優養化藻類原水前臭氧處理對加氯消毒生成消毒副產物 三鹵甲烷影響之研究

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1 優養化藻類原水前臭氧處理對加氯消毒生成消毒副產物 三鹵甲烷影響之研究

2 摘要 本研究以優養化藻類原水經前臭氧處理對加氯消毒生成三鹵甲烷影響之研究，探討藻類細胞內、胞外物先經O3 氧化後，並加氯反應與添加溴離子培養七天，觀察生成三鹵甲烷(THMs)之消毒副產物(DBPs)，藉由DBPs前質生成潛能實驗結果，評估飲用水原水中DBPs 前質經臭氧處理之變動。

3 一、 前言 近年來臭氧被廣泛的應用於飲用水處理，臭氧於水處理過程中，主要利用臭氧分子(直接)及氫氧自由基(間接)，以氧化水中無機物質(如鐵、錳)、有機物質(天然有機物、微量臭味物質及人工合成之難分解有機物)及殺滅致病微生物

4 二、 實驗設備與方法 (一)實驗材料與設備: 1.三鹵甲烷標準品購買至GR 級(SUPELCO,USA)保存於4℃冷藏。
2.本實驗藻種及水樣來源：

5 (1)實驗室培養之純種微囊藻(Microcystis)
(2)南投鯉魚潭水庫為綠球藻(Chlorella) 3.半批式臭氧反應槽：本實驗利用批式反應槽進行臭氧反應，反應槽是由4 公升之玻璃材質組成，瓶口配置臭氧導入口、氣相殘餘臭氧出口、pH 計、溫度計、取樣口及曝氣石，瓶底可置入磁石攪拌子，藉由磁石攪拌器均勻混合O3、藻類。

6 4.臭氧(Ozone):本實驗所使用的臭氧產生機(EST LAB-O3 USA)為電暈放電原理，氣體壓力為5～8psi，氧氣流量可調整範圍控制( 1.0～8.0 SCFH )(大約0.47～3.77 L/min)，臭氧機可操作最高電壓(125V)。實驗中臭氧劑量之改變，可由改變臭氧接觸時間及調整臭氧機電壓控制。

7 實驗流程

8 (1)本實驗先進行藻種的培養是將水庫取出之藻體經瓊脂培養基分離後，移至光照培養槽( 玻璃材質， 10cm(ID) × 60cm(H) ) ， 在控制光照時間(12D/12L)、溫度25℃條件下，進行增殖培養，其中營養鹽的添加是取經高溫高壓滅菌後之母液，每日添加適量至培養槽中，培養期間並利用通入CO2(流量約為150mL/min)作為藻類的碳源。藻類濃度分析是運用顯微鏡檢計數，配合分光光度計法檢測，並藉由位相差螢光顯微鏡與掃描式電子顯微鏡觀察藻類之形態特徵。

9 (2)實驗水樣選取實驗室所培養之純種微囊藻與南投鯉魚潭水庫之綠球藻為優勢種，並用湯瑪氏血球計數藻濃度，ㄧ組以藻濃度104、105、106cell/mL經加氯反應後分別在不同的時間點加入該定量之抑制劑，另一組以微囊藻濃度106cell/mL 之原液以離心機分離出藻體之胞內物與胞外物，再經由0.45μm 濾紙過濾出，分別取得未離心之藻原液與離心後的藻體胞內物及胞外物，並個別添加0.1mg/L 與0.5mg/L 溴離子反應。

10 (3)將濃度已配製好的藻液體以分別裝入4L 臭氧半批式反應槽中進行催化，經由(O3)劑量為1mg/L，反應時間為10 分鐘。
(4)本實驗利用場發射電子顯微鏡(FE-SEM)，目的是觀察藻體細胞經由臭氧反應前、後外型的變化，分析樣品主要為生物體(藻細胞)部份進行前處理。

11 (5)溶解性有機碳(NPDOC)之分析本實驗所需測的水中有機物以總有機碳分析儀(Total Organic CarbonAnalyzer 6001, Shimadzu, Japan)，水樣先經過0.45 μm 之濾紙過濾，並以6N 的HCl(Merck, Germany)將水樣酸化至pH＜2，再通以吹氮氣體7 分鐘，將已酸化的樣品中含的無機碳去除， 所測得值即為溶解性總有機碳(NPDOC)。

12 (6)消毒副產物(DBPS)生成潛能水樣加氯濃度為NPDOC 值之10 倍，培養7天後，加入定量(0
(6)消毒副產物(DBPS)生成潛能水樣加氯濃度為NPDOC 值之10 倍，培養7天後，加入定量(0.5mL)之氯抑制劑(硫代硫酸鈉Na2S2O3．5H2O)。 (7)以使用吹氣捕捉裝置(Purge&Trap 4560，OI-Analytical, USA)搭配氣相層

13 結論 1. 水體藻類利用預臭氧程序處理後，水相NPDOC 值有明顯升高趨勢，藻類濃度愈高，NPDOC 值增加愈明顯，推測所增加之NPDOC 主要來自臭氧氧化藻細胞所釋出之有機質。

14 2. 微囊藻預臭氧反應所釋出之 NPDOC 明顯較綠球藻高，推測是微囊藻胞外物有部分與臭氧反應後轉變成溶解性而釋出至水相。
3. 本實驗兩種藻類預臭氧反應後，加氯培養生成之THMFP 均隨著藻類濃度增加而增加，其中以微囊藻增加趨勢最明顯。

15 4. 實驗室所培養之純種微囊藻經由臭氧氧化程序後使THMFP 明顯增加，主因是藻體遭受臭氧破壞而釋出胞內、胞外物質至液相，同時此類有機質亦為THMS 的前質。
5. 實驗室所培養微囊藻在加入溴離子(0.5mg/L)發現生成THM 物種之CHCl2Br、CHClBr2 及CHBr3 有大幅增加，同時在經臭氧處理後發現胞外物(EPS)所增加之含溴物種THM 最顯著。