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    以次世代定序技術研究高效能亞鐵氧化菌株基因體與建立台灣沼氣生產菌相及基因資料庫
    (2015)
    曾慶平
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    TSENG CHING-PING
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    以次世代定序技術研究高效能亞鐵氧化菌株基因體與建立台灣沼氣生產菌相及基因資料庫
    (2014)
    曾慶平
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    TSENG CHING-PING
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    以生物法去除半導體產業與光電產業產生之水溶性有機廢氣研究
    (2008)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
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    以生物法去除半導體產業與光電產業產生之水溶性有機廢氣研究 (II)
    (2009)
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    以生物法去除半導體產業與光電產業產生之水溶性有機廢氣研究(Ⅲ)
    (2010)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系（所）
    本研究團隊過去參與「農業國家型科技計畫」，已成功研發出兩項成果：「可提高廢氣 處理效率之生物濾料製作法」、「以生物處理技術之廢氣處理系統及方法」。為解決工業廢 氣處理目前活性碳消耗量龐大及水洗塔循環水再生問題，我們結合高效能分解菌株（生物脫 附作用），加上水洗塔吸收效果（化學吸收作用），新開發以生物反應系統去除半導體與光 電產業排放之水溶性有機廢氣。 第一年計畫成果顯示，光電業排放的主要有機污染物以丙酮、異丙醇與乙醇為大宗。針 對半導體與光電業者所排放廢氣進行採樣分析，發現其中主要成份以丙酮為主，濃度範圍約 100 ppm，異丙酮次之(約20 ppm)，光電業另測得少量三氯乙烷( < 2 ppm)。我們將已篩選到 對水溶性有機物具高去除能力的菌株，在停留時間30 秒情況下，對100 ppm 之丙酮與異丙醇 氣體，具有99%以上的去除效果。進一步提高廢氣濃度，在停留時間10 秒鐘情況下，對800 ppm 丙酮去除率達95%，同時對800 ppm 異丙醇，可維持去除率達98%。在停留時間30 秒鐘，對750 ppm 乙酸丙二醇單甲基醚酯具有90% 去除率。在突變菌種篩選方面，共篩得 15 株菌株，以丙酮與乙酸丙二醇單甲基醚酯為基質測試，可耐受濃度為1500 ppm。 第二年計畫則針對目標污染物在各種不同操作條件下，進行生化反應速率及有機廢氣去 除效率之關聯性實驗，評估影響微生物去除率之因子。目前已完成實驗室生物濾床系統、流 體化生物洗滌塔及改良平板式生物洗滌塔在不同植種菌量與不同營養源條件下，對揮發性有 機污染物去除效率的探討。另外合作廠商清華科技檢驗公司也完成三座去除揮發性有機氣體 模場之建置及監測，結果顯示三組VOC 生物反應器的菌數皆可維持在108 cfu/g，偵測總碳氫 化合物之去除效果，其去除效率均達環保標準。目前合作廠商正進行建構其中一家半導體廠 放大二百倍後之實場生物反應器，預計將在今年七月完工進行測試運轉，因此今年度(第三年) 本計畫將對此實場反應器進行監測與採樣分析，針對進出流基質濃度、總碳氫化合物去除效 率、二氧化碳濃度、壓損及水中COD 濃度進行分析，同時也利用分子生物方法觀察菌相變化， 將監測分析結果與理論值比較，並根據實際操作條件進行參數係數修正，以提供實場改良參 考依據。最後將進行經濟分析反應器設置成本與操作成本，成為其他實場生物反應器開發建 置之示範場
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    以臭氧前處理提升生物濾床去除有機廢氣之研究
    (2007)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
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    嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌突變株生理、生化特性與亞鐵氧化基因之研究
    (2007)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    Acidithiobacillus ferrooxidans 屬於好氧化學自營菌 (Chemolithotrophic bacteria)，可藉由氧化亞鐵離子 (Fe2+) 成為鐵離子 (Fe3+) 得到生長所須能量。由於此菌具有絕對嗜酸性(acidophilic)，可生存於高濃度之金屬離子，因此被廣泛應用於微生物溶出法(金屬經由微生物代謝作用，或間接與微生物代謝產物反應後從固體介質中溶出)之相關工業，如採礦業，環境工程等。 本實驗室先前以 Acidithiobacillus sp. CP1為野生株，用隨機突變的方式得到一株具有約10倍之亞鐵氧化率及高生長速率突變株 Acidithiobacillus sp. A47-1. 本計畫將分為生理、生化活性及亞鐵氧化酵素、基因等層次來探討 A. ferrooxidans A47-1突變株的亞鐵氧化機制。 在酵素及基因分子層面，本計畫將藉由比對突變前後菌株之重要亞鐵氧化相關基因如rus、 cyc2等基因序列，來分析亞鐵氧化分子作用機制是否改變，並利用大腸桿菌系統表現相關酵素，或直接由突變株中純化相關蛋白進行酵素動力學研究。 在微生物生理及生化活性測試方面，將先比較具高氧化力突變株在不同生長因子影響下的亞鐵氧化效率，如亞鐵濃度、pH、溫度、氧及二氧化碳濃度等。再者將以化學反應之高氧化性結合生物反應之再生循環，利用硫酸鐵 (Fe3+) 溶液和硫化氫氣體進行吸收及氧化作用，將生成之產物亞鐵 (Fe2+) 溶液再以A. ferrooxidans A47-1 突變株進行生物再生作用，最後將再生產物 (Fe3+) 迴流到化學反應器內和硫化氫進行反應，完成吸收-氧化-再生之化學-生物密閉循環系統，藉由觀測反應器內鐵離子變化，及硫化氫去除效果來研究該突變株對亞鐵氧化之生理及生化條件，最後應用此系統進行沼氣中硫化氫去除，純化後的沼氣將可用於沼氣發電。
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    嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌突變株生理、生化特性與亞鐵氧化基因之研究
    (2008)
    曾慶平
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    TSENG CHING-PING
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    Acidithiobacillus ferrooxidans 屬於好氧化學自營菌 (Chemolithotrophic bacteria)，可藉由氧化亞鐵離子 (Fe2+) 成為鐵離子 (Fe3+) 得到生長所須能量。由於此菌具有絕對嗜酸性(acidophilic)，可生存於高濃度之金屬離子，因此被廣泛應用於微生物溶出法(金屬經由微生物代謝作用，或間接與微生物代謝產物反應後從固體介質中溶出)之相關工業，如採礦業，環境工程等。 本實驗室先前以 Acidithiobacillus sp. CP1為野生株，用隨機突變的方式得到一株具有約10倍之亞鐵氧化率及高生長速率突變株 Acidithiobacillus sp. A47-1. 本計畫將分為生理、生化活性及亞鐵氧化酵素、基因等層次來探討 A. ferrooxidans A47-1突變株的亞鐵氧化機制。 在酵素及基因分子層面，本計畫將藉由比對突變前後菌株之重要亞鐵氧化相關基因如rus、 cyc2等基因序列，來分析亞鐵氧化分子作用機制是否改變，並利用大腸桿菌系統表現相關酵素，或直接由突變株中純化相關蛋白進行酵素動力學研究。 在微生物生理及生化活性測試方面，將先比較具高氧化力突變株在不同生長因子影響下的亞鐵氧化效率，如亞鐵濃度、pH、溫度、氧及二氧化碳濃度等。再者將以化學反應之高氧化性結合生物反應之再生循環，利用硫酸鐵 (Fe3+) 溶液和硫化氫氣體進行吸收及氧化作用，將生成之產物亞鐵 (Fe2+) 溶液再以A. ferrooxidans A47-1 突變株進行生物再生作用，最後將再生產物 (Fe3+) 迴流到化學反應器內和硫化氫進行反應，完成吸收-氧化-再生之化學-生物密閉循環系統，藉由觀測反應器內鐵離子變化，及硫化氫去除效果來研究該突變株對亞鐵氧化之生理及生化條件，最後應用此系統進行沼氣中硫化氫去除，純化後的沼氣將可用於沼氣發電。
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    大腸桿菌cAMP與 CRP蛋白質對 ompA 基因 mRNA 穩定性之調控研究
    (2010)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    大腸桿菌cAMP與CRP蛋白質對OmpA基因 mRNA穩定性之調控研究
    (2009)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
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    建立畜殖廢棄物沼氣發電系統與微藻減碳及產製藻油生質柴油( II )
    (2011)
    曾慶平
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    TSENG CHING-PING
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    建立畜殖廢棄物沼氣發電系統與微藻減碳及產製藻油生質柴油( III )
    (2012)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系（所）
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    快速、環保及多功能豬糞資源化微生物肥料技術之開發及應用---快速除臭處理豬糞資源化之技術開發
    (2008)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    豬糞為禽畜糞中最大宗的廢棄物，不當處理將對環境造成污染問題及危 害人畜健康，傳統堆肥化是最常應用的方法，需要有大量疏鬆的調整材料配 合，才能完成堆肥化，堆肥化過程中易發生惡臭及廢污水，堆肥需要有大的 堆肥場空間，腐熟又耗費時間，至少2~4 個月完成，本研究有鑑於傳統堆肥 問題，將研發快速及環保之資源有機化技術，成為多功能有機複合微生物肥 料，以突破傳統耗費時間及空間的創新方式，以提升我國農業環境生物技術。 本研究將共同研發快速及環保豬糞資源化技術，將完成(A)快速處理之技術研 發，(B)快速除臭之技術研發，(C)安全分析與驗?等。 快速除臭之技術研發之主要目標為利用並整合物理、化學及生物三合一技 術提供快速處理豬糞資源化之除臭技術，完成快速去除豬糞臭味之無臭處 理，使免堆豬糞資源產品達到無臭目的。目前已篩選到生物除臭菌，以農業 廢棄物轉換之物理除臭劑及化學除臭劑，並且已成功用於豬糞除臭。未來第 三年將整合上述三種除臭方法用於分工一子計畫「快速豬糞處理技術」之除 臭應用，並配合分工三子計畫完成安全分析與驗證。藉由此除臭技術可提升 農業資源再利用與減少環境污染衝擊，提高生物廢氣處理產業的市場產值。
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    快速、環保及多功能豬糞資源化微生物肥料技術之開發及應用---速成豬糞除臭之效能及產品品質評估
    (2007)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    豬糞為禽畜糞中最大宗的廢棄物，不當處理將對環境造成污染之問題及危害人 畜之健康，傳統之堆肥化是最常應用的方法，需要有大量疏鬆的調整材料配合，才 能完成堆肥化，堆肥化過程中易發生惡臭及廢污水，堆肥又需要有大的堆肥場空間， 腐熟又耗費時間，至少2~4 個月完成，本研究有鑑於傳統堆肥之問題，將研發快速 及環保之資源有機化技術，成為多功能有機複合微生物肥料，以突破傳統耗費的時 間及空間之創新方式，以提升我國農業環境生物技術。本研究將整合團隊共同研發 快速及環保豬糞資源化技術，將完成(A)快速處理之技術研發，(B)快速除臭之技術 研發，(C)安全分析與驗?等，本研究生產豬糞有機質複合微生物肥料之產品，將以 縮短處理豬糞之時間於十二小時內完成，可節省堆肥之時間及空間，以便達成快速 高效、環保及多功能豬糞資源有機化之目標。以快速處理豬糞生產豬糞有機質複合 微生物肥料，以解決豬糞堆肥化之耗時、耗工、耗空間，又有二次環污染之問題， 又可開創新興快速處理豬糞之產業，本技術將可創造「養豬業」不再是「環境污染 產業」之惡名的第一步。
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    應用生物濾床去除三氯乙烷有機廢氣之研究
    (2006)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
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    環境因子調控大腸桿菌RNase E 酵素活性與Rne基因表現之研究
    (2006)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    轉錄後調控作用是影響基因表現的重要機制，在大腸桿菌內RNase E（rne）為降解mRNA之主要酵素，它會藉切割自身mRNA之5』-UTR區域來控制rne基因表現。本實驗室先前研究發現，含5』-UTR的rne-lacZ reporter fusion在不同碳源、厭氧狀態及生長速率改變時，rne-lacZ表現量有2~5倍變化，但不含5』-UTR之rne-lacZ表現則在葡萄糖培養時，表現反而2倍高於醋酸培養。此外以Northern blot 觀察菌體內 rne mRNA 表現量，發現在無氧情形下rne表現量為有氧狀態時的3倍，以葡萄糖為碳源時 rne表現為醋酸時的6倍。連續式培養發現，生長速率快之菌體內rne mRNA表現量較多。在飢餓狀態下，菌體中累積的rne mRNA也會快速降解。綜合以上研究結果顯示，不同碳源、生長速率、飢餓反應與供氧量均會影響rne基因表現有影響，其調控作用除了發生於轉錄過程，也可能在轉錄後作用。 為了釐清上述因子對rne基因表現之調控關係，未來兩年預計進行下列研究。第一年：將偵測上述不同環境因子對菌體內rne基因在轉錄、mRNA穩定性、轉譯、RNase E酵素活性的影響。第二年：進一步探討上述因子在各層次對rne基因的調控機制，包括ppGpp及轉錄子IHF、ArcA和Fnr對啟動子的作用、Hfq對rne mRNA穩定性測試、Lon protease對RNase E之降解作用等。由於degradosome內有RhlB、PPK、enolase等酵素，其活性與ATP含量有關，我們也將探討不同環境下能量狀態改變，是否會影響RNase E基因。經由建構不同環境因子對rne基因表現之影響與調控機制，可對微生物如何調控基因表現改變有更深一層認識。
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    畜殖廢棄物沼氣發電系統產業化與微藻減碳及淨化畜牧廢水技術之建立
    (2013)
    曾慶平
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    國立交通大學生物科技學系（所）
    在98-101年能源國家型計劃中，我們已建構3,000頭豬規模之除硫沼氣發電聯 結模組，每日發電400度，年發電量可達13萬度，並有相當於每年3,000噸之溫室 氣體減排。本年度計劃除規模放大外，各子計劃亦將發展新技術，提升沼氣生質能產業 化利用價值。總計劃除了將沼氣發電設施放大至每日發電量1,000度電、年發電量達35 萬度，同時發展固態發酵技術來進行整場沼氣資源評估。計畫一進行沼氣除硫系統技術 產業化及模組化，放大生物除硫系統6〜8倍至每日處理沼氣量達1,000立方米以上之 規模，並配合後端發電機成模組化系統；子計畫二執行建置沼氣純化後之甲烷渦輪發電 系統提升發電效能，並研發沼氣重組製氫系統；子計畫三執行利用畜牧廢水和發電機廢 氣養殖具高效率固定二氧化碳能力之藻株，以淨化畜牧廢水中的氮與磷，發揮減碳效 應，並生產微藻生物質。本研究目標是在台糖建立一萬頭豬規模之多目標生質能沼氣發 電示範場，達成產業化目標。
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    研發畜牧場沼氣純化生物反應器及發電系統整合
    (2009)
    曾慶平
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    TSENG CHING-PING
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    國立交通大學生物科技學系(所)
    灣現有畜牧場廢棄物衍生出龐大沼氣，是為快速可用之再生能 源，然而受限於沼氣純度與後端發電技術，使得此生質能源無法被高 度利用。我們在 96 與 97 年度「農業生物國家型計畫」中所研發的嗜 酸自營菌生物除硫反應器，已完成高效能菌種篩選、模場規模除硫測試 (可將 2000 ppm 硫化氫在 2 分鐘滯留時間下去除 98% 以上)，以及實場 200 倍放大初步除硫測試 (可將 4000 ppm 硫化氫在 2 分鐘滯留時間下 去除 96% 以上)。此生物反應器無一般除硫法衍生之硫沉澱物堵塞困擾， 但會隨著硫酸根累積而導致系統酸化，因此在本計劃中將針對硫酸根排放 或回收再利用進行研究。再者將提昇系統運作穩定性，並藉由反應器改良， 使沼氣處理速率由目前的 100 L /min 大幅提高到 200 L /min 以上 (或氣 體滯留時間縮短一半為 1 分鐘)。 此外，本實驗過去執行國科會個人與跨領域整合計畫，亦發展出改良 型化學-生物串聯反應器，目前已完成模場規模除硫測試(可將 2500 ppm 硫化氫在 1 分鐘滯留時間下達 100% 去除率)及5 倍實場放大測試 (可將 5000 ppm 硫化氫在 1 分鐘氣體滯留時間與 20 L/min 處理速率下達 95% 以上去除率)。此化學-生物串聯除硫法之缺點為生物反應速度過慢，因此在 本年度創新計畫中另一目標是使用已篩選到之 10 倍活性菌種，取代實場 反應器中的原始菌株來提昇反應速率。另外藉由反應器改良進行硫沈澱回 收，並經由 10 倍放大，可將處理速率由 20 L/min 提昇至 200 L/min 以 上。在沼氣純化及發電的整合方面，本年度計畫也將進行各種不同參數的 長期監測，由結果歸納出最佳操作條件，以及建構自動化控制設備，提昇 操作安全性及穩定性。期望此二項除硫發電系統在本年度計畫結束後，已 達到量產化之雛形（沼氣純化速率達 500 L/min），適用於 3000 頭猪隻規 模之養猪場。
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