新埔工商专校工管科工业工程专题制作实施办法.doc

中華 九十學年度生物科技系 畢業專題製作成果報告 [日間部] 班級：四技生四甲 學生： 湯延鴻(9414H027) 潘奎佑(9414H040) 林柏宗(9414H046) 黃威銘(9414H008) 楊子豪(9414H051) 指導老師：鍾竺均 指導老師： 中華民國九十年十 摘　　要 根據調查禽畜堆肥場在高度發酵時，其氨氣之尖峰濃度高達1,200 ppm，平均濃度亦達800 ppm，如此高之濃度已屬於毒性污染物，因此不容忽視。此類極高濃度之氨氣除會由堆肥製程產生外，亦被發現於魚畜殘渣煉製業、飼料業及食品加工廠排氣。然而有關此類極高濃度氨氣之有效去除技術，國內外文獻中鮮少提及。本研究利用光催化將污染物進行預分解或在短時間內降低污染物之出流濃度，再藉由微生物作用將污染物去除，並以變性梯度凝膠電泳技術，追蹤氨氣處理過程微生物相之變動。 本實驗研究分為兩種處理系統，光催化系統與生物滴濾系統，光催化系統主要探討氨氣於不同濃度(5-1200ppm)、不同停留時間(2-12s)、不同溫度(30-80℃)、不同含氧量(6-21%)等不同條件下評估光催化最佳的反應速率；生物滴濾系統主要探討以不同進氣濃度對除氨效率之影響，並評估生物滴濾系統pH、壓損、NO2-、NO3-及菌數之變化。 研究結果顯示：(1)光催化系統可達到穩定去除率之時間為0 min；(2)進氣濃度愈高光催化去除率愈低；(3)停留時間愈長光催化去除率愈高；(4)進氣溫度愈高光催化去除率愈低，增加回流1/2，60℃時之去除率增加為25%；(5)含氧量愈高光催化去除率愈高；(6)光催化之機制應為光催化氧化，主產物為硝酸離子；(7)串聯生物滴濾系統後，在各種擾動狀況操作下，顯示此複合系統之操作效能優於傳統之單一系統，針對800 ppm進氣之處理率達98.6%以上；(8)根據生物滴濾流液之成分分析，顯示培養基更換與進氣濃度將影響系統之操作效能；(9)進氣濃度對於生物系統中微生物之生物歧異度影響甚鉅。目前成果已達成計畫實場應用最初之目的，未來可進一步放大規模應用於現場。 目　　錄 摘要 I 目錄 II 圖目錄 VI 表目錄 VIII 第一章　前言 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機 1 第二章 文獻回顧 3 2.1氨氣的汙染來源和特性 3 2.1.1氨氣的汙染來源 3 2.1.2氨氣的特性 3 2.1.3氨氣對人體的危害影響 4 2.2一般物理化學處理汙染氣體方法 4 2.3光觸媒常用之材料 6 2.4二氧化鈦(Titanium dioxide) 7 2.5影響光催化去除污染氣體之因子 7 2.5.1進氣濃度 8 2.5.2滯留時間 8 2.5.3溫度 9 2.5.4含氧量 9 2.5.5濕度 9 2.5.6光強度 10 2.6各種生物技術來處理污染氣體之系統 11 2.6.1生物濾床 11 2.6.2生物洗滌法 11 2.6.3生物滴濾塔 11 2.6.4生物處理污染氣體三種技術之比較 12 2.6.5生物濾床與其他空氣污染防治技術費用比較表 14 2.7結合光催化與生物技術處理汙染氣體 14 第三章 實驗藥品、設備、材料 17 3.1實驗藥品 17 3.2微生物菌種來源 18 3.3聚合酶鏈鎖反應( polymerase chain reaction, PCR)使用材料 18 3.4實驗設備 18 3.5變性梯度凝膠電泳實驗材料 22 3.5.1DGGE膠體配方 22 第四章 實驗方法 23 4.1實驗架構 23 4.2二氧化鈦薄膜製作 24 4.3光催化去除氨氣條件需求之測試 24 4.3.1進流氨氣濃度對光催化反應之影響 24 4.3.2停留時間對光催化反應之影響 24 4.3.3反應溫度對光催化反應之影響 24 4.3.4含氧量對光催化反應之影響 25 4.3.5處理時間加長對光催化反應之影響 25 4.4生物滴濾塔設置及啟動 25 4.4.1菌種來源 25 4.4.2微生物固定化程序 25 4.5結合光催化與生物系統 25 4.5.1光催化系統除氨機制評估 25 4.5.2光催化反應器串聯生物濾床系統連續處理氨氣之效能 26 4.5.2.1迴流液之pH 測定 26 4.5.2.2壓損之測定 26 4.5.2.3菌數測定 27 4.6 DNA之抽取 28 4.7聚合酶鏈鎖反應( polymerase chain reaction, PCR)條件 29 4.8變性梯度凝膠電泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE) 29 第五章　結果及討論 31 5.1測試光催化去除氨氣條件需求之測試 31 5.1.1處理時間對於光催化去除效果的影響評估 31 5.1.2進流氨氣濃度對光催化反應