第三章、 研究方法
3.2 模槽實驗
究設置溼地模槽試驗於高雄大學，原水來自高雄大學旁受畜牧業污染 後勁溪灌溉溝渠，此原水包含已知濃度營養鹽(氮、磷)、有機污染物(COD 及新興污染物)及重金屬(銅鋅)等，溼地模型槽之操作實驗中所使用之溼 地模型槽共有三組加上未植栽組，分別編號為 A、B、C 及 D，均屬於 礫石床介質，其中礫石層、細砂層與土層共高 0.11 公尺，水位均控制
於 0.17-0.18 公尺高，水平面距離細砂層表面 0.05 公尺，因此是屬於表 面流式人工溼地系統（free water surface system，FWS），並於三槽內均 種植水生植物分別植栽菖蒲、香蒲、培地茅和未植栽四個系統，評估各 種污染物去除效率，並且同時探討在模槽中水生植物不同部位(地上部 及地下部)累積重金屬的傳輸狀況。
以建立三個任何條件均相同之溼地模型槽(如圖 3.3)。處理槽的幾何 構造與流程安排屬於束流式，槽體為塑膠材質，每槽長 0.6 m、寬 0.4 m、
高 0.35 m，體積約 0.084 m3(圖 1、模槽示意圖)。其中三組內裝有礫石層、
細砂層及土層共高 0.11 公尺，另一組未放置植栽，比較其處理效率。
實驗室規模人工溼地之階段流程是由三個處理槽組成，水流方亦採用由 表面進入再從底層收集後從上排出。
圖 3.3 模槽示意圖
本實驗所用的植物都是直接跟廠商購買，再將其放置模槽進行培養，待 其適應一個月再開始進行試驗，試驗天數設定延長約兩週，而每批次試 驗各模槽取一點，每隔兩日採樣一次，採樣時間約上午八點至九點。
本實驗主要以挺水型植物為主(菖蒲、香蒲、培地茅) 3.3 質參數分析
為了瞭解模槽各水質參數，採集水樣並快速拿回實驗室測定背景參 數(pH、溫度、導電度、鹽度、溶氧、氧化還原電位)，銅鋅重金屬則以 火焰式原子吸收光譜法(NIEA W306.54A)進行分析。
3.4 金屬分析方法 3.4.1 水中重金屬分析
溶解態重金屬指將水樣過濾之後，添加硝酸約兩三滴，使其 pH 值 降至 1.5-2.0，放置 24 小時後，以火焰式原子吸收光譜儀進行分析。
3.4.2 植體重金屬分析
採植將其以烘箱 104℃烘乾 24 小時，再將其地上地下部分別剪碎 磨碎，各別取出 0.5 g 植體並添加濃硝酸及濃鹽酸(HNO3:HCL=11:1，V/V) 體積分別為 5.5 mL 和 0.5 mL，再由微波消化儀進行萃取，並過濾後以 火焰式原子吸收光譜儀進行分析。
3.4.3 模槽實驗底泥王水總量分析
以王水總量分析指對於模槽底泥總重金屬含量進行探討，將其以烘 箱 104℃烘乾後，用 20 號篩過篩後，取 0.5 g 土壤以濃硝酸及濃鹽酸 (HNO3:HCL=1:3，V/V)體積分別為 3.0 mL 和 9.0 mL，再由微波消化儀 進行微波消化，並過濾後以火焰式原子吸收光譜儀進行分析。
微波輔助消化之參數設定如表 3.1 所示。
表 3.1 微波消化儀參數設定
Power (W) Ramp (min)
Temperature (oC)
Hold time (min) 土壤全量萃取 1600 (75%) 15:00 200 15:00 序列萃取(末段) 1600 (75%) 15:00 200 15:00 植體萃取 1600 (75%) 15:00 200 15:00
*( ) 內數值表示微波消化儀之實際輸出功率; 此外，當其升溫至 200 oC，
維持 15 min，便開始降溫。
實驗材料
本研究所需之物品藥品如下所示：
1.銅標準溶液，廠牌 MERCK 2.鋅標準溶液，廠牌 MERCK 3.EDDS ，廠牌 Fluka
4.無水硫酸銅，廠牌 Showa 5.氯化鋅，廠牌 Showa 6.硝酸，廠牌 Scharlau 7.鹽酸，廠牌 Scharlau
8.電子分析天平 GR-200，廠牌 AND 9.烘箱，廠牌 Memmert
10.微波消化儀 Multiwave 3000 ，廠牌 Perkin Elmer 11.攜帶型酸鹼度計 sensION2 ，廠牌 HACH
85
Component Stock Solution mL Stock Solution/L
2M KNO3 202 g/L 2.5
2M Ca(NO3)2×4H2O 236 g/0.5L 2.5 Iron(Sprint 138 iron chelate) 15 g/L 1.5
2M MgSO4×7H2O 493 g/L 1
1M NH4NO3 80 g/L 1
Minors:
H3BO3
表 3.3 水耕實驗操作條件表 參數項目 實驗條件
植栽 百合、菊花
Hoagland stock solution
115 mg/L NH4NO3
2.86 mg/L H3BO3 656 mg/L Ca(NO3)2 5.32 mg/L FeSO4
240.7 mg/L MgCl2 1.81 mg/L MnCl2 0.016 mg/L MnO3 300 mg/L KNO3 重金屬 Cu、Zn
GA3 濃度 10-8 M pH 值 7
濕度 55%~65%
溫度 25℃
光照 16 h/8 h day/night cycle 照度(Lux) 8600
操作時間 視水溶液重金屬平衡濃度時間及花卉成長情形為反應 終止
由於植體植栽於土壤中，尚需考量重金屬於土壤介面與土壤水溶液之分配暨 傳輸。故先採用水耕實驗以初步探討對於植體生長暨重金屬攝取情形，以不 使植體死亡為原則，並進一步評估植物生長激素 (IAA 與 GA3) 對重金屬 植物毒害性之減低；以利水耕實驗結束之後進行盆栽實驗 (Pot experiment)。
3.6 盆栽實驗
3.6.1 土壤重金屬配製
將土壤初步篩選，將篩選過後土壤加入適量去離子水攪拌使其成黏稠狀後，
再以銅及鋅標準品配製所需之重金屬濃度，本實驗銅鋅配置濃度分別為 600 及 1800 mg/kg，皆為食用作物農地管制法規標準之三倍，盆栽實驗(表 3.4)係先取含有重金屬之土壤加入去離子水攪拌均勻，將配置 5 mmol 之螯 合劑加入其中，攪拌均勻置於戶外等其乾燥，於快乾燥完成時需再添加去 離子水攪拌，需來回二次，使其配成每公斤土壤有 5 mmol 之螯合劑。將 配置完成之土壤分裝到盆栽中，每盆約 1.5 公斤重，再將植體種植於含重 金屬之土壤，每盆約 3 株，探討螯合劑添加對植物吸收重金屬之效益為何，
觀察紀錄螯合劑對於植體生長之影響、早晚溫度溼度之監測 及照度之變化，
並於實驗終了分析植體各部位重金屬累積量將配置完成之土壤攪拌均勻置 於戶外等其乾燥。於乾燥期間需不停攪拌，使其重金屬與土壤混拌均勻。
為使所添加之重金屬與土壤達到穩定及平衡狀態，因此人為添加重金屬之 土壤需進行 3 次乾濕的交替孵育(陳, 2005)。
表 3.4 盆栽實驗操作條件表
參數項目 實驗條件
栽種植體 葵百合
重金屬濃度 Cu(1200mg/kg)、Zn( 6000mg/kg)、
GA3濃度 10-8mol/kg EDDS濃度 500 µmol/kg
GA3劑量 50ml/次
EDDs劑量 100ml
澆灌水量 500ml/次
光照 16 h/8 h day/night cycle
試驗時間 30天
盆栽尺寸 長70cm×寬30cm
3.6.2 土壤萃取實驗
由多數文獻統整得知，植生復育之螯合劑與土壤莫爾重量比約在 0.05~15 mmoL/kg，故螯合劑土壤莫爾重量比為 5、10、15 mmoL/kg。以 EDDs 萃取液為例，取 0.0365 g EDDs 置入 1 L 去離子水中，即配置完成。
取 40 mL 萃取液，置於含 0.15 g 土壤之離心管中，並以 150 rpm 進行震 盪 2 小時，再以離心方式達到固液分離，取其上層液以原子吸收光譜儀分 析。淋洗後剩餘之土壤以去離子水淋洗兩次，目的為清洗出殘餘之淋洗液，
以去離子水淋洗後之土壤進行王水消化，並以原子吸收光譜儀進行分析，
經由計算可得萃取率。(土壤重金屬淋洗萃取量/(土壤重金屬淋 洗萃取量+
土壤重金屬殘存量)=萃取率)。而 10、15 mmoL/kg 亦以同樣方式進行分析。
(土壤需以 105℃烘乾且研磨後過 200 號篩)
3.6.3 土壤酸鹼值測定
實驗方法為行政院環保署 NIEA S410.61C，取 20.0 g 之土壤樣品置 入於 50 mL 燒杯內，加入 20 mL 之去離子水，並連續攪拌 5 分鐘。將溶 液懸浮靜置約 1 小時，使溶液之土壤沉澱。再以 pH 電極檢測土壤溶液之 酸鹼值。
3.6.4 土壤有機質測定
本方法參照 APHA「1992-Standard Method 2540G」所進行測定。量測 經 105℃烘乾 24 小時冷卻後之坩鍋重量(W0)，取約 2 g 經風乾後之土壤 (先過 200 號篩)，放入已知重量坩鍋內，並量取其重量(W1)，置入 105℃ 之 烘箱內加熱 24 小時，取出後置於乾燥箱中冷卻至室溫後秤重(W2)，將 上 述之樣品置入 550℃之烘箱加熱 4 小時，取出後置於乾燥箱冷卻秤重 (W3)。有機質含量(%)=(W2-W3)*100/(W2-W0)
3.6.5 事業廢棄物毒性特性溶出程序(TCLP)
實驗方法為行政院環保署 NIEA R201.13C，取 5.0 克之樣品置於錐 型 瓶中，加入 96.5 mL 之蒸餾水，蓋以錶玻璃，劇烈攪拌 5 分鐘，測量 pH 値並紀錄之。若 pH<5.0，則使用萃取溶液 A(以 1L 之定量瓶中，將 5.7 mL 冰醋酸加入 500 mL 蒸餾水，再加入 64.3 mL 1.0N 之 NaOH，稀釋 至刻 度。此溶液之 pH 為 4.93 ± 0.05，使用前在檢查 pH 値)，若 pH>5.0， 則 使用萃取溶液 B((以 1L 之定量瓶中，將 5.7 mL 冰醋酸加入蒸餾水中， 稀 釋至刻度。此溶液之 pH 為 2.88 ± 0.05，使用前在檢查 pH 値)。決定萃 取 液後，將樣品對萃取液重量比為 1：20，以每分鐘 30 ± 2 之轉速旋轉 18 小 時。再加以過濾，將過濾之溶液以 AA 分析重金屬濃度。
3.7 植物形態學分析
由於植體攝取重金屬主要係藉由根部之傳輸功能，因此根部型態將決 定整治復育之成效。 本研究欲進行植體根部相關型態參數包含根長度、直徑、
體積、及表面積等進行分析，並進一步探討其與植體重金屬累積之相關性。
此外，植體之乾重 (dry biomass) 則將植體分為根、莖、葉及花後，以 105
℃烘乾後降至室溫再進行秤重。針對植體型態學 (Plant morphometry) 如植 體根部之長度、乾重、 體積、表面積等進行分析，其能找出/植物激素/螯合 劑/重金屬與植體生長型態之相關性。
3.8 分析方法之品保品管 3.8.1 精密度
實驗樣品會受隨機誤差之影響，可藉由標準偏差計算瞭解精密度之 優 劣。在標準精密度檢測每個樣品皆會進行二次重複分析，並且標準偏 差
（RSD）必須小於 1% 數據才准許採用。
3.8.2 準確度
欲使檢測値與實際値趨近相同，一般會使用添加標準品作為檢測基 準。
在以原子吸收光譜儀分析樣品過程中，皆會隨機檢測標準品及空白 水樣之 重金屬濃度，藉此確認分析數値無誤。
3.8.3 重金屬銅鋅離子檢量線配置
本實驗分析樣品主要以原子吸收光譜儀(AA)進行分析，其線性係數 (R2)依環保署檢測標準須達 0.995 以上，並且相對標準偏差(RSD)需小於 1%數據才准採用。
3.9 資料分析
針對兩組以上數據可藉由 ANOVA 單因子變異數分析，比較數據間 是否有顯著性之差異，當分析結果 P 値小於 0.01，即表示數據間具有顯 著 性差異。而針對兩組數據是否有差異，則可藉由 T 檢定(t-test)分析，當分 析結果 P 値大於 0.01，即表示數據間無明顯之差異。
第四章、結果與討論
4.1 模槽實驗
4.1.1 水體重金屬去除分析
模槽系統之進流水來自於高雄大學旁後勁溪灌溉溝渠，其上游由於 畜牧業盛多，不當排放豬糞尿廢水導致重金屬污染，其中重金屬銅鋅污 染濃度較高，所以此模槽系統針對銅鋅這兩類重金屬去探討其去除效率。
實驗結果顯示(如表 4.1 及 4.2)，進流原水溶解態銅鋅濃度分別為 0.56±
0.11 mg/L 及 1.76±0.11 mg/L，經過模槽系統處理過後，菖蒲、香蒲、培 地茅及未植栽四個系統出流溶解態銅濃度分別為 0.038±0.005、0.049±
0.011、0.051±0.013 及 0.044±0.010 mg/L，去除效率依序為 91.6、92.6、
93.3 及 95.1 %；而出流溶解態鋅濃度則分別為 0.109±0.06、0.151±0.10、
0.186±0.10 及 0.079±0.07 mg/L，去除效率依序為 95.5、94.4、94.8 及 96.7
%。由此看出銅鋅去除效率大小分別為未植栽>培地茅>香蒲>菖蒲及未 植栽>菖蒲>培地茅>香蒲，由此數據結果顯示，無論是 Cu 及 Zn，未植 栽系統亦有良好的去除效率，且去除效果較有植栽者為佳，可能原因是
%。由此看出銅鋅去除效率大小分別為未植栽>培地茅>香蒲>菖蒲及未 植栽>菖蒲>培地茅>香蒲，由此數據結果顯示，無論是 Cu 及 Zn，未植 栽系統亦有良好的去除效率，且去除效果較有植栽者為佳，可能原因是