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研究生: 賴家煒
Chia-Wei Lai
論文名稱: 牡蠣殼之再利用研究
Study the Reuse of Oyster Shell
指導教授: 江慧真
楊樹森
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱:
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
中文關鍵詞: 過氧化鈣釋氧劑磷酸鹽吸附化學吸附
外文關鍵詞: calcium peroxide, Oxygen release agent, PO43- absorber, chemical absorption
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  • 牡蠣是沿海地區最為常見的漁業養殖項目,由於只取肉質的部分來食用,因此那些牡蠣殼大多是被當成廢棄物所丟棄。本研究為使用廢棄的牡蠣殼將其再生利用,合成過氧化鈣(釋氧劑)以及磷酸鹽吸附劑,並使用於改善湖泊厭氧底質與優養化之水質,為環境做生態復育工作。
    牡蠣殼經粉碎後以高溫燒結製成氧化鈣,之後再以雙氧水製成過氧化鈣,或者是使用鹽酸將牡蠣殼粉溶解形成氯化鈣溶液後,以雙氧水及氨水製成過氧化鈣。將自製的過氧化鈣搭配市售過氧化鈣,經添加各種物質製成釋氧物質,並封裝成釋氧管後再放置於厭氧汙泥做有機質的氧化試驗。
    新竹市金城湖底泥有機碳含量極高,超過4%(重量百分率)。經由ORC釋氧管在湖區現地試驗,發現其使底質氧化效果有限,由於成本高,不適合於大範圍棲地改善使用。磷酸鹽吸附試驗發現牡蠣殼燒結後所得之氧化鈣有不錯的清除效果,但是會造成短時間pH上升的問題,若採搭配市售的吸附商品有不錯的增益效果,且在吸附過程中影響水體pH值較少。


    The oyster is the most common creature of fishing culture in the coast. However, most of the time people only eat oyster meat and discard oyster shells as waste. Therefore, the study is to recycle the discarded oyster shells, synthesize them into oxygen release agents of calcium oxide and phosphate adsorbent in order to reduce anaerobic lake sediment and eutrophication, and to restore ecological environment at the bottom of the lake.
    After oyster shells are smashed and sintered into calcium oxide at high temperatures, they will be made into calcium peroxide products by using hydrogen peroxide. Otherwise, we can also let the powder of oyster shells dissolve into calcium chloride solution by using hydrochloric acid, and then make it into calcium peroxide products by using hydrogen peroxide and ammonia. Next, we will mix calcium peroxide on the market with the home-made one, and then make it into a kind of oxygen-releasing compound by adding some other substances. Finally, we will pack it into the oxygen tube and place it in the anaerobic dirt for the purpose of the oxidation test of organic compounds.
    The content of organic carbon in the bottom substrates of Jin-Cheng Lake in HsinChu City is extremely high (even over 4%). So, we use the oxygen tube made by ORC to enhance the oxygen content of bottom substrates, but the effects are limited. Besides, the oxygen tubes are too expensive to improve the habitat on a large scale. However, surprisingly, in the phosphate adsorbent test, we find the calcium oxide we get after sintering the oyster shells has wonderful cleaning effect, but the side effect is unexpected increase of pH value in a very short period of time after treatment. So, the result shows that if we use this with commercial adsorbent products, there will be more positive effect, and there will be less influence on the pH value.

    目錄 中文摘要................................................ I 英文摘要................................................ II 致謝.................................................... IV 目錄.................................................... V 表目錄.................................................. IX 圖目錄.................................................. X 第一章 前言............................................ 1 1-1 研究緣起........................................... 1 1-2 研究目的與內容...................................... 3 第二章 文獻回顧........................................ 5 2-1 牡蠣............................................... 5 2-2 牡蠣殼之應用....................................... 6 2-3 河川湖泊底泥厭氧的主因............................. 6 2-4 釋氧物質的應用..................................... 7 2-5 湖泊優養化......................................... 8 2-6 磷酸鹽營養鹽....................................... 8 2-6-1 磷酸鹽的吸附..................................... 9 2-6-2目前水體中除磷之方法............................... 9 2-6-3 市售吸附劑種類.................................... 10 2-7畜牧廢水及工業廢水含磷量及處理方法................... 10 2-8 一般水質監測項目.................................... 11 2-8 -1 水質汙染之檢測項目及其涵義....................... 11 第三章 研究方法........................................ 14 3-1 牡蠣殼應用研究..................................... 14 3-1-1 重金屬含量分析................................. 14 3-1-2 氧化鈣及過氧化鈣(ORC)之合成.................... 14 3-1-2-1 以氧化鈣製成過氧化鈣........................... 14 3-1-2-2 以氯化鈣製成過氧化鈣...................... 15 3-2 釋氧管之施放試驗................................... 18 3-2-1 釋氧管的封裝及事前測試......................... 18 3-2-2 現地(金城湖)中尺度試驗研究,釋氧管野外施作及 氧氣釋放試驗................................... 20 3-3 做為磷酸鹽吸附劑................................... 25 3-3-1 海水之磷酸鹽吸附實驗........................... 25 3-3-2 與市售吸附劑搭配............................... 25 3-3-3 實驗室高濃度磷酸鹽之沉降實驗..................... 25 3-3-4 於野外進行磷酸鹽吸附試驗......................... 25 3-4 水域及底土各項參數之檢驗........................... 28 3-4-1總磷( 檢測方法 : HACH DR/4000 Procedure Method 8190 )........................................ 28 3-4-2總磷( 檢測方法 : HACH DR/4000 Procedure Method 10127 )......................................... 31 3-4-3土壤底泥總有機碳的測定方法(檢測方法NIEA 515.54 A ).............................................. 34 第四章 結果與討論...................................... 37 4-1 牡蠣殼應用研究..................................... 37 4-1-1 重金屬含量分析................................... 37 4-1-2 氧化鈣及過氧化鈣之合成........................... 38 4-1-2-1 以氧化鈣合成過氧化鈣........................... 38 4-1-2-2 以氯化鈣合成過氧化鈣........................... 39 4-2 釋氧管之施放試驗................................... 39 4-2-1 釋氧管之施放試驗及底泥厭氧狀態的測定........... 39 4-2-1-1 現地總有機碳TOC分析....................... 39 4-2-1-2 釋氧管現地施放測試........................ 40 4-3 做為磷酸鹽吸附劑................................... 44 4-3-1 海水之磷酸鹽吸附實驗............................. 44 4-3-2 與市售吸附劑搭配............................... 49 4-3-3 實驗室高濃度磷酸鹽之沉降實驗................... 51 4-3-4 於野外進行磷酸鹽吸附試驗...................... 53 第五章 結論............................................ 57 第六章 未來展望........................................ 58 參考文獻................................................ 59 表目錄 表 1-1 農業事業廢棄物再利用種類及管理方式............... 1 表 2-1 民國82~97年之台灣地區牡蠣年產量.................. 5 表 4-1 牡蠣殼重金屬之含量檢測分析....................... 37 表 4-2 新竹主要河川與溼地表層底土重金屬含量範圍......... 37 表 4-3 國內土壤重金屬管制標準........................... 38 表 4-4 金城湖地區總有機碳含量........................... 40 表 4-5 校園釋氧管試驗總有機碳含量....................... 41 表 4-6 金城湖釋氧管實驗區總有機碳含量................... 42 表 4-7 金城湖堤外溼地及紅樹林總有機碳含量............... 42 表 4-8 牡蠣殼氧化鈣之磷酸鹽去除效果..................... 46 表 4-9 牡蠣殼氧化鈣之pH值變化........................... 47 表4-10各吸附劑之磷酸鹽吸附效果.......................... 50 表4-11 高濃度之磷酸鹽吸附效益表......................... 52 表4-12 金城湖隔離實驗區水質檢測結果..................... 54 圖目錄 圖 2-1 民國82~97年之台灣地區牡蠣年產量分佈圖............ 5 圖 3-1 以氧化鈣製成過氧化鈣流程圖....................... 15 圖 3-2 以氯化鈣製成過氧化鈣流程圖....................... 16 圖 3-3 釋氧管裝置外部構造圖............................. 18 圖 3-4 釋氧管裝置內部裝填圖 圖 3-5 隔離設備設置區域................................. 20 圖 3-6 隔離設備俯視圖................................... 21 圖 3-7 隔離設備側視圖................................... 21 圖 3-8 浮動牡蠣殼床之俯視圖............................. 23 圖 3-9 浮動牡蠣殼床之結構側視圖......................... 23 圖3-10開放式牡蠣殼床位置................................ 24 圖3-11金城湖堤外各區釋氧管放置地點...................... 24 圖3-12隔離設備設置區域之磷酸鹽吸附試驗區................ 27 圖3-13磷酸鹽吸附裝置圖.................................. 27 圖 4-1 金城湖地區總有機碳含量分佈情況................... 43 圖 4-2 金城湖堤外溼地與紅樹林地區總有機碳分佈情況....... 43 圖 4-3 牡-CaO與磷酸鹽產生之沉澱物XRD圖譜................ 45 圖 4-4 Ca9HPO4(PO4)5OH (calcium hydrogen phosphate hydroxide)之XRD圖譜..................................... 45 圖 4-5 Ca9HPO4(PO4)5OH (calcium hydrogen phosphate hydroxide)之XRD data base............................... 45 圖 4-6 牡蠣殼氧化鈣之磷酸鹽去除曲線..................... 48 圖 4-7 牡蠣殼氧化鈣之pH值變化曲線....................... 48 圖 4-8 各吸附劑對磷酸鹽之吸附曲線....................... 51 圖 4-9 湖區設置之牡蠣殼床............................... 56 圖 4-10牡蠣殼濾床表面附生的大型附著性綠藻腸滸苔......... 56

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