TWI583431B - 含戴奧辛土壤的整治方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種含戴奧辛土壤的整治方法，特別是關於一種結合淋洗和生物降解戴奧辛的整治方法。
戴奧辛類化合物歸屬於持久性有機污染物(persistent organic pollutants,POPs)，其對人體具有毒性，包括皮膚毒性、神經系統毒性、肝毒性、致癌毒性、生殖系統毒性等；戴奧辛也是強力的促癌劑，已被歸類為“一級人類確定致癌物”。此外，戴奧辛之半衰期長、化學及物理性質穩定，且具生物累積性，容易在食物鏈中累積，進而危害食物鏈最頂端的人類。此類化合物之化學構造與人體的荷爾蒙相近，因此可以與荷爾蒙受體結合，致使身體產生對體內荷爾蒙的過度作用；或直接刺激或抑制內分泌系統，干擾人體賀爾蒙平衡，使內分泌系統失調。為保護人體之生命健康，有其必要針對戴奧辛類化合物進行整治處理。
戴奧辛可藉不同的釋出方式由產生源排入一般環境中，並藉由揮發、長程傳輸、乾/濕沉降、光解、生物累積及放大、生物降解等不同的自然作用而散佈於不同的環境介質或生物體內，其中乾/濕沉降是戴奧辛被帶至地表水體或土壤的最主要機制。
以土壤中之戴奧辛來說，揮發及光解僅於土壤最表層進
行，且不易受微生物分解。此外，戴奧辛極難溶於水，不易隨水流下滲進行垂直之遷移，故戴奧辛大多停留在土壤的表層15公分以內。戴奧辛於接近地表土壤中的半衰期約為9至15年，在地表下可能高達25至100年。
土壤中的戴奧辛僅有極微量會揮發返回大氣，而有些附著於表面土壤顆粒者則可能會被風力或地表逕流傳至他處。
土壤中有機質的含量亦會引響其對戴奧辛的吸附能力，因
戴奧辛是疏水性有機化合物(hydrophobic organic compounds，HOCs)，且疏水性愈高，天然有機物(natural organic matter，NOM)所吸附污染物之量也愈多。另外，土壤中小於62微米(μm)的細顆粒，即坋粒與黏粒，所含戴奧辛量也會較多。
目前所知關於戴奧辛污染的整治技術眾多，可概分為物
理、化學或是生物等方法。物理處理法是指將污染物從污染介質中分離而出之技術，但此方法僅是將污染物從污染介質中分離出，並無降解反應發生；因此後續必須處理被分離出之污染物，如使用紫外光降解或活性碳吸附分離出之污染物，處理後之土壤也須妥善處置。化學處理法主要以化學脫氯法(reductive dehalogenation techniques)及化學氧化法(oxidation methods)進行土壤整治，可利用化學反應程序將污染物中的氯原子取代或將其轉化為水、二氧化碳等較不具危害性或無危害性的物質。生物處理法可利用植物、微生物來進行整治，成本花費較物理化學處理便宜，消耗能源及藥劑節省，且對於現地場址的生態破壞較小，可同時兼顧效率及永續性，但缺點是整治時間通常較長。
目前處理戴奧辛污染土壤的方法多以物理性的高溫熱處理
法為主，雖然去除率可達99.9%以上，但處理溫度需達1000℃，耗費大量能源。此外，需要能夠提供高溫的特殊設備，因此在能源及設備上所耗費的成本相當昂貴。
故，有必要提供一種含戴奧辛土壤的整治方法，可以降低整治成本，同時縮短整治時間，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種含戴奧辛土壤的整治方法，其第一階段利用乳化溶液先提取出及去除污染土壤中的大部份戴奧辛，接著第二階段再以生物降解法進一步去除污染土壤中殘餘的少部份戴奧辛。由於該乳化溶液不但可以做為提取液，且也可以直接作為生物降解戴奧辛時微生物所需的養分來源液，因此可簡化土壤整治步驟、縮短整治時間且不需要昂貴設備，達成降低整治成本，並且降低戴奧辛殘留率至17%以下。
為達上述之目的，本發明的一實施例提供一種含戴奧辛土壤的整治方法，其包含下列步驟：(1)提供一乳化溶液，該乳化溶液包含植物油、生物可分解界面活性劑、大豆卵磷脂以及水；(2)混合該乳化溶液以及一含戴奧辛土壤，使該含戴奧辛土壤釋出一第一部份的戴奧辛至該乳化溶液中；(3)濾除含該第一部份戴奧辛的該乳化溶液，並留下該含戴奧辛土壤；(4)加入一分解戴奧辛的微生物至該含戴奧辛土壤中；以及(5)靜置該含戴奧辛土壤，使其進行生物降解反應，以從該含戴奧辛土壤中去除一第二部份的戴奧辛。
在本發明之一實施例中，該乳化溶液之植物油與水的比例
為3：100至3：400。
在本發明之一實施例中，該植物油以重量計為佔該乳化溶液之0.7%至3%，該生物可分解的界面活性劑以重量計為佔該乳化溶液之0.1%至0.4%，以及該大豆卵磷脂以重量計為佔該乳化溶液之0.01%至0.02%。
在本發明之一實施例中，該乳化溶液另包含一複合維生素組合物、一乳酸鹽或其混合物。
在本發明之一實施例中，該複合維生素組合物以重量計為佔該乳化溶液之0.01%至0.02%，該乳酸鹽以重量計為佔該乳化溶液之0.01%至0.02%。
在本發明之一實施例中，該植物油為大豆油。
在本發明之一實施例中，該步驟(2)中，該乳化溶液的一用量以體積計是該含戴奧辛土壤的孔隙體積(Pore Volumn，簡稱PV)的5至30倍。
在本發明之一實施例中，該步驟(4)中，該可分解戴奧辛的微生物是門多薩假單胞菌(Pseudomonas mendocina NSYSU)。
在本發明之一實施例中，該步驟(5)中，該含戴奧辛土壤之一含水率為70%。
在本發明之一實施例中，該步驟(5)之後，另包含一步驟(6)：定期進行該含戴奧辛土壤中戴奧辛濃度的檢測，以確認整治效果。
第1圖：本發明一實施例之乳化溶液A淋洗之後土壤中OCDD及OCDF殘留率變化曲線圖。
第2圖：本發明一實施例之乳化溶液A淋洗之後土壤中有機碳含量變化曲線圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，作詳細說明如下。
本發明一實施例係提供一種含戴奧辛土壤的整治方法，其主要包含步驟：(1)提供一乳化溶液；(2)混合該乳化溶液以及一含戴奧辛土壤；(3)濾除含該第一部份戴奧辛的該乳化溶液，並留下該含戴奧辛土壤；(4)加入一分解戴奧辛的微生物至該含戴奧辛土壤中；以及(5)靜置該含戴奧辛土壤使其進行生物降解反應。
本發明一實施例之含戴奧辛土壤的整治方法首先係：(1)提供一乳化溶液。在本步驟中，該乳化溶液包含有植物油、生物可分解界面活性劑、大豆卵磷脂以及水。該乳化溶液之植物油及水較佳的具有一油水比為植物油：水=3：100至3：400，該乳化溶液是一種以水為介質來分散油滴的狀態。再者，該乳化溶液的成份中，該植物油以重量計可為0.7%至3%，例如0.74%、1.25%或2.89%，然不限於此；該生物可分解的界面活性劑以重量計可為0.1%至0.4%，例如0.1%、0.25%或0.38%，但不限於此；該大豆卵磷脂以重量計可為0.1%至0.5%，例如0.12%、0.35%或0.48%，但不限於此；以及其餘重量以水來補足。該植物油可為大豆油。該生物可分解的界面活性劑能使不溶於水的植物油能夠溶於水中，並且可在環境中
自然分解，不殘留有害物質於環境中，符合環保需求。該生物可分解的界面活性劑可例如為天然之無患子萃取物皂甙，但並不限於此。
此外，在該乳化溶液中，可另外包含一複合維生素組合物。
該複合維生素組合物包含例如維他命B群、維生素A、C、D、E及K中之至少一種或其任意組合，可促進微生物生長，其添加的比例以重量計約為0.01%至0.02%，例如是0.015%、0.017%或0.019%，然不限於此。較佳的，該乳化溶液也可以另外包含一乳酸鹽作為碳源，如乳酸鈉，其以重量計可為0.01%至0.02%，例如是0.012%、0.015%或0.019%，但不限於此。
本發明一實施例之含戴奧辛土壤的整治方法接著係：(2)
混合該乳化溶液以及一含戴奧辛土壤。在本步驟中，該乳化溶液的體積可為該含戴奧辛土壤的孔隙體積(Pore Volumn，簡稱PV)的5至30倍，可例如是為10、20或30倍，然不限於此。經過混合之後，由於戴奧辛為脂溶性，可被該乳化溶液中所含的油滴部份吸收而帶出，因此該含戴奧辛土壤可以釋出一第一部份戴奧辛至該乳化溶液中。
本發明一實施例之含戴奧辛土壤的整治方法接著係：(3)
濾除含該第一部份戴奧辛的該乳化溶液，並留下該含戴奧辛土壤。在本步驟中，本發明可利用既有篩網設備將大部份含有該第一部份戴奧辛的該乳化溶液(例如以體積計95%至99%的該乳化溶液)濾出，並留下該含戴奧辛土壤進行後續步驟(3)；另一方面，本發明可對上述該濾出之乳化溶液選擇實施各種已知可以濃縮戴奧辛濃度之處理手段，以便後續回收、焚化、固化或生物降解該第一部份戴奧辛。在進行上述濾除步驟後，該含戴奧辛土壤的顆粒表面仍附著少部份該乳化溶液(例如以體積計5%至1%的該乳化
溶液)，附著於土壤表面之殘留乳化溶液中也包含極少許第一部份戴奧辛，同時該含戴奧辛土壤的顆粒之孔隙內則另具有其餘部份之戴奧辛含量。
本發明一實施例之含戴奧辛土壤的整治方法接著係：(4)
加入一分解戴奧辛的微生物至該含戴奧辛土壤中。在本步驟中，該可分解戴奧辛的微生物例如是一門多薩假單胞菌(Pseudomonas mendocina NSYSU)，但並不限於此。該門多薩假單胞菌已於2007年7月6日寄存於台灣的食品工業發展研究所的生物資源保存及研究中心(BCRC of FIRDI)，寄存編號為BCRC 910356，並已見於由本案發明人等人於2007年12月4日申請並於2009年6月16日獲准之中華民國公告第I377249號「用於清除存在於一受污染的介質中之戴奧辛污染物的微生物試劑及其使用方法」發明專利中。該門多薩假單胞菌可利用五氯酚為碳源，故能夠用以分解戴奧辛、戴奧辛類化合物以及多環芳香族碳氫化合物(PAHs)等環境污染物，因此能應用於本發明步驟(4)。
本發明一實施例之含戴奧辛土壤的整治方法最後係：(5)
靜置該含戴奧辛土壤使其進行生物降解反應，以從該含戴奧辛土壤中去除一第二部份的戴奧辛。較佳的，此時該含戴奧辛土壤之含水率控制為70%左右，溫度則約為室溫至室外環境溫度，例如15℃、20℃、25℃、30℃或35℃等。該第二部份的戴奧辛所佔比例可以參考下述表3中之OCDD殘留率及/或OCDF殘留率；同時該第一部份的戴奧辛所佔比例即為100%減去該OCDD殘留率及/或100%減去該OCDF殘留率。
除了前述整治方法的步驟之外，在步驟(5)之後，可另包
含一步驟(6)：定期進行該含戴奧辛土壤中戴奧辛濃度的檢測，以確認整
治效果。若該含戴奧辛土壤中戴奧辛濃度仍超出環保法規規定，則繼續進行步驟(5)，直到戴奧辛之殘留率降低至一預定目標值以下。
為驗證本發明之含戴奧辛土壤的整治方法的成效，進行實驗如下。
1.污染土壤採集及處理：戴奧辛污染土壤源自於台南中石化(台鹼)安順廠整治場址，該場址先前長時間利用汞電極法來量產五氯酚以做為農藥及木柴防腐劑之原料，而戴奧辛即為五氯酚製程當中的副產物。
本研究團隊於民國99年11月11日，在台南市中石化安順廠之五氯酚工廠採集表層約15公分之戴奧辛污染土壤，所有樣品盛裝皆使用密封箱，避免戴奧辛污染之土壤曝露。採集回來的污染土壤先去除樹枝、雜草、碎石等雜物，並將大土塊壓碎混合均勻，然後將土壤以冷凍乾燥的方式乾燥，再以35mesh(500微米)之篩目過篩後裝填於樣品瓶中，並保存於4℃冷藏箱備用。
2.乳化溶液清洗戴奧辛土壤：分別秤取10g上述土壤樣品分別置於6個褐色玻璃瓶中，並計算土壤PV後，進行5、10、20及30倍PV的乳化溶液淋洗處理。其方式係以水平式震盪器200rpm震盪5分鐘模擬浚泥淋洗程序，而淋洗後之樣品經離心機3000rpm離心5分鐘使固液分離後，針對液相(乳化溶液)、固相(土壤)中含有之OCDD(Octachlorodibenzo-p-dioxin，八氯二苯并-p-戴奧辛)與OCDF(Octachlorodibenzofuran，八氯二苯并呋喃)進行分析。乳化溶液的成份如表1所示，其中乳化溶液A、B分別具有不同油水比。此外，為使淋洗效果
得到客觀的評估，另提供去離子水的淋洗液作為對照組。乳化溶液A、B及去離子水的淋洗方式及淋洗體積如表2所示。
請參考第1圖所示，經過實驗組1淋洗程序之後，結果可發現以5倍PVs本發明乳化溶液A作為淋洗液對戴奧辛土壤淋洗之後，戴奧辛土壤中殘留之OCDD約為47%；而殘留之OCDF約為51%。逐步增加本發明乳化溶液(淋洗液)體積至20倍PVs時，戴奧辛土壤中殘留之OCDD約為32%；而殘留之OCDF約為34%。當本發明乳化溶液淋洗用量加至30倍PVs時，戴奧辛土壤中殘留之OCDD及OCDF已降至約20%左右。另外，
實驗組2及對照組淋洗後，土壤中的OCDD及OCDF殘留率亦如下表3所示。此外，如第2圖所示，以5倍、10倍、20倍、30倍PVs本發明乳化溶液A(淋洗液)對戴奧辛土壤淋洗之後，戴奧辛土壤中之有機碳含量也隨著淋洗體積增加而有所增加，其有機碳含量由0.37%增加至2.53%(即附著於土壤顆粒表面之乳化溶液所帶有的有機碳)，可作為後續微生物處理所需的碳源。
3.以P.M.NSYSU菌處理戴奧辛土壤：Pseudomonas mendocina NSYSU是從現場場址之土壤篩選出之一株能以五氯酚作為唯一碳源之現地原生菌種，並發現其對戴奧辛亦有不錯的分解效果，而此菌係由國立中山大學生物科學系劉仲康教授之研究團隊所提供。首先，取30g以乳化溶液A淋洗後的土壤，加入濃度4×108cells/mL的上述P.M.NSYSU菌培養於室溫下，以水平震盪器(OS-72)設定轉速為100rpm且系統之含水率為70%的條件下進行實驗，實驗時間及樣品數量每周一瓶共計8周共16瓶，每次取一瓶進行土壤戴奧辛濃度檢測。在56天之後，土壤中OCDD
及OCDF殘留率已可以分別降至16及17%(以濃度計)。
相較於習知技術，依照本發明所提供之含戴奧辛土壤的整治方法，其第一階段利用乳化溶液先提取出及去除污染土壤中的大部份戴奧辛，接著第二階段再以生物降解法進一步去除污染土壤中殘餘的少部份戴奧辛。由於該乳化溶液不但可以做為提取液，且也可以直接作為生物降解戴奧辛時微生物所需的養分來源液，因此不需耗費大量人力、物力及能源就可以用同一乳化溶液進行二階段來去除土壤中的戴奧辛，簡化了土壤整治步驟、縮短整治時間且不需要昂貴設備，達成降低整治成本，並且降低戴奧辛殘留率至17%以下。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (10)
- 一種含戴奧辛土壤的整治方法，其包含下列步驟：(1)提供一乳化溶液，該乳化溶液包含植物油、生物可分解界面活性劑、大豆卵磷脂以及水；(2)混合該乳化溶液以及一含戴奧辛土壤，使該含戴奧辛土壤中的一第一部份的戴奧辛釋出至該乳化溶液中；(3)濾除含該第一部份戴奧辛的該乳化溶液，並留下該含戴奧辛土壤；(4)加入一分解戴奧辛的微生物至該含戴奧辛土壤中；以及(5)靜置該含戴奧辛土壤，使其進行生物降解反應，以去除一第二部份的戴奧辛。
- 申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該乳化溶液之植物油與水的比例為=3：100至3：400。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該植物油以重量計為佔該乳化溶液之0.7%至3%，該生物可分解的界面活性劑以重量計為佔該乳化溶液之0.1%至0.4%，以及該大豆卵磷脂以重量計為佔該乳化溶液之0.1%至0.5%。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該乳化溶液另包含一複合維生素組合物、一乳酸鹽或其混合物。
- 如申請專利範圍第4項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該複合維生素組合物以重量計為佔該乳化溶液之0.01% 至0.02%，該乳酸鹽以重量計為佔該乳化溶液之0.01%至0.02%。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該植物油為大豆油。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該步驟(2)中，該乳化溶液的一用量以體積計是該含戴奧辛土壤的孔隙體積的5至30倍。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該步驟(4)中，該可分解戴奧辛的微生物是門多薩假單胞菌(Pseudomonas mendocina NSYSU)。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該步驟(5)中，該含戴奧辛土壤之一含水率為70%。
- 如申請專利範圍第1項所述之含戴奧辛土壤的整治方法，其中該步驟(5)之後，另包含一步驟(6)：定期進行該含戴奧辛土壤中戴奧辛濃度的檢測，以確認整治效果。
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