研究目的

本研究目的分為(1)以模槽實驗藉由，植栽大型植物及不同物理化 學方式，控制藻類生長及監測水質變化情形(2)監測校園人工濕地自然

淨化系統，探討挺水性植物遮蔽效應控制藻類生長，監測濕地系統內 相關水質參數，利用統計分析評估藻類生長與其他水質參數相關性(3) 觀測校園漫地流及生態池自然淨化系統內，藻類生長優養化現象，探 討系統內魚群死亡關聯性；另外，監測系統水質參數變化，評估生態 池魚群死亡原因 (4)自然淨水系統中優勢藻類物種之鑑定。

二、文獻回顧

2.1 自然淨化工法與傳統處理法比較

國內自然淨化工法起源主要是由早期化糞池演變至今下水道工 程，由於下水道工程進度緩慢而且工程費用較高，因此出現生態工程 等自然淨化方案，較為常見的如1.慢滲(slow rate system)，直接將廢 污水噴灑於有植栽之土壤，使其廢水蒸散或在土壤上方垂直或平行流 動而消失之自然淨化工法。2.快滲(rapid infiltration)，廢水採用高效率 之噴灑於土地，土地廢水負荷較高，蒸散量較慢滲少故稱快滲。3.漫 地流(overland flow)，將廢污水噴灑於斜坡上方，藉由土壤坡度使水 流順流至斜坡底部，以水渠收集淨化水質。4.濕地(wetland)，濕地主 要是由土壤、水及植物所組成，人工濕地(Constructed wetland)在建造 設計時，希望植栽大型植物如挺水性之蘆葦、香蒲，或者浮水性植物 布袋蓮及水芙蓉等，植物根莖部生長生物膜，其生物膜可分解有機 物、過濾或吸附廢水中污染物，另外植物體本身也可提供氧氣傳輸機 制，將大氣中氧氣傳輸至水體中或土壤底部，使好氧性微生物可有效 率去除有機物質，而植物體還有另外一項功能，可遮蔽陽光，控制藻 類生長(陳，2005)。其他類型淨化工法還包括 5.氧化塘及 6.礫間接觸 法，氧化塘中儲存之廢污水與大氣充分接觸，藉由曝氣增加水中溶 氧，使得好氧性微生物將水中有機物質分解，而礫間接觸法則是利用

礫石與礫石間提供較多比表面積生長微生物，礫石間會提供過濾吸附 加上微生物分解有機物等機制去除污染物。一般自然淨化水質處理方 式，相較於傳統水質處理方式如：懸浮式生長系統之活性污泥法，接 觸式微生物生長系統之滴濾池、生物旋轉圓盤，其自然淨化方式藉由 豐富多變之微生物群去除污染物質，所以相較傳統處理方式更加節省 成本，且在處理都會污水能力會比傳統處理方式有較高負荷能力。

2.2 自然淨化工法之人工濕地水質處理技術

人工濕地為自然淨水工法，屬綠色整治技術之一，人工濕地適合 建築於人口較不密集之區域，無需高技術操作及省能源之優點，人工 濕地不僅在水質提升上有助益，其生態功能亦為其優點，如成為生物 棲息地增加生物多樣性，因具有景觀及生態保育之功能，較能使一般 大眾及環保團體所接受，因此人工濕地近來常受到重視，可成為水體 水質提升之可行性方案。

2.2.1 人工濕地之類型

人工濕地系統大致可分為1.自由水層流動系統（Free Water Surface，FWS）又稱作表面流式人工濕地，2.水層下流動系統

（Subsurface Flow，SSF）又稱作地下流式人工濕地。其表面流由於 水表層與大氣環境接觸，因此較類似天然濕地或沼澤，而地下流則為

水流通過介質（如：礫石、土壤），水在礫石床表面下或者土壤表面 下流動，其中地下流動式系統依照水流動方式又可區分成兩類，水平 流動型(horizontal-flow system)以及垂直流動型(vertical-flow system)。

2.2.2 表面流式人工濕地

表面流式人工濕地如圖2.1所示，其表面流式人工濕地指進流水在 窪地水層中自由流動，當水流經過土壤層、水層與植物的根、莖部接 觸後，廢污水透過植物根莖部攔阻水流後沉澱，還有植物根莖部微生 物膜分解有機物，達到水質淨化效果。熱帶亞熱帶地區大多採用此種 系統，因外觀接近天然沼澤，除了污染防治功能外，FWS系統還可增 加生物多樣性。

圖2.1 表面流式人工濕地

2.2.3 地下流式人工濕地

地下流系統中以窪地填充沙土或者礫石作為介質，使挺水性植物 (如蘆葦、香蒲)得以在上方生長，進流水在表層下土壤、根系及根莖

間流動，以達到淨化效果，而地下流系統中水平流動型(horizontal-flow system)，如圖2.2所示，依據水流動之方向，係指進流由左端進入，

水平流向右端出口。而垂直流動型(vertical-flow system)，如圖2.3所 示，係指進流方式是由表面逐步向下滲流至底部的集流管。

圖2.2 水平地下流式人工濕地 圖2.3 垂直地下流式人工濕地

2.2.4 整治列車式人工濕地

列車式人工濕地係指將單一表面流及地下流式人工濕地串連，以 提升人工濕地系統污染去除效果，列車式人工濕地去除污染物之機制 條件囊括好氧環境、兼氣或厭氣條件，同時將好氧之氧化塘或表面流 及厭氣條件之地下流合併，使此整治列車式人工濕地水質淨化系統對 於各類污染物之降解提供適當環境條件(Tuszynska et al., 2008)，而國

外列車式人工濕地之研究如Katsenovich et al. (2009)，由地下流 (SSF)、氧化塘(OW)及表面流式(SF)組合而成，處理流量約為 151.4 CMD，監測結果 BOD

5

、COD、TN 及溶解性磷去除率分別為

80.87±9.35%、65.18±19.6%、58.59±19.3%及 66.5±20.7%，顯示優良

去除成效。而台灣近年來完成多處水質淨化現地處理設施，國立高雄 大學為國內第一所綠色大學(實際照片於附錄所示 )，校內自然淨化 設施如漫地流系統及列車式人工濕地，系統包括好氧之氧化塘、兼具 好厭氧之表面流及厭氧之地下流，對於污染物質如，SS、BOD、COD 及氮營養鹽均有顯著之去除成效。

2.2.5 人工濕地內植物所扮演之角色

水生植物(Aquatic plants)大致上可細分成木本及草本，其木本植物 之組織較為堅硬，而草本植物組織較為柔軟且含葉綠素，草本植物大 多為一年生，其一年生植物僅能活一個生長季節，濕地中植物大多為 草本植物如蘆葦、香蒲、布袋蓮及水芙蓉等。另外，所謂挺水植物 (Emerged plants)、浮水植物(Floating plants)及沉水性植物(Submerged plants)，其特性是依據植物在濕地環境中生長型態來描述，其挺水性

植物生長型態為植物根部長於水面下之土壤中，莖葉部份挺出水面生 長，一般常見挺水植物如:水蓑衣、水丁香、澄心草、蘆葦及香蒲。

而浮水性植物之生長型態，其根部不生長於土壤當中，因此會隨著水 流而漂浮，常見浮水性植物如，水芙蓉、浮萍及布袋蓮。沉水性植物 (Submerged plants)生長型態為，植物體浸於水中，多生長於水深較 深，仍有光線之水域，常見之浮水性植物如眼子菜、苦草及金魚草 (陳，2005)。

濕地內大型植物之功能，一般挺水性植物在生長結構上可將大氣 中氧氣傳輸至水體中及土壤層，植物在生長過程會提高水中溶氧，然 而植物體增大可提供生物膜生長有較多之面積，另外，植物根部包含 特有菌種，有吸收重金屬以及營養鹽之功能，不過植物在死亡過程中 會造成水質污濁，造成水體有機物濃度BOD及懸浮固體量上升，在操 作時須定期收割植物(Kadam et al., 2008)。在歐美各國習慣利用耐污 性較高之蘆葦(Phragmites)及香蒲(Typha)做為濕地內提升水質之物

種，一般來說植物數量較多之系統，可提供較多污染吸附容量及過濾 機制(Kadlec and Knight, 1996)。

濕地系統植物攝取營養鹽部份，系統中除大型植物外，還包括水 體中藻類與礫石上生長之苔蘚，上述植物存在濕地環境中大部份以物 理及微生物作用去除污染物質，如物理性之吸附或過濾，挺水植物上 生長之微生物膜分解有機物質等，然而植物在吸收營養鹽的能力不容 小覷，據研究顯示，大型植物對於氮營養鹽之攝取約為2000 kg ha

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，而藻類部份對於氮營養鹽攝取量約為700 kg ha

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(Brix, 1997)。

植物所提供之功能，如植物根部及莖部區域提供微生物膜生長位 置，微生物可分解水中有機物質，且大型植物生長可減緩表面流式人 工濕地中之水流流速、穩定河床，降低水體結冰之機率，然而若是植

物地下生物質量(Biomass)較大，則有利於污染去除功效，主要由於生 物質量(Biomass)較大，對於營養鹽吸收能力較強，且根系較複雜之植 物體，其微生物(菌相)較為豐富，透過氧傳輸作用植物體可將氧氣由 大氣傳送至根部區域，促使污水中有機物質受微生物分解(Tanaka et al., 2007; Gagnon et al., 2007)。人工濕地其植物扮演非常重要之角

色，植物體供微生物附著生長環境外，其餘功能還包括大型植物根莖 部可攔阻水流降低流速度，藉此過濾或沉澱懸浮固體部份(Kadlec and Knight, 1996)。

2.3 人工濕地污染去除機制

濕地中污染去除機制除物理、化學作用外，利用豐富多變之微生 物群去除污染物，可有效節省成本，人工濕地去除廢污水主要藉由植 物、底泥微生物群來去除如有機污染物質、營養鹽或者水體致病菌，

詳細去除機制於後面小節說明。一般人工濕地處理廢污水污染物，可 有效降低水體中有機物(BOD

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)、總懸浮固體(TSS)、氮磷營養鹽(TP、

TN)及致病性微生物(Kadlecand Knight method, 1996)。

2.3.1 有機污染物

在評估水體有機物質的指標像是生化需氧量、化學需氧量及總有 機碳，水體中微生物在分解有機物質時會消耗水中溶氧造成水中溶氧

降低，嚴重時甚至缺氧。濕地內碳循環如圖2.4 所示，起初植物行光 合作用製造氧氣，而水中動物及微生物則透過呼吸作用消耗氧氣，釋 放出二氧化碳，最後二氧化再擴散回大氣當中，其中光合作用及呼吸 作用的過程中，水質pH 值會因此改變，然而水中死亡之植物體及動 物體，這些有機物會藉由厭氧細菌，作用產生甲烷，最後再擴散至大 氣中。

圖2.4 濕地內碳循環圖 (Campbell and Ogden, 2005)

人工濕地內有機物質去除機制主要為微生物分解作用，分成好氧 及厭氧生物分解作用，其溶氧濃度會影響微生物分解有機物速率，溶 氧量高之水體一般能夠在較短時間內分解有機物，且避免水質產生臭

人工濕地內有機物質去除機制主要為微生物分解作用，分成好氧 及厭氧生物分解作用，其溶氧濃度會影響微生物分解有機物速率，溶 氧量高之水體一般能夠在較短時間內分解有機物，且避免水質產生臭

在文檔中 自然淨水系統藻類生長控制水質提昇研析 (頁 17-0)