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以廢止廢 保麗龍淨化重金屬廢液
新知
第1735期
以廢止廢 保麗龍淨化重金屬廢液
2020-11-04
【記者鍾晨沅綜合報導】永續議題已是全球科技研究的趨勢,國立清華大學於10月29日配合永續發展週舉行「SDGs專題論文海報競賽」。當中,清大化學系學生團隊專題「以廢止廢白循環再利用」成功奪得銀牌,團隊將保麗龍製成一種新型淨水劑,可用於淨化如半導體砷廢水等重金屬廢液。 國立清華大學學生團隊成功研發將保麗龍轉換為環保新型高效的淨水劑。 圖/清大化學系學生團隊提供保麗龍為常見的塑膠原料,在自然界無法被微生物分解,是千古不化的垃圾,且由於其質量小、殘餘價值低,不容易進行循環回收再生。自塑膠發明以來,人類已向海洋排放了10億噸的垃圾,而在這些懸浮於海洋的微型塑膠中,體積佔比最大的即為聚苯乙烯,也就是「保麗龍」。國立臺灣海洋大學海洋生物研究所教授黃將修表示,海洋汙染經由食物鏈逐層累積,人類食用海產時會對健康有害。研究團隊透過循環綠色創新技術,將回收的廢棄保麗龍先以環保溶劑溶解,並讓其在氣密(註1)及無氧狀態下,經連續式微流體反應系統(Continuous Microfluidic Reaction System),進行微量且高效的化學作用,在多個微混合器連續反應後,開發出一種新型的重金屬複合淨水劑——磺酸聚苯乙烯(SPS)。註1:氣密為不漏氣,防止氣體的進入或破壞作用。 廢棄保麗龍經連續式微流體反應系統,可製備成重金屬複合淨水劑SPS。圖為示意圖。 圖/清大化學系學生團隊提供 進入5G無線通訊時代,砷化鎵複合物半導體會大量應用於手機等電子設備。然而,在生產砷化鎵晶片的同時,會產生許多高濃度重金屬砷(As)的廢液。團隊成員胡育豪表示,SPS是一種帶有聚苯乙烯結構的強效型陽離子吸附劑,在強酸、強鹼的溶液中皆相當穩定,與絮凝劑(註2)、沉澱劑(註3)混合後,可作為工業廢水新的處理技術。 註2:絮凝劑用於水處理時,除去水中懸浮物質。註3:沉澱劑用於加速溶液中固體物質的析出。 SPS淨水劑可過濾砷化鎵半導體的製程廢水,首先將廢水中的重金屬從溶解的離子形態,轉變成難溶性化合物沉澱,再經由SPS淨水劑吸附、交換處理,即可高效淨化重金屬廢水。團隊成員林岩廷表示,經過實驗發現,此淨水劑對砷與其他劇毒物質的去除率高達99.9%,對其他五種重金屬離子(註4)則可達96%以上。註4:銅 (Cu2+)、鉻 (Cr3+)、錳 (Mn2+)、鎘 (Cd2+)、鎳 (Ni2+)。 國立清華大學團隊成功利用SPS淨水劑處理工業製程廢水。圖為示意圖。 圖/清大化學系學生團隊提供對於研究成果,胡育豪補充,SPS為一種環保新型高效的淨水劑,不會產生任何有毒害的物質,未來可與淨水處理工廠的常規技術結合。在不改變現有設備與不增加附屬設施的情況下,強化與拓寬淨水流程,大幅降底淨化成本。林岩廷也補充,目前保麗龍的處理方式通常為掩埋或焚化,前者無法被生物分解,後者又可能釋出毒性物質,團隊研究已有效達成「以廢減廢」的理念,期望未來能建構永續循環的模式,並創造最大的經濟效益。 
水資源再利用 裝置融廢瓶於設計
新知
第1712期
水資源再利用 裝置融廢瓶於設計
2019-11-06
【記者黃雪瀅台中報導】只需將水槽排水孔(又稱落水頭)關上,廢水就會存入裝設在水槽下方的裝置中。僑光科技大學生活創意設計系副教授李世珍指導學生黃弘志、詹瑞祥和陳韋丞共同研發「水資源再利用裝置」。繼「2019第13屆波蘭國際發明展暨發明競賽」後,再對裝置進行改良,將原裝置中儲水部分更換為家用廢棄寶特瓶。 除了改良裝置的斜率,團隊此次將原儲水容器從裝置中移除,讓民眾將自家的廢棄寶特瓶裝入,便可進行裝水。 圖/黃雪瀅攝團隊設計將水資源再利用裝置裝設於水槽排水管下方,並連結一組儲水容器,再加長控制落水頭的連桿至裝置。此裝置外觀如同方向盤,下接小水管,廢水經由管線注入各個儲水瓶。黃弘志解釋,當儲水容器滿水時,儲水瓶加重下沉,進而拉動拉桿,打開連動裝置,落水頭的排水孔塞即可開啟,讓多餘的水排出,不會造成逆流。李世珍提到此設計以環保為發想,於是此次團隊將原儲水容器從裝置中移除,改以讓民眾將自家的廢棄寶特瓶裝入,便可儲水。「此次改良也增加裝置的斜率,讓水流動方向更明確。」黃弘志提到,如此水便不易堆積在裝置中。裝置經調整後,再獲「2019第十屆IIIC國際創新發明競賽」金牌。 團隊設計將水資源再利用裝置裝設於水槽排水管下方,加長控制落水頭的連桿至裝置,並連結一組儲水容器。 圖/黃雪瀅攝該裝置安裝方便,只需將水槽排水管分開,在中間加裝即可。一般家庭購買裝置後,無需雇用水電工,便能自行組裝。黃弘志說:「裝置材質與洗手槽下的水管相同,因此使用壽命相近。」不必擔心水的侵蝕力縮短裝置的使用時長。 黃弘志正在組裝水資源再利用裝置,此裝置組裝方便,未來上市將附上說明書,購買後可按照說明書組裝,非常方便。 圖/黃雪瀅攝設計發想來自在餐廳工讀的團隊學生陳韋丞,他深感水在清洗蔬菜後尚可利用,卻仍只能流掉,十分浪費。結合水資源匱乏議題,他們運用市售現成零件,設計無需電力的省水裝置,可儲存多達50%以上的廢水。「希望廢水可再利用,無論是再進行澆花、馬桶沖洗等,都能增加廢水的使用次數。」詹瑞祥說。李世珍盼此裝置市場化,在民眾購買時附上說明書,他們便可於家中自行組裝,提高普及率。而因廢水中含有雜質,黃弘志希望未來加入「生物可分解海綿」進行過濾,海綿在使用後可放入盆栽等處分解,不會造成任何污染。對於裝置的外型構造,李世珍表示未來將調整為「魚骨」外觀,使廠商運輸空間擴大。 李世珍正在為裝置的未來外型構造繪圖,規劃將「方向盤」的外型改為「魚骨」狀。 圖/黃雪瀅攝現下通常以水桶或盆子盛裝廢水,以便再利用,但此方式容易孳生蚊蟲。民眾陳姵妡指出,此裝置讓使用者以棄用的瓶子儲水,除方便再次使用,也能預防斑蚊孳生。經營飲料店的業者許詠智經常將融化的冰用以清洗地面,他表示,此裝置所能儲存的水量有限,「若此裝置能過濾糖漿,將會提高飲料業者的使用率。」 
「藻間」淨化汙水 望解農工衝突
新知
第1667期
「藻間」淨化汙水 望解農工衝突
2017-11-29
【記者廖翊庭綜合報導】11月彰化地方法院檢察署查獲溪湖鎮一處電鍍廠涉嫌偷排廢水,危害當地民眾健康。為解決中南部電鍍工廠排廢水汙染農田灌溉水源的問題,中華大學建築與都市計畫學系學生陳毅庭、薛嘉鈞研發「藻間」(Organism Purification Device),以淨化重金屬汙水、調節工廠環境等功能,使工廠排放水也能灌溉農田。 生物絮凝反應器「藻間」設計理念從最原始的農業生產到工業生產之間在地域上的衝突為出發,目的為解決水質問題。 圖/陳毅庭提供日常中民眾習以為常的鬧鐘、金屬裝飾、家電零配件、鑰匙等「閃亮細節」,都是經由「電鍍」而來,而整個彰化縣就是電鍍的大本營。其中,頂番婆地區更是工廠一級戰區。彰化本身無汙染處理管道,所有生活用水、工業廢水、農田灌溉皆於洋仔厝匯流排放,工業用地與農田雜亂錯落,重金屬汙染使農田不適合種植糧食。陳毅庭與薛嘉鈞發現農工兩大生產領域相衝突的問題,便著手設計「藻間」。藉由生物絮凝反應器,寄生於工廠與水源間的建築手法,同時改善工廠汙染空間。陳毅庭說明,生物絮凝反應器是置於淨化容器建築裝置裡,利用微生物技術,經由細菌、真菌、藻類等微生物發酵、提取、精製而得的水處理劑,能調節光、淨化金屬廢水。「藻間」外型參考顯微鏡下的藻類狀態及樣貌,覆蓋於工廠上方。當汙水流過時,運用生物化學法,經由離子交換作用,使重金屬離子被藻類等生物細胞吸附,改變工廠生產汙水程序以達到水質淨化,希望藉此改變生產觀念以及農工之間衝突。 「藻間」外型參考顯微鏡下的藻類狀態及樣貌,覆蓋於工廠上方,改變工廠生產汙水程序以達到水質淨化。 圖/陳毅庭提供「藻間」獲得全國智慧綠建築設計創意競賽金獎。薛嘉鈞表示,由於缺乏生物相關知識,經過蒐集大量論文及數據、與教授討論之後才完成設計,從基地調查到設計構想共費時兩個半月,其材料以及淨化方式皆經過評審認證。陳毅庭表示,希望未來將此理念實體化,並從單一工廠與農田擴展至整個都市,也會嘗試改良其尺寸為都市家具尺度進行操作,使藻間系統可應用於不同型態的建築。  
廢水新生 繁殖藻類轉生質能
新知
第1599期
廢水新生 繁殖藻類轉生質能
2015-05-28
【記者吳盈蓉綜合報導】你想過污水、廢氣等環境殺手竟然商機無限嗎?全台每四戶養豬業者有一戶就來自屏東,而總數更逼近200萬頭。屏東科技大學生物資源研究所教授蔡文田帶領團隊,結合在地特色打造的「微藻養殖系統」,不僅能淨化畜牧業與工廠等的排放廢棄物、降低環境污染,更可以因此繁殖大量藻類,將微藻、藻渣做生質燃料、飼料、美妝用料與生技產品,能讓廢物也有新生命。本身家中從事畜牧業的團隊成員、屏科大生物資源研究所學生李育儒提到,系統結合屏東養豬業冠全台之首的特色,團隊利用含有大量氮鹽與磷鹽的豬場廢水作為藻類營養來源。李育儒補充,蒐集藻體後會淨化的廢水重複利用,回饋給養豬業者做清洗用水。另外,系統導入工廠所排放的二氧化碳廢氣,作為藻類光合作用時所需的能量。同時系統結合「光生物反應器」,電力來自於太陽能進行LED燈照明。這次團隊也採用屏東在地藻種,因而得以大幅縮短藻類適應環境的馴化(acclimation)過程。屏東因陽光充足、地下水豐富又有在地藻種,因此適合發展相關產業,同時屏東也是全台最大養殖地。相較第一代使用糧食作物為生質料源,但會產生糧食衝突與能源密度不足的問題;第二代採取非糧食作物但栽種面積與處理成本過高。而微藻有生長快速、二氧化碳使用率高、養殖所需土地面積相對較小的特點,蔡文田表示,微藻目前被認為是第三代生質料源。團隊開發的微藻養殖系統不僅能為生態維護盡一份心力,更可以透過廢物養殖出附加價值高的藻類。李育儒提到雖然微藻可提煉出生質能源,但成本仍比目前油價還來得高。然而,藻類卻是從上到下都可運用的資源,如藻粉營養價值高可作為飼料添加物、藻渣可轉化為吸附性活性碳、提煉生質能源的轉酯化過程所得甘油可用於美妝添加物。李育儒補充,系統所用原料大都為廢棄物,所以養殖成本極低。李育儒提到,在研究過程中最難的部分是在藻種選擇,品種不同而就有不同特性,團隊嘗試了數十種不同品種。蔡文田補充在蒐集廢水時曾被養豬業者拒絕,他表示:「有養豬場表示不方便提供廢水供團隊實驗,認為商業資訊被揭露。」李育儒表示希望未來可以將系統帶入養殖場或工業區周遭,作為廢污水與廢氣的處理。
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