營養鹽

營養鹽部份包括氮營養鹽及磷營養鹽，圖2.5 為濕地內氮循環 圖，其有機氮營養來源主要來自動物體排泄或者是動物屍體造成，由 微生物作用轉換成無機氨氮後，再藉由硝化細菌在好氧環境下將氨氮 轉換成亞硝酸鹽及硝酸鹽，最後由脫硝菌將水體硝酸鹽轉化成氮氣去 除，一般水體中有機氮或者氨氮濃度高，可表示水體受到污染時間較 短，硝酸鹽濃度較高則表示水體受污染已有一段時間。磷營養鹽部份 為植物生長的重要養分，若過量磷營養物質進入水體時會造成藻類大 量繁殖及死亡，植物體腐敗過程中會分解水中大量氧氣造成水體較為 缺氧情形。

圖2.5 濕地內氮循環圖 (Campbell and Ogden, 2005)

氮營養鹽去除機制部份，於人工濕地中，大抵可分成物理性沉 降，硝化、脫硝作用、植物或微生物吸收(Healy et al., 2006)，而在磷

去除機制部份，主要是藉由碎石土壤等物理吸附作用，另植物吸收也 提供少部份的去除效果(Lin et al. 2003)。植物死亡過程中，對於硝酸

鹽去除有貢獻，主要是由於植物體死亡過程中有機物質分解使系統呈 較為缺氧情形，促使脫硝作用所致(Park et al. 2008)。

Li et al. (2008)研究表面流式、水平地下流及垂直地下流系統，結 果顯示地下流式系統對於營養鹽去除力較佳，然而NH

4 +

-N 以地下垂 直流式較地下水平流式高約14%去除成效，由於垂直地下流式系統之 溶氧較水平地下流式高，有利於廢污水硝化作用產生，另，表面流式 相較地下流式較不受水力停留時間影響去除效率，由植物吸收氮磷營 養鹽部份，表面流式較地下流系統佳，表面流式植物吸收N 及 P 別 為20%及 57%，地下流部份僅 N(5~7%)，P(14~17%)。而表面流人工 濕地中氮營養鹽之去除途徑可藉由植物吸收，也有研究顯示營養鹽去 除與植體生長吸收及植體收割有關(Chung et al., 2008)。

營養鹽去除部份，列車式串聯人工濕地比單一系統表面流或地下 流濕地有較佳去除效率，如Vymazal et al. (2006)回顧人工濕地應用於 廢污水之氮磷營養鹽去除，總氮、總磷之去除率分別為40~55%及 40~60%，且列車式人工濕地系統由於可以同時提供好、厭氧環境，

以利硝化作用、脫硝作用、固氮作用及厭氣銨氧化作用(Anaerobic ammonium oxidation，ANNAMOX)等進行，故去除效率較單一系統顯 著。厭氣銨氧化作用係指在缺氧環境中，硝酸鹽作為電子接受者與銨 根反應生成氮氣，亦有亞硝酸鹽與銨根作用生成氮氣之方式，兩者皆 屬於厭氣銨氧化作用。類似於厭氣銨氧化作用，Sun et al. (2007) 分析 垂直地下流濕地中氮轉換，高濃度氨氮之滲出水，於好氧條件下，氨 氮轉換為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽再與剩餘之銨反應為氮氣逸散至大氣 中，使氮質量減少12~52％，其稱完全自營氮去除(Completely

autotrophic nitrogen-removal over nitrite，CANNON)，惟 Yeh et al. (2009) 探討校園內氮營養鹽主要之去除機制，包括微生物硝化及脫硝作用。

磷型態主要可分成無機正磷酸鹽、復磷酸鹽及有機磷化合物，三 者總和稱為總磷，而正磷酸鹽係由PO

4 3-

,HPO

4 2-

及H

2

PO

^4-

所組成，其 pH 值近中性時以 HPO

4 2-

為優勢，鹼性則以PO

4 3-

優勢，磷在濕地系統 中之轉化如圖2.6 所示，一般水體中復磷酸鹽會水解成正磷酸鹽，由 植物吸收或是由磷蓄積菌在好氧情形下吸收磷，而磷隨會植體死亡或 與鈣、鋁、鐵結合沉澱至底層厭氧區，而厭氧環境下磷蓄積菌則會釋 出磷，再度讓植物吸收進入下一次之循環。

圖2.6 磷去除示意圖

2.3.3 致病菌指標微生物

生物性指標一般較常見的是大腸桿菌群(Coliform Group)及腸球 菌(Enterococci)，利用大腸桿菌存活率大於致病菌以評估水體中致病

菌含量，通常一個成年人平均每日排放濃度為10×10

⁶

~40×10

⁶

CFU/100mL。然而大腸桿菌(E.Coli)存在於人類腸道系統中有助於腸 道內消化，大腸桿菌細菌一般來說不常存在於其他環境，主要原因為 該細菌種喜好生存於含糞便有機體之環境中，故此菌種存在環境中便 可證明水體於近期內受到糞便型污染，且水質可能含有病原體，一般 水質分析致病菌以大腸桿菌群來表示。亞利桑那州立大學Karim et al.

(2008)研究人工濕地中水生植物對致病菌之影響，以四組人工濕地模 槽，植栽挺水性植物處理河川水以及二級放流水，實驗結果顯示濕地 中大型挺水及浮水性植物，像是蘆葦、香蒲、布袋蓮、水芙蓉，可有

效抑制河川及二級放流水細菌孳生問題。大腸桿菌群去除機制包括微 生物於植物根部形成之生物膜、植物根部份泌抑制細菌生長物質、紫 外線殺菌、水中懸浮固體共沉降作用、微生物自然衰減及原生動物之 掠食作用(Garcia et al., 2008)，水體中除了帶有致病菌外若水體中含有 原生動物如梨形鞭毛蟲(Giardia)及隱孢子蟲(Cryptosporidium)也容易 使人類生病，原生動物之囊胞具防護之能力，可抵抗消毒劑，所以一 般原生動物生存力大於細菌，一般而言，人工濕地內大腸桿菌去除機 制主要包括紫外光殺菌、沉澱、吸附作用及自然衰減(Karim et al., 2008)。

Garcia et al. (2008)研究植栽對於大腸桿菌去除效果，結果顯示植

栽植物相較未植栽之氧化塘系統，當中有植栽部份對於細菌有較為良 好之去除效率，然而主要影響因子，包括日照、pH 及水體溶氧，皆 影響去除成效，且特別在溫暖季節時期去除效果提升。一般存在於飲 用水蓄水庫及湖泊之總大腸桿菌濃度分佈具季節性，如於夏季湖泊中 發現，水溫上升使原生動物增加，但促使非糞便型大腸桿菌之快速生 長，且夏季藻類滋長，增加水中懸浮固體濃度，因懸浮固體包覆或遮 蔽細菌，使紫外線殺菌效果降低，總大腸桿菌量提高(Davis et al., 2005)，而水深高低亦有不同總大腸桿菌濃度分佈情形，一般底層總 大腸桿菌量較表層高，主要與懸浮固體濃度有關，總大腸桿菌附著於

懸浮固體共沉降作用，植物體或懸浮固體遮蔽陽光會降低紫外線殺菌 效果(An et al., 2002)，因此水中懸浮固體(如：SS 及藻類等)濃度越高，

將提高總大腸桿菌群存活量，陽光照度(紫外光強度)也與水中微生物 生長情形有關(WieXner et al., 2005；Winward et al., 2008)。而 Maiga et al. (2009)針對不同深度季節之氧化塘，量測大腸桿菌濃度及影響細菌 活動之相關環境參數，如照度、水溫、pH 值及溶氧，觀察環境背景 參數與大腸桿菌濃度之相關性，研究結果顯示大腸桿菌在淺池中存活 力較深塘差，淺池之pH 值及溶氧較深塘高，一般照度充足其紫外光 殺菌效果良好，使得大腸桿菌濃度去除率佳。

諸多研究顯示大腸桿菌群去除結論，發現除水深及停留時間外，

溫度也為致病菌去除之重要因子，Molleda et al. (2008)研究致病菌於

各季節之去除效率，結果顯示春季及秋季時期致病菌去除效果可達 98%以上，其中又以春季時期去除效果最佳，系統停留時間約 13 天，

且於植物根隙中發現到原生動物種線蟲(nematode)生長活躍，使系統

中致病菌整體去除效果佳，其餘季節性大腸桿菌去除研究，如 Gersberg et al. (1989)指出夏季時期大腸桿菌去除率為 1.42 log，秋天 3.18 log，冬天 1.42 log，春天僅 0.6 log，大腸桿菌去除效果於秋季較 佳，而Mandi et al. (1993)研究地下流式人工濕地之大腸桿菌去除情 形，於夏天、秋天、冬天及春天去除率分別為1.32、1.62、1.23 及 3.01

log，以春天時期大腸桿菌去除效果較佳，系統中所提供大腸菌去除 機制包括沉澱、原生動物掠食及微生物死亡衰減，表面流式人工濕地 要達到相同大腸桿菌群之去除效果則需較長水力停留時間。

Katsenovich et al. (2009)研究列車式人工濕地，試驗結果顯示大腸桿菌

去除效率於季節中無顯著差異情形，且大腸桿菌濃度達2000 MPN/100mL 內可做為灌溉水使用。

人工濕地內有無植栽對於大腸桿菌去除影響，美國加州研究表面 流式人工濕地，以植栽大莞草(Scirpus)之研究結果顯示，水力停留時

間為5.4 天，植栽大莞草(Scirpus)對於總大腸桿菌群去除率為 2.07 log，無植栽部份則無去除率(Gersberg et al., 1989)，顯示有植栽對於 大腸菌去除效率較佳，而Bavor et al. (1999)研究有不同結果，當反應 系統在無植栽條件下，於水溫20℃而水力停留時間兩天時可達 1 log 去除率，而在有植栽香蒲(typha)情況下，水力停留時間需三天才能夠

達到同等去除效率，顯示有植栽大型植物對於大腸桿菌去除效果較 差，另，William et al. (1999)研究地下流式人工濕地大腸桿菌去除，

其系統內包含礫石及植栽挺水性植物，欲達2 log 去除效果其水力停 留時間僅需24 小時，去除效果較植栽之表面流式佳。

大腸桿菌在季節變化與有無植栽關係之文獻，諸如熱帶國家、亞 熱帶國家及寒帶國家，各地研究大腸桿菌去除因溫度氣候型態不同而

導致文獻成果不均一，一般人工濕地易受氣溫影響水質等參數，氣候 影響水溫、植物生長、微生物活動力等(Bojcevska and Tonderski, 2007;

Kaseva, 2004)。

2.4 藻類滋生對水體影響

研究學者常利用顯微鏡觀察其水體中浮游植物(藻類)，除可藉此 鑑定藻類物種外，過去也曾利用顯微鏡計數藻類生物量，在工程上以 葉綠素a 濃度測量水體中藻類數量較為迅速，其藻類生長喜好環境為 高溫水體、富含營養鹽且陽光充足之環境中，淡水中藻類主要種類 為，綠藻、藍綠藻及褐藻，其中綠藻為大多數水體中優勢物種，其綠 藻有細胞核為單一細胞型態存在，Spiroyyra(水綿屬綠藻類)當生長力 旺盛時，漂浮且密集之藻類會覆蓋住表面水體。而多數藍綠藻其細胞 缺少細胞核部份，會分泌黏稠性液體，夏季初時期會影響水質色度，

使水體呈綠褐色。藍綠藻在多數種類中，像是絲狀細胞之間容易有凝 聚而擴大情形，由於會分泌黏稠液體，藍綠藻易附著在水體中大型物

使水體呈綠褐色。藍綠藻在多數種類中，像是絲狀細胞之間容易有凝 聚而擴大情形，由於會分泌黏稠液體，藍綠藻易附著在水體中大型物

在文檔中 自然淨水系統藻類生長控制水質提昇研析 (頁 27-0)