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題名：奈米氣泡於水體水質改善應用之研究
作者：呂明縉 引用關係
作者(外文)：LU, Ming-Jin
校院名稱：中華大學
系所名稱：科技管理博士學位學程
指導教授：蕭炎泉
學位類別：博士
出版日期：2014
主題關鍵詞：水體汙染；河川汙染分類指標；奈米氣泡；奈米氣泡水質改善技術；Water pollution；River pollution index；Nano bubble；Nano bubble water quality inprovement technology
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近幾年來國內外先進城市，已經將城市區域河川地區生態環境品質的改善，作為提升城市形象和提高城市競爭力的重要措施。目前對處理河湖污染而言，水體曝氣為一種投資少、見效快的河湖污染治理技術，但一般的曝氣設備產生氣泡較大，其溶氧率低，氣泡的浮出較快，附著於氣泡的凝聚物質、固體、溶解物較少、無法快速有效去除。奈米氣泡技術能有效解決了氣泡在水體中的接觸面積問題，因為奈米氣泡的表面積能有效增大，同時由於氣泡的細小，具有良好的滯留氣浮性，可以在污水中長時間停留，從而能吸附更多的污染物質，夠達到曝氣清污效果的目的。
依據我國河川污染分類指標，其水質參數分為溶氧量、生化需氧量、懸浮固體、氨氮四項，指標之計算即為四項水質參數之算數平均值，依其計算結果可分為未受污染或稍受污染、輕度污染、中度污染及嚴重污染等四類。本研究以文獻回顧彙整水體汙染的種類及產生方式、河川整治技術的種類、生態修復的方法、水體指標的種類及測量方法、河川汙染分類指標之水質參數及汙染程度之計算等，並探討奈米材料的結構特性、相關技術及應用，及奈米氣泡的生長模式、奈米氣泡的除污原理，並針對奈米氣泡的特性及應用於改善水質的原理，它的滯留與吸附效果，在處理水質上的物理、化學及生物特性。
本研究以三個案例，探討奈米氣泡在改善水體溶氧量、生化需氧量、懸浮固體、氨氮之成效，從本研究結果，驗證奈米氣泡水質改善技術，可以提升水體溶氧量平均值為1.1 mg/L，增加溶氧量13%，且有效降低生化需氧量12.5 mg/L (73%)、懸浮固體162.43 mg/L (79%)及氨氮0.10 mg/L (11%)，其中以降低生化需氧量及懸浮固體實驗成效特別好，能有效在研究之時間內將水體原本中度污染轉換成輕度污染，可供其他河湖污染水體改善之參考。
另本研究僅以河川污染程度指標內容進行實驗，並未對水體透明度進行實驗檢測，但在我們從研究過程觀察水體顏色之變化，顯示奈米氣泡水質改善技術對水體透明度改善有相當之效果。
The advanced cities have considered the improvement of river quality as the measure to promote city's image and improve urban competitiveness in recent years. The water aeration is a small investment and quick efficiency control technology for dealing with water pollution of rivers and lakes. The general bubble aeration devices produce larger bubbles, the dissolved oxygen is low, the bubble rising rapidly, and the bubbles adhering to less substances. Nano bubble technology can effectively solve the contact area problem of the bubbles in the water. Nano bubbles can effectively increase the surface area. Nano bubbles are small and have good flotation, which can stay longer in waste water and can adsorb more contaminants to effetely remove dirts.
Based on river pollution index, the water quality parameters are divided into Ddissolved Oxygen, Biochemical Oxygen Demand, Suspended Solids and Ammonia Nitrogen. According to the calculation result, the river can be classified as unpolluted, slightly polluted, moderately polluted and heavily polluted. In this study, literature review is used to compile water pollution kinds, river remediation technologies types, ecological restoration methods, water body types and indicators measurement methods, water quality parameters and calculation of pollution degree. This study has explored the structural properties of nanomaterials, related technologies and applications, growth model of nano bubbles, and decontamination principles of nano bubbles. Characteristics of nano bubble and principles to improve water quality, its retention and adsorption, physical, chemical and biological properties of water treatment were discussed in this study.
Three case studies were used to explore the effectiveness of nano bubble in improving water dissolved oxygen, biochemical oxygen demand, suspended solids, and ammonia in this study. From experimental results for the case, the nano bubble water quality improvement technology can increase the dissolved oxygen with an average of 1.1 mg/L, raise dissolved oxygen for 13%, effectively reduce BOD 12.5 mg/L (73%), suspended solids 162.43 mg/L (79%) and Ammonia 0.10 mg/L (11%). The results for reducing BOD and suspended solids experimental are particularly good. Nano bubble water quality improvement technology can effectively convert moderate polluted water into slightly polluted and can be used as reference to other rivers for polluted water improvements.
This study only experiments on the river pollution indexes. The water transparency is included on this study. However, we observed changes in the water color showing nano bubble water quality improvement techniques has improved the water transparency for a considerable effect.
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