重金屬去除質量平衡機制分析

評析三模槽控制組、香蒲及蘆葦系統重金屬銅鋅去除效應質量平衡 分析結果如圖4.3~4.8 所示，控制組、香蒲及蘆葦系統之出流水相較於進 流原水重金屬銅之含量，出流水僅約14.81%、12.53%、10.72%，當銅進 入模槽系統後主要係累積存在於底泥中，控制組、香蒲及蘆葦系統底泥

重金屬銅佔進流原水76.70%、77.32%及 78.32%，而植體吸收重金屬銅顯 示，香蒲及蘆葦分別僅佔2.60%及 4.01%。另重金屬鋅分析結果，控制組、

香蒲及蘆葦系統出流水佔進流原水之10.46%、5.98%及 6.18%，重金屬鋅 進入濕地系統主要亦係累積於模槽底泥中，控制組、香蒲及蘆葦系統底 泥沉澱物含量分別佔 82.77%、85.13%及 88.50%，而植體吸收貢獻量有 限，香蒲及蘆葦植體重金屬鋅累積含量各佔進流原水之1.86%及 2.92%。

由於土壤吸附及植體吸收係以其平均濃度作為估算之基準，與濕地系統 整體底泥及植物植體實際吸附/吸收對水中重金屬去除之實際總量存在誤 差，此外，其他於實驗階段包括暴雨沖刷致使濕地系統底泥重金屬流失，

暴雨亦同時可能導致進流原水銅鋅濃度變異，因而重金屬含量推估不如 預期穩定，此些因素於本研究之控制組、香蒲及蘆葦系統中銅分別為 8.49%、7.55%、6.95%，而重金屬鋅則分別為 6.77%、7.03%、2.40%。惟 本重金屬去除質量平衡分析仍提供重金屬於濕地系統去除機制主要之量 化參考。

控制組-銅

4.2 盆栽實驗

4.2.1 土壤萃取實驗 4.2.1.1 土壤之物化性質

土壤背景參數包括土壤酸鹼值、總有機碳含量及土壤重金屬含量 等，如表4.3 所示。本實驗所利用之土壤來源包括高雄大學內花卉栽種區 土壤及一般園藝用有機土，依有機質成分高低區分為低有機質土壤(砂質 壤 土) 及 高 有 機 質 土 壤 ( 砂 土 ) ， 其 有 機 碳 成 分 分 別 為 4.16±0.27% 及 25.49±0.48%。低有機質及高有機質土壤質地屬偏弱酸性土壤，其 pH 値 分別約為6.01±0.32 及 6.32±0.08。以王水分析土壤原背景總重金屬含量，

低有機質土壤重金屬銅鋅含量分別為23.26±4.72 及 121.55±6.34 mg/kg；

而高有機質土壤重金屬銅鋅含量分別為 23.57±3.51 及 125.34±26.71 mg/kg，重金屬銅鋅含量均遠低於環保署土壤重金屬污染管制標準(銅 400 mg/kg、鋅 2000 mg/kg)，顯示採用之背景土壤未受重金屬污染。而一般 土壤正常重金屬銅含量介於 2~500 mg/kg，土壤重金屬鋅含量則介於 1~900 mg/kg(葉, 2002)。

本實驗所使用之盆栽土壤，其土壤粒徑分析圖如圖4.10、4.11 所示。

由圖可知低有機質土壤中主要為坋粒佔 78.69%，砂粒與粘粒則分別佔 6.12%及 15.19%；而高有機質土壤則主要為砂粒佔 92.69%，坋粒與粘粒 則分別佔7.17%及 0.14%。依土壤粒徑比例分布，低有機質土壤為坋土，

而高有機質土壤以砂土居多。將高低有機質之砂粒、坋粒及粘粒三者之 百分率，以圖 4.9 美國農務部土壤分類法(USDA)之三角座標分類，低有

機質土壤屬於砂質壤土，高有機質土壤則屬於砂土。

表4.3 土壤基本性質

低有機質土壤 高有機質土壤

pH 6.58±0.44 6.32±0.08 有機物(%) 4.16±0.27 25.49±0.48

粘粒(%) 15.19 0.14 坋粒(%) 78.69 7.17 砂粒(%) 6.12 92.69 初始重金屬濃度

銅(mg/kg) 23.26±4.72 23.57±3.51

鋅(mg/kg) 121.55±6.34 125.34±26.71 (粘粒< 2 μm，坋粒 2~50 μm，砂粒 50~2000 μm)

圖4.9、美國土壤質地三角形圖(李芳胤和陳士賢, 2007)

圖4.10、低有機質土壤粒徑-土壤百分比圖

圖4.11、高有機質土壤粒徑-土壤百分比圖

4.2.1.2 不同螯合劑對於土壤之萃取效果

添加螯合劑有利於重金屬由土壤固相釋出於土壤溶液即螯合劑萃取 液中，為瞭解重金屬萃取量是否隨著螯合劑濃度之不同而增加，或添加 不同螯合劑於土壤中，萃取效果之差異等影響因素，即探討不同螯合劑 及不同濃度添加於土壤中之萃取效果。故以高有機質且添加重金屬之土 壤進行萃取實驗，先以去離子水及四種螯合劑進行萃取，其重金屬萃取 效果如圖 4.12 及 4.13 所示，控制組(去離子水)銅鋅之萃取量並不明顯，

重金屬銅鋅萃取率僅有 3.37±0.29%及 5.07±0.54%。而濃度為 5 mmol/L 之螯合劑 DTPA 對於重金屬銅鋅有最佳之萃取效果，但隨螯合劑濃度之 增加(大於 5 mmol/L)，重金屬之萃取量增加程度則趨於緩和，對於重金 屬銅鋅之萃取效果無明顯增加。螯合劑EDTA 之濃度為 5 mmol/L 時，添 加於受重金屬污染土壤中，重金屬萃取液之濃度有明顯之增加，隨著 EDTA 之濃度增加而對於重金屬萃取量亦隨之增加，但當 EDTA 添加濃 度為 15 mmol/L 時，重金屬萃取量之趨勢方隨之趨緩。此外，添加易生 物分解之螯合劑EDDS 及檸檬酸，當濃度為 5 mmol/L 螯合劑對於重金屬 萃取量較添加控制組效果佳，且螯合劑濃度提升為 10 mmol/L 時，對於 重金屬萃取量也隨之增加。但當螯合劑濃度為 15 mmol/L 時，易生物分 解之螯合劑對於土壤重金屬萃取量方趨緩。

大抵而言，添加螯合劑有利於重金屬由土壤釋出於萃取液中，且對 於重金屬萃取量隨螯合劑濃度之增加，重金屬萃取量亦隨之增加。比較 四種螯合劑對於重金屬之萃取，對於重金屬銅以螯合劑 DTPA 之萃取效

果最佳，其次為EDTA、EDDS 及檸檬酸。對於重金屬鋅之萃取結果亦以

本萃取實驗所使用四種螯合劑 DTPA、EDTA、EDDS 及檸檬酸，濃 度分別為5、10、15 mmol/L，總量萃取實驗結果如表 4.4 所示。以去離 子水對於高有機質土壤重金屬銅鋅之萃取量並不明顯，銅鋅萃取率分別 為3.37±0.29%及 5.07±0.54%。DTPA 當濃度為 5 mmol/L 時，對於重金屬 銅鋅具81.42%及 84.87%以上之萃取率，隨濃度增加至 15 mmol/L，對於 重金屬銅鋅萃取率則僅提升至 84.34%及 86.67%。當 EDTA 之濃度為 5 mmol/L 時，添加於受重金屬污染土壤中，重金屬銅鋅萃取率分別為 50.77%及 59.62%，隨著 EDTA 之濃度增加而對於重金屬萃取量亦隨之增 加，但當EDTA 添加濃度為 15 mmol/L 時，重金屬萃取量之趨勢則隨之 趨緩，銅鋅萃取率則約為79.05%及 79.86%。而添加易生物分解之螯合劑 EDDS 及檸檬酸，當濃度為 5 mmol/L 螯合劑 EDDS 對於重金屬銅鋅萃取 率則為42.08%及 50.73%，而檸檬酸銅鋅萃取率則為 34.29%及 40.51%。

螯合劑濃度提升至15 mmol/L，EDDS 及檸檬酸對於銅鋅萃取率則分別為 58.63%、64.25%及 48.26%、53.02%。隨著螯合劑濃度增加，對於土壤重 金屬萃取率亦隨之提升，但同時考量添加螯合劑之經濟因素，本盆栽實 驗螯合劑添加濃度定為5 mmol/L，而螯合劑對於土壤萃取能力之提升，

應有助於植體吸收重金屬之效益。

盆栽實驗螯合劑取用濃度為5 mmol/L，以t-test分析控制組與其他螯 合劑DTPA、EDTA、EDDS及檸檬酸組在此濃度下對重金屬銅鋅萃取率之 差異，如表 4.5 所示。銅萃取率之P值為 1.08*10^-7、0.0006、8.59*10^-5及 5.77*10^-5；鋅萃取率之P則分別為 3.30*10^-7、0.0006、6.62*10^-6及1.57*10^-5。

P値皆小於 0.01，即表示以螯合劑萃取較控制組有顯著之差異。

表4.4、不同螯合劑濃度之重金屬銅鋅萃取率

銅 鋅

螯合劑 濃度(mmol/L) 萃取率 萃取率

控制組 0 3.37±0.29% 5.07±0.54%

5 34.29±3.86% 40.51±3.79%

10 41.57±4.01% 47.29±3.15%

檸檬酸

15 48.26±1.48% 53.02±2.16%

5 42.08±5.35% 50.73±3.27%

10 56.44±1.23% 61.21±4.65%

EDDS

15 58.63±2.29% 64.25±5.18%

5 50.77±10.57% 59.62±12.26%

10 69.56±2.13% 74.06±1.33%

EDTA

15 79.05±1.69% 79.86±5.33%

5 81.42±2.00% 84.87±2.68%

10 82.67±2.51% 85.33±1.79%

DTPA

15 84.34±3.55% 86.67±3.77%

表4.5、5mmol/L 控制組與螯合劑萃取率做統計分析 單位：P 値 檸檬酸組 EDDS 組 EDTA 組 DTPA 組

銅 5.77*10^-5 8.59*10^-5 0.0006 1.08*10^-7 鋅 1.57*10^-5 6.62*10^-6 0.0006 3.30*10^-7