摘 要
本研究以生物濾床填充蛇木屑濾料，植種工業廢水處理場活性污泥，實驗探討以生物濾床處理半導體及光電產業排氣中低濃度之異丙醇(Isopropyl alcohol, IPA)之操作性能。
生物濾床為木製三槽式方型濾床，每槽高度約60公分，內截面為40×40公分，每槽填充蛇木屑約30公分，植種中油公司林園廠廢水處理場之活性污泥。實驗分二階段進行，第I階段之28天實驗期間，於濾料中添加尿素、磷酸二氫鉀及即溶奶粉等營養劑，分別控制氣體空塔停留時間為0.80、0.32以及0.2 min，進氣IPA濃度維持約100 mg/Am3，整體生物濾床(total bed depth)對IPA之平均去除率達96%，性能良好；第II階段實驗期間停止添加營養劑，僅定時補充水份，以維持濾床含水率，氣體空塔停留時間為0.2 min，進氣流量為400 L/min，進氣濃度維持約100 mg/Am3，整體生物濾床可去除98%之進流IPA。停止添加營養劑並未影響微生物活性，在30天之試驗期間，生物濾床處理效能仍可維持良好狀態。後1/2濾床在有機負荷5-60 g IPA/m3.h之範圍內，濾料對IPA之平均去除率約為95%，其有機負荷與去除能力成正比。
試驗資料亦顯示，濾床進氣溫度29-40oC (平均34 oC)，溼度43-93% (平均73%)，濾料經適當噴水調濕，排氣溫度為26-35oC (平均29 oC)，溼度為98%。前1/2段濾料之水分含量(12-68%，平均38%)變動較後1/2段濾料者(65-82%，平均72%)為大。前1/2段及後1/2段濾料之pH分別為6.11-7.78 (平均6.77)及6.13-7.36 (平均6.59)。

Abstract
Biological processes have been proven to be economical and effective for control of VOCs with concentration of <1,000 mg C/m3.
This study armed to develop a biofilter packed only with fern chips for the removal of airborne isopropyl alcohol (IPA). A three-stage down-flow biofilter (2.2 m in height and 0.4 m×0.4 m in cross-sectional area) was constructed for the performance test. The first stage serviced as a humidifier for the incoming gas and the following two stages, both packed with fern chips with a packing space of 0.30 m × 0.40 m ×0.40 m, as trickling bed biofilters for the VOC removal. Air with a nearly constant IPA concentration of 100 mg/Am3 (@ an average temperature of 34 oC) and a flow rate in the range of 100-400 L/min was fed to the reactor in Phase I test. The flow rate gave an empty bed retention time (EBRT) in the range of 12-48 s for the gas flowing through the two bed media. Solutions of urea-N, phosphate-P, and milk powder were supplied daily to the fern chips for the microbial nutrition in Phase I experiment which lasted for 26 days. Following the Phase, Phase II test operated with a constant EBRT of 12 s and without any nutrient supplementation for 30 days.
Experimental results show that with an influent gas temperature of 29-40oC (average 34 oC) and relative humidity of 43-93% (average 73%), with a proper moistening of the bed media, the effluent gas could achieved a temperature of 26-35oC (average 29 oC) and a relative humidity of 98%. The proceeding medium experienced a greater moisture variation (12-68%, average 38%) than that (65-82%, average 72%) of the following one. The former and the latter media had pH in the range of 6.11-7.78 (average 6.77) and 6.13-7.36 (average 6.59), respectively. With no additional nutrient supplementation for 30 days, approximately 98% of the influent IPA of 100 mg/m3 could be removed at the EBRT of as short as 12 s which corresponded to a loading of 60 g IPA/m3.h.

目 錄

謝誌…………………………………………………………….... I
摘要…………………………………………………………….... II
Abstract..........………………………………………………….... III
目錄…………………………………………………………….... IV
表目錄………………………………………………………….... VII
圖目錄………………………………………………………….... VIII
第一章 前言………………………………………………….... 1
1.1 研究背景及動機………………………………………… 1
1.2 研究方法及目的………………………………………… 1
第二章 文獻回顧…………………………………………….... 3
2.1 生物處理法……………………………………………… 3
2.1.1 生物滴濾塔法………………………………………. 6
2.1.2 生物洗滌法…………………………………………. 8
2.1.3 生物濾床法…………………………………………. 11
2.2 生物濾床排氣處理之相關文獻………………………… 17
2.3 處理異丙醇排氣之相關研究…………………………… 24
第三章 實驗設備、材料與方法…………………………….... 26
3.1 實驗設備………………………………………………… 26
3.1.1 生物濾床主體………………………………………. 26
3.1.2 供試氣體系統………………………………………. 26
3.1.3 供試氣體系統設備規格……………………………. 26
3.1.4 水氣供應系統………………………………………. 27
3.1.5水氣供應系統設備規格…………………………….. 27
3.2 實驗材料………………………………………………… 32
3.2.1 濾料…………………………………………………. 32
3.2.2 活性污泥……………………………………………. 37
3.2.3 藥品…………………………………………………. 37
3.3 實驗方法………………………………………………… 39
3.3.1 微生物馴養…………………………………………. 39
3.3.2 操作條件……………………………………………. 40
3.4 分析項目及方法………………………………………… 40
3.4.1 濾床內濾料物化性質………………………………. 40
3.4.2 氣體中IPA………………………………………….. 41
3.5 分析儀器………………………………………………… 41
第四章 結果與討論………………………………………...…. 43
4.1 不同空塔停留時間下生物濾床之去除率……………… 43
4.2 停止添加營養劑試驗…………………………………… 43
4.3 溫度及相對濕度之變化………………………………… 46
4.3.1 溫度之變化…………………………………………. 46
4.3.2 相對濕度之變化……………………………………. 46
4.4 濾料pH值及濾料含水率之變化………………………. 51
4.4.1濾料pH值之變化………………………………….... 51
4.4.2濾料含水率之變化………………………………….. 51
4.5 濾料吸附IPA之變化…………………………………… 55
4.6 有機負荷對去除率之影響……………………………… 57
4.6.1 有機負荷之變化……………………………………. 57
4.6.2有機負荷與去除能力之關係……………………….. 58
第五章 結論與建議…………………………………………… 61
5.1 結論……………………………………………………… 61
5.2 建議……………………………………………………… 62
參考文獻………………………………………………………… 63
附錄……………………………………………………………… 66























表 目 錄

表1.1 光電產業主要製程產品排放VOCs種類……………... 2
表1.2 半導體產業使用之化學物質…………………………... 2
表2.1 各種控制技術比較……………………………………... 3
表2.2 污染物之生物分解性…………………………………... 5
表2.3 三種生物處理方式之比較……………………………... 16
表3.1 蛇木屑基本特性………………………………………... 37
表3.2 植種活性污泥基本性質………………………………... 37
表3.3 異丙醇(IPA)之物質安全資料表……………………….. 38
表3.4 生物濾床微生物營養劑………………………………... 39
表3.5 生物濾床微生物營養劑………………………………... 40
表3.6 實驗操作參數…………………………………………... 40
表3.7 分析儀器規格…………………………………………... 42
表3.8 GC-FID(氣相層析儀)實驗操作條件…………………... 42














圖 目 錄

圖2.1 有機廢氣處理技術成本與濃度之關係……………….. 4
圖2.2 生物滴濾塔排氣處理系統…………………………….. 6
圖2.3 生物洗滌排氣處理系統……………………………….. 9
圖2.4 生物排氣處理系統…………………………………….. 11
圖3.1 生物濾床系統………………………………………….. 28
圖3.2 生物濾床系統(背面)…………………………………... 29
圖3.3 生物濾床系統………………………………………….. 30
圖3.4 供試氣體系統及水氣供應系統……………………….. 31
圖3.5 供試氣體系統及水氣供應系統……………………….. 31
圖3.6 蛇木屑外包裝………………………………………….. 32
圖3.7 蛇木屑浸泡自來水…………………………………….. 32
圖3.8 潮濕蛇木屑外觀……………………………………….. 32
圖3.9 乾燥蛇木屑外觀……………………………………….. 33
圖3.10 乾燥蛇木屑之SEM圖………………………………… 33
圖3.11 經植種並馴養一個月後之蛇木屑外觀……………….. 34
圖3.12 蛇木屑上附著生物膜之情形………………………….. 34
圖3.13 蛇木屑濾料中微生物，圭藻………………………….. 35
圖3.14 蛇木屑濾料中微生物，短桿菌……………………….. 35
圖3.15 蛇木屑濾料中微生物………………………………….. 36
圖3.16 蛇木屑濾料中微生物………………………………….. 36
圖4.1 氣體空塔停留時間…………………………………….. 45
圖4.2 生物濾床之去除率變化……………………………….. 45
圖4.3 進氣溫度變化………………………………………….. 47
圖4.4 排氣溫度變化………………………………………….. 48
圖4.5 進氣相對濕度變化…………………………………….. 49
圖4.6 排氣相對濕度變化…………………………………….. 50
圖4.7 濾料pH值變化………………………………………… 53
圖4.8 濾料含水率變化……………………………………….. 54
圖4.9 濾料IPA吸附量與去除率之關係…………………….. 56
圖4.10 濾床IPA有機負荷變化……………………………….. 59
圖4.11 前1/2濾床IPA有機負荷(Loading)與去除能力(Elimination)之關係…………………………………… 60
圖4.12 後1/2濾床IPA有機負荷(Loading)與去除能力(Elimination)之關係…………………………………… 60

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