TWI761751B - 以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備 - Google Patents
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Abstract
一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,包含一混合菌液;二個分別設置於一處理槽之左右兩側且相互平行並為一陽極槽及一陰極槽之電極槽,或同時設置於該處理槽之上下兩端並以外接的直流電源連接且上下對應的該陽極槽極該陰極槽,其中相互平行的該陽極槽以及陰極槽之間係裝設有一具有汙染物土壤之土體槽;該處理槽,其中一側係為該陽極槽,相對該陽極槽之另一側則為相互以水平或上下垂直方式設置之該陰極槽,並且相互平行的該陽極槽與該陰極槽分別與該土體槽之相接處設有一篩網,利用外接的直流電讓該混合菌液在該土體槽中傳輸。
Description
本發明係為一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,尤指一種藉由具有酸性與降低陽極pH值特性之混合菌液搭配上以電動力整治技術(Elect rokinet ic Remediat ion,EK)為一種相對新穎的現地整治技術(In-Si tu Remediat ion),得以直接於汙染場址以現地整治將汙染物加以移除,也得以用以離地整治技術(Ex-Si tu Remediat ion)方式進行應用。
目前,農業生產最重要的來源是陽光、空氣、水、土壤等資源的品質,因此,如果這些生產基本物質的品質不好,生產出的農產品之品質自然受到影響,但由於工業快速發展,人口急遽增加,工業及農業生產之大量投資,除增加廢棄物質使汙染土壤之潛在風險外,亦導致台灣主要及次要河川遭受到不同的輕度、中度及嚴重汙染之長度已達河川總長度之33%以上,並且連帶的會引起地下水及環境品質的惡化,甚至部分地區農業灌溉水之水質,常造成農田土壤受到汙染,土壤品質惡化。
依據過去環保機關農地調查結果顯示,受到上游工業區或地下工廠廢金屬汙染水排放汙染,造成水質的惡化,進而汙染許多農地的土壤,在台灣地區農田土壤具潛在受重金屬汙染之地區將近1000公頃甚至更多,而目前已確定受到重金屬汙染之地區至少已超過300公頃以上,在此其中,又以遭受重金屬的銅、鎳、與鉻的汙染最為嚴重。由於監測系統之不完整與監測工作不確實,汙染源可能以直接或間接排放方式造成追查上的困難,而重金屬汙染多為長時間累積,對
於汙染責任之釐清相當不易。
而目前對於土壤整治的考量中包括了土壤中重金屬之濃度是否可用技術將其降低至原農地用途之安全濃度等,而常見的土壤處理法為排土客土法,但是,此種方法只是在於稀釋土壤中的重金屬汙染物,並無法真正將重金屬汙染物從土壤中移除。並且,如果土壤為黏質土,重金屬與土壤顆粒的相互作用力很強,更不難以現地淋洗法將重金屬汙染無從土壤中移除。
因此目前針對土壤整治大致上可略分為三類:(1).化學處理法,包括萃取法、安定化法;(2).工程技術法,包括排土與客土法、現地淋洗土壤法、現地電熔法等;(3).生物處理法,包括植生攝取法、植生綠化法等,雖然上述之方法可使土壤改善改善其汙染,並可用於重金屬汙染區,但並不一定可確實降低至可繼續作為原農地使用之目標。
由此可見,上述習用方式仍有諸多缺失,實非一良善之設計者,而亟待加以改良。
因此,如何可以達到真正土讓整治且改善土壤中重金屬的濃度,並使土壤還原到原有農地土壤的農作標準,仍是目前仍需克服技術以及解決之課題。
有鑑於此,本發明的主要目的,在於現有受到中金屬汙染之土壤進行整治,並以具有酸性與降低陽極pH值特性之混合菌液搭配上以電動力整治技術(Elect rokinet ic Remediat ion,EK)為一種相對新穎的現地整治技術(In-Si tu Remediat ion),得以直接於汙染場址以現地整治將汙染物加以移除。
為達成上述目的,以一能維持土壤溶液在pH值4左右(長時間接觸空氣後甚至可降為3.5)之混合菌液,使混合菌呈現具有重金屬螯合劑的特性,並有利於重金屬從土壤中脫附;再加上實驗後的分析數據顯示未稀釋的混合菌液電導
度為8090μs/cm(灌溉水的電導度標準約為750μs/cm),顯示混合菌液可作為良好的電解質,有利於在電動力法中土壤溶液的離子移動,並可明顯提升電動力法的重金屬移除效率。因此,採用水平式以及垂直式的電動力法進行土壤中的重金屬移除,通過向土壤施加恆定電壓(2.0V/cm),僅而達到使土壤中重金屬移除,並同時結合有益菌與電動力法,可在五天內將土壤中的鎘完全移除,可進而達成土壤整治的目的。
一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法,係包括:步驟1、將於一處理槽中設置一以水平方式相互對應之陽極槽及一陰極槽;步驟2、在該陽極槽及該陰極槽中置入以培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之液體菌種結合之混合菌液;步驟3、於該陽極槽及該陰極槽之間接上一已放置具有重金屬汙染物土壤土壤之土體槽;步驟4、同時於該土體槽分別與該陽極槽及該陰極槽之連接處設有一篩網,以防止土讓流入該陰極槽及該陽極槽;步驟5、將鈦電極分別放置於該陽極槽及該陰極槽中;步驟6、施加1V/cm或2V/cm的電場於該陽極槽與該陰極槽中,並使該電場導入該土體槽中,其該土壤之重金屬濃度逐漸降低,直到第5天即得以使該土壤中之金屬成分銅降低64%,而金屬成分鎘則得以完全移除。在本發明的一個實施例中,該篩網,係以不織布或尼龍濾布結合濾紙,或為其他非金屬材質之網體。
在本發明的一個實施例中,該電場,另得以為2V/cm。
在本發明的一個實施例中,該混合菌液,係具有8.4mS/cm之導電度。
在本發明的一個實施例中,該混合菌液,其pH值為3.5-4.5,其最佳pH值為4。
在本發明的一個實施例中,該混合菌液,其通電後陽極pH值係得以降低至2.5。
在本發明的一個實施例中,該混合菌液,其通電後陰極pH值係得以降低至5.5。
在本發明的一個實施例中,該重金屬係為鎘、銅、鎳、鉻、鋅、鉛、汞、砷所組成的群組。
在本發明的一個實施例中,該混合菌液,係得以與一電解液混和,其中該電解液係為硫酸、醋酸、檸檬酸、EDTA。
一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之設備,係包括一混合菌液,係具有為培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之發酵液;二電極槽,係分別為一陽極槽及一陰極槽,其中各該陽極槽以及該陰極槽係各分別設置於一處理槽之兩側,並以外接的直流電源連接,同時,該陽極槽以及陰極槽之間係裝設有一具有汙染物土壤之土體槽,其該汙染物土壤係為受重金屬汙染的土壤、汙泥、河川底泥、或是焚化爐的底灰;該處理槽,其中一側係設有該陽極槽,相對該陽極槽之另一側則設有相互以水平方式設置之該陰極槽,並相互以水平方式設置,並且係於該陽極槽與該陰極槽之間設有一具有汙染物土壤之土體槽,該陽極槽與該陰極槽分別與該土體槽之相接處設有一篩網,且分別在兩側的陽極槽與該陰極槽中加入高過該土體槽高度的混合菌液,利用外接的直流電讓該混合菌液在該土體槽中傳輸。
在本發明的一個實施例中,該汙染物土壤係為受重金屬汙染的土壤、汙泥、河川底泥、或是焚化爐的底灰。
(S110~S160):水平電極流程
30:處理槽
310:混和菌液
320:電極槽
321:陽極槽
322:陰極槽
330:直流電源
340:土體槽
341:土壤
342:篩網
350:電極
351:陽極
352:陰極
圖1為本發明以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備之水平電極流程圖。
圖2為本發明以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備之水平電極槽架構圖。
為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效,茲將本發明配合附圖,並以實施例之表達形式詳細說明如下,而其中所使用之圖式,其主旨僅為示意及輔助說明書之用,未必為本發明實施後之真實比例與精準配置,故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍,合先敘明。
請先參閱圖1所示,為本發明一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法之水平電極流程圖,係包括:步驟1、(S110)將於一處理槽中設置一以水平方式相互對應之陽極槽及一陰極槽;步驟2、(S120)在該陽極槽及該陰極槽中置入以培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之液體菌種結合之混合菌液;步驟3、(S130)於該陽極槽及該陰極槽之間接上一已放置具有重金屬汙染物土壤土壤之土體槽;步驟4、(S140)同時於該土體槽分別與該陽極槽及該陰極槽之連接處設有一篩網,以防止土讓流入該陰極槽及該陽極槽;步驟5、(S150)將鈦電極分別放置於該陽極槽及該陰極槽中;步驟6、(S160)施加1V/cm或2V/cm的電場於該陽極槽與該陰極槽中,並使該電場導入該土體槽中,其該土壤之重金屬濃度逐漸降低,直到第5天即得以使該土壤中之金屬成
分銅降低64%,而金屬成分鎘則得以完全移除。
綜上所述,其中該篩網,係以不織布或尼龍濾布結合濾紙,或為其他非金屬材質之網體,該混合菌液,係具有8.4mS/cm之導電度,該混合菌液,其pH值為4,並且其通電後陽極pH值係得以降低至2.5,陰極pH值係得以降低至5.5,同時,該混合菌液,係得以與一電解液混和,其中該電解液係為硫酸、醋酸、檸檬酸、EDTA。
請參閱圖2所示,本發明以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備之水平電極槽架構圖,係包括一混合菌液(310),係具有為培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之發酵液;二電極槽(320),係分別為一陽極槽(321)及一陰極槽(322),其中各該陽極槽(321)以及該陰極槽(322)係各分別設置於一處理槽(30)之兩側,並以外接的直流電源(330)連接,同時,該陽極槽(321)以及陰極槽(322)之間係裝設有一具有汙染物土壤(341)之土體槽(340),其該汙染物土壤(341)係為由鎘、銅、鎳、鉻、鋅、鉛、汞、砷所組成的重金屬汙染的土壤、汙泥、河川底泥、或是焚化爐的底灰;該處理槽(30),其中一側係設有該陽極槽(321),相對該陽極槽(321)之另一側則設有相互以水平方式設置之該陰極槽(322),並相互以水平方式設置,並且係於該陽極槽(321)與該陰極槽(320)之間設有一具有汙染物土壤之土體槽(340),該陽極槽(321)與該陰極槽(320)分別與該土體槽(340)之相接處設有一篩網(342),且分別在兩側的陽極槽(321)與該陰極槽(322)中加入高過該土體槽(340)高度的混合菌液(310),利用外接的直流電源(3330)讓該混合菌液(310)在該土體槽(340)中傳輸。
其中該篩網(342),係另得以為不織布或尼龍濾布結合之濾紙,或為其他非金屬材質之網體,且該混合菌液(310),係得以
與一電解液混和,其中該電解液係為硫酸、醋酸、檸檬酸、EDTA。
由上述可知,本發明實驗之實施方式為先設一對照組(土壤管柱淋洗方式),為原土壤中含有的重金屬,分別為重金屬鎳(Ni)濃度為327mg/kg,濃度重金屬鉻(Cr)濃度為145mg/kg,並用常見的以有效微生物群菌(Ef fect ive Microerganisms,EM)以管柱淋洗實驗之後,重金屬在管柱中的型態分析整理於圖A所示:
實驗結果顯示,除了鉻(Cr)原本就是以殘留態為主要的型態趨勢不變外,銅(Cu)與鎳(Ni)兩種重金屬經土壤淋洗實驗後,土壤中的殘留態比例均有明顯的增加,而有機物態則明顯的減少,銅(Cu)在管柱淋洗實驗的上層土壤的濃度為269mg/kg,下層土壤的濃度為335mg/kg,鎳(Ni)在管柱淋洗實驗的上層土壤的濃度為119mg/kg,下層土壤的濃度為127mg/kg,鉻(Cr)在上層土壤的濃度為94mg/kg;由此數據可得知是因為有益菌(EM菌)將上層的重金屬帶到中、下層,而又跟中、下層的土壤顆粒結合,而變成更難萃取出的殘留態。由於銅(Cu)是為最容易隨有機質移動,所以在管柱淋洗實驗中,銅(Cu)以殘留態出現的比例也最高。
因此,相對本發明在處理槽左右之兩側,設置有一陽極槽及一陰極槽,
並以外接的直流電源連接,該陽極槽以及陰極槽之間係裝設有一具有汙染物土壤之土體槽,並且該土體槽中加入以培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之液體菌種結合之混合菌液,再施加1V/cm或2V/cm的電場進行電動力法,並經過5天的操作之後進行土壤型態分析,結果整理於下圖C所示:
根據圖B顯示,銅(Cu)的總移除效率的平均移除濃度從第0天的357mg/kg降至第5天的274mg/kg,總移除效率為23%。但是如果考慮靠近陽極(S5)的銅(Cu)濃度已從第0天的357mg/kg降至第5天的128mg/kg,其去除效率已達到64%。由於陽極會產生酸,陰極會產生鹼,因此重金屬在陽極的移動性較佳,相對移除效率也較陰極為佳,再施加電場後,陽極會產生H+而使得pH值降低,如下圖C所示:
在5天的時間內,陽極的pH從4.3降到2.5,而陰極的pH則從4.3增加為5.2,由此可知,土壤中的重金屬經由電動力法以及混合菌液的結合下,重金屬則會大量的從陽極轉移至陰極。
數據顯示鎳(Ni)的總移除效率平均移除濃度從第0天的302mg/kg降至第5天的260mg/kg,且在第2天與第3天,土體槽中的鎳(Ni)濃度靠近陽極(S5)的濃度已從第0天的302mg/kg提升至第一天的507mg/kg,下降至第5天的17mg/kg,其去除效率高達94%,明顯優於管柱實驗。
數據顯示土壤中每個區塊的鎘(Cd)濃度施用電壓為1V/cm,土壤pH(圖E)結果顯示,施加的電壓相較於2V/cm為低,土體槽的陽極pH值雖然下降的速度較慢,2V/cm從第0天從4.3下降到第1天3.8,1V/cm從第0天從4.3下降到第1天4.2,且在陰極pH上升的速度則也較慢,2V/cm從第0天從4.3上升到第一天4.8,1V/cm從第0天從4.3上升到第一天4.6,由於陰極的高pH容易造成重金屬的沉澱,
所以不一定是電壓愈大愈適合土壤重金屬的移除。
而當在施用電壓為1V/cm條件下,鎘(Cd)的移除效率數據顯示(圖E.1)在外加電場1V/cm條件下,結合有益菌與電動力法能在5天時間內完全移除土壤中的鎘(Cd),此結果顯示(表E.2)結合有益菌與電動力法的操作,是有具有潛力來移除土壤中的重金屬成份。
綜上所述,本發明之結合有益菌與電動力法用以移除重金屬汙染的土壤,可在5天的操作條件下幾乎完全移除土體槽中的重金屬銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、及鎘(Cd),顯示本發明所採用的方法對於土壤重金屬的移除有一定的移除功效。
由上述之實施說明可知,本發明與現有技術與產品相較之下,本發明具有以下優點:
1.本發明之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,在使用有益混合菌液作為電動力法中的電解質,取代化學的酸劑或是重金屬螯合劑,由於化學酸劑可能會破壞土壤的結構,而一些重金屬螯合劑具有毒性與生物難降解性,因此使用的天然的有益混合菌於電動力法使用中,可避免化學藥劑的二次汙染。
2.本發明之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,比起市面上銷售的高價格化學藥劑的生物界面活性劑,本發明所使用的有益混合菌可以用便宜的塑膠桶與糖蜜培養放大,因此成本較為低廉。
3.本發明之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,可用於環保產業,除了用於土壤中的重金屬移除外,也可用於汙泥與焚化爐底渣的重金屬移除。
4.本發明之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法及設備,由於有益混合菌具有溶解有機質的能力,結合電動力法與有益菌用在汙泥的處理上,除了移除土壤中重金屬的效果外,可能也具有分解有機質的效果,同時具有汙泥脫水的功效,可有效減少汙泥的量與毒害,具有極高商業上的應用價值息。
具體而言,本發明除了單獨使用有益混合菌作為電動力法的電解質液外,也可搭配其它的電解質液一起使用,尋求混合液體對不同重金屬最大的移除效率。
以上所述,僅為本發明最佳具體實施例,惟本發明之構造特徵並不侷限於此,任何熟悉該項技藝者在本發明領域內,可輕易思及之變化或修飾,皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
綜合上所述,本發明確實具有前所未有之創新構造,其既未見於任何刊物,且市面上亦未見有任何類似的產品,是以其具有新穎性應無疑慮。另外,本發明所具有之獨特特徵以及功能遠非習用所可比擬,所以其確實比習用更具有其進步性,而符合我國專利法有關發明專利之申請要件之規定,乃依法提起專利申請。
(S110~S160):水平電極流程
Claims (3)
- 一種以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法,係包括:步驟1、(S110)將於一處理槽中設置一以水平方式相互對應之陽極槽及一陰極槽;步驟2、(S120)在該陽極槽及該陰極槽中置入以培養酵母菌、乳酸菌、糞腸球菌、與沼澤紅假單孢菌之液體菌種結合之混合菌液,其中,該混合菌液係具有8.4mS/cm之導電度且pH值為4;步驟3、(S130)於該陽極槽及該陰極槽之間接上一已放置具有重金屬汙染物土壤土壤之土體槽;步驟4、(S140)同時於該土體槽分別與該陽極槽及該陰極槽之連接處設有一篩網,以防止土讓流入該陰極槽及該陽極槽;步驟5、(S150)將鈦電極分別放置於該陽極槽及該陰極槽中;步驟6、(S160)施加1V/cm或2V/cm的電場於該陽極槽與該陰極槽中,並使該電場導入該土體槽中,其該土壤之重金屬濃度逐漸降低,直到第5天即得以使該土壤中之金屬成分銅降低64%,而金屬成分鎘則得以完全移除,其中,該混合菌液通電後陽極pH值係得以降低至2.5,陰極pH值係得以降低至5.5並提升傳導與移除土壤中重金屬汙染的效率。。
- 如請求項1所述之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法,其中該篩網,係以不織布或尼龍濾布結合濾紙,或為其他非金屬材質之網體。
- 如請求項1所述之以混合菌液提升電動力移除汙染物之方法,其中該混合菌液,係得以與一電解液混和,其中該電解液係為硫酸、醋酸、檸檬酸、EDTA。
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CN102463254A (zh) * | 2010-11-18 | 2012-05-23 | 南开大学 | 一种新型电动强化生物修复多环芳烃污染土壤技术与工艺 |
CN104059855A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-09-24 | 中节能六合天融环保科技有限公司 | 一种治理土壤重金属污染的复合真菌制剂及其制备方法 |
TW201825150A (zh) * | 2017-01-11 | 2018-07-16 | 明志科技大學 | 自土壤去除重金屬的方法 |
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