1、水生植物對污染水中污染物削減效果之研究水生植物對污染水中污染物削減效果之研究摘要摘要 河川污染研究之工作，必須對河川全域之水水質特性河川污染研究之工作，必須對河川全域之水水質特性與污染型態做一通盤詳細之瞭解，而本研究是以嘉義縣境內朴與污染型態做一通盤詳細之瞭解，而本研究是以嘉義縣境內朴子溪域進相關之研究，朴子溪經嘉義縣七個鄉鎮市及嘉子溪域進相關之研究，朴子溪經嘉義縣七個鄉鎮市及嘉義市，為台灣二十一條主要河川之一，屬於環保署管之重要義市，為台灣二十一條主要河川之一，屬於環保署管之重要河川。河川。 由於長期承受大市生活污水、畜牧及工業廢水之排入，由於長期承受大市生活污水、畜牧及工業廢水之排入，造成
2、河川水質化，已影響水體之正常使用，環保署將朴子溪造成河川水質化，已影響水體之正常使用，環保署將朴子溪為重點整治河川之一。為重點整治河川之一。 在污水下水道建設尚未完成前，可先用自然淨化工法在污水下水道建設尚未完成前，可先用自然淨化工法截處已被污染的溪水，作為應急的水質改善措施。截處已被污染的溪水，作為應急的水質改善措施。 本研究主要以嘉義縣朴子溪域之荷苞嶼溼地水質淨化本研究主要以嘉義縣朴子溪域之荷苞嶼溼地水質淨化系統，進而探討溼地自然淨化工法對朴子溪水質淨化成效。溼系統，進而探討溼地自然淨化工法對朴子溪水質淨化成效。溼地處的主要目的是用淨水沼池中種植各種型式之水生植物地處的主要目的是用淨水沼池
3、中種植各種型式之水生植物(包括沉水性、挺水性及浮水性植物包括沉水性、挺水性及浮水性植物)進淨化。進淨化。 其主要處機制包括膠凝、沉澱及吸附；並用附著植其主要處機制包括膠凝、沉澱及吸附；並用附著植物根部之微生物分解水中污染物，且藉由水生植物之光合作用物根部之微生物分解水中污染物，且藉由水生植物之光合作用提供水中溶氧，以進好氧分解，達到污染物解及水質提供水中溶氧，以進好氧分解，達到污染物解及水質淨化之目的。同時，可於礫石溝渠中設置多處跌設施，增淨化之目的。同時，可於礫石溝渠中設置多處跌設施，增加水中溶氧，並且兼具部分礫間氧化處之功效。加水中溶氧，並且兼具部分礫間氧化處之功效。關鍵字：朴子溪、自然淨
4、化工法、水生植物、好氧分解、溶氧關鍵字：朴子溪、自然淨化工法、水生植物、好氧分解、溶氧 一、前言一、前言 台灣地區由於地狹人稠、經濟快速成長、環境變遷等使台灣地區由於地狹人稠、經濟快速成長、環境變遷等使得各種污染急遽上升，生活污水、工業廢水、畜牧廢水、得各種污染急遽上升，生活污水、工業廢水、畜牧廢水、農業廢水、滲出水及雨水沖刷等大污水排入河川，造成河農業廢水、滲出水及雨水沖刷等大污水排入河川，造成河川的水質污染。川的水質污染。 由於河川水甚大，非以一般污水處廠之概即可直由於河川水甚大，非以一般污水處廠之概即可直接處河水，因此，欲解決河川污染問題，以使河川水體恢接處河水，因此，欲解決河川污染問題
5、，以使河川水體恢原乾淨水質，必須藉由河川域污染整治整體規劃著手，原乾淨水質，必須藉由河川域污染整治整體規劃著手，如：在上游河段部份應著重水土保持及集水區的經營及管如：在上游河段部份應著重水土保持及集水區的經營及管；中下游河段則需做好污染源及污染排放的管制，包括；中下游河段則需做好污染源及污染排放的管制，包括訂定合的排放標準、加強防治策及措施、污水下水道之訂定合的排放標準、加強防治策及措施、污水下水道之興建等，以低污染源之污染的排入，如此全河段於各項興建等，以低污染源之污染的排入，如此全河段於各項措施相互配合下，方能減輕河川污染的況，達成河川水體措施相互配合下，方能減輕河川污染的況，達成河川水體
6、水質分標準，維護生態平衡並確保河川水質源之永續用。水質分標準，維護生態平衡並確保河川水質源之永續用。 臺灣地區由於長久以對土地過依賴與開發，對水源已臺灣地區由於長久以對土地過依賴與開發，對水源已隱含著產生水質化及水枯竭之大隱憂。對土地資源要如隱含著產生水質化及水枯竭之大隱憂。對土地資源要如何合的規劃用及經營管並妥善維護水資源，係為水資源何合的規劃用及經營管並妥善維護水資源，係為水資源永續發展的目標永續發展的目標(陳子淳，陳子淳，1998)，除傳統污水處工程手段以，除傳統污水處工程手段以外，近有許多污水處個案亦採用生態系統方式淨化污水外，近有許多污水處個案亦採用生態系統方式淨化污水水質水質(宏才
7、，宏才，2002)。 如：高灘地漫地處法如：高灘地漫地處法(張文，張文，2005)、排水溝淨化、排水溝淨化強化法、蓄水塘氧化強化法、人工濕地法等強化法、蓄水塘氧化強化法、人工濕地法等(荊樹人，荊樹人，2003、惠民等人，惠民等人，2005)。本研究對象為人工濕地法中之自由表面動。本研究對象為人工濕地法中之自由表面動式濕地（式濕地（Free water surfacesystem, FWS）工法，此工法係）工法，此工法係將應用於廢將應用於廢(污污)水管及處上的一種自然淨化程序，具有將污水管及處上的一種自然淨化程序，具有將污染物同化及轉換的能，需能源的輸入，必經常性維護染物同化及轉換的能，需能源的
8、輸入，必經常性維護管，可自給自足等優點。但主要缺點仍為需要比其他設施管，可自給自足等優點。但主要缺點仍為需要比其他設施大的土地建造。大的土地建造。FWS係依照水生植物的生長型態而設計，可區分為：係依照水生植物的生長型態而設計，可區分為：挺水型挺水型沉水型沉水型漂浮型漂浮型 挺水型植物經常被應用於這種型的人工濕地系統挺水型植物經常被應用於這種型的人工濕地系統(US. EPA, 1997、US. EPA, 1988、張弘，、張弘，2001)，主要是因為，主要是因為此型的植物對環境的適應能很強，植物的根部種植於土此型的植物對環境的適應能很強，植物的根部種植於土壤或介質當中，莖及部分則貫穿水面，而空氣
9、中的氧氣可壤或介質當中，莖及部分則貫穿水面，而空氣中的氧氣可藉由水生植物的根及地下莖傳送至介質的深處，以提供好氧藉由水生植物的根及地下莖傳送至介質的深處，以提供好氧性微生物的生長以生物淨化作用的進，即所謂的根區效性微生物的生長以生物淨化作用的進，即所謂的根區效應應(政院環保署，政院環保署，2003)，本研究選擇台灣水（自生組）、，本研究選擇台灣水（自生組）、布袋、水芙蓉及水空心菜等水生植物探討各項水生植物對布袋、水芙蓉及水空心菜等水生植物探討各項水生植物對水質淨化成效，其主要原因為該等植生取得容、價且水質淨化成效，其主要原因為該等植生取得容、價且於維護管。於維護管。二、研究方法與材二、研究方法
10、與材 1. 溼地基本資明：溼地基本資明：(1)溼地設置地點：草鄉嘉溼地設置地點：草鄉嘉45 縣道興橋下台用地縣道興橋下台用地（X：176188，Y：2593886）(2)溼地用地面積：溼地用地面積：2.76 ha(3)實際操作面積：實際操作面積：1.59 ha(4)設計工法：人工溼地法設計工法：人工溼地法(5)設計處水：設計處水：3,000 CMD(6)處水源：荷苞嶼大排處水源：荷苞嶼大排(7)設計水質目標：去除設計水質目標：去除-BOD：35%、SS：50%、NH3-N：40%2. 人工濕地法介紹：人工濕地法介紹： 人工濕地法外觀功能與自然濕地似，係在深約人工濕地法外觀功能與自然濕地似，係在
11、深約 0.61.5m 之淺之淺池塘或渠道中，種植各種型式之水生植物淨化水質，包括挺水植物、池塘或渠道中，種植各種型式之水生植物淨化水質，包括挺水植物、沉水植物、浮植物及漂浮植物。人工濕地除淨化水質外，亦具有沉水植物、浮植物及漂浮植物。人工濕地除淨化水質外，亦具有棲地重現之功能，可吸引野生動、植物棲息。棲地重現之功能，可吸引野生動、植物棲息。 圖圖1 為人工濕地法圖示。為人工濕地法圖示。3. 溼地水質淨化原：溼地水質淨化原：(1)沉澱吸附作用：顆污染物從水中沉澱或吸附於土壤。沉澱吸附作用：顆污染物從水中沉澱或吸附於土壤。(2)微生物分解作用：水生植物根系發達，附著大微生物膜，微生物分解作用：水生
12、植物根系發達，附著大微生物膜，微生物可分解水中污染物質。微生物可分解水中污染物質。(3)植物吸收：植物生長會吸收水中的氮、磷等污染物質。植物吸收：植物生長會吸收水中的氮、磷等污染物質。(4)植物光合作用：光合作用產生的氧氣，可供水中微生物呼吸，植物光合作用：光合作用產生的氧氣，可供水中微生物呼吸，促進污染物分解，並提昇水中溶氧。圖促進污染物分解，並提昇水中溶氧。圖 2 為水質淨化原明為水質淨化原明圖。圖。4. 濕地處方式明濕地處方式明: 該溼地採表面式人工濕地（該溼地採表面式人工濕地（FWS）設計，操作程為）設計，操作程為以抽水井內之以抽水井內之15HP抽水泵抽取荷苞嶼大排排水，經由進管抽水泵
13、抽取荷苞嶼大排排水，經由進管（分為直接進及噴水跌進種進方式）至沉澱池後，（分為直接進及噴水跌進種進方式）至沉澱池後，再經深約再經深約0.61.2 m 之之FWS 濕地，濕地種植各種型式之濕地，濕地種植各種型式之水生植物，包括挺水性植物（香蒲、葦、台灣水、過長沙、水生植物，包括挺水性植物（香蒲、葦、台灣水、過長沙、雲莞草及傘草等）、沉水性植物（如水蘊草、魚草等）雲莞草及傘草等）、沉水性植物（如水蘊草、魚草等）及浮水性植物（如白花水、睡等），最後經放生態區後，及浮水性植物（如白花水、睡等），最後經放生態區後，重排放回荷苞嶼大排。重排放回荷苞嶼大排。 目前植物種植如下所述，第一池種植之植生為水蘊目前
14、植物種植如下所述，第一池種植之植生為水蘊草，種植面積約草，種植面積約1160m2，第二池種植之植生為台灣水，種，第二池種植之植生為台灣水，種植面積約植面積約1160 m2，第三池種植之植生為水藻、浮萍、睡，第三池種植之植生為水藻、浮萍、睡，種植面積約種植面積約5640 m2，第四池種植之植生為布袋，種植面積，第四池種植之植生為布袋，種植面積約約3700 m2，第五池種植之植生為水芙蓉，種植面積約，第五池種植之植生為水芙蓉，種植面積約2155 m2(1) 處程明：如圖處程明：如圖 3、圖、圖4 所示。所示。圖圖 3 處程明圖處程明圖荷苞嶼大排荷苞嶼大排沉澱區沉澱區濕地濕地放生態區放生態區重排放回
15、荷苞嶼大排重排放回荷苞嶼大排三、荷苞嶼溼地淨化處效三、荷苞嶼溼地淨化處效 1. 系統設計及操作該溼地之淨化功能，乃依據嘉義縣環保局所提供系統設計及操作該溼地之淨化功能，乃依據嘉義縣環保局所提供之各項規劃，進彙整相關設計整如表之各項規劃，進彙整相關設計整如表1 所示。其設計進水所示。其設計進水BOD 濃濃為為20.8 mg/L、NH3-N為為18.3 mg/L，估算之，估算之BOD 削減為削減為36.6kg/d、NH3-N 為為27.5kg/d。目前荷苞嶼大排。目前荷苞嶼大排BOD 水質濃較低，故實際操作上，水質濃較低，故實際操作上，為符合為符合BOD 負荷之條件下，將其處水提昇至負荷之條件下，
16、將其處水提昇至5,500 CMD，以增加溼地，以增加溼地之污染削減效，操作如表之污染削減效，操作如表2所示，所示，BOD 一階解係一階解係K 值為值為0.23，單，單位面積去除為位面積去除為1.58 g/m2-d。.2. 溼地功能評估溼地功能評估 本溼地目前進處為本溼地目前進處為 5,500 CMD，溼地之水停時間為，溼地之水停時間為2.4day，並依據上述之操作進功能評估，由表並依據上述之操作進功能評估，由表2 中顯示，溼地之設計及操中顯示，溼地之設計及操作大致符合一般設計準則，僅水負荷較高，經研究解該溼地之進作大致符合一般設計準則，僅水負荷較高，經研究解該溼地之進水濃較低，為符合溼地一般設
17、計之水濃較低，為符合溼地一般設計之BOD 負荷，以達處效，故提高水負荷，以達處效，故提高水負荷增加進至負荷增加進至5,500 CMD。另依據嘉義縣環保局提供之。另依據嘉義縣環保局提供之95 2 月月96 2 月水質檢測據，彙整操作之水質改善成果如表月水質檢測據，彙整操作之水質改善成果如表3 及圖及圖57 所示。所示。其中其中BOD 及及NH3-N 於於95 5、10 月，因水生植物過多，造成空隙太低、月，因水生植物過多，造成空隙太低、溶氧足，以致水生植物死亡腐敗，造成水質處效彰，導致削減溶氧足，以致水生植物死亡腐敗，造成水質處效彰，導致削減下之情形。下之情形。.3. 最佳化操作出水水質目標擬定
18、最佳化操作出水水質目標擬定-以嘉義縣現以嘉義縣現有溼地研究分析有溼地研究分析 (1)人工溼地系統目前操作中之人工溼地包括有中人工溼地系統目前操作中之人工溼地包括有中洋子高灘地溼地、介壽橋溼地及荷苞嶼人工溼地，在洋子高灘地溼地、介壽橋溼地及荷苞嶼人工溼地，在人工溼地最佳化操作出水水質目標之擬定上，本研人工溼地最佳化操作出水水質目標之擬定上，本研究將依據人工濕地常用估算污染去除成效之一階反究將依據人工濕地常用估算污染去除成效之一階反應式，另再加以考慮溼地之水質背景濃擬定水質應式，另再加以考慮溼地之水質背景濃擬定水質目標，明如下：目標，明如下：CeCe = = CiCi * *exp(-exp(-k
19、tkt)CeCe：出水：出水BOD BOD 濃濃(mg/L)(mg/L)CiCi：進水：進水BOD BOD 濃濃(mg/L)(mg/L)k k：一階反應係：一階反應係(day-1)(day-1)t t：水停時間：水停時間(day)(day)A. 一階反應式一階反應式 人工溼地人工溼地 BOD 之去除成效，可以一階反應式表示之去除成效，可以一階反應式表示（US. EPA,1988, Design Manual），如下式：），如下式： 由此式可知溼地由此式可知溼地 BOD 去除成效受去除成效受k 值及水停時間影響，而欲擬值及水停時間影響，而欲擬定最佳化操作出水質，須先擬定最佳化操作之定最佳化操作出
20、水質，須先擬定最佳化操作之 k 值，式中值，式中k 值為值為 BOD 一階反應係，當一階反應係，當k 值越大時，表示去除越大，本研究在值越大時，表示去除越大，本研究在k值之訂定標值之訂定標準以國內準以國內13 處正常操作之表面人工溼地處正常操作之表面人工溼地k 值之平均做為值之平均做為基準，表示基準，表示 BOD 解速能達到國內溼地平均值以上。解速能達到國內溼地平均值以上。 B. 背景濃之考背景濃之考 由於人工溼地本身有其水質背景濃，背景濃值受植生種、由於人工溼地本身有其水質背景濃，背景濃值受植生種、植生覆蓋程、植生密、水中生物活動等因子之影響，一般植生覆蓋程、植生密、水中生物活動等因子之影響
21、，一般 FWS人工溼地之水質背景濃如表人工溼地之水質背景濃如表4 所示，由表中可知，人工溼地所示，由表中可知，人工溼地BOD背景濃的典型濃為背景濃的典型濃為510 mg/L，平均值為，平均值為7.5 mg/L；故當以上；故當以上述一階反應式（述一階反應式（Ce = Ci *exp(-kt)）計算之出水水質目標值低於）計算之出水水質目標值低於7.5mg/L 時，則將出水水質目標訂為時，則將出水水質目標訂為BOD= 7.5 mg/L，意即，意即BOD 水質水質目標濃之下限值為目標濃之下限值為 7.5 mg/L。 整整 上上 述述 ， 溼溼 地地 之之 最最 佳佳 化化 操操 作作 出出 水水 水水
22、 質質 目目 標標 為為 Ce=Ci*exp(-0.25t)，而當進水，而當進水BOD 濃較低，使計算出水水質目標濃較低，使計算出水水質目標Ce7.5 mg/L 時，考人工溼地水質背景濃之影響，此時最佳化操作出時，考人工溼地水質背景濃之影響，此時最佳化操作出水水BOD 水質目標將修正為水質目標將修正為Ce7.5 mg/L。4. 人工濕地淨化水質處效人工濕地淨化水質處效根據上述擬定之最佳化操作出水水質目標，以及各人工濕地根據上述擬定之最佳化操作出水水質目標，以及各人工濕地水質淨化設施之水質檢測結果，各人工濕地淨化水質處效，水質淨化設施之水質檢測結果，各人工濕地淨化水質處效，表表5 則為則為3 處
23、人工濕地水質淨化處效結果。其顯示溼地處人工濕地水質淨化處效結果。其顯示溼地淨化設施以荷苞嶼溼地之水質目標達成最高，表示其有適當淨化設施以荷苞嶼溼地之水質目標達成最高，表示其有適當之之BOD 負荷並有好的植生管，而由各溼地操作評估表負荷並有好的植生管，而由各溼地操作評估表及現勘結果觀察得知，荷苞嶼溼地及現勘結果觀察得知，荷苞嶼溼地BOD 負荷亦較低，須加強負荷亦較低，須加強植生覆蓋，必能有好的水質淨化效果。植生覆蓋，必能有好的水質淨化效果。四、結四、結 由由 95 02 月至月至96 02 月採樣分析據整得知，荷苞月採樣分析據整得知，荷苞嶼人工溼地進處為嶼人工溼地進處為5,500 CMD，進水之
24、，進水之BOD 平均值平均值為為10.6 mg/L、出水之、出水之BOD 平均值為平均值為5.6 mg/L，其，其BOD 平均平均削減削減46.95%；另進水；另進水NH3-N 之平均值為之平均值為4.4mg/L、出水、出水之之NH3-N 平均值為平均值為2.1 mg/L， 其其 NH3-N 平均削減平均削減51.68%；另進水另進水SS 之平均值為之平均值為101.3 mg/L、出水之、出水之SS 平均值為平均值為12.1 mg/L，其，其SS 平均削減平均削減88.03%。 計算得知計算得知BOD 消減為消減為27.5 kg BOD/d，削減朴子溪全，削減朴子溪全域域BOD 污染達約污染達
25、約0.35 %。另。另NH3-N 消減為消減為12.65 kg NH3-N/d，佔朴子溪全，佔朴子溪全域域NH3-N 污染達約污染達約0.95 %。五、考文獻五、考文獻1. 陳子淳，區域性環境敏感地管，台，中華民國環境工程學會（陳子淳，區域性環境敏感地管，台，中華民國環境工程學會（1998）。）。2. 惠民，王曉明，吳宗榮，市河川整治與願景國際學術研討會文集，惠民，王曉明，吳宗榮，市河川整治與願景國際學術研討會文集，93104（2005）。）。3. 政院環保署，政院環保署，.水質自然淨化工法彙編（水質自然淨化工法彙編（2003）。）。4. 政院環境保護署，嘉義縣朴子溪域生態園區規劃、設計工作計
26、（政院環境保護署，嘉義縣朴子溪域生態園區規劃、設計工作計（2003）。）。5. 嘉義縣環境保護局，嘉義縣朴子溪荷苞嶼大排溼地水質改善工程工程規劃嘉義縣環境保護局，嘉義縣朴子溪荷苞嶼大排溼地水質改善工程工程規劃設計及監造（設計及監造（2005）。）。6. 政院環境保護署，水質自然淨化工法彙編（政院環境保護署，水質自然淨化工法彙編（2004）。）。7. 張文，台灣河川水質淨化工法（張文，台灣河川水質淨化工法（I）-表面人工溼地處污水成效之評估，表面人工溼地處污水成效之評估，河川水質淨化工法設計研究計畫（河川水質淨化工法設計研究計畫（2005）。）。8. 荊樹人，人工溼地技術在國內實際應用案討與分析
27、，荊樹人，人工溼地技術在國內實際應用案討與分析，2003 人工溼地水質人工溼地水質淨化系統研討會文集（淨化系統研討會文集（2003）。）。9. 荊樹人，水負荷對人工溼地去除污染河水中總懸浮固體物之效能荊樹人，水負荷對人工溼地去除污染河水中總懸浮固體物之效能(2001)。10. 張弘。生活污水之濕地處及再用研究。國屏東科技大學研究所碩士張弘。生活污水之濕地處及再用研究。國屏東科技大學研究所碩士文（文（2001）。）。11. 宏才，土地處系統植物相的演替與水質改善之研究。雲科技大學境與安宏才，土地處系統植物相的演替與水質改善之研究。雲科技大學境與安全工程研究所碩士文（全工程研究所碩士文（2002）。）。12. “Design Manual: Constructed Wetlands and Aquatic Plant Systems for MunicipalWastewater Treatment Design Manual”, U.S.EPA.,EPA/625/1-88/022, September2000.
