣化工產業工廠中的廢水處理單元。定期定量添加 Yang & Myintl 所提出的 DMSO 模擬廢水溶液進行馴養,其成份組成如下表 3 所示 [Yang & Myintl, 2003]。其中,挑選

Kino et al.

Omori

et al.(1997)各自所提出的 TA-1 培養基與 SFMM (Sulfur-Free Mineral Medium)培養基來進行測 試,成分為表 4 和 5。

表 3、為模擬廢水溶液組成

Composition of DMSO degradation medium.

Component Quantity Company

DMSO

280-997mg/L ( 半 導 體 廢 水 600mg/L)

SIGMA-ALDRICH CO.

Sucrose 50 mg/L SIGMA-ALDRICH CO.

CaCl2 1.82 mg/L SIGMA-ALDRICH CO.

(NH4)2SO4 120 mg/L Merck

FeCl3·6H2O 0.15 mg/L Merck

MnSO4·H2O 2.5 mg/L Merck

MgSO4·7H2O 25 mg/L WAKO PURE CHEMICAL INDUSTRES.

LTD.

KH2PO4 2.72 g/L 聯工製藥

K2HPO4 5.225 g/L 聯工製藥

其他使用之藥品均為試藥級或以上等級藥品。

表 4、為 TA-1 篩選培養基組成

Composition of DMSO screening medium.

Component Quantity Company

DMSO 500mg/L SIGMA-ALDRICH CO.

Glucose 5 g/L 聯工製藥

MgCl2‧6H2O 0.1 mg/L SIGMA-ALDRICH CO.

NH4NO3 120 mg/L 聯工製藥

NaHPO4 0.15 mg/L 聯工製藥

KH2PO4 2.5 mg/L 聯工製藥

其他使用之藥品均為試藥級或以上等級藥品。預調配 TA-1 固態培養基時,添加 1.5%的 bacteriological agar。

(19)

表 5、為 SFMM 化學組成

藥品 g/L 公司

Modified Sulfur-Free Mineral Medium (MSFMM) NH4NO3

(FW: 80.04)

3.0 UNION CHEMICAL WORKS LTDUNION

CHEMICAL WORKS LTD 聯工化學試藥

Na2C4H4O4 5 WAKO PURE CHEMICAL INDUSTRES. LTD.

Na3C6H5O7‧2H2O (FW:294.10)

5 KANTO CHEMICAL CO.,INC 關東化學株式會社

Na2HPO4 (FW: 141.96)

2.2 Riedel-deHaen

友和貿易股份有限公司 UNI-WARD CORP.

CaCl2‧2H2O (FW: 146.98)

0.01 Riedel-deHaen 友 和 貿 易 股 份 有 限 公 司 UNI-WARD CORP.

KH2PO4 (FW: 136.09)

0.8 SHIMAKYU’S PURE CHEMICALS 島九藥品株式會社 JAPAN

MgCl2‧6H2O 0.01 USB

季勗企業有限公司 Hutner’s vitamin-free mineral base

MgCl2‧6H2O 16 USB

季勗企業有限公司 CaCl2

(FW: 146.98)

3 Riedel-deHaen

友和貿易股份有限公司 UNI-WARD CORP.

FeCl3‧6H2O (FW: 270.30)

0.102 MERCK

台灣默克股份有限公司 Modified metals 44

CoCl2‧6H2O (FW: 237.93)

0.238 SHIMAKYU’S PURE CHEMICALS 島九藥品株式會社 JAPAN

Na2B4O7‧10H2O (FW: 381.37)

0.177 Hayashi Pure Chemical Industries, Ltd (Japan) 林純藥工業株式會社

EDTA

C10H14N2O8Na2‧2H2O(FW: 372.2)

2.5 SIGMA

季勗企業有限公司 ZnCl2

(FW: 136.29)

5.17 SHIMAKYU’S PURE CHEMICALS 島九藥品株式會社 JAPAN

FeCl3‧6H2O (FW: 270.30)

4.85 MERCK

台灣默克股份有限公司 CuCl2‧2H2O

(FW: 170.48)

0.267 KANTO CHEMICAL CO.,INC 關東化學株式會社

剛果紅指示劑與引朵皆為試藥級,純度 99.5%以上。

(20)

3.1.2 實驗藥品

二甲基亞碸(Dimethyl Sulfoxide,Dimethyl Sulphoxide)、Glucose 以及 CaCl2購自 SIGMA 公司。

(NH4)2SO4、FeCl3·6H2O 與 MnSO4·H2O 則購自 Merck 公司。KH2PO4、K2HPO4購自工製藥。COD 測定 所使用的 A、B 試劑等藥品購自 Merck(Darmstadt, Germany)。BCA 分析試劑購自 PIERCE 公司,PVA 是由長春石化公司提供。其他使用之藥品均為試藥級或以上之等級。

3.1.3 實驗器材與設備

將所使用的儀器名稱、廠牌以及型號列表如下表 6。

表 6、為實驗使用的儀器

編號 名稱 型號

1

分光光度計

(UV-VIS spectrophotometer)

DR/4000U, HACH, Colorado, USA

2 反射式光度計(reflectometer) RQflex Plus, Merck,Whitehouse Station, New Jersey

3

離心機

(automatic refrigerated centrifuge)

U-32R, BOECO, Hamburg, Germany

4 迴轉式恆溫震盪培養箱(orbital shaker incubator) Incubator E700L, DENG YNG, Taipei, Taiwan

5

微電腦酸鹼度計

(microprocessor pH/ORP meter) SP-2200, SUNTEX, Taipei, Taiwan.

6

手提式溶氧測定儀

(handheld oxygen meter) Oxi 340i, WTW, Weilheim, Germany

7

氣相層析儀

(Gas–Chromatography) 與

石英毛細層析管(Fused Silica Capilary Column)

GC: 8700, China chromatography, Taipei City; 層析管: DB-5 (30m,0.53m,5μm film thickness), J&W Scientific

8 蠕動幫浦(micro tubing pump) MP-1000-H, Eyela, Tokyo, Japan

9 HPLC 液相層析管柱 Hypersil ODS

(5μL, 250×4.6 mm), England

10 HPLC

分析型梯度液體輸送幫浦 SDV50A&SP930D

Acme 9000, YOUNG LIN INSTRUMENT, Korea 紫外/可視光檢測器

UV730D 折射率檢測器 RI750F

11 Acme 6000 GC Acme 6000, YOUNG LIN INSTRUMENT, Korea

3.2 反應器裝置及週邊設備

氣舉式反應器裝置為一塔高約 47cm,工作體積(working volume)為 3.2 L 之壓克力製反應器,內徑 11 cm;拖曳管高 33.5 cm,內徑為 5 cm,縱橫比大約為 1:6.6。而空氣由槽體下方進入,利用電磁隔

(21)

膜式空氣泵(Hiblow, Sun Mines, Taipei City, Taiwan)經由流量計控制流量,打入反應器中。氣流速率為 10L/min。如圖 1 所示。

圖中編號表示為:

(1) diaphragm air pump; (2) rotameter; (3) DMSO reservoir; (4) feeding port; (5) liquid sampling port;

(6) settler; (7) airlift; (8) gas sampling port for DMS using Tedlar bags.

圖 1、為氣舉式反應器系統 3.3 分解DMSO菌株篩選純化與分離

將經過馴化並具有 DMSO 分解能力的活性污泥(混合菌液)以連續稀釋法以無菌水稀釋至 107 倍,

塗抹於事先準備好之含 DMSO 成份的 TA-1 固態培養基上,再置於 30℃恆溫培養箱中培養數日。於培 養期間,依生成之不同菌落形態、大小、顏色以及其他特徵,將菌落以接種環挑出,再連續地重複上 述動作,將菌 落塗抹於TA-1 固態培養基上,直到分 離出純菌株。TA-1 培養基是

Murakami-Nitta [2003b]

最先使用的,將先前經過馴養並轉植在 TA-1 固態培養基上的菌株利用接種環勾取少量的菌落轉植至事 先經過滅菌處理的 100 ml 培養液中,以進行前培養 24 hr 以活化菌株。接著再取植種比為 10%(v/v)

前培養菌液轉殖至裝有經過滅菌的潔淨培養液的棕色密閉瓶中,且加入 DMSO 溶液濃度為 500 mg/L 於其中,並另外做ㄧ組不加菌液之對照組。

完成以上步驟後將兩瓶棕色密閉瓶至於以 30℃,150 rpm 之恆溫震盪器中培養。每隔一段固定時 間將密閉瓶由恆溫震盪器中取出並靜置ㄧ段時間以待瓶內氣 - 液平衡。再以氣密針抽取瓶頂空間氣體 注入ㄧ配置火焰離子偵測器(FID)之氣相色層分析儀(GC)中,測量瓶頂空間之 DMSO 濃度。將兩 密閉瓶中的 DMSO 濃度加以比較,若經過接菌的密閉瓶中的 DMSO 濃度明顯較低,即表示菌株具分 解 DMSO 的能力。隨後將菌株樣本委託食品所菌種保育中心(BCRC)加以鑑定。

3.4 微生物族群結構分析-PCR/DGGE菌種族群結構鑑定法

本計畫微生物族群結構的分析乃利用 PCR/DGGE 基因的方法,將特性 DNA 段予以分離鑑定。在 作法上,乃利用原核細菌 rRNA 的保守性,在 5S、16S 及 23SrRNA 上尋找適當的保守位置作為 primer

(22)

來切斷具專一性 DNA 的位置,配合 PCR 的增幅作用,將這具菌種變異性的區段序列大幅增量,以便 於後續 DGGE 的變性分離能夠較為明顯。然後,進行分離後基因段落的純化工作;亦即將分離後的 DNA 片段轉殖到所選定的大腸桿菌宿主,利用宿主質體上沒有轉殖成功會自我毁滅的功能,以及質體 上具扺抗抗生素的基因,而在含抗生素的培養基上,讓雜菌無法生存,而達到純化的目的。純化後的 DNA 片段可外送定序,如此即可以知道環境中的微生物族群。可藉由 PCR 的增幅作用,將這變異度 較高的區域加以增量,以便於 DGGE 實驗中區別開來。一開始,引子可使用其他學者的設計,也許不 見得適於本計畫,所以能夠的話,最好能夠自行設計引子,重新再進行上述的實驗。目前已有 DMS 的克隆方法 [Horinouchi et al., 1997; Horinouchi et al., 1999] 及 DMSO 氧化路徑酵素的基因克隆方法

[Endoh et al., 2003]。

(一)、實驗設備

本實驗所使用的重要儀器,包括聚合酶連鎖反應器(今日儀器 Primus 25 Advanced)、變性梯 度凝 膠電泳槽(DCodeTM Universal Mutation Detection System, Bio-Rad)。其他設備,如水平電泳槽(Sub-Cell GT Agarose Gel Elecetrophosresis System, Bio-Rad)、照膠系統含軟體(Kodak EDAS 290, Kodak)及微 量離心機(Biofuge pico, Heraeus, Kendo)及電源供應器(Power PAC 300, Bio-Rad)。

(二)、DNA 抽取實驗方法

利用自行配製的 Solution I, II, and III,萃取樣本中的核酸,其步驟如下:(1) 將已培養的菌種取 2 ml 至離心管中,在 10,000 rpm 下離心 8 分鐘後,去除上層液,加入100 μl 的 Ice-cold solution I 輕微上下 搖晃均勻。(2) 接著加入200μl 的 Freshly prepared solution II 輕微上下搖晃均勻。(3) 然後加入 150μl 的 Ice-cold solution III,輕微上下搖晃均勻,在 10,000 rpm 離心 5 分鐘,抽取上層液至新的 1.5 ml 的離 心管。接著加入 1ml 酒精輕微上下搖晃均勻,再去離心(10,000 rpm)5 分鐘,去除上層液(抽乾淨)

後靜置風乾 10 分鐘左右即可收至-80℃冰箱中保存。

為檢視萃取後 DNA 的濃度與純度,先將水樣以適當比例雙重蒸餾水稀釋,再利用紫外線光度計

(DR4000U, Hach, USA)於波長 260 及 280nm 下量測其吸光值。在波長 260nm 下的吸光值代表 DNA 的濃度,而在波長 260 及 280nm 下吸光值的比值為 DNA 的純度;當值在 1.7-2.0 之間為可接受的範圍,

依萃取方法有所不同,一般在 1.8 時表示所含的 DNA 純度較高。

(三)、引子(Primer)製作

引子為一段與 DNA 片段互補的序列,可將特定的目標 DNA 片段,經由 PCR 放大,而經 PCR 放 大的 DNA 片段便可用於後續菌群鑑定的依據。而 primer 的設計是本研究的關鍵所在,目前國內的環 工界大都經由文獻蒐尋,例如

Horinouchi et al. [1999]

即為一例。然而各不同目的且具專一性的引子是 否適合本研究來使用則存疑,未來將自行發展 Primer。

(四)、聚合酶鏈鎖反應 (Polymerase Chain Reaction)

PCR 反 應 所需的混 合 試劑, 包 括 PCR master mix (Promega, USA) 、 25 units/ml Taq DNA Polymerase、200 μM dNTP (dATP, dCTP, dGTP, and dTTP)和 1.5 MgCl2,以及引子各 0.2 μM。利用聚合 酶連鎖反應器(今日儀器 Primus 25 Advanced)操作在三種溫度下,經由不斷地循環而將模板 DNA 片 段予以複製出來。其溫度條件可分為三種:階段一(denaturing 1 cycle),95 ℃、4 min;階段二(持 續 denaturing, annealing, and extension 30-35 cycles),95 ℃、0.5 min→51.8 ℃、0.5 min→ 72 ℃、1 min;

階段三(持續 extension 1 cycle),72 ℃、10 min;等待,8℃、無限長。

配置反應液於100μl 的離心管中(含引子 I:2μl、引子 II:2μl、dNTP:2μl、Reaction buffer 10x:

10 μl、DMSO:10 μl、25units/ml Taq DNA Polymerase:4μl、ddH2O:70μl)混合均勻後分別取 25 μl

(23)

於新的離心管中,於編號第 2 以上的管中分別加入1μl 的硫氧化菌 DNA,編號第 1 管為負對照組。混 合均勻後以離心機離心 6000rpm、10 秒使之反應溶液集中管尖,將四根離心管置於 PCR 儀器中,啟動 連鎖反應程式。

(五)、瓊脂凝膠電泳分析

瓊脂凝膠電泳(agarose gel)分析的目的在於初步確認 DNA 萃取的效果及產量。一般而言,DNA 產物片段愈小,所需的瓊脂凝膠濃 度越大,如表2-1 所示。而膠體濃 度越大表示孔隙愈小,較長的DNA 片段會被隔離在外,而讓較小的 DNA 片段得以通過。由於第一 年度所設計的Primer 將獲得約 1000 Kb 的 DNA 片段,因此將在 1%的 Agarose 下進行。

3.5 氣、液相分析程序 3.5.1 液相DMS檢量線建置

將已知濃度之 DMS 水溶液注入 286 mL 之棕色氣密瓶中,並置入 30℃之恆溫震盪培養箱中,以轉 速 150 rpm 下,震盪 30 分鐘,使氣密瓶中 DMS 完全均勻混合。將樣品與 0.5%正丙醇(1-Propanol:作 為內標準物)以 1:1(v/v)混合,置入 2 mL 離心管中,以 10000 rpm 轉速離心 10 分鐘。再利用液針抽取 離心管中0.5 μl 的上澄液,注入 GC/FID 中進行分析,讀取特定時間出現之波峰面積值。改變 DMS 樣 品濃度,重複上述步驟。將測得之 DMS 波峰面積值與已知之 DMS 濃度作圖,經線性回歸後即為 DMS 在液相中之濃度檢量線。

3.5.2 氣相DMS檢量線建置

將已知濃度之 DMS 藥品注入 10L 乾淨氣體之採樣袋,之後使用吹風機適度於採樣袋外加熱並將 DMS 與空氣均勻混合。此時洗針五次後注入空針針測是否有其餘汙染問題產生,測試完後即可由採樣 袋中抽取 0.5mL 的樣品注入 GC/FID 中進行分析,讀取特定時間出現之波峰面積值。將測得之 DMS 波 峰面積值與已知之 DMS 氣體濃度作圖,經線性回歸後即為 DMS 在氣相中之濃度檢量線。

3.5.3 DMSO檢量線建置

參考 Murakami (2002)的分析方法以進行 DMSO 的檢測,將懸浮液以0.22 μm 的薄膜進行過濾,接 著以高效能液相層析儀(HPLC, Acme 9000, YOUNG LIN INSTRUMENT, Korea)進行檢測。層析用的管 柱為Hypersil ODS(5μL, 250×4.6mm, England),UV detector 則將波長設定成 DMSO 之最佳檢測波長 225nm。HPLC 之操作條件如下表。

3.5.4 DMSO2 檢量線建置

將懸浮液以0.22 μm 的薄膜進行過濾,接著以高效能液相層析儀(HPLC, Acme 9000, YOUNG LIN INSTRUMENT, Korea) 進行檢 測 。層析 用 的管 柱為 Hypersil ODS (5μL, 250×4.6mm, YOUNGLIN INSTRUMENT),UV detector 波長設定在 225nm。移動相為 0.5% 硫酸(sulfuric acid),需用折射率檢測 器(RI750F)偵測。

3.5.5 液相硫酸根與分析

IC(Dionex ICS-900 離子層析儀)原理為利用層析技術分析陰、陽離子成份。使用 IC 進行分析時,

注入樣品為 1mL,注入前先使用乾淨的容器進行前處理離心與二次過濾的程序,避免管柱汙染的問題。

分析時間為 30 鐘。移動相為 9 mM 的碳酸氫鈉溶液(純度為 99.9%, Merck 試藥級),流洗液的水需要 使用 18MΩ 以上的純水。檢量線建置 100mgL-1的硫酸根濃度(最大極限),分析前樣品最好先稀釋再 注入。

(24)

第四章 結果與討論

4.1 DMSO曝氣逸散背景實驗

為了測試 DMSO 是否因培養基沈積或反應器管壁吸附造成濃度下降或是因為曝氣而造成 DMSO 逸散至空氣中。因此,將經過滅菌的模擬廢水(750 mg DMSO/L )置入反應器中。在室溫下由電磁隔膜 式空氣泵(Hiblow, Sun Mines, Taipei City, Taiwan)經由流量計控制流量,以氣流速率為 10 L/min 打入反 應器中進行曝氣。接著逐時分別採取樣品量測 DMSO 濃度。操作條件 pH 為 7;溫度為 30 oC;初始 DMSO 濃度為 700mg/L。結果顯示經過 90 小時的背景測試和 DMSO 化合物特性測試結果並無逸散而 DMSO 為超親水的物質,更凸顯出 DMSO 化合物穩定的特性。

0 20 40 60 80 100

0 200 400 600 800

D M S O c o nc e n tr a ti o n ( m g /L )

TIME(hr)

圖 1、DMSO 在氣舉式反應器中之背景實驗

4.2 馴養有無對添加碳源下DMSO降解之影響

將國內化工產業工廠中的廢水處理單元所取之汙泥,在經過馴養後,與同一來源但未經馴養之活 性汙泥分別以有或沒有添加蔗糖作為額外碳的來源,分為 4 個組別做降解 DMSO 之比較。兩種不同的 懸浮活性汙泥分別以 6000 rpm 在 4℃下離心 5 分鐘後收集沉澱物,再以不含 DMSO 且經過滅菌的模擬 廢水 250 mL 將沉澱物重新懸浮,並重複此步驟 2 次將污泥中殘留的 DMSO 以及其它物質洗淨後作為 接種的污泥來源。

以不同菌種分為 4 組個別降解 300 mL 的搖瓶實驗結果如圖 2 所示。

由圖中可明顯看出,初始 DMSO 濃度同為 200 mg/L DMSO 的降解速率,馴養過之 A 菌種降解速 率遠快於 B 菌種,且是否添加蔗糖對其之影響並不明顯。反觀同一汙泥來源卻未經馴養之 B 菌種,除 降解速率緩慢許多,蔗糖之添加影響也甚鉅。探討其原因可能為,蔗糖相較於 DMSO 屬於較易分解使

(25)

用的碳來源,故活性汙泥會先分解使用蔗糖才開始降解 DMSO,使 DMSO 降解初期有一段啟動期。而 此時已可約略看出經過長期馴養之 A 菌種降解 DMSO 速率對於碳源添加與否影響不大。

0 20 40 60 80 100

0 25 50 75 100 125 150 175 6.00200 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50

D M S O c o nc en tr at io n ( m g /L )

TIME (hr)

p H

0 2 4 6 8 10

圖 2、 Effect of acclimation and addition of sucrose on the degradation of DMSO in shake-flask culture. Conditions: Temp., 30oC; the rotational speed: 120 rpm; initial pH, 7.0. (■) aged sludge inoculum with 50 mg/L of sucrose; (●) aged sludge inoculum with no sucrose; (▲) fresh sludge inoculum with 50 mg/L of sucrose; and (▼) fresh sludge inoculum with no sucrose.

4.2 活性污泥於氣舉式反應器重覆批次降解DMSO試驗

當懸浮活性汙泥培養於包含 200 mg/L DMSO 模擬廢水的三角錐形瓶時,DMSO 在 17 小時內被降 解,且 DMSO 轉換為硫酸鹽離子並直接地累積在模擬廢水中。為了了解活性污泥經過長時間的操作後 是否仍能穩定性的分解去除 DMSO,以作為是否可應用於實廠操作之判斷依據。本試驗於最適培養條 件下進行重覆批次培養試驗,觀察其對菌體活性及 DMSO 分解速率之影響。

(一)懸浮活性污泥反應器重覆批次試驗

懸浮活性汙泥在氣舉式反應器重覆批次降解 DMSO 的實驗結果如。由圖 3 可知,懸浮活性汙泥在 氣舉式反應器重覆批次降解 DMSO 實驗中,懸浮活性污泥最終可在 10 小時內將負荷量為 850 mg/L 的 DMSO 去除近 99%,相較於 Muratani (1999)所發表降解 600 mg/L DMSO 需 15 小時以上,以及 Yang and

(26)

Myint(2003)發表 600 mg/L DMSO 在 6.66 小時的水力停留時間達到 95% TOC 去除率為佳。

0 50 100 150 200 250 300

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

D M S O c o nc e rt ra ti o n ( m g /L )

TIME (hr)

圖 3、DMSO biodegradation in air-lift bioreactor under repeated-batch mode.

(二)固定化活性污泥反應器重覆批次試驗

取 250g 經過馴養的固定化活性污泥以不含 DMSO 且經過滅菌的模擬廢水將固定化顆粒沖洗乾 淨,並重複此步驟 2 次將顆粒表面殘留的 DMSO 以及其它物質洗淨後作為接種的污泥來源。

將其填充到氣舉式反應器的模擬廢水之 DMSO 濃度由低濃度難降解的 100 mg/L 開始,再逐步增 加到 200、400、800、1200 mg/L 並定時取樣分析液相 DMSO 濃度,瞭解 DMSO 去除效率,以得到固 定化活性污泥對 DMSO 的最大耐受性及降解能力。試驗中並觀察固定化活性污泥是否可長期操作利 用,以利往後進行連續反應的可行性參考。固定化活性汙泥在氣舉式反應器重覆批次降解 DMSO 的實 驗結果如下圖。由圖 4 可知,固定化活性汙泥在氣舉式反應器重覆批次降解 DMSO 實驗中,固定化活 性污泥最終可在 45 小時內將負荷量 1200 mg/L DMSO 降解完成,處理 800 mg/L DMSO 的負荷量也僅 需 21 小時即完成。以倍數提高 DMSO 進料濃度並未影響固定化活性汙泥的降解活性,在 1200 mg/L 的 DMSO 負荷量下活性汙泥仍能不受影響穩定的降解 DMSO。由此可看出固定化活性汙泥對於 DMSO 負荷量的增加是具有忍受及處理能力和系統穩定性。

(27)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0

200 400 600 800 1000 1200 2 3 4 5 6 7 8 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5

D M SO c onc en tr at io n ( m g/ L)

TIME (hr)

pH D O (m g/ L)

圖 4、 Repeated batch on DMSO degradation using the immobilized cells of activated sludge.

4.3 LB增富有無對活性汙泥降解廢水中DMSO之影響 經 LB 培養基對活性汙泥降解 DMSO 穩定性

將經活化、前培養之懸浮活性污泥,以 6000 rpm 在 4℃下離心 5 分鐘後收集沉澱物,再以不含 DMSO 且滅菌過之模擬廢水,將沉澱物重新懸浮,並重複此步驟 2 次,將污泥中殘留的 DMSO、LB 培養基以及其它物質洗淨後作為接種的污泥來源。將活性污泥植種至氣舉式反應器中進行活性污泥降 解 DMSO 試驗。於連續操作試驗前,皆先將懸浮之活性污泥重新以 LB 培養基進行增富培養,以得到 活性污泥在以 LB 培養基增富培養之條件下,對於活性污泥降解 DMSO 能力之影響。

4.3.1.1 不同碳源濃度對活性污泥降解 DMSO 之影響

為了解模擬廢水中添加不同碳源濃度對於活性污泥降解 DMSO 之影響,於模擬廢水中區分為蔗糖 量(0、50、500、5000、10000 mg/L)進行活性污泥降解 500 mg/L DMSO 試驗。在氣舉式反應器中,區 分為 5 種不同蔗糖濃度(0、50、500、5000、10000 mg/L)之模擬廢水,在模擬廢水中添加 500 mg/L DMSO,

並接種 300 mL 的懸浮活性污泥,於氣舉式反應器中進行活性污泥降解 DMSO,且定時取樣分析 DMSO 濃度的變化。以得到在不同蔗糖濃度對活性污泥降解 DMSO 之影響,實驗結果如圖 5所示。

由實驗結果發現,將馴養過的活性污泥培養於蔗糖濃度為 0~500 mg/L 的模擬廢水中,經過 140 小 時的降解,活性污泥皆可將 500 mg/L DMSO 完全去除,且所產生的 DMS 濃度非常低。而以蔗糖濃度 為 0、50、500 mg/L 之三種濃度相比,當活性污泥培養於未添加蔗糖之模擬廢水中,其降解速度比起

參考文獻

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