TW201632460A - 一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法及用途 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種使用發酵廢棄物-高粱酒糟作為先驅物，以水蒸氣法製備成可提高水質淨化機能之活性碳，並確認其淨化水質具安全性。經以下步驟製備而成：A、製備前的處理步驟：高粱酒糟經水清洗去除沙、土等夾雜物，待其氣乾後備用；B、熱解(Pyrolysis)高粱酒糟有機物的處理步驟：所備用高粱酒糟於缺氧及炭化溫度750-900℃條件下炭化，以去除於高粱酒糟內的有機物，使先驅物形成多孔隙性的結構體；C、高粱酒糟活性碳的活化處理步驟：以水蒸氣活化法於活化溫度750-900℃、活化時間60-90min、活化氣體流量90-150mL/min下製備成高淨化水質機能之高粱酒糟活性碳，其經安全性評估後之水質不具細胞毒性與致突變性。

Description

一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法及用途

本發明係提供一種以高粱酒糟製備活性碳的方法，其孔隙特性以中孔結構為多數，該活性碳具有淨化水質之用途，及其經安全性評估後之水質不具細胞毒性與致突變性。

活性碳材料因有高表面積、多種孔隙結構等泛用於各種吸附劑。活性碳自水溶液中吸附有機物為具良好效果，且其之化學性質穩定，並具耐酸、鹼、高溫及高壓等特性，而可廣泛應用於飲用水水質淨化處理程序。

活性碳通常由包括椰殼、木粉、泥炭、骨頭、煤焦、樹脂和相關聚合物等材料製成。中華民國申請專利第098129531號揭示以將咖啡渣製作成奈米咖啡碳粉之方法者。中華民國申請專利第100128801號揭示一種以椰殼為活性碳的製造原料。

高粱酒糟為釀製高粱酒過程所殘留之產物，一般多以食品工廠發酵廢棄物歸類之。而金門地區之高粱酒糟每日產量約為150-300公噸，且近年來有逐年增加之趨勢(Su et al.,2010)。本案發明人努力開發各項新物資的回收再利用，有助於降低垃圾處理量和物資再利用價值，例如 增加活性碳的製造量，不但可以降低活性炭的購買成本，還可以降低大自然中的各項有害物質對人類以及環境的傷害，進而降低醫療費用支出，又達到環保的要求。

在活性碳使用量日益增加的情況下，尋找製作活性碳材料的同時可以減少能源損耗，又可將廢棄物再做資源回收利用是可行的。而活性碳製造的材料可從木材、椰子殼、以及石化提煉得製。但樹木的砍伐森林需消耗大量人力及綠色資源，用椰子殼製作時將其雜質分離需用大量人力。

利用高粱酒糟製作活性碳是將廢棄物的資源回收再利用的好方法，發現由高粱酒糟製作比起用煤焦、木材、農作物廢棄物等等更可減少生質能源的損耗，並且金門酒廠每日數萬頓的高粱酒糟其收集地點集中，減少運輸的成本，未來若能以資源再利用方式將發酵廢棄物製備成活性碳，除可增加其應用層面而提升製酒產業附加價值，亦可達資源再利用之效以及稍緩國內對進口活性碳之需求量。

在本專利說明書中，根據熟諳此技術者所用術語，吸附材料中的孔隙結構直徑小於2奈米(nm)稱為「微孔」，直徑2nm至50nm的孔隙結構稱為「中孔」。直徑超過50nm的孔隙結構稱為巨孔(大孔)。直徑大於500nm的孔隙結構通常對多孔材料的吸收性無顯著貢獻。

習知該活性碳之多孔碳材料的孔隙結構尺寸分布會影響吸附特性，並且發現富含微孔與少量中孔的活性碳材料最適合過濾氣相中的不當物質，如中華民國申請專利第100128801號揭示以椰殼製造香煙之濾嘴中的活性碳為富含微孔和中孔的活性碳材料。

本發明人曾申請中華民國專利申請第101143858號“含有稻殼及高粱殼之高粱酒糟製備成活性碳之方法”，該申請案主要是炭化及二種活化法(二氧化碳及水蒸氣)進行製備活性碳之方法，並以收率及碘值(判斷活性碳吸附微孔指標)來界定此技術範圍，以多次製備經驗及技術累積，再經過不斷的研究、試驗及比較二者活化方式後，得知雖水蒸氣活化法所得收率較二氧化碳法者略低，但水蒸氣活化時氧對碳產生強大侵蝕作用，而造成碳表面氧化及多孔隙的形成，特別是有利於液相吸附或有機物淨化過濾之中孔，因而提出本案更清楚界定以水蒸氣活化法高粱酒糟燒製成活性碳的性質，及以該製程所生產的活性碳應用在水質淨化之用途發明，並評估其淨化水質之安全性。

本發明案試驗共分為三部分，部分一係以高粱酒糟為先驅物，經水蒸氣活化法於不同條件下製備高粱酒糟活性碳，並分別測定其基本與吸附性質等，項目涵蓋：收率、碘值、亞甲基藍吸附值、BET比表面積及孔隙特性及真密度等；部分二為高粱酒糟活性碳淨化水質之分析，利用此條件方法所製備高粱酒糟活性碳來進行水庫水源原水之水質淨化處理，並將其處理後水試樣進行濁度、pH值、亞硝酸鹽氮、總硬度總有機碳、總菌落數及大腸桿菌群等相關水質試驗。部分三為將所製備活性碳處理後之水試樣進行安氏細胞毒性及致突變性試驗等初步安全性評估。經本發明揭示之技術內容發現高粱酒糟可成為再生資源，且其所製備之活性碳不但具淨化水質能力，而其所處理之水質更具安全性，進而所得結果可提供發酵廢棄物利用多元化之使用。

圖1 不同製備條件下活性碳之吸脫附等溫線

圖2 不同製備條件下活性碳之孔徑分布

部分一

根據本發明的原料高粱酒糟，提供製造活性碳的原料。

本發明乃有關一種「高粱酒糟活性碳之製造方法」，其方法係依下列步驟進行處理：

步驟A、製備前的處理步驟：高粱酒糟經水清洗去除沙、土等夾雜物，待其氣乾後備用。

步驟B、熱解(Pyrolysis)高粱酒糟有機物的處理步驟(炭化處理)；高粱飯經微生物利用後再經蒸餾得到之高粱酒糟，存在有機物，如：醣類、蛋白質及少量脂肪等。高粱酒糟炭化在缺氧及炭化溫度700-900℃的條件下處理60-120min，可去除高粱酒糟存在的有機物，並使先驅物熱解形成多孔隙性的結構體。此時製得已可稱成為高粱酒糟炭，但其結構體尚未細緻與多孔隙化，尚需進行活化處理。又，在炭化溫度範圍內隨著溫度的提高可去除更多的高粱酒糟存在的有機物。

步驟C、高粱酒糟活性碳的活化處理步驟：活化的目的是利用所使用之氣體活化劑來清除炭化過程中，堵塞在孔隙結構中的焦油物質，且可形成新的微孔，並擴大炭化過程所形成之微孔，進而成為中孔或大孔，藉以提高孔洞體積及比表面積，增加其吸附性質。本發明先以碘值比較經 二氧化碳及水蒸氣活化處理方式後對高粱酒糟活性碳孔隙的影響，再決定最佳活化處理方式。本發明依活化方法之製備條件所製備高粱酒糟活性碳之縮寫如表1所示。

表2為高粱酒糟於不同物理活化及條件下所製備活性碳之碘值及收率。高粱酒糟活性碳之收率結果如下：以二氧化碳為活化劑者其收率為15.74-29.24%；而以水蒸氣活化者為10.63-26.07%。

活性碳之孔隙對吸附物質具選擇性，因此碘值可作為吸附非極性分子之指標，且由於碘分子之直徑為0.56nm，可作為判斷為活性碳微孔及較大微孔之指標(謝建德、鄧熙聖，1999；陳文樟，2006)。以碘值而言，二氧化碳為活化氣體於活化溫度750、800、850及900℃所製備之活性碳碘值為113、406、502及685mg/g。於相同活化溫度採水蒸氣活化者，其碘值為549、704、724及762mg/g。上述得知，本發明之高粱酒糟 活性碳之碘值皆隨著活化溫度升高而增大，此乃因提高活化溫度而使活化作用更完全，且以水蒸汽活化的碘值比二氧化碳高。

若以水蒸氣活化法之探討活化時間對活性碳性質影響，表2可知，其活化時間為90min者之碘值較活化時間60min者佳，即活性碳孔隙形成會隨著活化時間而增加。水蒸氣之注入量亦為影響活性碳性質因素之一，同表5亦顯示於活化溫度800℃時，針對水蒸氣注入量不同進行探討，其結果顯示高粱酒糟活性碳碘值大抵隨注入量增加而增加，但於150mL/h者之碘值顯著降低，此乃過多水蒸氣注入量會導致微孔持續擴大，使鄰界之微孔受到破壞導致孔隙擴大。

綜上所述適合淨水試驗用之活性碳，最佳活化溫度範圍800-850℃、最佳活化時間60min、最佳水蒸汽氣體流量90-120mL/min。

為方便進行後續試驗比較和進行，選擇收率17%以上及且碘值大於700mg/g者(水蒸氣活化法之T850-60-090-H2O、T800-60-090-H2O、T800-60-120-H2O及T800-60-150-H₂O等三者，參表1)，即擇可達商業水準，且有較高之收率之高粱酒糟活性碳進行亞甲基藍吸附、BET比表面積、孔隙特性、孔徑分布、吸脫附等溫線，以繼續探討高粱酒糟活性碳之吸附及孔隙特性。

亞甲基藍分子直徑約為1.3nm，亞甲基藍吸附值主要可判斷活性碳吸附較大分子之能力，且亞甲基藍可進入活性碳之較大微孔及較小中孔(吳豐智、曾如玲，2000)。高粱酒糟活性碳之亞甲基藍吸附值，如表2 所示。其活化溫度850℃者之344.87mg/g吸附值較800℃者143.56mg/g為高，且此趨勢與碘值結果相同，此乃隨著活性碳活化溫度的增加，使活化作用更完全而亞甲基藍吸附值亦隨之提升。又水蒸氣活化法中，水蒸氣注入量多寡，為影響其孔隙生成因素，而隨著注入量增加及活化過程進行，使活性碳孔隙不斷加寬且臨近間壁燒失及崩解，而增加孔隙體積。因此，以150mL水蒸氣注入量者之亞甲基藍吸附值較以120mL注入量者高(表3)，此乃水蒸氣注入量增加將導致微孔持續擴大，使鄰界之微孔受到破壞導致孔隙擴大，而形成較大之微孔並利於亞甲基藍吸附。本結果之T850-60-90-H₂O(344.87mg/g)及T800-60-150(334.37mg/g)者較其他兩者具較佳吸附，且由表3可知其兩者活性碳含有較高比例之微孔體積比(44.44%)，而亞甲基藍分子直徑約為1.3nm可於較大微孔所吸附，因而導致T850-60-90-H₂O及T800-60-150-H₂O者具較佳之亞甲基藍吸附值。

活性碳比表面積越大為代表其吸附量越大，因此比表面積與孔隙結構為影響活性碳吸附性能重要因素。不同製備條件下活性碳之孔隙特性如表4所示。所製備高粱酒糟之比表面積為502-530m²/g，表中顯示高粱酒糟活性碳之微孔體積比為41.02-44.44%，即高粱酒糟活性碳之總孔隙體積中微孔佔44%，其平均孔隙介於2.89-3.18nm之間。

若針對水蒸氣活化條件(活化溫度與水蒸氣注入量)對活性碳之孔隙特性進行探討。以活化溫度而言(擇活化溫度800℃與850℃者比較)結果顯示，BET比表面積以850℃者較高(517m²/g)及較大之總孔隙體積(0.39m²/g)。其顯示BET比表面積及總孔隙體積之發展隨活化溫度之增加而增加。以活化之水蒸氣量而言(擇120mL/h與150mL/h比較)，結果顯示，BET比表面積以120mL/h者較高(530m²/g)，此乃過多水蒸氣注入量會導致微孔持續擴大，使鄰界之微孔受到破壞導致孔隙擴大而降低比表面積。

圖1及2為不同製備條件下活性碳之氮氣吸脫附等溫線及孔徑分布。圖1顯示其高粱酒糟活性碳之吸附等溫線為IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)標準所示之H3型遲滯輪，又由BDDT(Bruauer,Deming,Deming,and Teller)分類法可知為Type IV等溫線，其皆表示為以中孔結構為主之吸附行為。此一結果與圖2之孔徑分布結果顯示相同，圖2顯示高粱酒糟活性碳孔徑分布於2-4nm達到高峰，即孔徑分布以中孔為多數。又由表3之平均孔隙分析顯示，其此一中孔之平均直徑為2.89-3.18nm。有研究指出若先驅物所含灰分成分較高，其所製備之活性碳孔具中孔特性(Aworn et al.,2008)，且高粱酒糟具較高灰分含量(6.05%)，利於中孔之形成。

綜言之，本發明揭示之高粱酒糟活性碳孔隙結構以中孔以上所佔比率較多，且平均孔隙直徑為2.89-3.18nm間，而由於微孔所佔比率較低而導致活性碳比表面積較低。也由於其孔隙以中孔為多數，於吸附等溫線分析結果顯示為具中孔存在所導致之H3型遲滯輪及BDDT分類法之Type IV等溫線。

真密度係指一固體不含內部空隙之實質部分的比重。表5為不同製備條件下活性碳之真密度，如表所示高粱酒糟活性碳之真密度介於1.86-1.97g/cm³，其以T850-60-90-H₂O者最高(1.97g/cm³)；T800-60-150-H₂O者最低(1.86g/cm³)。水的密度為1g/cm³，本發明之高粱酒糟活性碳活化溫度愈高真密度愈大，而高粱酒糟活性碳之真密度為1.86-197g/cm³，因此若置於水中則可下沉達到過濾之效果而可用於液相吸附。

部分二

本發明以水庫水源原水作為試驗空白組，並經高粱酒糟活性碳淨化處理之，且將處理後水質與飲用水水源水質標準加以比較；又為評估高粱酒糟活性碳作為進一步利用於淨水場之淨水程序，因此以淨水場之活性碳濾池前之水，即慢濾池水作為評估高粱酒糟活性碳淨水效果，並藉由飲用水水質標準評估其作為淨化飲用水程序之可行性。

本發明分別以兩種方法進行高粱酒糟活性碳水質淨化之評估

(1)靜置法：係將高粱酒糟活性碳與原水及慢濾池水以重量比1：10比例混合，並分別靜置30、60及120min，而經活性碳處理後之水試樣分別進行水質試驗。

(2)過濾法：係將活性碳置於玻璃漏斗內，將原水及慢濾池水自頂端以地心引力使其流自底部，並藉由閥門控制其流速。其活性碳與原水及慢濾池水亦為重量比1：10比例，而流速分別為10±2mL/min及5±2mL/min。

(3)水試樣之縮寫

本淨水試驗採4種高粱酒糟活性碳(T850-60-90-H₂O、 T800-60-90-H₂O、T800-60-120-H₂O及T800-60-150-H₂O，參表6)作為淨化水質之使用，並分別以靜置法及過濾法評估高粱酒糟活性碳之淨化水質能力，而經高粱酒糟活性碳淨水處理後之水試樣縮寫如下。

經不同條件製備之高粱酒糟活性碳具降低水中濁度之效果，如表7及表8所示，原水之濁度為20.6NTU，其不同高粱酒糟活性碳經過濾或靜置後皆可去除水中84.4-91.6%之濁度，其值為1.73-3.02NTU，而慢濾池水為1.34NTU亦具降低之現象，可去除水中7.4-91.0%之濁度，其值為0.12-1.24NTU。以靜置法而言，濁度隨靜置時間增加而具愈多之下降幅度，以 原水者為例，其經30min靜置可降至2.88-3.02NTU，而若靜置時間增長至120min則濁度為2.72-2.78NTU，而慢濾池水亦呈同樣趨勢。過濾法則受過濾流速而影響其濁度(表8)，流速5mL/min者較流速10mL/min者，有較低濁度值。原水以流速10mL/min過濾者，其濁度為2.36-2.80NTU，而以5mL/min者為1.73-1.96NTU。慢濾池水以以5mL/min過濾者亦可得較低之濁度值。經鄧肯氏變異數分析結果顯示，各高粱酒糟活活性碳不同靜置時間及過濾速率處理後之結果具顯著差異，以此所製備之高粱酒糟活性碳淨化水質時，濁度大抵受到靜置時間及過濾速率而影響，且隨時間增長及速率減慢而有降低愈大幅度之濁度效果，因此本發明結果顯示高粱酒糟活性碳具降低水中濁度之效果(表7及表8)。

由於水中懸浮物質乃造成濁度原因，又高粱酒糟所製備之活性碳比表面積為502-530m²/g，而可有將水中微小懸浮物或溶存於水中有機物質加以吸附，且高粱酒糟活性碳之孔隙結構以中孔為居多，其可有效過濾水中較大懸浮物質而達過濾效果。

pH值亦稱氫離子濃度指數或酸鹼值，係為溶液中氫離子活性濃度之指標，其意義為溶液酸鹼程度的衡量標準(雷敏宏等，2014)。表9為原水及慢濾池水經活性碳靜置後水試樣之pH值，如表所示原水pH值為偏弱酸性之5.86(空白組)，而經過活性碳靜置後，其pH值皆為上升呈現鹼性狀態(7.76-9.47)，其增加率為32.4-61.6%。慢濾池水之pH值為呈中性之6.56(空白組)，而經過各活性碳靜置後，其pH值增加率為24.6-47.7%，而上升為8.18-9.69，並呈現鹼性溶液狀態。表10為原水及慢濾池水經活性碳過濾後水試樣之pH值，結果顯示經不同流速之活性碳過濾後，亦具增加水中pH值效果。同9表所示，過濾後原水之pH值為6.65-8.39及增加率為13.4-43.1%，而慢濾池水之增加率為7.3-28.6%，其pH值為7.04-8.43。因此，高粱酒糟活性碳不論過濾或靜置於溶液皆可提高水中pH值。

以靜置法而言，其pH值隨活性碳靜置時間增加而增加，即靜置120min者具較高之pH值。而以過濾法者，若過濾流速越慢則pH值上升幅度較大。簡言之，若活性碳接觸時間越長(靜置時間越長或流速越慢)，則因為活性碳作用時間增長而增加pH值。而以所製備高粱酒糟活性碳對pH值影響而言，以T850-60-90-H₂O處理者較T800-60-90-H₂O處理者具增加較多pH值之幅度，換言之若採T850-60-90-H₂O處理作為淨水處理，其處理水較其他處理者具較高之pH值。

如表11所示為原水及慢濾池水經活性碳靜置後水試樣總硬度變化，其原水總硬度為115.5mg/L(空白組)，而經高粱酒糟活性碳靜置後水試樣之總硬度顯著降低，其可降低水中27.0-50.0%之總硬度。以T850-60-90-H₂O靜置者總硬度降低幅度最多，其總硬度降低為57.8-63.3mg/L，且大致隨靜置時間增長而具有較低之總硬度。其餘高粱酒糟活性碳靜置後之總硬度為72.1-84.2mg/L。而慢濾池水之靜置試驗亦呈相同結果，以T850-60-90-H₂O靜置者之總硬度為最低其餘三者次之，慢濾池水經高粱酒糟活性碳靜置後之總硬度為55.6-85.3mg/L及26.8-52.3%之去除率。表12則為以玻璃漏斗裝置活性碳過濾後之各水試樣總硬度，經高粱酒糟活性碳過濾可使原水及慢濾池水之總硬度產生不同程度的下降，其值為67.7-88.6mg/L且可去除水中23.2-41.9%之總硬度，相同的以T850-60-90-H₂O者具最大下降幅度。四種高粱酒糟活性碳(T850-60-90-H₂O、T800-60-90-H₂O、T800-60-120-H₂O及T800-60-150-H₂O)經靜置或過濾後皆可達到軟化水質，並無增加水中硬度之現象，而符合飲用水水質標準。

本發明結果顯示，無論原水及慢濾池水，經高粱酒糟活性碳靜置或過濾後皆具降低水中總硬度，並達到軟化水質效果。

表13為原水及慢濾池水經活性碳靜置後水試樣之亞硝酸鹽氮，如表所示，原水之亞硝酸鹽氮濃度為0.01mg/L(空白組)，而慢濾池水為0.00mg/L(空白組)，而經高粱酒糟活性碳靜置後之亞硝酸鹽氮濃度為0.00mg/L。而以高粱酒糟活性碳過濾試驗而言(表14)，原水及慢濾池水經活性碳過濾後，其亞硝酸鹽氮濃度皆為0.00mg/L，即經高粱酒糟活性碳靜置或過濾處理，皆可降低原水之亞硝酸鹽氮，而未含亞硝酸鹽氮濃度之慢濾池水經處理後，亦無增加亞硝酸鹽氮之現象。又飲用水水質標準對亞硝酸鹽氮濃度之規定為0.10mg/L以下，而本發明以高粱酒糟活性碳可降低亞硝酸鹽氮濃度。另，表15為亞硝酸鈉標準溶液(0.1μg/mL)經各活性碳靜置法於重量比1：10時之含量變化，可知其去除率為11-79%。

水中總菌落數試驗可評估水質之衛生。於飲用水水質標準為100CFU/mL，而飲用水水源水質標準則未規定之。表16為原水及慢濾池水經活性碳靜置後水試樣之總菌落數，其原水總菌落數為1539CFU/mL(空白組)，經活性碳靜置後總菌落數具顯著下降，各活性碳靜置30min後，其可去除水中99.8-99.9%之總菌落數，其總菌落數為1-3CFU/mL，且隨靜置時間增長而有增加其總菌落數之趨勢，於活性碳靜置120min時，各處理水之總菌落數為10-16CFU/mL。如表所示慢濾池水之總菌落數為1025CFU/mL(空白組)，而活性碳靜置後亦可降低慢濾池之水中總菌落數，其值為1-28CFU/mL並可去除97.2-99.9%之總菌落數，且亦隨靜置時間延長而使水中總菌落數略為增加。但無論靜置時間長短皆可符合飲用水水質標準(100CFU/mL)。而以過濾法而言(表17)，若經各活性碳過濾後其對總菌落數皆具不同程度的降低，其原水過濾後之總菌落數為381-436CFU/mL及去除71.6-75.2%之總菌落數，而慢濾池水者為248-333CFU/mL及67.5-75.8%之總菌落數，且總菌落數隨過濾流速減少而增加。

大腸桿菌群常伴存於人類及溫血動物的排泄物中，其與糞源污染具高度相關，此可為一污染指標細菌，以指示飲用水中糞便性污染程度。表18所示為原水及慢濾池水經活性碳靜置後水試樣之大腸桿菌群，如表所示原水之大腸桿菌群為3CFU/mL(空白組)，而各活性碳之濾液皆無大腸桿菌群產生(1CFU/mL以下)。慢濾池水之大腸桿菌群密度為22CFU/mL(空白組)，若經各活性碳靜置後皆可有效降低大腸桿菌群密度，其大腸桿菌群皆為1CFU/mL以下。表19為原水及慢濾池水經活性碳過濾後水試樣之大腸桿菌群，如表18，所示其原水之大腸桿菌群為3CFU/mL(空白組)，過濾後之原水亦無大腸桿菌群菌落為1CFU/mL以下。又慢濾池水之大腸桿菌群為22CFU/mL(空白組)，若經高粱酒遭活性碳過濾後其具顯著的降低。

又上述高粱酒糟活性碳之淨水試驗結果顯示，其經各高粱酒糟活性碳過濾或靜置大致可符合飲用水水質標準及飲用水水源標準，為方便其後續試驗進行，因此以活化溫度較高之T850-60-90-H₂O者進行水中總有機碳試驗、毒性及致突變性試驗等後續實驗，以評估高粱酒糟活性碳對水中總有機碳之吸附能力及水質安全性評估。

⁴⁾去除率(%)=(空白組之大腸桿菌群-淨化處理後之大腸桿菌群)/空白組大腸桿菌群

水中之有機物除會對飲用水造成色度、嗅覺及味覺產生不良影響之外，還會影響淨水程序中混凝劑之加藥量、干擾高級淨水處理與水體中鐵、錳等重金屬形成錯合，而增加水中重金屬之含量、配水管線之腐蝕及微生物之再生長，而在加氯消毒程序中更可能與消毒劑反應而生成三鹵甲烷及鹵乙烷等消毒副產物，並影響人體健康(黃文鑑，1997；Bull,1982；Jacangelo et al.,1995)。

表20為原水及慢濾池水經高粱酒糟活性碳T850-60-90-H₂O過濾及靜置後，其水中總有機碳之變化，如表所示，原水之總有機碳為7.6mg/L，而經T850-60-90-H₂O靜置30min後，其總有機碳去除率為32.8%並下降為5.1mg/L，以過濾法則具26.3%之去除率，其值下降為5.6mg/L。其對慢濾池水之總有機碳亦具吸附效果，同表中所示。慢濾池水之總有機碳為8.7mg/L，其經高粱酒糟活性碳靜置後，水中總有機碳含量為5.7mg/L，而以過濾法則為6.6mg/L，又其總有機碳之去除率為24.1-34.5%。簡言之，高粱酒糟活性碳具吸附水中有機物質，而降低總有機碳含量，以原水而言可去除26.3-32.8%之總有機碳，而慢濾池者則可去除24.1-34.5%總有機碳。又水廠活性碳於靜置法者，以原水而言可去除36.8%之總有機碳，而慢濾池水者為26.4%；於水廠活性碳於過濾法者，原水者去除28.9%，慢濾池水者為20.7%。

部分三

若水試樣對菌株具有毒性會使菌數降低，因而造成對試驗結果之誤判，因此於進行致突變性試驗之前須先進行試樣之毒性試驗，以評估其是否會影響菌株之生長，若其無毒性則可進一步進行致突變性試驗(Waleh et al.,1982)。毒性試驗為安氏試驗之其中一項試驗，其試驗為使用Salmonella typhimurium(S.typhimurium)TA98及TA100作為試驗菌株，TA98為對特定之致突變劑會造成架構移轉突變具敏感性之菌株，而TA100則主要用於測試鹼基替換變異之菌株(Mortelmans and Zeiger,2000)。又若試樣對菌株具有毒性，則會使菌數降低，而依Waleh et al.(1982)所提出，經試驗後鼠傷沙門氏桿菌之存菌數須達空白組存菌數之80%以上，才可代表其試樣對細胞無毒性反應，若低於80%即表示其對細胞有毒性反應產生。

本發明以T850-60-90-H₂O之高粱酒糟活性碳靜置30min與流速10mL/min過濾處理後之水試樣對鼠傷沙門氏桿菌TA98及TA100菌株進 行毒性試驗，其結果如表19所示。試驗結果顯示，未添加鼠肝酵素混合物(S9 mix)之空白組菌數於TA98為1663，TA100為1979。而添加鼠肝酵素混合物(S9 mix)者TA98為1836，TA100為2140。又由表可知，原水之未添加S9 mix之菌數於TA98為1715，TA100為1983，其存菌率為100-103%。而添加S9 mix者TA98為1875，TA100為2250，其存菌率為102-105%。而慢濾池水之未添加S9 mix之存菌率於TA98系統為101-104%，而添加S9 mix者皆為102%。由此可知本試驗所取樣之水試樣並無具毒性，又為確保水試樣經高粱酒糟活性碳淨水處理後水試樣之安全性，而本試驗亦針對高粱酒糟活性碳淨水處理後水試樣進行毒性試驗。同表所示，原水經T850-60-90-H₂O高粱酒糟活性碳淨水處理後之水試樣(靜置30min及流速10mL/min過濾)，於未添加S9 mix之TA98系統下之菌數為1741-1844，存菌率為104-110%間；於TA100之菌數為2032-2036，存菌率為102%；添加S9 mix者於TA98之菌數為1882-1963，存菌率為102-106%；TA100之菌數為2328-2340，存菌率為108-109%。而於慢濾池後經T850-60-90-H₂O高粱酒糟活性碳處理後，其於TA98與TA100及添加S9 mix有無之存菌率為101-108%，其顯示原水或慢濾池水經T850-60-90-H₂O之高粱酒糟活性碳，以靜置30min或流速10mL/min過濾處理後之水試樣，於TA98及TA100菌株試驗下之存菌率皆達空白組之80%以上，顯示其不具細胞毒性，可進一步進行致突變性試驗。

原水及慢濾池水經T850-60-90-H₂O高粱酒糟活性碳靜置30min與流速10mL/min過濾後水試樣之試驗結果如表21所示，結果顯示存菌率皆高於空白組之80%以上，而顯示不具細胞毒性，並可進行致突變性 試驗以測試水試樣引起之基因突變。

依Ames et al.(1975)報告指出，若試樣所誘導之回復突變菌落數(Spontaneous revertants)高於空白組者之兩倍以上時，即致突變率為2.0以上者表示試樣具有致突變性。本試驗之致突變性試驗結果如表22所示，原水及慢濾池水於鼠傷沙門氏桿菌TA98及TA100所誘導回復突變數之結果均未達空白組自發性回復突變數之2倍以上，以顯示原水及慢濾池水並不具致突變性。而於未添加S9 mix之高粱酒糟活性碳處理水試樣對TA98之回復突變數為46-53，其致突變率為0.88-1.02，而TA100者為128-160，其致突變率為0.88-1.10。而添加S9 mix者之各水試樣致突變率亦小於2，由此判定其皆不具致突變性。

為確保高粱酒糟淨水處理後水試樣之安全性，而進行安氏試驗之毒性及致突變性試驗評估，結果顯示不論原水與慢濾池水經T850-60-90-H₂O之高粱酒糟活性碳，以靜置30min與流速10mL/min過濾後水試樣皆無具毒性及致突變性。

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Claims (10)

1. 一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，係使用發酵廢棄物-高粱酒糟作為先驅物，經由下列步驟製備而成：A、製備前的處理步驟：高粱酒糟經水清洗去除沙、土等夾雜物，待其氣乾後備用；B、熱解(Pyrolysis)高粱酒糟有機物的處理步驟：所備用高粱酒糟於缺氧及炭化溫度750-900℃條件下炭化，以去除於高粱酒糟內的有機物，使先驅物形成多孔隙性的結構體；C，高粱酒糟活性碳的活化處理步驟：以水蒸氣活化法於活化溫度750-900℃、活化時間60-90min、活化氣體流量90-150mL/min下製備成高淨化水質機能之高粱酒糟活性碳。
2. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其步驟B在炭化溫度範圍內隨著溫度的提高可去除更多的高粱酒糟存在的有機物。
3. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其步驟B在炭化溫度範圍內隨著溫度的提高可以縮短處理的時間在60分鐘以內。
4. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其步驟C活性碳之最佳活化溫度範圍800-850℃、最佳活化時間60min、最佳水蒸汽氣體流量90-120mL/min。
5. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其步驟C活性碳之亞甲基藍吸附皆隨著活化溫度升高而增大，此乃因提高活化溫度而使活化作用更完全。
6. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其活性碳之比表面積為502-530m²/g，高粱酒糟活性碳之總孔隙體積中微孔佔44%，其平均孔隙介於2.89-3.18nm之間。。
7. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其高粱酒糟活性之吸附行為中孔結構，平均孔隙為2.89-3.18nm。
8. 如申請專利範圍第1項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之方法，其可用於液相吸附的高粱酒糟活性碳之真密度介於1.86-1.97g/cm³。
9. 一種如申請專利範圍第1至8項所述以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之用途，其高粱酒糟活性碳具降低水中濁度、可提高水中pH值、降低水中總硬度、降低亞硝酸鹽氮濃度、總菌落數、大腸桿菌數、吸附水中有機物質及降低總有機碳含量之效果。
10. 如申請專利範圍第8項所述一種以高粱酒糟製備高淨化機能活性碳之用途，其經安全性評估後之水質不具細胞毒性與致突變性。