进而探讨湿地自然净化工法对朴子溪水质净化成效课件.ppt
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河川。由於長期承受大市生活污水、畜牧及工業廢水之排入，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。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。,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(包括沉水性、挺水性及浮水性植物)進淨化。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接處河水，因此，欲解決河川污染問題，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，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，如此全河段於各項措施相互配合下，方能減輕河川污染的況，達成河川水體水質分標準，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，係為水資源永續發展的目標(陳子淳，1998)，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水質(宏才，2002)。如：高灘地漫地處法(張文，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、惠民等人，2005)。本研究對象為人工濕地法中之自由表面動式濕地（Free water surfacesystem,FWS）工法，此工法係將應用於廢(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。,FWS係依照水生植物的生長型態而設計，可區分為：,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，2001)，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，以提供好氧性微生物的生長以生物淨化作用的進，即所謂的根區效應(政院環保署，2003)，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。,二、研究方法與材,溼地基本資明：(1)溼地設置地點：草鄉嘉45 縣道興橋下台用地（X：176188，Y：2593886）(2)溼地用地面積：2.76 ha(3)實際操作面積：1.59 ha(4)設計工法：人工溼地法(5)設計處水：3,000 CMD(6)處水源：荷苞嶼大排(7)設計水質目標：去除-BOD：35%、SS：50%、NH3-N：40%,2.人工濕地法介紹：人工濕地法外觀功能與自然濕地似，係在深約 0.61.5m 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、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。圖1 為人工濕地法圖示。,3.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。(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 為水質淨化原明圖。,4.濕地處方式明:,該溼地採表面式人工濕地（FWS）設計，操作程為以抽水井內之15HP抽水泵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，再經深約0.61.2 m 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、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）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。目前植物種植如下所述，第一池種植之植生為水蘊草，種植面積約1160m2，第二池種植之植生為台灣水，種植面積約1160 m2，第三池種植之植生為水藻、浮萍、睡，種植面積約5640 m2，第四池種植之植生為布袋，種植面積約3700 m2，第五池種植之植生為水芙蓉，種植面積約2155 m2,處程明：如圖 3、圖4 所示。圖 3 處程明圖荷苞嶼大排沉澱區濕地放生態區重排放回荷苞嶼大排,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之各項規劃，進彙整相關設計整如表1 所示。其設計進水BOD 濃為20.8 mg/L、NH3-N為18.3 mg/L，估算之BOD 削減為36.6kg/d、NH3-N 為27.5kg/d。目前荷苞嶼大排BOD 水質濃較低，故實際操作上，為符合BOD 負荷之條件下，將其處水提昇至5,500 CMD，以增加溼地之污染削減效，操作如表2所示，BOD 一階解係K 值為0.23，單位面積去除為1.58 g/m2-d。,.,2.溼地功能評估 本溼地目前進處為 5,500 CMD，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2 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，故提高水負荷增加進至5,500 CMD。另依據嘉義縣環保局提供之95 2 月96 2 月水質檢測據，彙整操作之水質改善成果如表3 及圖57 所示。其中BOD 及NH3-N 於95 5、10 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，導致削減下之情形。,.,3.最佳化操作出水水質目標擬定-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：,A.一階反應式 人工溼地 BOD 之去除成效，可以一階反應式表示（US.EPA,1988,Design Manual），如下式：,由此式可知溼地 BOD 去除成效受k 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 k 值，式中k 值為 BOD 一階反應係，當k 值越大時，表示去除越大，本研究在k值之訂定標準以國內13 處正常操作之表面人工溼地k 值之平均做為基準，表示 BOD 解速能達到國內溼地平均值以上。,B.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、植生覆蓋程、植生密、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如表4 所示，由表中可知，人工溼地BOD背景濃的典型濃為510 mg/L，平均值為7.5 mg/L；故當以上述一階反應式（Ce=Ci*exp(-kt)）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BOD=7.5 mg/L，意即BOD 水質目標濃之下限值為 7.5 mg/L。整 上 述，溼 地 之 最 佳 化 操 作 出 水 水 質 目 標 為 Ce=Ci*exp(-0.25t)，而當進水BOD 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，此時最佳化操作出水BOD 水質目標將修正為Ce7.5 mg/L。,4.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5 則為3 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，表示其有適當之BOD 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BOD 負荷亦較低，須加強植生覆蓋，必能有好的水質淨化效果。,四、結 由 95 02 月至96 02 月採樣分析據整得知，荷苞嶼人工溼地進處為5,500 CMD，進水之BOD 平均值為10.6 mg/L、出水之BOD 平均值為5.6 mg/L，其BOD 平均削減46.95%；另進水NH3-N 之平均值為4.4mg/L、出水之NH3-N 平均值為2.1 mg/L，其 NH3-N 平均削減51.68%；另進水SS 之平均值為101.3 mg/L、出水之SS 平均值為12.1 mg/L，其SS 平均削減88.03%。計算得知BOD 消減為27.5 kg BOD/d，削減朴子溪全域BOD 污染達約0.35%。另NH3-N 消減為12.65 kg NH3-N/d，佔朴子溪全域NH3-N 污染達約0.95%。,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（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，93104（2005）。3.政院環保署，.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（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設計及監造（2005）。6.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（I）-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（2005）。8.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(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.,
