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年度	105	專案性質	實驗性質
專案類別	研究專案	研究主題	評估
申請機構	中興大學	申請系所	土壤環境科學系
專案主持人	劉雨庭	職等/職稱	助理研究員/助理教授
專案中文名稱	環境因子對於河川底泥中無機新興污染物循環機制之影響–以烏溪流域為例
中文關鍵字	環境因子,微量金屬,新興污染物,底泥,同步輻射,X光吸收光譜
專案英文名稱	Effects of Environmental Factors on Cycling Mechanisms of Inorganic Emerging Contaminants in River Sediments - A Case Study for Watershed of the Wu River
英文關鍵字	Environmental factor, micro-elements, emerging contaminants, synchrotron radiation, X-ray absorption spectroscopy
執行金額	1,500,000元
執行期間	2015/11/17 至 2016/11/16
計畫中文摘要	半導晶圓業製程技術在台中科學園區發展日新月異，追求元件效能下，利用如砷、鉻、鋁、鎘、硒、鎵、銦、鉬、鍺、鋅與鐵等金屬離子之薄膜成長技術精進，致使製程衍生的副產物或是殘留化學物質之複雜度或濃度都與日俱增。在半導體光電產業製程產生的硒新興污染物對於環境的影響值得特別關切。微量金屬對於生態系統的影響主要是根據其移動性與生物有效性來決定毒性。環境中硒生物有效性與可移動性取決於環境中硒的濃度與物種。元素態硒無法溶於水，和其他種類的不溶性硒化物通常移動性低，生物有效性小。硒會與氧結合形成幾種物質，最常見的是水溶性且移動性極高的硒酸鹽與亞硒酸鹽毒性較大。而有機態硒化物毒性較無機態硒為低。考慮到硒被生物體攝取的機制與風險不同，了解其在生態系統食物鏈的遷移與分布行為，成為評估工業廢水中硒排放的重要考量。 根據目前孵育的結果顯示：當孵育的 pH 愈大時，氧化還原電位 (ORP) 下降的愈多，當土壤中易分解之有機質含量較多時，則氧氣消耗量較大，氧化還原電位下降造成土壤形成厭氧，而我們所添加的市售腐植酸 (AHA) 屬於大分子有機物，因此即使添加了 5% AHA的系統 (T 5.0) 的樣品隨著孵育時間增加，氧化還原電位也沒有明顯的下降，推測 AHA 的氧化還原能力緩衝氧化還原電位下降。在 pH 6.0、7.5 與 9.0系統中所添加的總有機碳 (0 or 1% - 5%，即T0 – T5) 都是屬於有減少的情況，分別減少的範圍為66.5~6.3% 、 27.5~2.1% 與 21.3~11.6%。在 pH 6.0、7.5 與 9.0系統中，所有樣品在孵育時間逐漸加長，在不同的 pH 值都有硒的溶出到溶液的現象。在 pH 6.0、7.5 與 9.0 系統，溶液中硒的溶出最大量約 29 、48 與 92 μg L-1。分析在不同的 pH 值下，都以 T 5.0 樣品溶出的硒量為最少，而以 T 0 的溶出量為最多，符合前期研究成果：有機質會促使重金屬與微量元素在烏溪底泥的沉積 (Hsu et al., 2016)。這表示 AHA 的存在抑制了硒的溶出。AHA的存在會促使 AHA 將底泥中的鐵螯合溶出至土壤溶液中，因此未添加 AHA 的 樣品幾乎無鐵溶出。根據相關係數與線性迴歸分析得知，氧化還原電位與總有機碳的相關性不佳，氧化還原電位與鐵溶出量與硒溶出量的相關性相較之下是較高的。 對底泥樣本W5不同條件的孵育樣品，進行化學定量分析與物種的分析並在配合X光吸收光譜分析微量金屬元素之化學物種等相關數據，發現在 pH 9.0 下 T0 與 T5的條件孵育 20 天之Se物種變化顯示： pH 9.0 與 pH 6.0 無添加AHA 系統的 pH 與 Eh 值都有相當的變化。由於整個實驗過程pH值維持恆定，導致 H+ 的消耗，進而產生 SeO32- ，但固體中的 SeO32- 卻沒有明顯的增加，可能是因為 pH 9.0 系統中的 OH- 增加，造成AHA 與底泥固體表面帶較多負電，使得 SeO32- 脫附，故 Se0 增加。相較於 pH 6.0 之溶解態的Se ， pH 9.0 樣品因負電的增加 (OH- 增加) 造成了溶解態的Se 與有機物、固態鐵表面發生靜電排斥效應，因而測得的溶解態的Se 較 pH 6.0高。Se0 轉換為 FeSe 與 SeO32-，FeSe不溶而被留在底泥中，而在20天時 SeO32- 被所添加的有機物 (5% AHA) 吸持於底泥中，且 Se0 沒有發生氧化反應所造成的差異。 根據本研究結果推測：有機物AHA阻擋了電子的傳遞，但是高 pH 的反應條件增加了 H+ 的消耗，進而促進 Se0 溶解出硒的反應。在所有pH、Eh、有機物含量、反應天數等等的變化條件下，以 pH 值的影響為最大，從 pH 6.0 到 pH 9.0 之間，H+ 的濃度降低了 103 倍，而 Eh 值僅有 100 mV 的變化 (從150 mV下降至50 mV)。而有機物的角色則主要是影響物種變化與分佈的情形。
計畫英文摘要	As semiconductor technology is improved with the progress of time, the manufacturing processes has embraced a boom in the use of trace elements to improve the performance of thin film growth. The manufacturing processes released intermediate byproducts and residual chemicals into waste water and caused the increasing hazardous risks to human health. The trace metal of selenium (Se), is rarely recognized and the related regulations has not developed completely. The risk level of Se depends on the mobility, toxicity and bioavailability in the environments. Bioavailability is dependent on solubility and species, which also controls Se toxicity through the ecosystem. Se exists in multiple oxidation states, with each state having different fates within the environment. Selenides and elemental Se are considered to be relatively less mobile or bioavailable, but the gaseous H2Se is the most toxic in Se species. Selenite (SeO32-) and selenate (SeO42-) are more soluble than the reduced and elemental Se species. Selenate is the most soluble Se species and is readily taken up by plants. The organic Se is less toxic than inorganic Se. Therefore, the speciation of Se should be considered in evaluating environmental risk assessments of Se-bearing wastes, forecasting Se bioaccumulation, and understanding Se distribution and transformation in the ecosystems. According to our incubation results, the incubation pH would cause the decrease of oxidation-reduction potential (ORP) in the systems. The commercial Aldrich humic acid (AHA) that was mixed with the sediment samples has relatively great molecular structures and is hard to be decomposed. Therefore, ORP of the system with 5 % AHA addition slightly decreased with increasing incubation time. In addition, AHA could affect the reduction reactions. At pH 6.0, 7.5, and 9.0, the total organic carbon contents were decreased about 66.5~6.3%, 27.5~2.1%, and 21.3~11.6%, respectively. The dissolved Se contents were increased with incubation time, and the maximum amounts were 29, 48, and 92 μg L-1 for pH 6.0, 7.5, and 9.0 systems. In terms of AHA addition, Se dissolution decreased with increasing AHA, agreeing with our previous results that indicated the positive correlation between element retention and organic matter content in the Wu River sediments (Hsu et al., 2016). However, the Fe dissolution increased with increasing AHA addition, suggesting that AHA complexed with Fe to release it but inhibited Se dissolution. The correlation coefficient and linear regression analysis indicated that ORP was highly correlated with the dissolved Fe and Se contents.