| 姓名 |
葉馥碩(Fu-Shuo Ye)
查詢紙本館藏 |
畢業系所 |
環境工程研究所在職專班 |
| 論文名稱 |
沼渣施用對土壤及滲出水之重金屬成份影響分析
(Effects of biogas residue on the composition of heavy metals in soil and leachate)
|
| 相關論文 | |
| 檔案 |
 [Endnote RIS 格式]
[Bibtex 格式]
 [相關文章]  [文章引用]  [完整記錄]  [館藏目錄]  [檢視] [下載]- 本電子論文使用權限為同意立即開放。
- 已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
- 請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。
|
| 摘要(中) |
近年畜牧業發展快速，使臺灣農業生產值大幅提升，而畜牧糞尿處理，過往是以廢水方式管制，業者為降低成本，將未處理之廢水排至河川，導致環境逐漸惡化；環保署制定「畜牧糞尿肥分利用策略」以改善生態污染問題，利用經厭氧發酵而成沼渣為農田肥料使用，可增加土壤肥分外，對環境亦可減輕負擔。
本研究以沼渣為肥料施於土壤中，探討施用沼渣對土壤及滲出水的重金屬成份影響分析，以盆栽進行模擬實驗，並以化肥做對照，實驗後分析土壤的基本性質，再以微波王水消化法與Tessier序列萃取法進行土壤及滲出水之重金屬總量及組態分析，藉此評估生態風險。
研究結果顯示，使用不同肥料後，土壤酸鹼值(pH值)均有下降，但沼渣含有豐富的腐植質及微量養分元素等，使有機質相較於化學肥料含量較高，但沼渣本身水溶性鹽類較多，導致施用沼渣後土壤導電度(EC)上升。
添加沼渣之土壤重金屬濃度方面，銅與鋅濃度增加量較多，分別是銅13mg/kg、鋅55.7mg/kg；土壤滲出水平均重金屬濃度，分別為銅0.41mg/kg、鋅0.65 mg/kg，鉛、鉻、鎳及鎘重金屬濃度皆小於0.1 mg/kg；以Tessier序列萃取分析土壤重金屬組態，施用沼渣後，鉛、鋅、鎳主要為殘留態及鐵錳氧化態存在；鉻、鎘主要比例為殘留態；銅則以有機態、殘留態存在；以組態特性評估結果，鉛、鋅、鎳重金屬以鐵錳氧化態存在時，在較低的氧化還原電位下，易使鐵錳氧化物產生溶解現象，導致重金屬被釋出，鉻、鎘主要為殘留態，對生態較無影響，但須注意鎘在土壤中之累積；銅重金屬以有機態存在於環境時，屬於易釋出且具生物有效性之型態，所以帶來的潛在環境風險較高。
經重金屬總量分析，重金屬銅、鋅在施用後累積總量分別為銅0.04 mg/kg、鋅0.09 mg/kg，其餘金屬皆小於0.01 mg/kg，質量平衡結果呈現，沼渣中之銅及鋅分別有98.57 %及99.05 %比例將持續積累於農田土壤；以沼渣肥料進行施肥，評估重金屬累積之超標年限，經計算結果，重金屬銅超標年限約為148年，重金屬鋅約為242年，與過往國內實際使用沼渣施肥之評估年限約銅為190年、鋅為82年相當，可以推測沼渣施用在短期內較無重金屬的污染風險，長期使用則需要週期性檢測，以確保應用於農田的安全性。
經重金屬總量分析，重金屬銅、鋅在施用後累積總量分別為銅0.04 mg/kg、鋅0.09 mg/kg，其餘金屬皆小於0.01 mg/kg，質量平衡結果呈現，沼渣中之銅及鋅分別有98.57 %及99.05 %比例將持續積累於農田土壤；以沼渣肥料進行施肥，評估重金屬累積之超標年限，經計算結果，重金屬銅超標年限約為148年，重金屬鋅約為242年，與過往國內實際使用沼渣施肥之評估年限約銅為190年、鋅為82年相當，可以推測沼渣施用在短期內較無重金屬的污染風險，長期使用則需要週期性檢測，以確保應用於農田的安全性。 |
| 摘要(英) |
In recent years, the livestock farming industry has been developing rapidly and is an important part of Taiwan′s agricultural production. However, in the past, the policy for the treatment of livestock waste and urine was to treat the digestate as waste water. In order to improve river pollution problem and rural air quality, the EPA is promoting the "Livestock Manure and Urine Fertilisation Strategy". The biogas residue is used as farmland fertilizer.
In this study, digestate was applied as fertilizer to the soil to investigate the effects of digestate application on the composition and environmental impact of heavy metals in soil and leachate. The potential environmental risks were evaluated.
The results of the study showed that the pH value of the soil decreased slightly after the application of digestate because the digestate was rich in humus and micronutrients, which made the organic content higher than that of the chemical fertilizer group, but the digestive had more water-soluble salts, which led to an increase in soil conductivity (EC) after the application of digestate.
In terms of heavy metal concentrations in the soil, the concentrations of copper and zinc increased more, at 0.65 mg/kg for copper and 1.36 mg/kg for zinc respectively, while the concentrations of lead, chromium, nickel and cadmium were all less than 0.1 mg/kg.
The Tessier sequence extraction analysis showed that after application of digestate, lead, zinc and chromium were mainly in the residual state and ferromanganese oxidation; nickel and cadmium were mainly in the residual state; and copper was in the organic and residual state.
As a result of the configuration assessment, the presence of lead, zinc and chromium heavy metals in the ferromanganese oxide state tends to cause dissolution of ferromanganese oxides at low redox potentials, resulting in the release of heavy metals
Cadmium and nickel are mainly in residual form and have no impact on the ecology, while copper and heavy metals in organic form are easily released and biologically effective when present in the environment, thus posing a higher potential environmental risk.
The total heavy metal analysis showed that the total accumulation of copper and zinc in the soil was 0.04 mg/kg for copper and 0.09 mg/kg for zinc respectively.The assessment of the exceedance of the cumulative age limit for heavy metals using digestate fertilizer was calculated to be about 148 years for heavy metal copper and 242 years for heavy metal zinc, which is comparable to the assessment of 190 years for copper and 82 years for zinc for the actual use of digestate fertilizer in other stndy in the past .It can be assumed that the application of digestate will be less risky in the short term in terms of heavy metal contamination, while long-term use will require periodic testing to ensure the safety of the application on farmland. |
| 關鍵字(中) |
★ 盆栽試驗
★ 重金屬
★ 總量萃取
★ 序列萃取
★ 重金屬總量評估 |
關鍵字(英) |
★ Pot experiment
★ Heavy metals
★ Total extraction
★ Sequential extraction
★ Total heavy metal assessment |
| 論文目次 |
摘要 i
Abstract iii
致謝 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 x
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 土壤重金屬污染之來源 3
2.2 化學肥料種類及對環境之危害 5
2.3 有機農業的起源與發展 7
2.3.1 國外有機農業發展情況 8
2.3.2 臺灣有機農業發展情況 8
2.4 沼渣於臺灣使用情況 11
2.5 沼渣重金屬含量分布 16
2.6 重金屬對農作物及人體之危害 17
2.7 影響土壤中重金屬吸附之因素 24
2.8 重金屬於土壤中的型態 25
2.8.1 土壤重金屬與生物有效性之關係 26
2.9 土壤中重金屬檢測方法 29
2.9.1 總量萃取 29
2.9.2 序列萃取 29
第三章 研究方法 32
3.1 實驗架構 32
3.2 實驗樣品 36
3.2.1 實驗土壤樣品 36
3.2.2 實驗沼渣樣品 36
3.2.3 實驗化肥樣品 36
3.3 實驗設備與材料 37
3.3.1 實驗設備 37
3.3.2 實驗藥品 39
3.3.3 標準品配製方法 40
3.4 土壤基本性質分析方法 41
3.4.1 土壤前處理 41
3.4.2 土壤酸鹼值(pH 值)測定方法 41
3.4.3 土壤電導度測定方法 42
3.4.4 土壤水分含量測定方法 42
3.4.5 土壤固體含量檢測方法 43
3.5 土壤重金屬分析方法 44
3.5.1 總量萃取分析 44
3.5.2 序列萃取分析 44
3.6 品質管制措施 47
第四章 結果與討論 48
4.1 土壤基本性質分析 48
4.2 土壤重金屬總量萃取分析 53
4.3 土壤重金屬序列萃取分析 55
4.4 土壤滲出水重金屬分析 67
4.5 重金屬總量分析 69
4.5.1 重金屬於土壤中輸入及輸出量 69
4.5.2 重金屬在土壤中累積總量 72
4.6 以重金屬組態評估施用沼渣對環境之潛在風險 77
第五章 結論與建議 79
5.1 結論 79
5.2 建議 80
參考文獻 81 |
| 參考文獻 |
1.Ajay Kumar, Lahur Mani Verma, Satyawati Sharma & Neetu Singh (2022) Overview on agricultural potentials of biogas slurry (BGS): applications, challenges, and solutions. Biomass Conv. Bioref.
2.Kandpa Geeta (2021) Review on Impact of Chemical Fertilizers on Environment，International Journal of Modern Agriculture
3.Hopkins, William G., Hüner, Norman PA (2003) Introduction to Plant Physiology 3rd edition by Hopkins
4.Jose A. Acosta (2019) Effect of land use and soil properties in the feasibility of two sequential extraction procedures for metals fractionation，Chemosphere 218，266-272
5.Ping Ai (2020) Effect of application of different biogas fertilizers on eggplant production:Analysis of fertilizer value and risk assessment， Environmental Technology Innovation 19，101019
6.P. K. Andrew Hong (2010) Extraction, Recovery, and Biostability of EDTA for Remediation of Heavy metal-contaminated Soil，Journal of Soil Contamination
7.Arias et al. (2005) Soil health - A new challenge for microbiologists and chemists
8.A. Tessier, P. G. C. Campbell, and M. Bisson (1979) Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals
9.Ma, L. Q., and G. N. Rao (1997) Chemical fractionation of cadmium copper, nickel, and zinc in contaminated soils , J. Environ. Qual., 26, 259-264
10.Förstner, M. Kersten (1986) Chemical Fractionation of Heavy Metals in Anoxic Estuarine and Coastal Sediments
11.陳玥 (2013) 不同施肥條件下蛇紋石土壤種植水稻之重金屬吸收量，國立屏東科技大學環境工程與科學系碩士論文
12.莊佩祺 (2003) 土壤重金屬污染物化合物形態分佈之影響因子探討，逢甲大學環境工程與科學學系碩士論文
13.朱訓智 (2002) 鋅、鉻在分層土壤中傳輸與吸附機制之探討，國立屏東科技大學環境工程與科學系碩士論文
14.林聖淇、張尊國 (2015) 畜牧廢水中陰陽離子濃度組成與其導電度之關聯性探討. 農業工程學報, 61(1), 1-13.
15.許正一 (2011) 土壤重金屬知多少，科學發展，468期
16.黃富昌、陳慶和、邱英嘉、劉偉麟、蕭博瑞、劉家福、盧麒丞、顏冠忠、林嘉鴻、詹晏權、龔豊智 (2006) 土壤污染物化合型態分佈之影響因子及其傳輸機制之研究，台灣環境資源永續發展研討會論文集
17.余光昌 (2005) 受污染河川底泥中重金屬與各鍵結物之相關性研究，嘉南藥理科技大學環境工程與科學系，整合型計畫編號：CNEE94-02
18.陳雍程 (2000) 土壤樣品鉛、鎘的序列萃取，國立中興大學環境工程學系，碩士論文
19.楊淞富 (2005) 深耕翻轉與酸洗對污染農地中重金屬之去除效率及肥力之影響，國立成功大學環境工程學系碩士論文
20.范育湘 (2006) 農地土壤重金屬之測定-密閉微波法與熱板迴流法之比較，國立中興大學環境工程學系所碩士論文
21.李春樹 (2003) 銅鋅鉛在污染土壤中之化學型態及其萃取性研究，國立成功大學環境工程學系博士論文
22.林浩潭 (1991) 以作物中重金屬容許含量推算土壤中重金屬容許含量之探討，國立中興大學，碩士論文
23.葉顓銘、陳少燕、黃定鼎、黃浩仁 (2004) 清理重金屬污染的植物，科學發展 2004年8月，380期
24.潘述元 (2020) 建立水田中土壤重金屬質量平衡模式
25.葉琮裕 (2002) 重金屬污染農地整治技術，環保訓練雙月刊，第 61 期
26.蔡淳瑩 (2017) 農村經濟轉型及投資永續農業有助於達到消除飢餓的目標，國際重要農情資訊，第302期
27.許玉雪、蘇銘千 (2015) 德國畜牧廢棄物能源化政策對我國的啟示，農業政策
28.李春樹 (2003) 銅鋅鉛在污染土壤中之化學型態及其萃取性研究，博士論文
29.林志豪 (2008) 汙染土壤進水環境下之重金屬釋出，碩士論文
30.洪琬琪 (2003) 重金屬影響植物根部生長及發育機制之探討，碩士論文
31.陳琦玲、廖崇億、周明顯、徐慶霖、林正斌、消庭訓、郭鴻裕 (2003) 施用沼肥對公共衛生、農作與土壤環境之影響，專題演講
32.陳尊賢 (1993) 評估長期施用禽畜糞有機堆肥對農業土壤品質之影響，畜禽飼料銅、鋅之添加對環保之影響研討會論文集
33.陳尊賢 (1995) 長期施用豬糞堆肥對土壤中重金屬之累積及合理施用量之評估，有機質肥料合理施用技術研討會專刊
34.林聖淇、張尊國，(2015)畜牧廢水中陰陽離子濃度組成與其導電度之關聯性探討，農業工程學報，61卷1期
35.社團法人台灣環境資訊協會 (2021) 環境資訊中心，環境書摘
36.經濟部工業局 (2022) 產業製程清潔生產與綠色技術資訊網
37.國家環境毒物研究中心 (2018) 教學知識專區，環境毒物知多少
38.行政院農業委員會 (2021) 農業統計資
39.行政院環境檢驗所 (2009) 土壤檢測方法總則NIEA S103.61C
40.行政院環境檢驗所 (2008) 土壤酸鹼值(pH 值)測定方法-電極法 NIEA S410.62C
41.行政院環境檢驗所 (2013) 土壤電導度測定方法 TARI S101.1B
42.行政院環境檢驗所 (2012) 土壤及底泥水分含量測定方法重量法 NIEA S280.62C
43.行政院環境檢驗所 (2014) 污泥廢棄物中總固體、固定性及揮發性固體含量檢測方法 NIEA R212.02C
44.行政院環境檢驗所 (2019) 土壤中重金屬檢測方法－微波輔助王水消化法 NIEAS301.61B
45.行政院農委會農業知識網 (2020) 農業知識庫 |
| 指導教授 |
莊順興(Shun-Hsing Chuang)
|
審核日期 |
2022-9-15 |
| 推文 |
 facebook  plurk  twitter  funp  google  live  udn  HD  myshare  reddit  netvibes  friend  youpush  delicious  baidu
|
| 網路書籤 |
 Google bookmarks  del.icio.us  hemidemi myshare
|
