Microbial induced precipitation applied to cement materials

本文主要目的為運用微生物誘導沉澱之（Microbial Induced Precipitation）技術於水泥材料之改良，進行砂柱試驗、水泥漿、水泥砂漿之產製研究。並結合綠能，評估其運應在土木水利工程可行性之探討。 首先探討微生物誘導沉澱技術之內涵，其核心技術原理之推演，經評估後，選擇三項與水泥材料相關之實驗。分別為：微生物誘導的碳酸鈣沉澱（MICP）使用豬尿液作為工業尿素的替代物、微生物誘導碳酸鈣沉澱使用有機廢液代替細菌和水泥砂漿的應用和利用微生物誘導沉澱製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿。 在微生物誘導的碳酸鈣沉澱（Microbial Induced Calcium Carbonate Precipitation）使用豬尿液做為工業尿素替代物的砂柱試驗中，結果顯示，溶液澆灌間隔時間越短，機械性能提升越高，石英砂柱的力學性能（抗滲透性）在時間間隔為四小時，與對照相比，由於CaCO3之形成提升了43％。在微生物誘導碳酸鈣沉澱使用有機廢液代替細菌和水泥砂漿應用之試驗中，結果表明，經過微生物誘導碳酸鈣沉澱工法的處理後，水泥砂漿吸水率下降，最高可達10%。並提高了水泥砂漿的抗壓強度。而利用微生物誘導沉澱製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿試驗中，發現透過微生物誘導沉澱工法的處理後，提高了水泥砂漿的抗壓強度，其中以添加5%硝酸鋅之試體強度最高，強度約可提升20%。The main purpose of present research is to use the Microbial Induced Precipitation (MIP) technology to improve the cement material, and to study the production of CaCO3 by sand column experiment, cement paste and cement mortar that can be use in civil engineering sector as the application of green energy. In present study, three experiments related to cement materials are selected and considered after discussion about microbial induced precipitation technology, core technical principle and evaluation. The present research work are focused on, (i) microbial induced calcium carbonate precipitation (MICP) using pig urine as an alternative to industrial urea, (ii) microbial induced calcium carbonate precipitation using industrial waste water as a substitution to bacteria and cement mortar application, and (iii) preparation of white cement paste containing nano zinc oxide by microbial induced precipitation. The findings of sand column experimental study of MICP, using pig urine as an alternative to industrial urea shows that the mechanical properties (anti-permeability) of the quartz-sand columns were noticed better, while time interval was shorter as 4 h in between the application of pig urine and bacterial solution (CaCO3 formation increase by 43%, compare to control). The research findings of MICP, using industrial waste water as a substitution to bacteria and cement mortar application exhibited that the water absorption rate of cement mortar was decreased up to 10%, where the compressive strength of cement mortar was noticed improved after MICP treatment. Lastly, the preparation of white cement paste, containing nano zinc oxide by MIP shows that the compressive strength of the cement mortar was improved after MIP process, where the strength of the sample was noticed as higher as 13% compare to control, in presence of 2% zinc nitrate.誌謝 i 摘要 iii Abstract iv 目次 vi 表目錄 xi 圖目錄 xii 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機及目的 1 1.2.1 MICP使用豬尿液取代工業尿素 2 1.2.2 MICP使用有機廢液取代細菌 2 1.2.3用生物法製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿 3 1.3研究內容及方法 3 1.3.1沙柱試驗中使用豬尿液作為工業尿素的替代物進行MICP 4 1.3.2有機廢液代替細菌進行水泥砂漿試體製作 4 1.3.3水熱法製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿 4 第二章 文獻探討 6 2.1微生物誘導碳酸鈣沉澱 (MICP) 6 2.2影響MICP過程的因素 8 2.3生物誘導礦化途徑種類 11 2.4 MICP對混凝土性能的影響 15 2.5 MICP使用豬尿液作為工業尿素的替代物 18 2.6 MICP使用有機廢液代替細菌和水泥砂漿的應用 19 2.7 MIP製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿 20 第三章 試驗規劃 23 3.1 生物砂柱膠結試驗 23 3.1.1細菌培養 23 3.1.2豬隻尿液處理 23 3.1.3畜牧廢棄物取代尿素可行性分析 (先驅試驗) 23 3.1.4材料 27 3.1.5實驗裝置 27 3.1.6監測方法 31 3.1.6.1細菌吸收值( OD 600 ) 31 3.1.6.2尿素脢活性檢測 31 3.1.6.3砂柱孔隙率試驗 32 3.1.6.4砂柱滲透率試驗 32 3.1.6.5砂柱鈣離子濃度試驗 32 3.1.6.6 SEM-EDX和XRD分析估算礦物形態、組成和結晶度 33 3.2有機廢液應用於生物砂漿試驗 33 3.2.1有機廢液應用於MICP試驗可行性分析（前驅試驗） 33 3.2.2工業廢液實際應用於水泥砂漿 37 3.3含有奈米氧化鋅之生物白水泥漿試驗 42 3.3.1細菌培育試驗 42 3.3.2生物法合成奈米氧化鋅 43 3.3.3生物白水泥漿試體製作 52 3.3.4生物白水泥漿抗壓試驗 53 3.3.5生物白水泥漿X射線繞射分析儀（XRD） 53 3.3.6生物白水泥漿場發式掃描電子顯微鏡（SEM） 54 3.3.7生物白水泥漿亞甲基藍配置 54 3.3.8生物白水泥漿光降解試驗 54 第四章 結果與討論 56 4.1砂柱試驗物理與化學性質分析 56 4.1.1殘留溶液細菌OD值與銨根離子濃度 56 4.1.2砂柱滲透率與孔隙率分析 58 4.1.3砂柱鈣離子濃度分析 59 4.1.4砂柱中心粉末X射線繞射分析儀（XRD）試驗分析 61 4.1.5砂柱中心粉末場發式掃描電子顯微鏡（SEM）與EDX試驗分析 62 4.2生物砂漿試體物理與化學性質分析 66 4.2.1有機廢液砂漿試體抗壓強度 66 4.2.2有機廢液砂漿試體吸水率 67 4.2.3有機廢液砂漿試體X射線繞射分析儀（XRD）試驗分析 68 4.2.4有機廢液砂漿試體場發式掃描電子顯微鏡（SEM）試驗分析 69 4.3奈米氧化鋅之生物白水泥漿試體性質分析 71 4.3.1生物白水泥漿試體抗壓強度 71 4.3.2生物白水泥漿試體X射線繞射分析儀（XRD）試驗分析 72 4.3.3生物白水泥漿試體場發式掃描電子顯微鏡（SEM）試驗分析 73 4.3.4生物白水泥漿試體SEM -EDX試驗分析 74 4.3.5生物白水泥漿試體光降解試驗 75 第五章 結論 77 5.1 MICP使用豬尿液作為工業尿素的替代物可行性分析 77 5.2MICP使用有機廢液代替細菌和水泥砂漿的應用之可行性分析 77 5.3 利用MIP製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿可行性分析 78 第六章 建議 79 6.1 MICP使用豬尿液作為工業尿素的替代物可行性分析 79 6.2 MICP使用有機廢液代替細菌和水泥砂漿的應用之可行性. 79 6.3利用MIP製作含有奈米氧化鋅之白水泥漿可行性分析 79 參考文獻 80 已發表文章 9

綠色採購供應商評選指標研究-以中小型製造企業為例

[[abstract]]隨著資源日益減少和環境汙染壓力的問題日益突出，企業不斷受到來自各方面的壓力，要求其展開友好的實踐活動。綠色供應鏈管理作為可持續發展下製造企業的環境管理模式，受到理論界和企業界的廣泛認可及重視。綠色採購是綠色供應鏈管理的重要組成部分，是綠色供應鏈管理實施的基礎，通過與供應鏈商的協調與合作做到降低成本、減少有害物質的使用、提高企業對應市場速度的能力，全面提升企業競爭力，樹立企業的環保形象。供應商的選擇是綠色採購的核心內容，也是綠色採購實施的首要環節，通過供應商評價指標的設計可再進一步反映出企業綠色採購實施的情況。 本論文研究部分根據綠色採購相關文獻的收集作理論研究，建立綠色採購概念，提出具有環境評價認證的供應商選擇時須考慮27個評價指標。為建立供應商評價指標體系，本文設計開發了供應商評價測量量表，通過驗證研究建立了5個維度27個提項的供應商評價指標體系。運用模糊綜合評判法作為供應商選擇的方法並進行案例研究，同時根據因子分析法，確定了供應商評價指標的方法，最後統計分析作出結果與討論