进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件

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

河川污染研究之工作，必須對河川全流域之水理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子溪流域進行相關之研究，朴子溪流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，屬於環保署列管之重要河川。

由於長期承受大量都市生活污水、畜牧及工業廢水之排入，造成河川水質惡化，已影響水體之正常使用，環保署將朴子溪列為重點整治河川之一。在污水下水道建設尚未完成前，可先行利用自然淨化工法截流處理已被污染的溪水，作為應急的水質改善措施。摘要

本研究主要以嘉義縣朴子溪流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。溼地處理的主要目的是利用淨水沼池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)進行淨化。其主要處理機制包括膠凝、沉澱及吸附；並利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提供水中溶氧量，以利進行好氧分解，達到污染物降解及水質淨化之目的。同時，可於卵礫石溝渠中設置多處跌落設施，增加水中溶氧，並且兼具部分礫間氧化處理之功效。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量急遽上升，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量污水排入河川，造成河川的水質污染。

由於河川水量甚大，非以一般污水處理廠之概念即可直接處理河水，因此，欲解決河川污染問題，以使河川水體恢復原來乾淨水質，必須藉由河川流域污染整治整體規劃著手，例如：在上游河段部份應著重水土保持及集水區的經營及管理；中下游河段則需做好污染源及污染量排放的管制，包括訂定合理的排放標準、加強防治策略及措施、污水下水道之興建等，以降低污染源之污染量的排入，如此全河段於各項措施相互配合下，方能減輕河川污染的狀況，達成河川水體水質分類標準，維護生態平衡並確保河川水質源之永續利用。一、前言

臺灣地區由於長久以來對土地過度依賴與開發，對水源已隱含著產生水質惡化及水量枯竭之兩大隱憂。對土地資源要如何合理的規劃利用及經營管理並妥善維護水資源，係為水資源永續發展的目標(陳子淳，1998)，除傳統污水處理工程手段以外，近年來有許多污水處理個案亦採用生態系統方式淨化污水水質(李宏才，2002)。

例如：高灘地漫地流處理法(張文亮，2005)、排水溝淨化強化法、蓄水塘氧化強化法、人工濕地法等(荊樹人，2003、劉惠民等人，2005)。本研究對象為人工濕地法中之自由表面流動式濕地（Freewatersurfacesystem,FWS）工法，此工法係將應用於廢(污)水管理及處理上的一種自然淨化程序，具有將污染物同化及轉換的能力，不需能源的輸入，更不必經常性維護管理，便可自給自足等優點。但主要缺點仍為需要比其他設施更大的土地來建造。

FWS係依照水生植物的生長型態而設計，可區分為：挺水型沉水型漂浮型FWS係依照水生植物的生長型態而設計，可區分為：挺水型沉水型

挺水型植物經常被應用於這種類型的人工濕地系統(US.EPA,1997、US.EPA,1988、張立弘，2001)，主要是因為此類型的植物對環境的適應能力很強，植物的根部種植於土壤或介質當中，莖及葉部分則貫穿水面，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，以提供好氧性微生物的生長以利生物淨化作用的進行，即所謂的根區效應(行政院環保署，2003)，本研究選擇台灣水龍（自生組）、布袋蓮、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易、價廉且易於維護管理。进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件二、研究方法與材料

溼地基本資料說明：(1)溼地設置地點：鹿草鄉嘉45縣道復興橋下台糖用地（X：176188，Y：2593886）(2)溼地用地面積：2.76ha(3)實際操作面積：1.59ha(4)設計工法：人工溼地法(5)設計處理水量：3,000CMD(6)處理水源：荷苞嶼大排(7)設計水質目標：去除率-BOD：35%、SS：50%、NH3-N：40%二、研究方法與材料

2.人工濕地法介紹：

人工濕地法外觀功能與自然濕地類似，係在深度約0.6~1.5m之淺池塘或渠道中，種植各種型式之水生植物來淨化水質，包括挺水植物、沉水植物、浮葉植物及漂浮植物。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。

圖1為人工濕地法圖示。2.人工濕地法介紹：3.溼地水質淨化原理：(1)沉澱吸附作用：顆粒狀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，附著大量微生物膜，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。(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，促進污染物分解，並提昇水中溶氧。圖2為水質淨化原理說明圖。3.溼地水質淨化原理：进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件4.濕地處理方式說明:該溼地採表面流式人工濕地（FWS）設計，操作流程為以抽水井內之15HP抽水泵抽取荷苞嶼大排排水，經由進流管（分為直接進流及噴水跌落進流兩種進流方式）至沉澱池後，再流經深度約0.6～1.2m之FWS濕地，濕地種植各種型式之水生植物，包括挺水性植物（香蒲、蘆葦、台灣水龍、過長沙、雲林莞草及輪傘草等）、沉水性植物（如水蘊草、金魚草等）及浮水性植物（如白花水龍、睡蓮等），最後經放流生態區後，重力排放回荷苞嶼大排。目前植物種植數量如下所述，第一池種植之植生為水蘊草，種植面積約1160m2，第二池種植之植生為台灣水龍，種植面積約1160m2，第三池種植之植生為水藻、浮萍、睡蓮，種植面積約5640m2，第四池種植之植生為布袋蓮，種植面積約3700m2，第五池種植之植生為水芙蓉，種植面積約2155m24.濕地處理方式說明:該溼地採表面流式人工處理流程說明：如圖3、圖4所示。圖3處理流程說明圖荷苞嶼大排>沉澱區>濕地>放流生態區>重力排放回荷苞嶼大排處理流程說明：如圖3、圖4所示。进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件三、荷苞嶼溼地淨化處理效益

1.系統設計及操作參數該溼地之淨化功能，乃依據嘉義縣環保局所提供之各項規劃，進行彙整相關設計參數整理如表1所示。其設計進流水BOD濃度為20.8mg/L、NH3-N為18.3mg/L，估算之BOD削減量為36.6kg/d、NH3-N為27.5kg/d。目前荷苞嶼大排BOD水質濃度較低，故實際操作上，為符合BOD負荷之條件下，將其處理水量提昇至5,500CMD，以增加溼地之污染削減效益，操作參數如表2所示，BOD一階降解係數K值為0.23，單位面積去除量為1.58g/m2-d。三、荷苞嶼溼地淨化處理效益..2.溼地功能評估

本溼地目前進流處理流量為5,500CMD，溼地之水力停留時間為2.4day，並依據上述之操作參數進行功能評估，由表2中顯示，溼地之設計參數及操作參數大致符合一般設計準則，僅水力負荷較高，經研究了解該溼地之進流水濃度較低，為符合溼地一般設計之BOD負荷，以達處理效益，故提高水力負荷增加進流量至5,500CMD。另依據嘉義縣環保局提供之95年2月～96年2月水質檢測數據，彙整操作之水質改善成果如表3及圖5~7所示。其中BOD及NH3-N於95年5、10月，因水生植物過多，造成空隙率太低、溶氧量不足，以致水生植物死亡腐敗，造成水質處理效益不彰，導致削減率下降之情形。2.溼地功能評估..进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件3.最佳化操作出流水水質目標擬定-以嘉義縣現有溼地研究分析

(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流水水質目標之擬定上，本研究將依據人工濕地常用來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度來擬定水質目標，說明如下：3.最佳化操作出流水水質目標擬定-以嘉義縣現有溼地研究分析Ce=Ci*[exp(-kt)]Ce：出流水BOD濃度(mg/L)Ci：進流水BOD濃度(mg/L)k：一階反應係數(day-1)t：水力停留時間(day)A.一階反應式人工溼地BOD之去除成效，可以一階反應式來表示（US.EPA,1988,DesignManual），如下式：由此式可知溼地BOD去除成效受k值及水力停留時間影響，而欲擬定最佳化操作出流水質，須先擬定最佳化操作之k值，式中k值為BOD一階反應係數，當k值越大時，表示去除率越大，本研究在k值之訂定標準以國內13處正常操作之表面流人工溼地k值之平均做為基準，表示BOD降解速率能達到國內溼地平均值以上。

Ce=Ci*[exp(-kt)]A.一階反應式B.背景濃度之考量由於人工溼地本身有其水質背景濃度，背景濃度值受植生種類、植生覆蓋程度、植生密度、水中生物活動等因子之影響，一般FWS人工溼地之水質背景濃度如表4所示，由表中可知，人工溼地BOD背景濃度的典型濃度為5～10mg/L，平均值為7.5mg/L；故當以上述一階反應式（Ce=Ci*[exp(-kt)]）計算之出流水水質目標值低於7.5mg/L時，則將出流水水質目標訂為BOD=7.5mg/L，意即BOD水質目標濃度之下限值為7.5mg/L。

整上述，溼地之最佳化操作出流水水質目標為Ce’=Ci*[exp(-0.25t)]，而當進流水BOD濃度較低，使計算出流水水質目標Ce’＜7.5mg/L時，考量人工溼地水質背景濃度之影響，此時最佳化操作出流水BOD水質目標將修正為Ce’＝7.5mg/L。B.背景濃度之考量4.人工濕地淨化水質處理效率根據上述擬定之最佳化操作出流水水質目標，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理效率，表5則為3處人工濕地歷年水質淨化處理效率結果。其顯示溼地淨化設施以荷苞嶼溼地之水質目標達成率最高，表示其有適當之BOD負荷並有良好的植生管理，而由各溼地操作參數評估表及現勘結果觀察得知，荷苞嶼溼地BOD負荷亦較低，須加強植生覆蓋率，必能有更好的水質淨化效果。4.人工濕地淨化水質處理效率四、結論由95年02月至96年02月採樣分析數據整理得知，荷苞嶼人工溼地進流處理流量為5,500CMD，進流水之BOD平均值為10.6mg/L、出流水之BOD平均值為5.6mg/L，其BOD平均削減率46.95%；另進流水NH3-N之平均值為4.4mg/L、出流水之NH3-N平均值為2.1mg/L，其NH3-N平均削減率51.68%；另進流水SS之平均值為101.3mg/L、出流水之SS平均值為12.1mg/L，其SS平均削減率88.03%。

計算得知BOD消減量為27.5kgBOD/d，削減朴子溪全流域BOD污染流達量約0.35%。另NH3-N消減量為12.65kgNH3-N/d，佔朴子溪全流域NH3-N污染流達量約0.95%。四、結論五、參考文獻1.陳子淳，區域性環境敏感地管理，台北，中華民國環境工程學會（1998）。2.劉惠民，王曉明，吳宗榮，都市河川整治與願景國際學術研討會論文集，93~104（2005）