第三章 研究方法
3.5 資料整理法
3.5.3 濁度
取 10mL 的水樣，利用濁度計(HI-98703)測量水樣之濁度。量測單位為 NTU。
3.5.5 導電度
參考 HACH USEPA Reactor Digestion Method 8000，取 2.0mL 的水樣加入 COD 試劑 HR 之試管中，並另外取 2.0mL 的去離子水加入 COD 試劑 HR 之試管中作空 白組。鎖緊試管蓋並搖晃混和均勻後，將試管以 150℃加熱消化 2 小時。加熱完畢 後，待試管冷卻至室溫後以比色計(DR900)進行測量求得化學需氧量，單位為 ppm。
3.5.8 硝酸鹽(NO
3-N)
參考 HACH Cadmium Reduction Method 8039，將 NitraVer5 硝酸鹽試劑加入
色計(DR900)進行測量求得硝酸鹽，單位為 ppm。
3.5.9 亞硝酸鹽(NO
2-N)
參考 HACH USEPA Diazotization Method 8507(371)，將 NitriVer3 亞硝酸鹽試 劑加入 10mL 的空白組去離子水和水樣後，搖晃均勻等待 20 分鐘，再以比色計 (DR900)進行測量求得亞硝酸鹽，單位為 ppm。
3.5.10 氨氮(NH
3-N)
參考 HACH Salicylate Method 10023，取 2.0mL 的水樣加入 AmVer 試劑試管 中，並另外取 2.0mL 的去離子水加入 AmVer 試劑試管中作空白組。每支試管再加 入水楊酸(Salicylate)和三聚氰酸(Cyanurate) 試劑粉末。鎖緊試管蓋並搖晃混和均勻 後等待 20 分鐘，再以比色計(DR900)進行測量求得氨氮，單位為 ppm。
3.5.11 總磷
參考水中磷檢測方法－分光光度計／維生素丙法(NIEA W427.53B)，取稀釋水 樣 50mL 加入 0.4g 過硫酸銨後，以加熱板將水樣緩慢煮沸消化直至殘留約 10mL 液體。消化過的水樣冷卻後，以氫氧化鈉溶液將水樣調整至 pH7 ±0.2，再用去離
銻鉀溶液是將 1.3715 g 酒石酸銻鉀溶於去離子，再定量至 500mL。鉬酸銨溶液是 將 20 g 鉬酸銨溶於於去離子水中，再定量至 500 mL。維生素丙溶液是將 1.76 g 維生素丙溶於試劑水中，再定量至 100 mL。
檢量線的調製：配製 0、0.05ppm、0.1ppm、0.2ppm、0.3ppm 和 0.5ppm 的 磷標準溶液。添加 8mL 的混合試劑，混合均勻後，在 10～30 分鐘內以分光光度 計(U-3000)於波長 880 nm 處讀取吸光度，以此繪製吸光度與磷濃度之檢量線。
Chapter 4 第四章 結果與討論
4.1 植物鮮種變化
表 4.1.1 高、低水溫不同濃度氨氮廢水之植物鮮重
註：1. 模擬夏季：高水溫 28°C；冬季：低水溫 20°C。
2.
t̅
a：每周植物平均重量(n=3)，a：周次(a=1~3)。表 4.1.2 高、低水溫不同濃度氨氮廢水之植物重量變化
註：1. 模擬夏季：高水溫 28°C；冬季：低水溫 20°C。 始重量，但增重速率已自第 1 周之 39.07%和 27.71%降至-19.98%和-18.95%，。至 實驗結束的第 21 日為止，所有實驗組的植物重量皆低於起始的種植重量，減少率 約為-10.53~-36.74%。
高水溫之中、低濃度組之植物植物鮮種從實驗開始開始呈現負成長。至第 7 日為止，所有組植物鮮重僅略微減少。第 14 日開始至實驗結束，所有組別植物鮮 重快速減少。
圖 4.1.1 植物在低水溫不同氨氮濃度之鮮重變化 註：A 為高濃度組(NH3-N=195ppm)之平均鮮重(n=3)
B 為中濃度組(NH3-N=103ppm)之平均鮮重(n=3) C 為低濃度組(NH3-N=58ppm)之平均鮮重(n=3)
圖 4.1.2 植物在低水溫不同氨氮濃度之生長率 註：生長率(%)=t̅ a-t̅ a-1/t̅ a-1 * 100%
t̅
na：每周植物平均重量(n=3)，a：周次(a=1~3)。+值表植物增重，-值表植物因枯萎或死亡減重 。
圖 4.1.3 植物在高水溫不同氨氮濃度之鮮重變化 註：A 為高濃度組(NH3-N=208ppm)之平均鮮重(n=3)
B 為中濃度組(NH3-N=102ppm)之平均鮮重(n=3) C 為低濃度組(NH3-N=59ppm)之平均鮮重(n=3)
圖 4.1.4 植物在高水溫不同氨氮濃度之生長率 註：生長率(%)=t̅ a-t̅ a-1/t̅ a-1 * 100%
t̅
na：每周植物平均重量(n=3)，a：周次(a=1~3)。+值表植物增重，-值表植物因枯萎或死亡減重 。
高溫組前 7 日的鮮重變化現象也可在營養鹽吸收效率驗證與提升實驗中的全 部補植植物組中得到驗證。根據表 4.1.1，廢水氨氮起始濃度為 208.33ppm，從第 0 日到第 7 日為止，植物鮮重有明顯的增加，由 69.15g 提升至 79.67g，生長率為
圖 4.1.5 不同種植天數的植物在不同氨氮濃度廢水之鮮重變化率 註：+值表植物增重，-值表植物因枯萎或死亡減重。
由圖 4.1.5 可發現，鮮重增加的組別皆是僅種植 7 日之植物；而種植 14 日和 21 日之植物的鮮重變化率皆為負值，且減少率隨著廢水氨氮濃度增加而上升。
與文獻比較， Zhou 等(2017)研究植物在氨氮濃度 40ppm 以上時，種植 21 日 後植物生物質量有所減少；而劉等(2018)研究植物在氨氮濃度 70~210ppm 時，種 植 21 日後植物生物質量有所增加。本研究實驗之植物生長情形與 Zhou 等(2017)
4.2 植物覆蓋率變化
表 4.2.1 高、低水溫不同濃度氨氮廢水之植物覆蓋率變化
註：1. 模擬夏季：高水溫 28°C；冬季：低水溫 20°C。
2.
t̅
a：每周植物平均覆蓋率(n=3)，a：周次(a=1~3)。分析兩種水溫之植物營吸收養鹽吸收實驗結果，將植物覆蓋率與實驗時間進 行作圖，比較三週實驗期間之覆蓋率變化。
由圖 4.2.1 和圖 4.2.2，可以發現兩種水溫之植物覆蓋率都是隨著漸減。植物覆 蓋率的多寡主要取決於植物的葉面積，說明在實驗的過程，植物的葉是逐漸枯萎、
衰亡。而根據文獻指出，粉綠狐尾藻的莖比葉更能夠有效的控制、管理氮離子，
因此在高氨氮的環境下，葉是比莖更容易受到影響而枯萎、死亡(Zhou，2017)。
本實驗的植物在低水溫之三種濃度和高水溫高濃度氨氮下的前 7 日，植物鮮重皆 有增加，植物覆蓋率反而下降，說明植物莖仍在生長的時候，葉已經開始枯萎、
衰亡，符合文獻之研究結果。
圖 4.2.1 低水溫不同濃度氨氮廢水之植物覆蓋率變化 註：各點為每周植物平均平均覆蓋率(n=3)
圖 4.2.2 高水溫不同濃度氨氮廢水之植物覆蓋率變化 註：各點為每周植物平均平均覆蓋率(n=3)
根據表 4.2.1，營養鹽吸收效率驗證與提升實驗中，大部分的組別覆蓋率也都 是下降的，植物組之全部補植組和部分補植組在第 7 日更換完植物後到第 14 日之 間才有明顯增加。有可能是這兩組實驗的植物在替換過程擺放不當或植物需要更 長的時間來恢復至自然狀態，導致在拍攝覆蓋率分析照片時有所誤差，影響分析 結果。
4.3 植物生長與排放水水質指標項目變化
由於本實驗使用的廢水在各項水質檢測項目中，數值常高於儀器或實驗檢測 方法可偵測範圍的情況，因此必須將水樣稀釋再進行檢驗。廢水中還包含了大量 且顆粒大小不一的懸浮固體和沉澱物，在實驗設置和採樣的過程很難確保不同周 別多次採樣水體是完全均勻的。以上因素都可能導致誤差產生，在後續討論時會 敘述可能有較大誤差數值並推論。
4.3.1 濁度
表 4.3.1.1 高、低水溫三種濃度氨氮廢水之植物吸收與濁度變化
註：1. 植物起始重量：高水溫：A=74.82g，B=50.43g，C=50.1g；低水溫：A=34.11g，
的廢水濃度相比低上許多。說明本研究實驗使用的廢水濁度偏高，淨化至規定標 準之下有一定的難度。
圖 4.3.1.1 低水溫三種濃度植物吸收營養鹽實驗之濁度變化 註：A 為高濃度組(NH3-N=195ppm)之平均濁度(n=3)
B 為中濃度組(NH3-N=103ppm)之平均濁度(n=3) C 為低濃度組(NH3-N=58ppm)之平均濁度(n=3)
4.3.1.2 高水溫三種濃度植物吸收營養鹽實驗之濁度變化 註：A 為高濃度組(NH3-N=208ppm)之平均濁度(n=3)
B 為中濃度組(NH3-N=102ppm)之平均濁度(n=3) C 為低濃度組(NH -N=59ppm)之平均濁度(n=3)
圖 4.3.1.3 植物吸收營養鹽效率驗證與提升實驗曝氣組與濁度變化 註：A 為曝氣-部分補植植物組之平均濁度(n=2)
B 為曝氣空白組之平均濁度(n=2)
圖 4.3.1.4 植物吸收營養鹽效率驗證與提升實驗無曝氣組與濁度變化 註：A 為全部補植植物組之平均濁度(n=2)
B 為部分補植植物組之平均濁度(n=2) C 為空白組之平均濁度(n=2)
4.3.2 酸鹼值
表 4.3.2.1 高、低水溫三種濃度氨氮廢水之植物吸收與酸鹼值變化
註：1. 植物起始重量：高水溫：A=74.82g，B=50.43g，C=50.1g；低水溫：A=34.11g，
B=32.94g，C=33.56；植物補植管理：曝氣-部分補植=70.38g，無曝氣-部分補 植=69.95g，無曝氣-全部補植=69.15g；空白組無植物，廢水靜置。
2. t̅ a：每周水樣平均酸鹼值(n=3,植物補植管理組 n=2)，a：周次(a=1~3)。
酸鹼值在所有實驗組中變化不太大，有些微上升的趨勢，以低水溫植物吸收 營養鹽實驗中上升最為明顯。而根據文獻，由於沉水植物進行光合作用將產生大 量碳酸氫根離子與氫氧根離子，使水質酸鹼值上升(張，2016)。本實驗結果與其相 符。
4.3.3 導電度
表 4.3.3.1 高、低水溫三種濃度氨氮廢水之植物吸收與導電度變化
註：1. 植物起始重量：高水溫：A=74.82g，B=50.43g，C=50.1g；低水溫：A=34.11g，
B=32.94g，C=33.56；植物補植管理：曝氣-部分補植=70.38g，無曝氣-部分補 植=69.95g，無曝氣-全部補植=69.15g；空白組無植物，廢水靜置。
2. t̅ a：每周水樣平均導電度(n=3,植物補植管理組 n=2)，a：周次(a=1~3)。
根據表 4.3.3.1，導電度在所有實驗組別都有明顯減少，代表廢水中的離子濃 度有所降低。在高、低水溫植物吸收營養鹽實驗中，相同廢水濃度和裝置配置下，
不論是否有種植植物，導電度的下降趨勢都十分的相似。在營養鹽吸收效率驗證 與提升實驗中，比較曝氣空白組和無曝氣空白組可發現打氣裝置的有無對於導電 度的下降也沒有太大的影響；植物組中，曝氣-部分補植植物組有最佳的表現，不 過以最終結果來說，在經過 21 日後，全部補植植物組也有一樣好的效果。
綜合以上實驗結果，僅種植植物或裝設打氣設備對於導電度的影響都十分有 限。若能搭配一同使用則有較佳的降低導電度效果。
4.3.4 生化需氧量(BOD)
表 4.3.4.1 高、低水溫三種濃度氨氮廢水之植物吸收與生化需氧量變化
註：1. 植物起始重量：高水溫：A=74.82g，B=50.43g，C=50.1g；低水溫：A=34.11g， 108~183ppm 和 43~80ppm。本研究高水溫中、低濃度植物組之實驗起始濃度和結 果分別是 117~235ppm 和 41~62ppm。說明本實驗植物在高溫組中、低濃度環境條 件下，不僅能將廢水淨化至標準之下，效果還更優於傳統型和創新型三段式廢水 處理系統。
4.3.5 化學需氧量(COD)
表 4.3.5.1 高、低水溫三種濃度氨氮廢水之植物吸收與化學需氧量變化
註：1. 植物起始重量：高水溫：A=74.82g，B=50.43g，C=50.1g；低水溫：A=34.11g， 需氧量(COD)約為 6111~14014ppm、485~724ppm 和 155~305ppm。本研究實驗結果
實驗過程曾經嘗試將水樣過慮後再進行生化需氧量檢測，並會發現數值會低 於檢測範圍導致無法測量，代表了化學需氧量與廢水中的懸浮固體和沉澱物有很 大的關聯性。文獻也有提到除去的污泥量與化學需氧量是有高度正相關的(郭等 人，2008)。
在廢水中的懸浮固體和沉澱物大量且顆粒不一的情況下，實驗設置和採樣不 均勻的誤差將直接導致各組化學需氧量數據可能會有過大的標準偏差。尤其是添 加固形物糞便的夏季-高濃度組和營養鹽吸收效率提升實驗的所有組別，不僅起始 數值遠高於其他組別，同組數值的標準偏差也十分的大。
而本研究所有實驗組別數據之化學需氧量與濁度繪製關係圖，可得圖 4.3.5.1。
其線性回歸公式 y=1.513x+894.6 關係係數 R2=0.9088。顯示化學需氧量確實與濁 度有極大的相關性。郭等(2008)研究則是以污泥產量和總固體濃度(TS)去與化學需 氧 量 進 行 回 歸 ， 線 性 回 歸 公 式 分 別 為 y=-42.373+5.854x ， (R2=0.979) ；
其線性回歸公式 y=1.513x+894.6 關係係數 R2=0.9088。顯示化學需氧量確實與濁 度有極大的相關性。郭等(2008)研究則是以污泥產量和總固體濃度(TS)去與化學需 氧 量 進 行 回 歸 ， 線 性 回 歸 公 式 分 別 為 y=-42.373+5.854x ， (R2=0.979) ；