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博碩士論文 etd-0829100-150440 詳細資訊
Title page for etd-0829100-150440
論文名稱
Title
陰離子及複合(陰離子/中性)界面活性劑系統對BTEX污染土壤復育效率之研究
The Effect of Anionic and Mixed (Anionic/Nonionic) Surfactant System on BTEX-Polluted Soil Remediation
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
206
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor

口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2000-06-27
繳交日期
Date of Submission
2000-08-29
關鍵字
Keywords
苯、複合界面活性劑、陰離子界面活性劑、甲苯、乙苯、二甲苯、污染土壤
SDS, nonionic surfactant, anionic surfactant, mixed surfactant system, BTEX, soil remediation
統計
Statistics
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中文摘要
摘要
本研究係以土壤管柱做為土壤洗滌的試驗裝置,並以陰離子界面活性劑系統及複合界面活性劑系統(陰離子+中性)清洗BTEX(BTEX:苯、甲苯、乙苯、二甲苯)污染土,並對兩者的復育效果作仔細的評估與比較。本實驗所採用的陰離子界面活性劑為SDS,中性界面活性劑為Pannox-18及Pannox-110。此外,本研究對於去離子水清洗BTEX污染土壤的效果及其與界面活性劑系統之差異、BTEX在界面活性劑沖洗後於管柱中的殘留濃度分佈情形以及界面活性劑對土壤性質之影響亦有詳細之探討。
在陰離子界面活性劑系統對BTEX污染土壤的清洗實驗中發現,四種洗劑濃度(0.1%、0.5%、1%及2%)之陰離子界面活性劑,對於低濃度污染土(100 mg/kg) 而言,苯及甲苯的去除率在90%以上,而乙苯及二甲苯的去除率則在73%以上。低濃度污染土的BTEX去除率與四種洗劑濃度無明顯的相關性,因此清洗效率並非由界面活性劑濃度主導。對高濃度污染土(1000 mg/kg)而言,BTEX的去除率分別可達95%、75%、70%、63%以上。高濃度污染土的BTEX去除率與四種洗劑濃度呈現正相關性,此時清洗效率由界面活性劑濃度主導。在高BTEX污染濃度(1000mg/Kg)下,唯有添加界面活性劑的洗劑(無論是單一或複合系統),才能達到清洗土壤之目的。因此吾人建議,當污染場址的BTEX污染濃度高達1000mg/Kg以上時,配置適當濃度的界面活性劑作為洗劑是必要的。
在複合界面活性劑系統(陰離子+中性)對BTEX污染土壤的清洗實驗中發現,複合洗劑系統對於高濃度(1000 mg/kg)污染土之苯去除率在95.88~99.81%之間,甲苯的去除率則在91.34~98.63%之間,至於乙苯及二甲苯則分別在81.08~95.59%及80.91~95.70%之間,較陰離子系統及去離子水之清洗效率為高,這表示複合系統的清洗效果優於陰離子系統及去離子水。
在複合系統中,當陰離子濃度及界面活性劑混合比例相同的情況之下,Pannox-110複合系統的液相回收率(清洗效果)均較Pannox-18複合系統為高,這表示Pannox-110親水基之鏈長較Pannox-18的親水基長,有助於增加BTEX於水相中的流動性,提高BTEX的移除率。此外,由複合系統的實驗可得知,中性洗劑的添加比例越高越能有效移除土壤中BTEX,原因很可能是由於CMC值越低越有助於提高複合洗劑的有效微胞濃度。
本實驗證實在低BTEX污染濃度(100mg/Kg)下之污染土,由去離子水清洗即可達到相當不錯的移除效果,效率均在80% 以上,因此實場整治時,若污染土濃度低於100mg/Kg時,建議只需使用清水沖洗即可。
由土樣示蹤劑試驗(Tracer Test)的研究結果發現,以陰離子界面活性劑清洗土壤,並不會改變土壤本身的性質。複合系統的界面活性劑則會明顯改變土壤本身的性質。因此選擇中性界面活性劑作為土壤清洗的洗劑時,必須考慮其自然降解性及生物毒性,避免對土壤本身造成二次污染。

Abstract
目次 Table of Contents
謝誌 i
摘要 ii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
附錄 x

第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容 3

第二章 文獻回顧 4
2.1 國內外土壤污染現況 4
2.2 油品之基本理化性質及分析方法 10
2.2.1 油品之基本理化性質 10
2.2.2 油污染土壤之污染指標與分析方法 11
2.3 油品污染場址相關整治技術 12
2.4 界面活性劑系統 13
2.4.1 界面活性劑的種類及化學特性 13
2.4.1.1 界面活性劑的種類 14
2.4.1.2 界面活性劑的基本化學性質 15
2.4.1.3 界面活性劑之生物降解性 18
2.4.2 親水基 18
2.4.3 疏水基 19
2.4.4 界面活性劑的選擇 24
2.4.4.1 單一界面活性劑系統 27
2.4.4.2 複合界面活性劑系統 29
2.5 界面活性劑及有機物在土壤中的行為 31
2.5.1 界面活性劑在土壤中的行為 31
2.5.2 有機物在土壤中的行為 33
2.5.3 界面活性劑與有機物在土壤中的交互作用 37
2.6 界面活性劑於土壤污染整治之應用 37
2.6.1 土壤清洗技術 44
2.6.2 界面活性劑應用於土壤清洗的原理 51
2.6.3 目前界面活性劑於各種污染整治的應用範圍 52
2.7 界面活性劑廢液之處理與再利用 53
2.7.1 界面活性劑的廢液回收 54
2.7.2 界面活性劑廢液之處理 55

第三章 實驗材料、設備及方法 57
3.1 實驗材料 57
3.1.1 土壤樣品 57
3.1.2 界面活性劑種類及性質 57
3.1.3 其他試藥 58
3.2 土壤管柱試模 59
3.3 實驗內容 60
3.4 實驗方法 61
3.4.1 BTEX污染土配製 61
3.4.2 陰離子界面活性劑之配製 61
3.4.3 污染土清洗 62
3.4.4 土壤殘留與水樣分析 63
3.5 其他實驗設備 64

第四章 實驗結果與討論 66
4.1 回收率 66
4.1.1 液相回收率 66
4.1.2 固相回收率 79
4.2 BTEX總去除率 80
4.3 質量平衡 83
4.4 土壤殘留分布情形 84
4.5 示蹤劑貫穿實驗 96
4.5.1 實驗內容 96
4.5.2 模式原理與應用 97
4.5.3 模式應用結果與討論 99

第五章 結論與建議 103
5.1 結論 103
5.2 心得與建議 107

參考文獻 109



附錄A
陰離子界面活性劑系統對低濃度(100mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率 117

附表B
陰離子界面活性劑系統對高濃度(1000mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率 137

附表C
複合(陰離子/中性)界面活性劑系統對高濃度(1000mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率 157

附表D
示蹤劑貫穿實驗之實驗數據及模式計算 189

圖目錄

圖2-1 烷、烯類碳氫化合物同分異構物結構圖 21
圖2-2 陰離子界面活性劑微胞示意圖 28
圖2-3 單體-微胞-晶體三相平衡圖 30
圖2-4 流動式土壤洗滌系統 48
圖2-5 體積減量單元 49
圖3-1 上沖式土壤洗滌裝置流程圖 59
圖3-2 研究架構流程圖 65
圖4-1 低濃度污染土壤清洗曲線 68
圖4-2 高濃度污染土壤清洗曲線 71
圖4-3 複合界面活性劑系統([SDS]=0.5%)於不同洗劑混合比例下對於污染土壤(1000mg/Kg)清洗曲線之影響 75
圖4-4 複合界面活性劑系統([SDS]=2%)於不同洗劑混合比例下對於污染土壤(1000mg/Kg)清洗曲線之影響 77
圖4-5 陰離子界面活性劑系統於低濃度(100mg/Kg) BTEX污染土壤之殘留濃度分佈圖 86
圖4-6 去離子水清洗後低濃度(100mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 88


圖4-7 陰離子界面活性劑系統於高濃度(1000mg/Kg) BTEX污染土壤之殘留濃度分佈圖 89
圖4-8 去離子水清洗後高濃度(1000mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 91
圖4-9 複合界面活性劑系統(Pannox-18型,[SDS]=0.5%)清洗高濃(1000mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 92
圖4-10 複合界面活性劑系統(Pannox-18型,[SDS]=2 %)清洗高濃度(1000mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 93
圖4-11 複合界面活性劑系統(Pannox-110型,[SDS]=0.5%)清洗高濃度(1000mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 94
圖4-12 複合界面活性劑系統(Pannox-110型,[SDS]=2%)清洗高濃度(1000mg/Kg) BTEX污染土之殘留濃度分佈圖 95
圖4-13 電導度貫穿曲線 100
圖4-14電導度貫穿曲線模擬值與實驗值之關係圖 101

表目錄

表2-1 台灣地區土壤中有機氯殺蟲劑平均含量調查 7
表2-2 台灣地區土壤重金屬含量各類標準與等級區分比較表 7
表2-3 土壤有機物質調查及整治標準 8
表2-4 原油分餾產物之分類及其物化性質 10
表2-5 BTEX基本性質表 11
表2-6 親水基之種類及其化學結構 19
表2-7 各種下水污泥中的清潔劑濃度 32
表2-8 以界面活性劑富裕油品污染土壤相關研究文獻 41
表3-1 大樹土樣基本理化性質 57
表3-2 界面活性劑基本理化性質 58
表3-3 實驗操作條件表 61
表4-1 連續流土壤沖洗系統實驗結果 74
表4-2 陰離子、複合界面活性劑系統之BTEX總去除率 82
表4-3 電導度貫穿實驗操作條件表 97
表4-4 模式應用結果分析表 100

附錄
附表A
陰離子界面活性劑系統對低濃度(100mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率

附表A-1 0.1% SDS清洗系統之污染土(低濃度)配置結果 117
附表A-2 0.1% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 118
附表A-3 0.1% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 119
附表A-4 0.1% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 120
附表A-5 0.5% SDS清洗系統之污染土(低濃度)配置結果 121
附表A-6 0.5% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 122
附表A-7 0.5% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 123
附表A-8 0.5% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 124
附表A-9 1% SDS清洗系統之污染土(低濃度)配置結果 125
附表A-10 1% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 126
附表A-11 1% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
127
附表A-12 1% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 128
附表A-13 2% SDS清洗系統之污染土(低濃度)配置結果 129
附表A-14 2% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 130
附表A-15 2% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
131
附表A-16 2% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 132
附表A-17 去離子水清洗系統之污染土(低濃度)配置結果 133
附表A-18 去離子水清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 134
附表A-19 去離子水清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 135
附表A-20 去離子水清洗系統土壤殘留切片分析 136

附表B
陰離子界面活性劑系統對高濃度(1000mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率

附表B-1 0.1% SDS清洗系統之污染土配置結果 137
附表B-2 0.1% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 138
附表B-3 0.1% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 139
附表B-4 0.1% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 140
附表B-5 0.5% SDS清洗系統之污染土配置結果 141
附表B-6 0.5% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 142
附表B-7 0.5% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 143
附表B-8 0.5% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 144
附表B-9 1% SDS清洗系統之污染土配置結果 145
附表B-10 1% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 146
附表B-11 1% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
147
附表B-12 1% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 148
附表B-13 2% SDS清洗系統之污染土配置結果 149
附表B-14 2% SDS清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 150
附表B-15 2% SDS清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
151
附表B-16 2% SDS清洗系統土壤殘留切片分析 152
附表B-17 去離子水清洗系統之污染土配置結果 153
附表B-18 去離子水清洗系統土壤洗滌出流水原始分析數據 154
附表B-19 去離子水清洗系統水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率 155
附表B-20 去離子水清洗系統土壤殘留切片分析 156

附表C
複合(陰離子/中性)界面活性劑系統對高濃度(1000mg/Kg)BTEX污染土壤之清洗效率

附表C-1 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 157
附表C-2 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 158
附表C-3 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 159
附表C-4 土壤殘留切片分析
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 160

附表C-5 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 161
附表C-6 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 162
附表C-7 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 163
附表C-8 土壤殘留切片分析
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 164

附表C-9 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 165
附表C-10 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 166
附表C-11 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 167
附表C-12 土壤殘留切片分析
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/1) 168

附表C-13 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 169
附表C-14 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 170
附表C-15 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 171
附表C-16 土壤殘留切片分析
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4) 172

附表C-17 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 173
附表C-18 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 174
附表C-19 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 175
附表C-20 土壤殘留切片分析
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 176

附表C-21 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 177
附表C-22 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 178
附表C-23 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 179
附表C-24 土壤殘留切片分析
([SDS]=0.5% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 180

附表C-25 複合清洗系統之污染土配置結果
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 181
附表C-26 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 182
附表C-27 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 183
附表C-28 土壤殘留切片分析
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/1) 184

附表C-29 複合清洗系統之污染土(低濃度)配置結果
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 185
附表C-30 土壤洗滌出流水原始分析數據
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 186
附表C-31 水樣中BTEX出流累積質量及質量累積百分率
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 187
附表C-32 土壤殘留切片分析
([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) 188
附表D
示蹤劑貫穿實驗之實驗數據及模式計算

附表D-1 去離子水清洗系統示蹤劑貫穿實驗之模擬參數結果 189
附表D-2 模式計算(去離子水清洗系統) 191
附表D-3 模式計算結果、實驗值及累積偏差率(去離子水清洗系統) 192

附表D-4 SDS清洗系統示蹤劑貫穿實驗之模擬參數結果 193
附表D-5 模式計算(SDS) 195
附表D-6 模式計算結果、實驗值及累積偏差率(SDS) 196

附表D-7 複合清洗系統示蹤劑貫穿實驗之模擬參數結果
[SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4…………………….197
附表D-8 模式計算([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4)……..199附表D-9 模式計算結果、實驗值及累積偏差率([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-18]=1/4)……………………………..201

附表D-10 複合清洗系統示蹤劑貫穿實驗之模擬參數結果
[SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4……………………202
附表D-11 模式計算([SDS]=2% , [SDS]/[Pannox-110]=1/4) …..204
附表D-12 模式計算結果、實驗值及累積偏差率([SDS]=2% ,
[SDS]/[Pannox-110]=1/4) 206


參考文獻 References
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