探討人工濕地植物遮蔽效應暨水質控制之研析
101
0
0
全文
(2) 謝誌 時光飛逝，一眨眼就到了完成論文的時刻，回想起研究所期間的酸甜苦 辣，真的是點滴在心頭，難以忘懷。研所期間的收穫實在無法跟大學時期 相比，不僅學會了許多實驗方法及儀器使用方式，其中亦包含論文撰寫及 待人接物等，這也讓我意會到讀研所的決定是正確的道路。 首先要感謝的就是我的指導教授，葉琮裕老師，以往我最難克服的問題 在與他人的應對進退，常常因為被動的個性錯失了很多事情，自從接下老 師指派的重要工作後，由於與他人接觸的頻率增加，致使我不得不直接面 對我最大的問題，也結交了來自不同領域的朋友，也許老師早在一開始便 看穿我的問題點，使得我能夠脫胎換骨。 再來要感謝的是我的同窗同學，我要感謝書丞、昆燁及岱霖，在我最艱 辛的時候常常陪伴在我身邊，並時刻提醒我的碩論進度；感謝陳俔及嘉弘 時常在吃飯時間，拿著豐盛的菜尾給我加菜，使我常常因為晚餐過於豐盛 而昏迷，最後要感謝長毅、佳峻及理瑋成為實驗室有力的成員。 最後，我要感謝我的父母及家人全力支持我，讓我可以順利於研究所畢 業，並且讓我能夠在環境工程領域逐步實現屬於自身的理想，而我要特別 感謝系上老師於大學時期及研所期間對我的幫助。. 許永瀚僅致於 土木與環境工程研究所 中華民國一百零一年十二月 2.
(3) 目錄 目錄 ....................................................................................................................... I 表目錄 .................................................................................................................IV 圖目錄 ............................................................................................................... VII 摘要 .....................................................................................................................IX Abstract ...............................................................................................................XI 第一章 前言 ......................................................................................................... 1 1.1 研究緣起 .................................................................................................. 1 1.2 研究目的 .................................................................................................. 2 第二章 文獻回顧................................................................................................. 3 2.1 優養化成因與現象 ................................................................................. 3 2.1.1 地表水體優養化程度與水質特性 ................................................ 4 2.1.2 優養化現象 .................................................................................... 5 2.1.3 營養鹽與藻類生長關聯性 ............................................................ 6 2.2 優養化控制方法 ..................................................................................... 7 2.3 人工濕地概述 ....................................................................................... 20 2.4 人工濕地除污機制 ................................................................................ 21 2.5 濕地植物於濕地系統中扮演的角色.................................................... 22 第三章 材料與方法........................................................................................... 25 3.1 研究架構 ................................................................................................ 25 3.2 模槽試驗 ................................................................................................ 27 3.2.1 物理性遮蔽試驗 .......................................................................... 27 I.
(4) 3.2.2 生物性遮蔽試驗 .......................................................................... 28 3.3 水質參數分析 ........................................................................................ 30 3.4 試驗材料 ................................................................................................ 35 3.4.1 水生植物種類 .............................................................................. 35 3.4.2 試驗藥品 ...................................................................................... 36 3.4.3 試驗儀器 ...................................................................................... 37 第四章 結果與討論........................................................................................... 39 4.1 物理性遮蔽實驗 .................................................................................... 39 4.1.1 不同遮蔽率下對水質背景參數之影響...................................... 39 4.1.2 不同遮蔽率下對營養鹽之影響 .................................................. 47 4.1.3 不同遮蔽率下對藻類濃度之影響.............................................. 53 4.1.4 不同遮蔽率下對透視度之影響 .................................................. 55 4.1.5 不同遮蔽率下對濁度之影響 ...................................................... 56 4.1.6 不同遮蔽率下對 SS 之影響 ....................................................... 57 4.1.7 不同遮蔽率下對水體優養化之影響 .......................................... 58 4.2 溼地植物遮蔽實驗 ................................................................................ 59 4.2.1 不同植栽型態對水質背景參數之影響...................................... 60 4.2.2 不同植栽型態對營養鹽之影響 .................................................. 67 4.2.3 不同植栽型態對藻類濃度之影響 .............................................. 74 4.2.4 不同植栽型態對透視度之影響.................................................. 75 4.2.5 不同植栽型態對濁度之影響 ...................................................... 76 4.2.6 不同植栽型態對 SS 之影響 ....................................................... 78 4.2.7 不同植栽型態對水體優養化之影響.......................................... 79 II.
(5) 第五章 結論與建議........................................................................................... 81 5.1 結論 ........................................................................................................ 81 5.2 建議 ........................................................................................................ 83 參考文獻 ............................................................................................................. 84. III.
(6) 表目錄 表 2.1 河川優養化程度與水質特性 ............................................................... 4 表 2.2 湖泊優養化程度與水質特性 ............................................................... 4 表 2.3 優養化控制方法.................................................................................... 7 表 2.4 利用底層曝氣控制湖泊優養化之案例 ............................................... 9 表 2.5 全球湖泊抽排深層水案例................................................................. 11 表 2.6 國外常見硫酸銅去除藻類成本一覽表 ............................................ 17 表 2.7 西班牙 FG、Fp 與 F4 人工濕地對 L’Albufera de Valencia 湖泊優養化 控制成效 ......................................................................................................... 19 表 2.8 不同污染物去除機制.......................................................................... 22 表 3.1 水質背景參數與設備一覽表 ............................................................. 30 表 3.2 水質參數試驗方法對照表.................................................................. 34 表 3.3 水質分析試驗藥品一覽表.................................................................. 36 表 3.4 試驗儀器廠牌規格一覽表.................................................................. 37 表 4.1 不同遮蔽率下每日溶氧平均濃度 ..................................................... 40 表 4.2 不同遮蔽率下水體每日平均溫度 ..................................................... 41 表 4.3 不同遮蔽率下水體每日 pH 值........................................................... 42 表 4.4 不同遮蔽率下水體每日 ORP 值 ........................................................ 44 表 4.5 不同遮蔽率下水體每日 EC 值 .......................................................... 45 表 4.6 物理性遮蔽試驗每日照度值 ............................................................. 46 表 4.7 不同遮蔽率下水體每日氨氮濃度 ..................................................... 48 表 4.8 不同遮蔽率下水體每日硝酸鹽氮濃度 ............................................. 48 IV.
(7) 表 4.9 不同遮蔽率下水體每日亞硝酸鹽氮濃度 ......................................... 49 表 4.10 不同遮蔽率下水體每日正磷酸鹽濃度 ........................................... 52 表 4.11 不同遮蔽率下水體每日總磷濃度.................................................... 52 表 4.12 不同遮蔽率下水體每日藻類濃度 ................................................... 54 表 4.13 不同遮蔽率下水體每日透視度 ....................................................... 55 表 4.14 不同遮蔽率下水體每日濁度 ........................................................... 56 表 4.15 不同遮蔽率下水體每日 SS 濃度 ..................................................... 57 表 4.16 不同遮蔽率下水體每日 CTSI 指標 ................................................. 59 表 4.17 不同植栽型態下每日溶氧平均濃度 ............................................... 61 表 4.18 不同植栽型態下水體每日平均溫度 ............................................... 62 表 4.19 不同植栽型態下水體每日 pH 值..................................................... 63 表 4.20 不同植栽型態下水體每日 ORP 值.................................................. 64 表 4.21 不同植栽型態下水體每日 EC 值 .................................................... 65 表 4.22 生物性遮蔽試驗每日照度值 ........................................................... 66 表 4.23 不同植栽型態下水體每日氨氮濃度 ............................................... 69 表 4.24 不同植栽型態下水體每日硝酸鹽氮濃度 ....................................... 69 表 4.25 不同植栽型態下水體每日亞硝酸鹽氮濃度 ................................... 69 表 4.26 不同植栽型態下水體每日正磷酸鹽濃度 ....................................... 72 表 4.27 不同植栽型態下水體每日總磷濃度 ............................................... 72 表 4.28 不同植栽型態下水體每日藻類濃度 ............................................... 74 表 4.29 不同植栽型態下水體每日透視度 ................................................... 76 表 4.30 不同植栽型態下水體每日濁度 ....................................................... 77 表 4.31 不同植栽型態下水體每日 SS 濃度 ................................................. 78 V.
(8) 表 4.32 不同植栽型態下水體 CTSI 指標 ..................................................... 80. VI.
(9) 圖目錄 圖 2.1 平均藻類與總磷濃度相關性 ............................................................... 7 圖 2.2 高鹼度下二價銅離子 pC - pH 關係圖 .............................................. 15 圖 2.3 低鹼度下二價銅離子 pC - pH 關係圖 .............................................. 16 圖 3.1 研究架構圖.......................................................................................... 26 圖 3.2 模槽試驗流程圖................................................................................. 29 圖 4.1 不同遮蔽率下溶氧趨勢圖.................................................................. 40 圖 4.2 不同遮蔽率下水體溫度趨勢圖 ......................................................... 41 圖 4.3 不同遮蔽率下水體 pH 趨勢圖........................................................... 43 圖 4.4 不同遮蔽率下水體 ORP 趨勢圖........................................................ 44 圖 4.5 不同遮蔽率下水體 EC 趨勢圖 .......................................................... 46 圖 4.6 不同遮蔽率下水體照度趨勢圖 ......................................................... 46 圖 4.7 不同遮蔽率下水體氨氮趨勢圖 ......................................................... 49 圖 4.8 不同遮蔽率下水體硝酸鹽氮趨勢圖 ................................................. 50 圖 4.9 不同遮蔽率下水體亞硝酸鹽氮趨勢圖 ............................................. 50 圖 4.10 不同遮蔽率下水體正磷酸鹽趨勢圖 ............................................... 52 圖 4.11 不同遮蔽率下水體總磷趨勢圖........................................................ 53 圖 4.12 不同遮蔽率下水體藻類趨勢圖 ....................................................... 54 圖 4.13 不同遮蔽率下水體透視度趨勢圖 ................................................... 55 圖 4.14 不同遮蔽率下水體濁度趨勢圖 ....................................................... 56 圖 4.15 不同遮蔽率下水體 SS 趨勢圖 ......................................................... 58 圖 4.16 不同遮蔽率下水體 CTSI 趨勢圖表格. VII. 1. 59.
(10) 圖 4.17 不同植栽型態溶氧趨勢圖 ............................................................... 61 圖 4.18 不同植栽型態水體溫度趨勢圖 ....................................................... 62 圖 4.19 不同植栽型態下水體 pH 趨勢圖..................................................... 63 圖 4.20 不同植栽型態下水體 ORP 趨勢圖.................................................. 64 圖 4.21 不同植栽型態下水體 EC 趨勢圖 .................................................... 66 圖 4.22 生物性遮蔽試驗水體照度趨勢圖 ................................................... 67 圖 4.23 不同植栽型態下水體氨氮趨勢圖 ................................................... 70 圖 4.24 不同植栽型態下水體硝酸鹽氮趨勢圖 ........................................... 70 圖 4.25 不同植栽型態下水體亞硝酸鹽氮趨勢圖 ....................................... 71 圖 4.26 不同植栽型態下水體正磷酸鹽趨勢圖 ........................................... 73 圖 4.27 不同植栽型態下水體總磷趨勢圖 ................................................... 73 圖 4.28 不同植栽型態下水體藻類趨勢圖 ................................................... 75 圖 4.29 不同植栽型態下水體透視度趨勢圖 ............................................... 76 圖 4.30 不同植栽型態下水體濁度趨勢圖 ................................................... 77 圖 4.31 不同植栽型態下水體 SS 趨勢圖 ..................................................... 79 圖 4.32 不同植栽型態下水體 CTSI 趨勢圖 ................................................. 80. VIII.
(11) 探討人工濕地植物遮蔽效應暨水質控制之研析 指導教授：葉琮裕 博士 國立高雄大學土木與環境工程研究所. 學生：許永瀚 國立高雄大學土木與環境工程研究所. 摘要. 本研究主要以模槽進行相關水質分析試驗，藉以瞭解自然淨水系統中濕地植物遮蔽 效應對藻類控制及水體優養化之影響。模槽試驗分成兩個部分，分別為物理性遮蔽試驗 與生物性遮蔽試驗，藉由評估物理性遮蔽效應與植栽不同型態之水生植物，進一步瞭解 遮蔽效應對藻類控制暨水質參數之影響。物理性遮蔽以不同遮蔽率 (100 %、70%、50%、 30%、0%) 進行試驗；生物性遮蔽試驗之植物選擇三種不同生長特性之濕地植物，分別 為挺水性植物巴拉草、浮水性植物水芙蓉及沉水性植物金魚藻進行水質試驗。由物理性 遮蔽試驗之結果指出，各組之初始溶氧平均濃度介於 5 - 7 mg/L，試驗至第五天時，100% (好氧) 、100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之平均溶氧濃度分別為 9.22±1.24、 8.54±1.23、18.8±3.74、21.71±0.41、22±0 及 22±0 mg/L。其中，70%、50%、30%及 0% 組之溶氧濃度有顯著性增加；100% (好氧) 、100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組 之初始葉綠素 a 濃度分別為 5.27±0.93、5.92±0、7.9±5.59、5.92±0、7.9±5.59 及 13.82±2.79. μg/L，試驗至第五天時，各組之平均葉綠素 a 濃度分別為 57.27±11.17、9.87±2.79、 244.86±50.34、280.4±32.92、329.77±15.55 及 250.78±32.21 μg/L。由生物性遮蔽試驗之 結果指出，各組(控制組、巴拉草、水芙蓉、金魚藻)之初始溶氧平均濃度分別為 6.13±0.44、 1.37±0.03、1.39±0.68 及 11.82±3.7 mg/L，試驗至第五天時，各組之平均溶氧濃度分別為 20.17±2.59、0.66±0.05、0.54±0.15 及 20.34±2.35 mg/L；各組(控制組、巴拉草、水芙蓉、 金魚藻)之初始葉綠素 a 濃度介於 5 - 8 μg/L 之間，試驗至第五天時，各組之平均葉綠素 a 濃度分別為 165.872±37.78、33.569±7.39、37.519±10.07 及 75.037±11.17 μg/L。 整體而言，物理性遮蔽效應可避免水中藻類吸收光能行光合作用，將光能轉變成化 學能供自身生長及分化作用，造成藻類大量滋生之問題。惟，物理性遮蔽效應無法對營 養鹽削減產生正向作用，而造成試驗後期水體營養鹽過高之問題。5. 評估卡爾森優養 化綜合指標後發現，完全遮蔽之水體於試驗初期為中養水體，部分遮蔽之水體為優養化 水體。於試驗後期發現，完全遮蔽之水體轉變成優養化水體，而部分遮蔽之水體則轉變 成中養水體。其主因在於，卡爾森優養化指標中之總磷對數指標佔有較高比例之權重。 IX.
(12) 巴拉草及水芙蓉組之溶氧濃度於試驗期間，由於植體遮蔽水面，使得水體溶氧濃度無顯 著變化，且水體溫度與其他組別比較亦較低。巴拉草及水芙蓉組之藻類濃度於試驗期間， 由於植體遮蔽效應之機制，使得藻類濃度低於控制組許多。金魚藻組主要受到水生植物 與水中藻類之競爭效應，藻類濃度亦低於控制組，惟，試驗至第五天藻類濃度比水芙蓉 及巴拉草組高。. 關鍵字：藻類、遮蔽效應、優養化、巴拉草、水芙蓉、金魚藻. X.
(13) Macrophyte shading and water quality control in constructed wetland. Advisor: Dr. Tzung-Yuh Yeh Institute of Civil Environmental Engineering of National University of Kaohsiung. Student: Yung-Han Hsu Institute of Civil Environmental Engineering of National University of Kaohsiung. ABSTRACT. The aim of this study investigate the impact of shading effect on algae control and eutrophication. Cavity experiment is divided into two parts, namely physical shading experiment and biological shading experiment. By assessing physical shading effect and planting different types of aquatic plants to investigate the impact of the shading effect on algae control and the influences of water quality. The physical shading experiment results indicate that the DO increase about 2 mg/L in 100% shading of the cavity. 100% (aerobic), 100% (anaerobic), 70%, 50%, 30% and 0% shading of the cavity initial chlorophyll a concentrations are 5.27 ± 0.93, 5.92 ± 0, 7.9 ± 5.59, 5.92 ±0, 7.9 ± 5.59 and 13.82 ± 2.79 μg/L. Test to the fifth day of each cavity's average chlorophyll a concentration are 57.27 ± 11.17, 9.87 ± 2.79, 244.86 ± 50.34, 280.4 ± 32.92, 329.77 ± 15.55 and 250.78 ± 32.21 μg/L. The biological shading experiment results indicate that the initial DO concentration in control, para grass, water cabbage and Ceratophyllum demersum L. of the cavity are 6.13±0.44, 1.37±0.03, 1.39±0.68 and 11.82±3.7 mg/L. Test to the fifth day of each cavity's average DO concentration are 20.17±2.59, 0.66±0.05, 0.54±0.15, 20.34±2.35 mg/L. The initial chlorophyll a concentration in each cavity are about 5 - 8 μg/L. Test to the fifth day of each cavity's average chlorophyll a concentration are 165.87±37.78, 33.57±7.39, 37.52±10.07 and 75.04±11.17 μg/L. The eutriphication state in 100% shading cavities transform mesotrophic state into eutrofic state. Keywords: constructed wetland, shading effect, eutrophication, para grass, water cabbage, Ceratophyllum demersum L.. XI.
(14) 第一章 前言 1.1 研究緣起 水體優養化為 1970 年起備受矚目且急需解決之水污染議題，以往優 養化問題常見於水庫、湖泊或集水區等水流流速較為緩慢之水體。優養 化又稱富營養化，乃水體系統 (湖泊、水庫、濕地等) 接受來自於外界的 營養物質，造成營養鹽累積的現象 (郭等，2005)。而優養化程度依照營 養鹽濃度高低又可分成四種：貧養 (Oligotrophic)、中養 (Mesotrophic)、 優養 (Eutrophic)、超養 (Hypertrophic) (Nurnberg, 1996)。 近年水體優養化主因乃在於集水區過度開發、農業灌溉用水及遊憩等 人為活動，致使外源性營養物質流入當地水體，常加速水體優養化程度 趨於嚴重 (吳等，2006)。而優養化現象包含了營養鹽濃度的上升及伴隨 而來的藻類大量滋生。 一般優養化水體之整治技術可分成物理、化學及生態工法，常見之技 術有利用曝氣方式提升深層水體溶氧之底層水曝氣工法、添加殺藻劑硫 酸銅提升水體二價銅濃度抑制藻類生長，或者利用人工溼地系統去除水 中碳源及營養鹽等(Cooke et al., 1993；郭等，2005)。其中，物理工法需 耗費龐大能源以獲得處理成效，化學藥劑添加亦增加其處理成本，而生 態工法為一般民眾接受度高之綠色整治技術，同時具備低能源消耗、低 成本花費及低技術操作之優點。 優養化現象包含了營養鹽濃度的上升及伴隨而來的藻類大量滋生(藻 華現象)，而優養化現象所衍生的問題為大量動植物、浮游生物死亡、水 體溶氧變化劇烈、生態系統發生改變、水體產生惡臭。因此，若能控制 1.
(15) 水體營養鹽濃度或避免藻華現象的發生，則可以有效減少優養化所產生 的問題，避免水質及生態系統出現異常，進一步達到控制水質之目的。 而優養化整治技術多用以去除水中氮磷營養鹽，以達到改善水體優養 化之目的。人工溼地系統於處理優養化水體之主要機制乃在於透過濕地 系統中之水生植物吸收水中氮磷營養鹽，並透過植栽水生植物之方式與 水體藻類競爭吸收營養鹽，以達到控制水中藻類濃度之成效。惟，水中 藻類可吸收陽光進行光合作用，將光能轉變成化學能供自身生長，且水 生植物可藉由自身生長型態阻擋陽光進入水體，達到遮蔽陽光之效果 (柯，2010)。. 1.2 研究目的 本研究主要以模槽進行相關水質分析試驗，藉以瞭解自然淨水系統中 濕地植物遮蔽效應對藻類控制之影響。模槽試驗分成兩個部分，分別為 物理性遮蔽試驗與生物性遮蔽試驗，藉由評估物理性遮蔽效應與植栽不 同型態之水生植物，進一步瞭解遮蔽效應對藻類控制暨水質參數之影響。 本研究目的如下列所述： (1) 探討不同遮蔽率下遮蔽效應對水質參數之影響 (2) 探討不同遮蔽率下遮蔽效應對藻類滋生暨營養鹽削減之影響 (3) 探討不同遮蔽率下遮蔽效應對水體優養化之影響 (4) 探討不同植栽型態對水質參數之影響 (5) 探討不同植栽型態對藻類滋生暨營養鹽削減之影響 (6) 探討不同植栽型態對水體優養化之影響 (7) 評估物理性遮蔽效應暨不同植栽型態下對水質控制之關聯性. 2.
(16) 第二章 文獻回顧 2.1 優養化成因與現象 優養化又稱富營養化，乃水體系統 (湖泊、水庫、濕地等) 接受來自 於外界的營養物質，造成營養鹽累積的現象。而依照營養鹽來源又可分 為天然及人為構成，人為活動使得水體在短期內獲得大量營養鹽，使得 水體水質急遽變化 (郭等，2005)。一般地表水營養鹽的主要來源有以下 幾種 (Smith, 2009)： (1) 地表經風化作用藉自然傳播途經釋放至水體； (2) 人為活動所造成的非點源污染，其中包含土地利用與開發、農業灌溉 施肥、畜牧等； (3) 人為活動造成的點源污染，其中包含都市生活污水、未處理的人為排 放污水、工業廢水等； (4) 由地表或地下水經由傳輸作用進入濕地、河道、湖泊或水庫水體； (5) 大氣中的粒狀物或氣體直接進入水體； (6) 水體內部的生物活動 (微生物分解有機物、生物自然死亡等)所造成 的再釋出作用； (7) 水體本身的負荷所造成的再釋出作用，意即氧化還原潛勢的轉變引發 底部沉積性營養鹽物質重新釋放至水體當中。. 3.
(17) 2.1.1 地表水體優養化程度與水質特性 而優養化程度依照營養鹽濃度高低又可分成四種：貧養 (Oligotrophic)、中養 (Mesotrophic)、優養 (Eutrophic)、超養 (Hypertrophic)。 表 2.1 與表 2.2 分別為河川與湖泊在不同優養化程度下與水質參數間的關 係，而營養鹽濃度皆為河川與湖泊優養化程度的界定參數。. 表 2.1 河川優養化程度與水質特性 (Dodds et al., 1998). 類別. 總氮. 總磷. 附著性藻. 附著性藻. 懸浮性藻. (μg L-1). (μg L-1). 類平均濃. 類最大濃. 類平均濃. 度(mg m-2). 度(mg m-2). 度(μg L-1). 貧養. <700. <25. <20. <60. <10. 中養. 700-1500. 25-75. 20-70. 60-200. 10-30. 優養. >1500. >75. >70. >200. >30. 表 2.2 湖泊優養化程度與水質特性 (Nurnberg, 1996) 總氮. 總磷. 藻類濃度. 透明度. (μg L-1). (μg L-1). (μg L-1). (m). 貧養. <350. <10. <3.5. >4. 中養. 350-650. 10-30. 3.5-9. 2-4. 優養. 650-1200. 30-100. 9-25. 1-2. 超養. >1200. >100. >25. <1. 類別. 4.
(18) 2.1.2 優養化現象 當水體富含營養鹽，促使水生植物及藻類獲得大量養分而快速增殖， 此期間營養鹽濃度快速下降，加上光合作用及呼吸作用的機制，造成白 天光合作用過於旺盛，水體溶氧呈現超氧的情形，而到了晚上缺乏光照， 加上過量生物體行呼吸作用，致使水體呈現缺氧狀態，最終造成水中生 物無法生存而死亡，水體則產生惡臭味，水質惡化。另外，當生物體死 亡經微生物分解後，亦會消耗水中溶氧，且部分藻類本身即具有特殊氣 味，甚至是毒素。一般而言，湖泊或水庫水體的葉綠素 a 濃度會超過 10 μg/L，總磷濃度為 20 μg/L 或透明度低於 2 m 及每公升湖水中藻類細胞數 目大於 50 萬個以上，則可視為優養化嚴重的水體 (Kasprzak et al., 2008)。. 故，優養化現象包含了營養鹽濃度的上升及伴隨而來的藻類大量滋生 (藻華現象)，而優養化現象所衍生的問題為大量動植物、浮游生物死亡、 水體溶氧變化劇烈、生態系統發生改變、水體產生惡臭。因此，若能控 制水體營養鹽濃度或避免藻華現象的發生，則可以有效減少優養化所產 生的問題，避免水質及生態系統出現異常，進一步達到控制水質之目的， 還可以有效降低水中營養鹽濃度。. 5.
(19) 2.1.3 營養鹽與藻類生長關聯性 在 1970 年代期間，曾經針對碳、氮及磷於優養化水體的機制有不少 的研究爭議。而在加拿大湖泊的研究指出，氮與磷確實是藻類與水生植 物限制生長的營養鹽。雖然兩種礦物元素都是生長必須的基本物質，但 是對水體的初級生產者而言，代謝作用所需的氮磷利用量不需要很多。. 在日本湖泊的研究中指出，氮與磷的比例對優養化有很顯著的關係。 對夏季的藻類生質量而言，其氮營養鹽限制的條件，總氮與總磷的質量 比例 (TN：TP)，於水層中約小於 10：1。而磷營養鹽的總氮與總磷質量 限制比例則約大於 17。惟，兩種營養鹽都是限制藻類生長的因子之一。. 雖然兩種營養鹽都是限制生長的因子，惟，磷於大氣中的比例不高， 而氮於大氣中的比例卻高達 78%，在亨利定律的作用之下，這也顯示水 體中的溶解性氮的質量趨近於無限，可持續供應藻類代謝生長之用。而 在諸多的湖泊整治案例發現，磷含量較高的水體常引發有毒藻類的大量 滋生現象。因此，磷營養鹽於水體中的控制相較於氮而言，顯得更重要。. 圖 2.1 為世界上超過 500 個湖泊或水庫水體中藻類與與總磷濃度的相 關性，由圖可發現，幾乎世界上流速較緩慢的水體中存在藻類時，其增 殖能力與水體中的總磷濃度有很高的正相關性，而在溼地、河流或溪水 中，也發現有同樣的情形。. 6.
(20) 圖 2.1 平均藻類與總磷濃度相關性 (Smith, 2009). 2.2 優養化控制方法 為了控制優養化現象對水體帶來的衝擊，依照工法的特性可分成物理、 化學及生物，而常見的控制技術如表 2.1 所示。. 表 2.3 優養化控制方法 (駱等，1993；Cooke et al., 1993) 物理 (a) 底層水曝氣. 概述 提升底層溶氧，避免底層為還原態、減少氨氮及溶 解性磷的產生. (b) 擾動水體. 破壞水體的分層，促使藻類因水流至下層而死亡. (c) 中底層水放流. 減少營養鹽負荷. (d) 遮光. 避免藻類行光合作用 7.
(21) 表 2.3 優養化控制方法(續) 化學. 概述. (a) 添加硫酸銅. 二價銅離子抑制藻類生長. (b) 改變營養鹽組成. 改變 N/P 比. (c) 添加藻類抑制劑. 抑制藻類生長. 生物 (a) 放養魚類. 攝食水中藻類. (b) 添加微生物種. 競爭機制. (c) 人工溼地. 減少水中碳源與營養鹽. 各方法簡述如下： 1. 底層水曝氣 其目的在於增加深層水溶氧量，避免底層水變成還原態，以減少氨氮 和溶解磷的產生。當水層於好氧狀態下，溶解性磷會與部分還原態的離 子結合形成沉澱態。例如，水中存在還原態二價鐵離子 (Fe2+) 時，在好 氧狀態下會氧化形成三價鐵離子 (Fe3+) ，再與水中磷酸根離子形成 Fe3(PO4)2 或 Fe(OH)2PO4 沉澱物，減少溶解性磷的濃度。而氨氮在水體溶 氧充足的情況之下，易與水中氧氣結合形成亞硝酸鹽或硝酸鹽離子。因 此，曝氣主要針對較深層的營養鹽為對象，以物理的方式改變水體背景 參數，進一步促進好氧性的化學及生物反應發生。. 8.
(22) 曝氣一般有兩種方式，一種是將深層水抽至水面經曝氣之後再迴流至 底層中；一種是直接將氧氣或空氣輸送至底層與水體接觸，由於氣體停 留時間較短，常以純氧曝氣的方式進行曝氣措施，而這兩種方式都不會 改變水體分層的現象。表 2.2 為各湖泊以底層曝氣的優養化控制案例，底 層曝氣的通氣量為根據底層水所含的總體積、水深、可能的溶氧量來計 算。不同的湖泊水體環境、水深與涵蓋面積不盡相同，通氣量也會不同。 表 2.4 利用底層曝氣控制湖泊優養化之案例 (Cooke et al., 1993) 深度 (m) 最. 平. 曝. 大. 均. 氣. 湖泊 深. 深. 深. 面 體積 3. 通氣量 6. 積. (m ×10 ). 文獻. 3. (m /min) (ha). 度. 度. 度 Atlas. Brunsviken, 13. 100. 15.5. Copoco,. Sweden 1976 Atlas Caldonazzo, 50. 11. 700. 44. Copoco,. Italy 1980 Atlas Kolbotnvatn, 18.5 10.3 18.5. 3.1. 30.3. 5.5. Copoco,. Norway 1980. 9.
(23) 表 2.4 利用底層曝氣控制湖泊優養化之案例(續) (Cooke et al., 1993) 深度 (m) 最. 平. 曝. 大. 均. 氣. 湖泊. 體積 3. 面積 6. 深. 深. 深 (m ×10 ). 度. 度. 度. (ha). 通氣量. 文獻. 3. (m /min). Wahnbach,. Bernhardt, 43. 19.2. 41.63. 214.5. 9. Germany. 1967 Taggart. Tory,. and 10.0. 4.5. 9.0. 0.055. 1.23. 3.54. Ontario. McQueen, 1981. Waccabuc,. Fast et al., 13. 13. 4.053. NY. 53.6. 7.93 1975. 2. 擾動水體 利用攪拌或是曝氣的方式來破壞水體的分層，除了可以改善底層水缺 氧的情形，並減少水體的鐵錳含量，還可以將表面水體的藻類傳輸至下 層水體，避免光合自營性藻類 (例如：藍綠藻) 行光合作用而大量繁殖。 因此，擾動水體最重要的特點在於破壞水體分層效應，使水體達到充分 混和的目的，而其原理可分成三點歸納：. 10.
(24) (a) 破壞水體的分層效應致使藻類無法長時間停留在光照層，降低藻類 生長量。 (b) 充分混合降低水中 pH 值，可以改變藻類優勢種由藍綠藻轉變成毒 性較低的綠藻類。 (c) 破壞分層使深層水體溶氧值提高，避免磷、鐵及錳的再釋出。 由於擾動水體需要消耗一定程度的動力，且會使得水質較好的水體水 質變差，僅適合用於水域較小的實場。 3. 中底層水放流 將底層營養鹽濃度較高與溶氧值較低的水體排出，可有效降低整體水 域的營養鹽濃度，並改善深層水溶氧的情形。一般深層水排除是將上層 取水口移到較底部的地方進行抽排，一來可去除營養鹽濃度較高的深層 水，避免因擴散作用而使得營養鹽進入到上層水，還可以縮短深層水的 停留時間，阻止磷、氨、硫化氫或具毒性重金屬再釋出作用。因此，此 種處理技術具有去除水中營養鹽並且避免營養鹽再釋出的特點 (Cooke et al., 1993)。表 2.3 為全球 18 座湖泊抽排深層水之案例，大部分在五年 內即有水質改善的效果。 表 2.5 全球湖泊抽排深層水案例. 湖泊. 面積 3. 水停留. 平均深. 最大深. 時間. 度. 度. (yr). (m). (m). 0.26. 4.5. 10.0. 體積 2. 3. 3. (10 m ) (10 m ) Ballinger, 美國. 405. 1,838. 11.
(25) 表 2.5 全球湖泊抽排深層水案例(續). 湖泊. 面積 3. 水停留. 平均深. 最大深. 時間. 度. 度. (yr). (m). (m). 體積 2. 3. 3. (10 m ) (10 m ) Bled, 南斯拉夫. 1,438. 25,690. 3.6. 17.9. 30.2. 192. 2,483. 1.4. 12.9. 32.0. 75. 1,330. 8.0. 17.7. 39.0. 3,900. 97,000. 4.0. 25.0. 35.0. 134. 1,835. 1.9. 13.7. 24.6. 15. 67. 0.3. 4.5. 8.2. 901. 5,293. NA. 5.9. 17.2. Burgaschi, 瑞士 Germundener Maar, 德國 de Paladru, 法國 Piburger, 奧地利 Reither, 奧地利 Kortowo, 波蘭. 12.
(26) 表 2.5 全球湖泊抽排深層水案例(續). 湖泊. 面積 3. 水停留. 平均深. 最大深. 時間. 度. 度. (yr). (m). (m). 體積 2. 3. 3. (10 m ) (10 m ) Kraiger, 奧地利. 51. 245. 2.0. 4.8. 10.0. 510. 1,989. 0.6. 3.9. 6.8. 248. 2,270. 4.5. 9.2. 18.0. 263. 6,428. 2.8. 24.4. 56.5. 52. 518. NA. 9.9. 14.8. 1,106. 24,975. 1.5. 22.6. 48.0. 134. 1,835. 1.9. 13.7. 24.6. Mauen, 瑞士 Meerfelder Maar, 德國 Hecht, 奧地利 Kleiner, Montiggler, 義大利 Klopeiner, 奧地利 Stubengerg, 奧地利. 13.
(27) 表 2.5 全球湖泊抽排深層水案例(續). 湖泊. 面積 3. 水停留. 平均深. 最大深. 時間. 度. 度. (yr). (m). (m). 體積 2. 3. 3. (10 m ) (10 m ) Waramaug, 美國. 2,866. 24,758. 0.8. 8.6. 12.8. 31. 325. 1.0. 10.0. 20.5. 1,400. 15,500. 4.0. 11.1. 32.9. Wiler, 瑞士 Wononscopomuc, 美國. 4. 添加硫酸銅 硫酸銅可有效抑制藻類的增長，避免藻華現象的發生與藻類大量滋生 所引發的臭味問題。硫酸銅去除藻類的機制，在於溶於水中產生二價銅 離子，可抑制藻類行光合作用、細胞分裂作用與固氮作用，而不同藻種 對於二價銅的毒性忍受度也不同，其中又以鞭毛蟲類及藍綠藻最為敏感 (郭等, 2005)。. 理論上而言，二價銅離子於水中濃度越高，藻類去除成效亦越高，因 此，硫酸銅的添加量就成為去除效率的重要因素，而添加量的多寡取決 於當地水域環境的組成 (藻類濃度、有機物含量、水體硬度、CO2 含量等). 14.
(28) 及背景參數 (水溫、水量及 pH 等) 而定。圖 2.1 與圖 2.2 為二價銅離子 於不同鹼度下 pC - pH 之關係圖，由兩張圖可瞭解，二價銅離子隨著水體 pH 值越低則濃度越高的趨勢。當水中存在有機物時，則會與銅形成錯化 合物，使得二價銅離子於水中緩慢釋出，延長硫酸銅於水中的殺藻效果。. 而在硬度、鹼度偏高的環境中，二價銅離子 則會與氫氧根離子及碳酸 根離子形成氫氧化合物及碳酸鹽化合物沉澱，此時所需添加的硫酸銅藥 劑量亦會隨之增加。文獻指出，當湖水鹼度在 40 mg/L 以上，則硫酸銅 用量約為 1 mg/L，低於此濃度之用量則為 0.3 mg/L。. 圖 2.2 高鹼度下二價銅離子 pC - pH 關係圖 (Cooke et al., 1993). 15.
(29) 圖 2.3 低鹼度下二價銅離子 pC - pH 關係圖 (Cooke et al., 1993). Mcknight (1981) 利用硫酸銅添加的方式瞭解 Mill Pond 水庫中生物相 變化的情形 (藻類及浮游動物)與優勢藻類消長對水體優養化的影響。 Mill Pond 水庫位於美國麻薩諸塞州 (massachusetts) 東邊，其含水量最大 值為 1.9× 106 m3，最大深度 14.3 m，平均深度 7.7 m。研究結果指出， 投入硫酸銅結晶當天，水體有顯著的溫度分層現象，分界點在水深 5 - 6 公尺處， 上層溫度為 24 ℃，下層溫度僅 8 ℃，水庫水體長期的 pH 值 為 6.8 ± 0.2，鹼度為 5 ± 1 × 10-4 M。而造成水體優養化之優勢藻種 Ceratium hirundinella 其數量也減少約 90% ，經過十天後優勢藻種由 Nannochloris sp. 及 Ourococcus sp. 之綠藻所取代。 主要原因為此兩種綠藻對於二價銅離子之毒性忍受度相對於 Ceratium hirundinella 強，再加上硫酸銅亦會對水中浮游動物造成毒性，在無競爭 效應及掠食作用的影響之下，使得優勢藻種在添加硫酸銅前後產生變化， 並因此大量生長。而在兩個月後觀察發現，水體銅離子濃度已經下降至. 16.
(30) 背景值濃度時 (約 10-7 M)，浮游動物數量再度上升，此時優勢藻種再度 改變，而非對銅離子毒性忍受度較高的藻種。 添加硫酸銅去除水中藻類的效果雖然可以立即顯現，但其效益通常僅 維持在數天內，即因為生物分解所產生的高濃度營養鹽，致使藻類大量 滋生。就長期觀點而言，化學藥劑添加的持續性不佳，必須藉由階段性 的添加，方可達成優養化控制的目的，其成本亦相當可觀。表 2.4 為國外 常見硫酸銅去除藻類成本一覽表，由表可知，隨著藥品的組成差異，其 用藥成本亦有不同，其中又以硫酸銅乙醇胺顆粒 (CuSO4 ethanolamine granular) 價格最為昂貴。. 表 2.6 國外常見硫酸銅去除藻類成本一覽表 (Cooke et al., 1993) 藥品名稱. 成本 (美元). CuSO4 solution. 30 - 316/ha. CuSO4 crystals. 96 - 578/ha. CuSO4 citric acid solution. 62 - 700/ha. CuSO4 ethanolamine granular. 346 - 1432/ha. 5. 生物工法控制優養化 加拿大安大略省東部的河流流域，其受到農業灌溉用水、畜牧廢水之 非點源排放，導致水體營養鹽濃度過高，引發優養化、水質惡化等問題。 該流域有設置人工溼地處理畜牧廢水 ，人工溼地系統為列車式人工濕 地 ，依序由兼氣性氧化塘、表面流一池、好氧性氧化塘、表面流二池與. 17.
(31) 植披濾間帶所組成，而表面流單元皆以種植香蒲 (Typha latifolia L.與 Typha angustifolia) 之挺水性植物為主。每日進流氮營養鹽負荷為 16.2 kg ha-1d-1N，而磷營養鹽則為 3.4 kg ha-1d-1P。氮去除率的部分，表面流一池 總凱氏氮與氨氮去除貢獻分別為 46.7%與 82%；表面流二池總凱氏氮與 氨氮去除貢獻分別為 35.8%與 50.2%。總磷去除率的部分，表面流一池與 表面流二池去除貢獻分別為 8.8%與 23.5% (Gottschall et al., 2007)。 由三座表面流人工溼地構成的溼地系統 (面積九公頃) 位於西班牙的 瓦倫西亞城市的湖泊 (L’Albufera de Valencia) ，此湖泊為西班牙重要的 景點之一，且水體為高度優養化。濕地系統為處理高度優養化的湖泊水 體，其目標為減少水中浮游植物與營養鹽。而三座人工濕地單元名稱分 別為 FG、fp 及 F4。為了找出最大的水力負荷 (maximum hydraulic loading rate, HLR)與最佳的去除成效，其水質參數濃度變化較大，分別為 TSS： 8.80 - 94 mg L-1、TP：0.16 - 1.13 mg L-1、TN：1 - 17.30 mg L-1、溶解性無 機氮 (DIN)：0.13 - 13.10 mg N L-1、硝酸鹽氮：0.10 - 11.50 mg NO3-N L-1， 與葉綠素 a：3.34 - 257.03 μg L-1 (Martin et al., 2012)。 由研究結果發現，濕地系統運作兩年之去除成效以 FG 人工溼地最佳， 不同水質參數去除率依序為 TSS：75%、TP：65%、TN：52%、溶解性 無機氮 (DIN)：61%、硝酸鹽氮：58%，與葉綠素 a (Chl - a)：46%。TSS、 磷與氮營養鹽之去除成效隨著水力負荷的增加有上升的趨勢 (Martin et al., 2012)。. 18.
(32) 表 2.7 西班牙 FG、Fp 與 F4 人工濕地對 L’Albufera de Valencia 湖泊優養 化控制成效 (Martin et al., 2012) 單元. TSS. TP. TN. DIN. NO3-N. Chl a. 一池. -32. 14. 28. 47. 47. 20. 二池. 65. 33. 19. 27. 31. 2. 三池. 49. 42. 22. 10. 11. 34. 總去除率. 75. 65. 52. 61. 58. 46. 一池. -14. 23. 24. 37. 40. 0. 二池. 41. 28. 34. 53. 51. 16. 三池. -24. -1. -14. -49. -43. 11. 總去除率. 21. 41. 43. 56. 58. 28. 25. 38. 54. 65. 70. -2. 57. 57. 52. 62. 62. 35. FG. Fp. F4 總去除率 濕地系統 總去除率 (單位：%). 19.
(33) 2.3 人工濕地概述 人工溼地 (Constructed wetlands) 或稱人造濕地 (Artificial wetlands)， 屬於自然淨水工法，主要經由自然界中的動物、植物、微生物及其他天 然材料，透過物理、化學及生物淨化機制達到改善水質的目的。人工溼 地之發展最早可追溯於 1952 年德國科學家 Seidel 利用莎草科植物 Scirpus Lacustris 去除廢水中之酚污染物；美國於 1970 年代亦開始致力於溼地去 除廢污水之相關研究，而促成許多溼地處理系統 (例如：加州 Arcata 及 賓州 Iselin)建構而成；台灣則發展較晚，約於 1990 年代才開始有較多關 於濕地的研究，並於 2006 年後政府開始將較具規模之濕地評選為國家重 要濕地，截至 2011 年為止，國內共計有 82 處國家重要濕地 (例如：高雄 大學濕地)。 早期人工溼地主要應用於生活污水及農工業放流水之水質淨化處理， 而人工溼地除了有改善水質之功能外，亦包含調節氣候、涵養水源、暴 雨洪水調節、景觀造景、維持生物多樣性等功能 (陳，2005)，近幾年國 內濕地亦趨向於多功能溼地，顯見濕地不再侷限於水質處理，而是以高 度利用之方向發展，以彌補地狹人稠之缺點。 人工溼地依照建構方式可分成幾個系統，分別為表面流式人工濕地 (Free Water Surface)及地下流式人工溼地 (Subsurface flow)，而地下流式 人工濕地依照水體流動方向亦可分成水平流系統 (horizontal-flow system) 及垂直流系統 (vertical-flow system)。 表面流式人工濕地系統或稱 FWS，其基本組成為表面自由流動水層 及土壤層，其中可植栽挺水性、浮水性或沉水性植物，形成一個好氧環. 20.
(34) 境的濕地生態系統。其作為水質淨化之功用主要透過水中微生物及植栽 水生植物 (如：香蒲、蘆葦、水芙蓉) 去除水中污染物，達到水體水質控 制之效果。 地下流式人工濕地系統或稱 SSF，其基本組成為土壤層、地下水體及 植物，土壤層為黏土、泥沙或礫石等不同粒徑大小之顆粒所組成，形成 一個厭氧環境的濕地生態系統。其作為水質淨化之功用乃利用土壤介質、 植體根系及地下環境中之微生物現地控制水中污染物，達到水體水質淨 化之效果。. 2.4 人工濕地除污機制 溼地中之除污機制一般包含有物理作用 (過濾、沉澱、吸附)、化學 作用 (氧化還原、化學沉澱、錯合) 及生物作用 (生物吸附、植物吸收、 微生物分解)，而不同污染物之去除機制如表 2.6 所示。惟，人工濕地相 較於其他物化處理技術而言，其最大特點在於能夠減少設計上之成本。 因此，濕地需仰賴於整體生態系統之生物降解作用，透過濕地中的植物 及底泥微生物去除水中有機物質、營養鹽或致病菌，可大大減少設計、 人力及技術成本之需求 (柯，2010)。 生物降解 (biodegradation) 是透過環境中的動植物以及微生物降解 水體或地下環境中之污染物。微生物亦可稱為原生生物，再細分成原核 生物 (細菌、藍綠藻)、真菌 (真菌、原生動物、藻類) 以及病毒，而依 照其特性又可分成好氧性及厭氧性微生物，依照碳源可分成自營性或異 營性微生物，藉以提供其自身生長或分化之作用。微生物除了作為環境. 21.
(35) 中分解者之外，亦有可能於代謝時產生間接促進植體生長之功用，例如 存在於植物根部的根瘤菌，其共生於豆科植物之根部，植物提供養分及 礦物質供根瘤菌生長，而根瘤菌可固定大氣中之游離氮氣，藉由固氮作 用供給植物氮之營養源 (林，2010)。. 表 2.8 不同污染物去除機制 (柯，2010；林，2010) 污染物. 淨化機制. 懸浮固體. 過濾、沉澱. 有機物. 微生物分解、吸收. 氮. 水解、硝化、脫硝、揮發、吸附、生物吸收. 磷. 生物吸收、吸附. 重金屬. 吸附、離子交換、有機物螯合、過濾、生物吸收. 2.5 濕地植物於濕地系統中扮演的角色 溼地植物生長於潮濕多水的環境中，故其耐水性相較於其他生長於乾 燥環境中之植物不大一樣，例如蘆葦 (Phragmites australis)，其根系主要 由莖節中長出，且自身經光合作用產生之氧氣可藉由體內傳輸作用輸送 至植體根部供其使用。溼地植物亦稱水生植物 (Aquatic plants) 依照生長 特性可區分成三種不同類型，分別為挺水性植物 (Emerged plants)、浮水 性植物 (Floating plants) 及沉水性植物 (Submerged plants) (柯，2010)。 挺水性植物 (如：蘆葦、香蒲、培地茅及巴拉草) 其根部固著於土壤 層，莖葉長出於水面上，莖葉可以攔阻水中粒徑較大之有機物及懸浮固 22.
(36) 體達到過濾及沉澱之效果，並藉由遮蔽效應控制陽光直接入射至水體， 避免水中藻類行光合作用而大量繁殖，造成水體優養化之現象，根部則 可將沉澱下來之有機物質及營養鹽 (氮、磷) 行生物固定、物理吸附或吸 收至植體，並可提供底棲微生物生長繁殖 (陳，2005)。 浮水性植物 (如：水芙蓉、浮萍) 為整株浮在自由水面，根部可吸收 水中溶解性有機物及營養鹽，但是無法吸收或分解沉澱物質，一部分作 為自身生長之來源，一部分藉由分化作用增殖植體。為了穩定漂浮於水 面上，其葉片面積相較於挺水性植物較大且緊貼於水面，使得氣相之氧 氣較難直接進入至液相，但同樣有遮蔽效應產生，避免大量藻類滋生。 沉水性植物 (如：金魚藻、水蕨) 為整株植體沒入水中，根部定著於 土壤層，葉片通常呈現細長狀，質感較柔軟，較能夠承受水流造成之衝 擊。其根部與挺水性植物相同具有生物固定、吸附及生物吸收之機制， 並可提供底棲微生物生長繁殖，莖葉同樣具有攔阻水中粒徑較大之有機 物及懸浮固體達到過濾及沉澱之效果。而其最大之不同點在於無法提供 遮蔽效應，阻止陽光入射至水體，致使與水中藻類形成競爭吸收營養鹽 之情況。惟，其自身行光合作用所產生之氧氣可直接傳輸至水體中，加 上本身葉片細長之特性，使得氧氣氣泡比表面積較大，能夠供應水體足 夠之氧氣好氧分解污染物。 Lai et al. (2011) 將 35 種常見之濕地植物分成兩大類，一種是根系具 纖毛之群組，其中亦包含蘆葦，另一種是根系較厚但無纖毛，探討不同 根系特性對水中污染物的去除成效。其結果指出不論是總氮、總磷或是 COD 皆為根系具纖毛之植物，具有較佳的去除效果。因此，不同的植物. 23.
(37) 會因為它的生長特性而對水中污染物去除造成差異。 Chimney et al. (2006) 探討亞熱帶氣候人工濕地系統中背景環境因子 於垂直分層之情形。其研究主要瞭解開放式水域與植栽挺水性、浮水性 及沉水性植物之垂直分層差異性。研究結果，溫度部分為量測水體表面 及底部，觀察其分層狀況，結果顯示開放性水域幾乎呈現恆溫狀態，且 溫度垂直分層不顯著，沉水性植物具有較高之表面水溫及 pH，係葉片及 莖部吸收光能之後，再以熱能之形式發散出來之緣故；溶氧部分，挺水 性植物及浮水性植物具有較低之溶氧 (< 4 mg/L)，且由於遮蔽效應之貢 獻，表面水體為厭氧區 (再曝氣限制) 且 BOD 含量較高。電導度於挺水 性及沉水性植物之底部有增加的情形，其他部分則無變化。 而植物在死亡時，會使水質混濁，因為自身被微生物分解而導致水中 濁度及有機物濃度上升，而在歐美各國通常喜歡利用蘆葦或香蒲作為其 溼地中之除污植物，除了耐污性相較於其他水生植物高之外，由於本身 的高生物質量還具備有較多的污染吸附容量及過濾的機制 (Kadlec and Knight, 1996; Kadam et al., 2008)。. 24.
(38) 第三章 材料與方法 3.1 研究架構 本研究之架構如圖 3.1 所示，以模槽進行相關水質分析試驗，藉以瞭 解自然淨水系統中濕地植物遮蔽效應對藻類控制之影響。模槽試驗分成 兩個部分，分別為物理性遮蔽試驗與生物性遮蔽試驗。 物理性遮蔽以不同遮蔽率 (100 %、70%、50%、30%、0%) 進行試驗， 試驗目的分成三點討論，依序為(1) 瞭解遮蔽效應對水質背景參數的影響； (2) 瞭解營養鹽於遮蔽效應下隨時間變化的趨勢；(3) 瞭解水中藻類於遮 蔽效應下隨時間變化的趨勢。生物性遮蔽以不同形態之濕地植物植栽於 模槽中進行相關水質試驗，溼地植物分別為挺水性植物 (巴拉草)、浮水 性植物 (水芙蓉) 及沉水性植物 (金魚藻)。整體試驗目的分成七點討論， 依序為(1) 探討不同遮蔽率下遮蔽效應對水質參數之影響；(2) 探討不同 遮蔽率下遮蔽效應對藻類滋生暨營養鹽削減之影響；(3) 探討不同遮蔽率 下遮蔽效應對水體優養化之影響；(4) 探討不同植栽型態對水質參數之影 響；(5) 探討不同植栽型態對藻類滋生暨營養鹽削減之影響；(6) 探討不 同植栽型態對水體優養化之影響；(7) 評估物理性遮蔽效應暨不同植栽型 態下對水質控制之關聯性。. 25.
(39) 相關文獻彙整. 模槽試驗. 物理性遮蔽試驗： 遮蔽率：0%、30%、50%、 70%、100%. 生物性遮蔽試驗： (1)挺水性植物：巴拉草 (2)浮水性植物：水芙蓉 (3)沉水性植物：金魚草. (1)瞭解遮蔽效應對水質背景參 數的影響 (2)瞭解營養鹽於遮蔽效應下隨 時間變化的趨勢 (3)瞭解水中藻類於遮蔽效應下 隨時間變化的趨勢. (1)瞭解不同植體形態下營養鹽 削減的情形 (2)瞭解不同植體形態下水中藻 類生長情形 (3)探討植體型態與水質背景參 數的關係. (1)瞭解營養鹽於植體、水相及土壤分佈情形 (2)瞭解遮蔽效應下水中藻類對營養鹽削減的貢獻 (3)探討溼地植物在不同型態之遮蔽效應與水中藻類控制的關 聯性. 論文撰寫. 圖 3.1 研究架構圖. 26.
(40) 3.2 模槽試驗 模槽試驗流程如圖 3.2 所示，一開始先從野外取回濕地植物進行培養， 待其度過適應期再開始進行試驗。模槽大小為 (L×W×H：70× 48 × 38 cm)，而每批次試驗各模槽取一點，每日採樣次數三次。遮蔽試驗分成兩 組，分別為 (1) 物理性遮蔽試驗與 (2) 生物性遮蔽試驗，於 3.2.1 及 3.2.2 節詳述。 源水取自於高雄大學校園生態池水，並量測初始營養鹽濃度。而自然 水體之污染物降解趨勢，一般以五天為期限即可達平衡，本研究之模槽 試驗天數設定延長至第七天，主要觀察水中藻類於五天後之生長情形。. 3.2.1 物理性遮蔽試驗 物理性遮蔽為利用不透光板固定於模槽桶側邊，防止陽光透射至桶內， 遮蔽率為遮蔽水表面之比率，設定為 0、30、50、70 及 100%，而 100% 遮蔽依據氧氣傳輸分成兩種，一種為密封式遮蔽，另一種則為透氣式遮 蔽。由於不同植物生長型態所造成的遮蔽效果不盡相同，且水生植物具 有傳輸氧氣至水體之功能，故以透氣式遮蔽模擬濕地植物遮蔽效果。 試驗期間為七天，依照遮蔽率採樣點共六點。每天有三個採樣時間點， 採樣時間為早上九點至下午五點，四個小時為一個採樣時間間格，總計 四個時間點。 樣品分析部分以水質參數為主，包含現地量測之 DO、pH、ORP、溫 度、電導度及照度，實驗室分析為氮磷含量測定、葉綠素 a、濁度、SS、 透視度。. 27.
(41) 3.2.2 生物性遮蔽試驗 植物選擇三種不同生長特性之濕地植物，分別為挺水性植物巴拉草、 浮水性植物水芙蓉及沉水性植物金魚藻。將採集的植物分別置入模槽桶 中，以源水澆灌進行室內培養一週，穩定其生長能力。巴拉草株數約為 50 株，乃模槽桶所能容納之最大生長株數，以達到近乎完全遮蔽之效果， 而水芙蓉以水面完全覆蓋為數量依據，金魚藻部分所使用之株數為 50 株。 試驗期間為七天，試驗組別共四組，分別為控制組、巴拉草、水芙蓉 及金魚藻，總計四個採樣點。每天有三個採樣時間點，採樣時間為早上 九點、下午一點及下午五點。 樣品分析部分以水質參數為主，包含現地量測之 DO、pH、ORP、溫 度、電導度及照度，實驗室分析為氮磷含量測定、葉綠素 a、濁度、SS、 透視度。. 28.
(42) 植栽選擇與培養. 模槽系統架設 模槽 (一組): L×W×H. 挺水性植物. 浮水性植物. 沉水性植物. 巴拉草. 水芙蓉. 金魚藻. (70 cm × 48 cm × 38 cm). 實驗室培養. 模槽試驗 · 日照循環: 12 day/12 night · 批次取樣時間(day):0、1、2、3、5、7 · 每日取樣時段: 9:00 am、13:00 pm、17:00 pm 控制因子 遮蔽率 · · · ·. 遮蔽方式. 30% 50% 70% 100% (好氧、厭氧). · 物理性遮蔽 · 生物性遮蔽. 基質濃度 取校園生態池水作為 源水. 水質參數分析 § 基本環境因子 (DO、pH、 ORP、電導度、照度、溫度) § 氮、磷營養鹽 § 葉綠素a § 濁度、SS. 預期效益 · 植栽種類對藻類生長控制效益分析。 · 評估植體遮蔽率及季節(溫度)效應對營養鹽削減、藻 類控制暨微生物菌相分佈之影響(含優勢菌種鑑定) · 評估基質濃度變異(干擾)對植生復育控制藻類生長之 影響。 · 評估植生復育削減營養鹽暨藻類控制之主要機制。. 圖 3.2 模槽試驗流程圖. 29.
(43) 3.3 水質參數分析 本研究目的為瞭解在不同遮蔽率條件下，陽光照射強度的改變對水中 藻類滋生的影響與水質變化分析。因此，分析項目之水質部分除了現場 監測水質背景參數 (DO、pH、ORP、溫度、電導度) 與照度之外，實驗 室分析的部分則包含氮營養鹽 (硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮)、磷營養 鹽 (總磷、正磷酸鹽)、藻類濃度 (葉綠素 a)、懸浮固體、濁度及透視度。. 各參數分析方法與行政院環保署環境檢驗所公告方法編號，如表 3.1 所示，而各參數量測方法及原理分別敘述如下：. (1) 水質背景參數 水質背景參數，DO、pH、溫度、氧化還原電位 (ORP)、電導度，皆 為利用攜帶型參數測度計於現場量測，以減少樣品攜帶誤差，而所使用 的儀器型號及廠牌如表 3.3 所示。. 表 3.1 水質背景參數與設備一覽表 水質參數 溶氧 (DO) 酸鹼度 (pH) 氧化還原電位 (ORP) 電導度 溫度. 型號 (廠牌) 550A (YSI) sensION2 (HACH) sensION2 (HACH) 30-10 FT (YSI) sensION2 (HACH). 30. 備註 具溫度補償 具溫度補償 具溫度補償 具溫度補償.
(44) (2) 照度 照度則為利用智慧型照度計進行量測，照度計為一台主機與吸收光球 所構成，量測光照強度時，將吸收光球移至模槽桶水面上方，由於吸收 光球呈現圓球狀，可吸收來自不同角度之太陽光線，即測得單位面積的 光通量或光照強度 (Lux)。 (3) 硝酸鹽氮 定量經前處理或過濾後之適當水樣，添加鹽酸溶液，使其混合均勻。 製備五點不同濃度之檢量線後，再量測水樣於波長 220 nm 及 275 nm 下 之吸光度，即可測得硝酸鹽氮濃度。由於水溶性有機物質及硝酸鹽在波 長 220 nm 下有吸光現象，而硝酸鹽於波長 275 nm 不吸光，因此需同時 量測此兩種特定波長。水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜 回實驗室立即分析。 (4) 亞硝酸鹽氮 定量經前處理或過濾後之適當水樣，添加呈色試劑並混合均勻。此時， 溶液中之磺胺會與水樣中的亞硝酸鹽於 pH 2.0 - 2.5 的環境中，形成偶氮 化合物，此偶氮化合物進一步與 N-1-萘基乙烯二胺二鹽酸鹽形成紫紅色 偶氮化合物。之後再量測水樣於波長 543 nm 下之吸光值，即可得到亞硝 酸鹽氮之濃度。水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗 室立即分析。 (5) 氨氮 定量經前處理或過濾後之適當水樣，添加呈色試劑並混合均勻，靜置 於暗室中使其呈色。在亞硝醯鐵氰化鈉溶液的催化下，水樣中之氨氮及. 31.
(45) 銨離子會與次氯酸鹽及酚溶液，形成深藍色靛酚。之後再於波長 640 nm 下進行比色分析，即可得到水樣氨氮之濃度。水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材 質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。惟，次氯酸鹽溶液保存期限 僅一個月，且酚酞於常溫常壓下易揮發，須於實驗準備期間，注意藥品 保存期限與效用。 (6) 總磷 將前處理或過濾後之適當水樣，添加硫酸及過硫酸鹽進行消化處理， 使水樣中有機磷轉變成正磷酸鹽之型式，經調整 pH 值介於 7.5 – 8 之間， 再添加鉬酸銨及酒石酸銻鉀與正磷酸鹽形成磷鉬酸，之後再添加維生素 丙，還原成藍色複合物鉬藍。水樣於波長 880 nm 下進行比色分析，即可 測得總磷濃度。一般磷存在型式為無機磷與有機磷，此法為將有機物消 化分解，使磷以正磷酸鹽之無機物形態存在，便可得知水樣中總磷含量。 水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。 (7) 正磷酸鹽 水樣前處理、藥品添加、步驟及原理與總磷相同，惟，水樣不需經消 化處理。檢量線製備部分，以標準方法中之磷標準溶液（Ⅰ）配製五點 不同濃度之標準溶液，繪製吸光度與磷濃度之檢量線。水樣以 500 ml 塑 膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。 (8) 懸浮固體 先以去離子水潤洗玻璃纖維濾片三次後，置入烘箱烘乾一小時，冷卻 至室溫重複分析其乾重三次，測得濾片與鋁盤之總重 (前重)。再以該濾 片過濾水樣，置入烘箱烘乾一小時後，待其冷卻至室溫，重複秤重三次，. 32.
(46) 測得過濾後濾片與鋁盤之總重 (後重)，則前後重之重量差即為懸浮固體 物重量。水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即 分析。 (9) 濁度 量取適量水樣至濁度瓶中約八分滿，均勻搖混，無產生氣泡，將濁度 瓶置入已校正之濁度計進行測定，散射光強度越大，濁度值越高。水樣 以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。 (10) 葉綠素 a (Chlorophyll a) 水樣經濾片真空過濾後，添加 10 ml 乙醇 (純度：90%) 於 PE 離心管 中，置入恆溫培養箱中暗光萃取 30 分鐘，每十分鐘搖混一次，溫度設定 60。萃取完成後，以冷水冷卻至室溫，置入離心機中以轉速 3000 rpm 離 心 10 分鐘，取其上澄液 3 ml 分析波長 665 及 750 nm 之吸光值。此時再 添加 0.03 ml HCl (1 M) 於測光管中之水樣，靜置 10 分鐘，重新量測波長 665 及 750 nm 之吸光值，即可測得水樣葉綠素 a 濃度。水樣以 500 ml 塑 膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。 (11) 透視度 將未經處理過之原始水樣，倒滿於透視度計中，一邊從上方觀察，一 邊從下方放水，直到可明顯觀察到透視度計中的雙線，此讀值即為透視 度。水樣以 500 ml 塑膠瓶 (材質：HDPE) 採集後，攜回實驗室立即分析。. 33.
(47) 表 3.2 水質參數試驗方法對照表 水質參數. 試驗方法. 公告編號. pH. 電極法. W424.52A. DO. 電極法. W455.52C. ORP. 電極法. 溫度. 水溫檢測方法. 照度. 照度計法. 電導度. W217.51A. 導電度計法. W203.51B. 分光光度計法. W419.51A. 亞硝酸鹽氮 分光光度計法. W418.51C. 硝酸鹽氮. 氨氮. 水中氨氮檢測方法 - 靛酚比色法. W448.51B. 總磷. 水中磷檢測方法 - 維生素丙法. W427.53B. 正磷酸鹽. 水中磷檢測方法 - 維生素丙法. W427.53B. 水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法 懸浮固體. W210.57A 103 ℃~105 ℃乾燥. 濁度. 濁度計法. W219.52C. 葉綠素 a. 乙醇萃取法. E508.00B. 透視度. 透視度計法. W221.50A. 34.
(48) 3.4 試驗材料 本研究以模槽進行相關水質分析試驗，藉以瞭解自然淨水系統中濕地 植物遮蔽效應對藻類控制之影響。模槽試驗分成兩個部分，分別為物理 性遮蔽試驗與生物性遮蔽試驗。模槽試驗所需材料除了物理性遮蔽試驗 所需之不透光板之外，水生植物之篩選與使用之藥品名稱，分別於3.4.1 與3.4.2詳述。. 3.4.1 水生植物種類 生物性模槽試驗之目的為(1) 瞭解不同植體形態下營養鹽削減的 情形；(2) 瞭解不同植體形態下水中藻類生長情形；(3) 探討植體型態與 水質背景參數的關係。因此，植物選擇三種不同生長特性之濕地植物， 分別為挺水性植物巴拉草、浮水性植物水芙蓉及沉水性植物金魚藻。而 植物種類以適合當地環境生長，且具高生長能力之植物為考量因素。 巴拉草 (Panicum muticum Forssk.)，禾本科，臂形草屬，一年生草本 植物，生長長度平均為1 - 5公尺。原產於非洲及美洲熱帶地區，經由印 度引進台灣，目前已屬於歸化植物。其易於池塘、湖泊或水溝等潮濕溫 暖的地區大量繁殖，而形成大片的群落，甚至形成浮島。 水芙蓉或稱大萍 (Pistia stratiotes Linn.)，英文俗名為Water Cabbage， 屬於多年生草本植物，天南星科，大萍屬。其根部懸浮於水體而生，呈 現鬚狀根，養分透過根部吸收至植體供生長繁殖用，根長最長可達30公 分。植體佈滿細小絨毛，藉水表面張力漂浮於水面。水芙蓉於成熟期會 形成數個走莖，且於分生組織在形成新的個體，故打撈一株水芙蓉，常 發生數株形成一團之現象，於水庫、湖泊或濕地佈滿水面而生長。. 35.
(49) 金魚藻 (Ceratophyllum demersum L.)，金魚藻科，金魚藻屬，主生長 於水流緩慢之河溝、湖泊或池塘，多為觀賞或水族養殖用，屬於多年生 草本植物。金魚藻無根，折莖於水中便能生長，可固定於底部或漂浮於 水面生長，容易栽培，需生長於無氯之水體。 由上述可知，巴拉草生長型態類似蘆葦，且其生長高度較蘆葦小，適 合用於小型模槽試驗，而水芙蓉為校園常見之濕地植物，加上其自身易 生長之特性，故以水芙蓉作為浮水性植物之代表。金魚藻屬於無根性水 生植物，惟，植株可完全沉於水體自然生長，本研究利用小型盆栽填充 海綿將其固定於模槽底部，使其為沉水型態作為沉水性植物之代表。. 3.4.2 試驗藥品 本研究各分析項目所需之藥品如表3.4所示： 表3.3水質分析試驗藥品一覽表 名稱 玻璃纖維濾片. 廠牌 Pall Corporation、 Whatman 乙醇 景明化工 HCl MERCK 培 養 基 (LES Endo MERCK agar) 培養皿 ADVANTEC 混合纖維素酯濾膜 ADVANTEC 磷酸二氫鉀 SHOWA 氯化鎂 SHOWA 硫代硫酸鈉 SHOWA 硫酸鉀 SHOWA 氫氧化鈉 SHOWA 濃硫酸 Scharlau 沸石 景明化工 36. 純度/規格. 99%. 50×12 mm 99% 99% 99% 99% 99% 99%.
(50) 表3.3水質分析試驗藥品一覽表(續) 名稱 酚酞 亞硝醯鐵氰化鈉 檸檬酸三鈉鹽 次氯酸鈉 氯化銨 酒石酸銻鉀 鉬酸銨 維生素丙 無水磷酸二氫鉀 亞硫酸氫鈉. 廠牌 SHOWA 景明化工 景明化工 景明化工 SHOWA SHOWA SHOWA Alfa Aesar SHOWA SHOWA. 純度/規格 99% 99% 99% 99% 99% 99% 99% 96% 99% 99%. 3.4.3 試驗儀器 本研究所需分析儀器如下表所示： 表 3.4 試驗儀器廠牌規格一覽表 儀器. 型號 (廠牌). 偵測極限/規格. 真空泵浦. ROCKER 400. 分光光度計. U-2001 (HITACHI). 0.001 abs. 攜帶式溶氧度計. 550A (YSI). 22 mgL-1. 攜帶式 ORP 測度計. sensION2 (HACH). 0.01. 攜帶式酸鹼度計. sensION2 (HACH). 0.01. 電子分析天秤. GR-200 (AND). 0.0001 g. 37.
(51) 表 3.4 試驗儀器廠牌規格一覽表(續) 儀器. 型號 (廠牌). 偵測極限/規格. 離心機. CN-6000 (Hermle). 0 - 4000 rpm. 加熱攪拌器. PC-420D (CORNING). 0 - 400 ℃. 高壓滅菌釜. TM-320 (TOMIN). 智慧型照度計. Lx-1102 (LTLutron). 0 - 99999 Lux. 濁度計. 2100P (HACH). 0.01 - 1000 NTU. 攜帶式電導度計. 30-10 FT (YSI). 0 - 4999 μs/cm. 烘箱. 500 (Memmert). 108 公升 (容積). 恆溫培養箱. BE400 (Memmert). 53 公升 (容積). 蒸餾裝置 透視度計. 台製. 38. 0 - 30 cm.
(52) 第四章 結果與討論 4.1 物理性遮蔽實驗 本研究之架構如圖 3.1 所示，以模槽進行相關水質分析試驗，藉以瞭 解自然淨水系統中濕地植物遮蔽效應對藻類控制之影響。模槽試驗探討 在不同遮蔽率 (100 %、70%、50%、30%、0%) 之下對水質參數、藻類 滋生及水體優養化的影響。. 4.1.1 不同遮蔽率下對水質背景參數之影響 表 4.1 為不同遮蔽率下每日溶氧平均濃度，由表可得知，在模槽系統 架設後第一天，各組之初始平均濃度介於 5 - 7 mg/L 之間。100% (好氧) 、 100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之最終溶氧濃度分別為 12±1.26、 8.08±0.1、22±0、13.28±0.18、14.77±0.36 及 14.36±0.38 mg/L。其中，70%、 50%、30%及 0%組之溶氧濃度有顯著性增加。. 圖 4.1 為不同遮蔽率下溶氧趨勢圖，由圖可得知，70%、50%、30% 及 0%組於試驗第二天至第五天有顯著上升之趨勢，50%、30%及 0%組 於第五天至第七天為下降之趨勢，而 70%組則為上升之趨勢。100% (好 氧) 及 100% (厭氧) 組之溶氧濃度於試驗期間為上升之趨勢，惟，溶氧 變化程度不大。. 整體而言，70%、50%、30%及 0%組受到藻類行光合作用之影響，導 致水體溶氧濃度變化較顯著，且溶氧濃度隨著遮蔽比例增加而減少。50%、. 39.
(53) 30%及 0%組，由於藻類濃度下降，故試驗後期溶氧濃度為下降之趨勢。 表 4.1 不同遮蔽率下每日溶氧平均濃度 (mg/L) 100%(好氧) 100%(厭氧). 70%. 50%. 30%. 0%. 第一天. 6.51±0.17. 5.91±0.08. 6.57±0.24. 6.12±0.42. 6.43±0.37. 6.73±0.37. 第二天. 7.38±0.17. 6.66±0.1. 8.25±0.52. 8.58±0.97. 8.83±1.04. 9.62±1.6. 第三天. 8.11±0.32. 6.94±0.07. 10.79±1.34 13.28±2.85 14.45±3.43 17.04±4.53. 第五天. 9.22±1.24. 8.54±1.23. 18.8±3.74 21.71±0.41. 第七天. 12±1.26. 8.08±0.1. 22±0. 22±0. 22±0. 13.28±0.18 14.77±0.36 14.36±0.38. 24 100%(Aerobic) 100%(Anaerobic) 70% 50% 30% 0%. 22 20. DO (mg/L). 18 16 14 12 10 8 6 4 1. 2. 3. 5. 7. Time (day). 圖 4.1 不同遮蔽率下溶氧趨勢圖 表 4.2 為不同遮蔽率下水體每日平均溫度，由表可得知，各組之初始 平均溫度介於 24 - 26 ℃之間。100% (好氧) 、100% (厭氧) 、70%、50%、 30%及 0%組之最終平均溫度分別為 25.08±1.48、 25.28±1.38、 25.19±1.73、 26.31±2.12、25.46±2.11 及 26.17±2.45 ℃。 40.
(54) 圖 4.2 為不同遮蔽率下水體溫度趨勢圖，結果指出，除了第五天各組 溫度均為上升之外，其他時間之溫度並無顯著差異。而各組水體溫度受 到遮蔽比例之影響，遮蔽比例越大，水體溫度越低。 表 4.2 不同遮蔽率下水體每日平均溫度 (℃) 100%(好氧) 100%(厭氧). 70%. 50%. 30%. 0%. 第一天. 24.59±1.09 25.44±1.07 25.91±1.51 26.18±1.94 25.72±1.62 26.2±2.14. 第二天. 24.51±1.12. 第三天. 24.77±1.44 26.51±1.46 25.67±1.64 26.72±2.25 26.14±2.09 26.7±2.57. 第五天. 26.29±0.88 27.24±1.04 27.15±0.95 28.28±1.23 27.67±1.28 28.33±1.44. 第七天. 25.08±1.48 25.28±1.38 25.19±1.73 26.31±2.12 25.46±2.11 26.17±2.45. 26.01±1.3. 25.57±1.28 26.34±1.78 25.84±1.63 26.34±1.98. 29. 28. Temperature (oC). 27. 26. 25 100%(Aerobic) 100%(Anaerobic) 70% 50% 30% 0%. 24. 23. 22 1. 2. 3. 5. 7. Time (day). 圖 4.2 不同遮蔽率下水體溫度趨勢圖. 表 4.3 為不同遮蔽率下水體每日 pH 值，由表得知，100% (好氧) 、 100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之初始 pH 值分別為 7.99±0.06、 41.
(55) 7.93±0.08、7.98±0.07、7.92±0.11、7.86±0.17 及 7.96±0.1。100% (好氧) 、 100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之最終 pH 值分別為 8.99±0.04、 8.77±0.01、9.53±0.07、9.11±0.04、9.22±0.03 及 9.41±0.03。. 圖 4.3 為不同遮蔽率下水體 pH 趨勢圖，由圖得知，各組 pH 值隨著 時間推移為上升之趨勢，且遮蔽比例越高，pH 值越低。50%、30%及 0% 組於試驗第五天至第七天為下降之趨勢，而 100% (好氧) 、100% (厭氧) 及 70%組則為持續上升之趨勢。. 整體而言，各組之初始 pH 值為中性，而於試驗第七天，各組水體皆 呈現鹼性狀態。其中，部分遮蔽之組別 (70%、50%、30%及 0%組) 變化 最為顯著。因此，遮蔽效應與水體 pH 值較無顯著關係。. 表 4.3 不同遮蔽率下水體每日 pH 值 100%(好氧) 100%(厭氧). 70%. 50%. 30%. 0%. 第一天 7.99±0.06. 7.93±0.08. 7.98±0.07. 7.92±0.11. 7.86±0.17. 7.96±0.1. 第二天 8.26±0.04. 8.15±0.03. 8.31±0.08. 8.22±0.13. 8.3±0.09. 8.35±0.14. 第三天 8.46±0.05. 8.28±0.03. 8.65±0.09. 8.66±0.29. 8.8±0.2. 8.9±0.26. 第五天 8.8±0.03. 8.59±0.03. 9.24±0.1. 9.37±0.1. 9.45±0.12. 9.59±0.11. 第七天 8.99±0.04. 8.77±0.01. 9.53±0.07. 9.11±0.04. 9.22±0.03. 9.41±0.03. 42.
(56) 9.8 100%(Aerobic) 100%(Anaerobic) 70% 50% 30% 0%. 9.6 9.4 9.2. pH. 9.0 8.8 8.6 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 1. 2. 3. 5. 7. Time (day). 圖 4.3 不同遮蔽率下水體 pH 趨勢圖. 表 4.4 為不同遮蔽率下水體每日 ORP 值，當氧化還原電位為正值時， 表示系統環境之帶正電離子較多，屬於氧化狀態，若 ORP 為負值則屬於 還原狀態。而各組之氧化還原電位於實驗期間皆為正值，且變動範圍介 於 40 - 70 mV。由表得知，實驗期間各組水體屬於氧化狀態，且氧化還 原電位無顯著變化。. 圖 4.4 為不同遮蔽率下水體 ORP 趨勢圖，由圖可知，各組氧化還原 電位值於試驗第一天至第二天及第三天至第五天為上升之趨勢，於試驗 第二天至第三天及第五天至第七天則為下降之趨勢。整體而言，ORP 值. 43.
(57) 於試驗期間無顯著變化，且與其他水質參數對照較無顯著相關性。 表 4.4 不同遮蔽率下水體每日 ORP 值(mV) 100%(好氧) 100%(厭氧). 70%. 50%. 30%. 0%. 第一天 40.21±3.73 32.48±3.19 42.27±8.66 38.37±8.34 36.82±6.68 43.46±9.66 第二天. 59.48±3.5. 54.48±3.94. 62.5±5.41. 60.11±5.88. 58.51±2.9. 第三天 52.54±2.57. 54.9±3.25. 54.28±3.1. 59.73±2.01 56.61±2.51 57.99±2.29. 第五天 65.52±8.57 67.16±5.41 67.46±10.21 67.71±10.91 69.48±5.13. 59.94±1.08. 69.2±5.21. 第七天 69.32±11.01 63.24±10.73 62.09±16.65 59.69±14.29 53.94±13.06 57.2±10.19. 80. ORP (mV). 70. 60. 50 100%(Aerobic) 100%(Anaerobic) 70% 50% 30% 0%. 40. 30 1. 2. 3. 5. 7. Time (day). 圖 4.4 不同遮蔽率下水體 ORP 趨勢圖. 表 4.5 為不同遮蔽率下水體每日 EC 值，由表可知，100% (好氧) 、 100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之初始 EC 值分別為 851.9±5.7、 44.
(58) 849.1±8.6、852.8±7.2、852.8±6.7、856.4±5.3 及 856.7±6.3 μS/cm。100% (好 氧) 、100% (厭氧) 、70%、50%、30%及 0%組之最終 EC 值分別為 860±2.7、 852.3±5.2、705.4±1.7、724.1±2、705.6±3.2 及 694.7±3.9 μS/cm。 圖 4.5 為不同遮蔽率下水體 EC 趨勢圖，由圖可知，100% (好氧) 及 100% (厭氧) 組之 EC 值於時間變化下，較無顯著變化趨勢。部分遮蔽之 組別 (70%、50%、30%及 0%) EC 值則有隨時間變化而遞減之趨勢，且 遮蔽比例越高，EC 值亦越高。 表 4.5 不同遮蔽率下水體每日 EC 值(μS/cm) 100%(好氧). 100%(厭氧). 70%. 50%. 30%. 0%. 第一天. 851.9±5.7. 849.1±8.6. 852.8±7.2. 852.8±6.7. 856.4±5.3. 856.7±6.3. 第二天. 854.4±8.7. 850.2±9.4. 854.7±4.1. 863±3.1. 858.4±6.5. 861.8±4.4. 第三天. 853.4±3.2. 847.8±4.1. 852.1±2. 852.7±5.8. 849.8±4.2. 846.8±9.9. 第五天. 859.4±6.4. 848.7±5.6. 848±48.9. 745.1±11.3 724.7±10.5 696.2±4.7. 第七天. 860±2.7. 852.3±5.2. 705.4±1.7. 724.1±2. 705.6±3.2. 880 860 840. EC (us/cm). 820 800 780 760 740. 100%(Aerobic) 100%(Anaerobic) 70% 50% 30% 0%. 720 700 680 1. 2. 3. Time (day). 45. 5. 7. 694.7±3.9.
數據
+7
相關文件
volume suppressed mass: (TeV) 2 /M P ∼ 10 −4 eV → mm range can be experimentally tested for any number of extra dimensions - Light U(1) gauge bosons: no derivative couplings. =>
Define instead the imaginary.. potential, magnetic field, lattice…) Dirac-BdG Hamiltonian:. with small, and matrix
incapable to extract any quantities from QCD, nor to tackle the most interesting physics, namely, the spontaneously chiral symmetry breaking and the color confinement..
The difference resulted from the co- existence of two kinds of words in Buddhist scriptures a foreign words in which di- syllabic words are dominant, and most of them are the
Microphone and 600 ohm line conduits shall be mechanically and electrically connected to receptacle boxes and electrically grounded to the audio system ground point.. Lines in
Gouraud Shading: Different vertex normal, interpolated ve rtex color on a fragment.. Phong Shading: Different vertex normal, interpolated vert ex normal on
This study hopes to confirm the training effect of training courses, raise the understanding and cognition of people on local environment, achieve the result of declaring
Regarding Flow Experiences as the effect of mediation, this study explores the effect of Perceived Organizational Support and Well-being on volunteer firemen, taking volunteer
