探討植物去除重金屬能力暨添加螯合劑提升植物萃取之效益

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(1)國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文. 探討植物去除重金屬能力暨添加螯合劑提升植物萃取之效益 A Study of Heavy Metal Removal Efficiency via Macrophytes and Chelants Induced Phytoextraction. 研究生：潘京澤撰指導教授：葉琮裕博士. 中華民國九十八年一月.

(2) I.

(3) 誌謝在研究所約快三年時間，承蒙指導老師葉琮裕教授諄諄教誨，在此期間老師給予文章撰寫、上台報告、文獻閱讀等幫助，在此致上最高之敬意及謝意。同時亦感謝口試委員高志明教授、董正釱教授及袁菁教授，於百忙中給予論文內容指導與建議，使本論文更為充實。. 於研究所三年中，很感謝第一屆碩士班之好友同學琬鈴、坤焯、証耀、佳民、佳靜、君傑、耀增與建琦，有你們相陪使研究所生活更為快樂，也讓我擁有一些美好回憶。也很感謝剛進碩一時，莊朝欽學弟帶我瞭解實驗室運作方式及儀器之使用。當然最重要是我女友范宛榕在研究所期間不停給予我幫助，不論是陪我去買實驗室之耗材，或者是戶外採樣，甚至好幾個禮拜每天陪我在實驗室做實驗，就連跨年及春假都陪我留在實驗室分析重金屬。真的很謝謝你，沒有你的話，現在的我可能還是一事無成的研究生吧。. 最後，希望將本論文與家人分享，感謝媽媽、爸爸、外公、外婆、爺爺、奶奶、大小阿姨的鼓勵，也很謝謝家人體諒我於三年求學間，只有過年短短的一個禮拜與你們相陪。. II.

(4) 目錄第一章前言 ........................................................................................................ 1 1.1 研究緣起 ................................................................................................ 1 1.2 研究目的 ................................................................................................ 2 第二章文獻回顧................................................................................................ 4 2.1 水體及土壤重金屬污染........................................................................ 4 2.2 水體自然淨化工法人工溼地整治技術................................................ 8 2.3 植生復育整治技術.............................................................................. 10 2.3.1 植物吸收重金屬之機制 .......................................................... 10 2.3.2 植生復育技術之優缺點 .......................................................... 12 2.3.3 植生復育之植種選擇 .............................................................. 13 2.3.3.1 向日葵........................................................................... 14 2.3.3.2 油菜............................................................................... 14 2.3.3.3 香蒲............................................................................... 15 2.3.3.4 蘆葦............................................................................... 16 2.4 提升植生復育之螯合劑運用實例及作用原理.................................. 17 2.4.1乙二胺四乙酸(EDTA)............................................................... 17 2.4.2三乙四胺五乙酸(DTPA)........................................................... 19 2.4.3乙二胺琥珀酸(EDDS)............................................................... 20 2.4.4 檸檬酸(Citric acid)................................................................... 22 2.4.5 螯合劑之作用及原理 ............................................................... 23 2.5 植體生物濃縮係數(BCF)及植體傳輸係數(TF) ............................... 24. III.

(5) 2.6 土壤序列分段萃取之比較.................................................................. 38 第三章研究方法.............................................................................................. 41 3.1 研究架構 .............................................................................................. 41 3.2 實驗材料 .............................................................................................. 43 3.3 實驗儀器 .............................................................................................. 44 3.4 分析方法與參數設定.......................................................................... 45 3.4.1 土壤王水總量及連續分段萃取分析 ...................................... 45 3.4.2 植體重金屬分析 ...................................................................... 45 3.4.3 土壤重金屬配製 ...................................................................... 46 3.4.4 事業廢棄物毒性特性溶出程序(TCLP)................................. 46 3.4.5 土壤酸鹼值測定 ...................................................................... 47 3.4.6 土壤有機質測定 ...................................................................... 47 3.4.7 等溫吸附方程式 ...................................................................... 47 3.4.7.1 Freundlich等溫吸附方程式......................................... 48 3.4.7.2 Langmuir 等溫吸附方程式 ........................................ 48 3.5 實驗架構 .............................................................................................. 50 3.5.1 模槽實驗 .................................................................................. 50 3.5.2 盆栽實驗 .................................................................................. 50 3.5.2.1 土壤萃取實驗............................................................... 50 3.5.2.2 盆栽實驗....................................................................... 51 3.5.2.3 土壤孔隙水測定........................................................... 51 3.5.3 吸附實驗 .................................................................................. 52. IV.

(6) 3.5.3.1 界達電位儀測定方法................................................... 52 3.5.3.2 吸附平衡時間............................................................... 52 3.5.3.3 吸附實驗....................................................................... 52 3.5.3.4 比表面積測定............................................................... 53 3.5.3.5 以電子顯微鏡 SEM-EDX 分析植體表面結構 .......... 53 3.6 分析方法之品保品管.......................................................................... 53 3.6.1 精密度 ...................................................................................... 53 3.6.2 準確度 ...................................................................................... 54 3.6.3 重金屬銅鋅離子檢量線配置 .................................................. 54 3.7 資料分析 .............................................................................................. 54 第四章實驗結果與討論.................................................................................. 55 4.1 模槽實驗 .............................................................................................. 55 4.1.1 水體重金屬去除分析 .............................................................. 55 4.1.2 土壤總重金屬及分段萃取分析 .............................................. 56 4.1.3 植體重金屬累積分析 .............................................................. 57 4.1.4 重金屬去除質量平衡機制分析 .............................................. 60 4.2 盆栽實驗 .............................................................................................. 63 4.2.1 土壤萃取實驗 .......................................................................... 63 4.2.1.1 土壤之物化性質........................................................... 63 4.2.1.2 不同螯合劑對於土壤之萃取結果 .............................. 66 4.2.2 盆栽土壤重金屬型態分析 ...................................................... 70 4.2.2.1 高低有機質土壤與重金屬銅鍵結型態分析 .............. 70. V.

(7) 4.2.2.2 高低有機質土壤與重金屬鋅鍵結型態分析 .............. 75 4.2.3 向日葵盆栽實驗 ...................................................................... 78 4.2.3.1 高有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 ...................... 78 4.2.3.2 向日葵重金屬吸收情形(高有機質)............................ 80 4.2.3.3 向日葵重金屬傳輸及累積係數分析(高有機質)........ 82 4.2.3.4 低有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 ...................... 83 4.2.3.5 向日葵重金屬吸收情形(低有機質)............................ 85 4.2.3.6 向日葵重金屬傳輸及累積係數分析(低有機質)........ 87 4.2.4 油菜盆栽實驗 .......................................................................... 89 4.2.4.1 高有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 ...................... 89 4.2.4.2 油菜重金屬吸收情形(高有機質)................................ 91 4.2.4.3 油菜重金屬傳輸及累積係數分析(高有機質)............ 93 4.2.4.4 低有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 ...................... 94 4.2.4.5 油菜重金屬吸收情形(低有機質)................................ 96 4.2.4.6 油菜重金屬傳輸及累積係數分析(低有機質)............ 98 4.2.5 香蒲及蘆葦盆栽實驗 ............................................................ 100 4.2.5.1 高有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 .................... 100 4.2.5.2 香蒲重金屬吸收情形(高有機質).............................. 102 4.2.5.3 香蒲重金屬傳輸及累積係數分析(高有機質).......... 104 4.2.5.4 低有機質土壤孔隙水重金屬濃度分析 .................... 106 4.2.5.5 香蒲重金屬吸收情形(低有機質).............................. 108 4.2.5.6 香蒲重金屬傳輸及累積係數分析(低有機質)...........110. VI.

(8) 4.2.6 蘆葦盆栽實驗 .........................................................................112 4.2.6.1 蘆葦重金屬吸收情形(高有機質)...............................112 4.2.6.2 蘆葦重金屬傳輸及累積係數分析(高有機質)...........114 4.2.6.3 蘆葦重金屬吸收情形(低有機質)...............................116 4.2.6.4 蘆葦重金屬傳輸及累積係數分析(低有機質)...........118 4.2.7 盆栽植體生長狀況情形........................................................ 120 4.2.8 盆栽實驗植體每日重金屬去除量........................................ 122 4.3 植體吸附實驗 .................................................................................... 124 4.3.1 植體界達電位儀測定 ............................................................ 124 4.3.2 吸附平衡時間 ........................................................................ 126 4.3.3 植體吸附重金屬 .................................................................... 128 4.3.4 不同初始重金屬濃度植體吸附去除率 ................................ 132 4.3.5 建立四種植體等溫吸附方程式 ............................................ 135 4.3.6 植體比表面積分析 ................................................................ 137 4.3.7 以電子顯微鏡SEM-EDX分析表面結構.............................. 138 第五章結論與建議........................................................................................ 141 5.1 結論 .................................................................................................... 141 5.2 建議 .................................................................................................... 143 參考文獻 .......................................................................................................... 145 附錄 .................................................................................................................. 154. VII.

(9) 表目錄表 2.1 台灣地區受重金屬污染控制場址分布表............................................ 6 表 2.2 植生復育技術之優缺點...................................................................... 12 表 2.3 植體生物濃縮係數(BCF)及植物傳輸係數(TF)彙整表 ................... 26 表 2.4 添加螯合劑之植體BCF及TF彙整表 ................................................ 34 表 2.5 序列萃取之步驟及萃取種類.............................................................. 39 表 2.6 常見各種序列萃取方法比較.............................................................. 40 表 4.1 土壤重金屬鍵結型態.......................................................................... 56 表 4.2 各植體TF及BCF値............................................................................. 60 表 4.3 土壤基本性質...................................................................................... 64 表 4.4 不同螯合劑濃度之重金屬銅鋅萃取率.............................................. 69 表 4.5 5mmol/L 控制組與螯合劑萃取率做統計分析 ................................ 70 表 4.6 高低有機質土壤銅鍵結型態ANOVA分析 ....................................... 74 表 4.7 添加螯合劑之銅各鍵結型態與控制組做統計分析 ......................... 74 表 4.8 高低有機質土壤鋅鍵結型態ANOVA分析 ....................................... 77 表 4.9 添加螯合劑之鋅各鍵結型態與控制組做統計分析 ......................... 77 表 4.10 向日葵對重金屬累積量做統計分析 (高有機質)............................. 82 表 4.11 向日葵TF、BCF値及統計分析(高有機質) ...................................... 83 表 4.12 向日葵對重金屬累積量做統計分析 (低有機質)............................. 87 表 4.13 向日葵TF、BCF値及統計分析 (低有機質).................................... 88 表 4.14 油菜對重金屬累積量做統計分析 (高有機質)................................. 93 表 4.15 油菜TF、BCF値及統計分析 (高有機質)........................................ 94. VIII.

(10) 表 4.16 油菜對重金屬累積量做統計分析 (低有機質)................................. 98 表 4.17 油菜TF、BCF値及統計分析 (低有機質)........................................ 99 表 4.18 香蒲對重金屬累積量做統計分析 (高有機質)............................... 104 表 4.19 香蒲TF、BCF値及統計分析 (高有機質)...................................... 105 表 4.20 香蒲對重金屬累積量做統計分析 (低有機質)................................110 表 4.21 香蒲TF、BCF值及統計分析 (低有機質).......................................111 表 4.22 蘆葦對重金屬累積量做統計分析 (高有機質)................................114 表 4.23 蘆葦TF、BCF値及統計分析 (高有機質).......................................115 表 4.24 蘆葦對重金屬累積量做統計分析 (低有機質)................................118 表 4.25 蘆葦TF、BCF値及統計分析 (低有機質).......................................119 表 4.26 植體生長情形及統計分析................................................................ 121 表 4.27 植體每日重金屬去除量.................................................................... 123 表 4.28 Langmuir 及 Freundlich吸附參數之比較(銅).............................. 136 表 4.29 Langmuir 及 Freundlich吸附參數之比較(鋅).............................. 136 表 4.30香蒲、蘆葦、向日葵及油菜植體之比表面積 ................................. 137. IX.

(11) 圖目錄圖 2.1 植物吸收重金屬之示意圖...................................................................11 圖 2.2 EDTA結構式 ....................................................................................... 17 圖 2.3 DTPA結構式 ....................................................................................... 19 圖 2.4 EDDS結構式 ....................................................................................... 20 圖 2.5 檸檬酸結構式...................................................................................... 22 圖 3.1 研究架構圖.......................................................................................... 42 圖 4.1 香蒲重金屬銅鋅含量圖...................................................................... 59 圖 4.2 蘆葦重金屬銅鋅含量圖...................................................................... 59 圖 4.3 控制組銅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.4 控制組鋅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.5 香蒲組銅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.6 香蒲組鋅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.7 蘆葦組銅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.8 蘆葦組鋅質量平衡圖.......................................................................... 62 圖 4.9 美國土壤質地三角形圖...................................................................... 64 圖 4.10 低有機質土壤粒徑-土壤百分比圖 .................................................... 65 圖 4.11 高有機質土壤粒徑-土壤百分比圖 .................................................... 65 圖 4.12 不同濃度之螯合劑對銅萃取量之比較.............................................. 67 圖 4.13 不同濃度之螯合劑對鋅萃取量之比較.............................................. 67 圖 4.14 高低有機質土壤重金屬銅鍵結型態之圖形...................................... 73 圖 4.15 高低有機質土壤重金屬鋅鍵結型態之圖形...................................... 76. X.

(12) 圖 4.16 向日葵每日土壤孔隙水重金屬含量變化 (高有機質)..................... 79 圖 4.17 高有機質盆栽向日葵重金屬銅鋅累積量.......................................... 81 圖 4.18 向日葵土壤孔隙水每日重金屬含量變化 (低有機質)..................... 84 圖 4.19 低有機質盆栽向日葵重金屬銅鋅累積量.......................................... 86 圖 4.20 油菜每日土壤孔隙水重金屬濃度變化情形 (高有機質)................. 90 圖 4.21 高有機質盆栽油菜各部位重金屬累積量.......................................... 92 圖 4.22 油菜每日土壤孔隙水重金屬濃度變化情形 (低有機質)................. 95 圖 4.23 低有機質盆栽油菜各部位重金屬累積量.......................................... 97 圖 4.24 香蒲及蘆葦每日土壤孔隙水重金屬濃度變化情形 (高有機質)... 101 圖 4.25 高有機質盆栽香蒲各部位重金屬累積量........................................ 103 圖 4.26 香蒲及蘆葦每日土壤孔隙水重金屬濃度變化情形 (低有機質)... 107 圖 4.27 低有機質盆栽香蒲各部位重金屬累積量........................................ 109 圖 4.28 高有機質盆栽蘆葦各部位重金屬累積量.........................................113 圖 4.29 低有機質盆栽蘆葦各部位重金屬累積量.........................................117 圖 4.30 不同 pH下不同植體之Zeta-potential ............................................ 125 圖 4.31 不同時間下植體於重金屬銅溶液之去除率..................................... 127 圖 4.32 不同時間下植體於重金屬鋅溶液之去除率.................................... 127 圖 4.33 香蒲及蘆葦對於重金屬銅鋅之吸附圖形........................................ 130 圖 4.34 向日葵及油菜之重金屬銅鋅之吸附圖形........................................ 131 圖 4.35 蘆葦、香蒲、向日葵及油菜之水體去除率.................................... 134 圖 4.36 向日葵吸附重金屬前/後之表面情形及EDX分析.......................... 139 圖 4.37 油菜吸附重金屬前/後之表面情形及EDX分析 .............................. 139. XI.

(13) 圖 4.38 香蒲吸附重金屬前/後之表面情形及EDX分析 .............................. 140 圖 4.39 蘆葦吸附重金屬前/後之表面情形及EDX分析 .............................. 140 圖 A.1 銅檢量線 ............................................................................................. 160 圖 A.2 鋅檢量線 ............................................................................................. 160 圖 A.3 高有機質盆栽向日葵第一天生長狀況............................................. 161 圖 A.4 高有機質盆栽向日葵第十二天生長狀況......................................... 161 圖 A.5 低有機質盆栽向日葵第一天生長狀況............................................. 161 圖 A.6 低有機質盆栽向日葵第八天生長狀況............................................. 161 圖 A.7 高有機質盆栽油菜第一天生長狀況................................................. 162 圖 A.8 高有機質盆栽油菜第七天生長狀況................................................. 162 圖 A.9 低有機質盆栽油菜第一天生長狀況................................................. 162 圖 A.10 低有機質盆栽油菜第七天生長狀況............................................... 162 圖 A.11 高有機質盆栽蘆葦及香蒲第一天生長狀況................................... 163 圖 A.12 高有機質盆栽蘆葦及香蒲第三十天生長狀況............................... 163 圖 A.13 低有機質盆栽蘆葦及香蒲第一天生長狀況................................... 163 圖 A.14 低有機質盆栽蘆葦及香蒲第十八天生長狀況............................... 163. XII.

(14) 探討植物去除重金屬能力暨添加螯合劑提升植物萃取之效益指導教授：葉琮裕博士國立高雄大學土木與環境工程學系學生：潘京澤國立高雄大學土木與環境工程學系摘要研究主要分為三部分，分(1)溼地實驗，(2)盆栽實驗，(3)吸附實驗。在溼地實驗瞭解水體重金屬於溼地系統中主要以吸附土壤為主要去除機制，銅鋅於控制組內去除率為 79.7 及 82.8%，於香蒲組去除率則為 82.8 及 91.8%，於蘆葦組去除率則為 82.8 及 91.5%。三溼地系統之土壤以分段萃取分析結果顯示，土壤與重金屬銅鋅主要以有機鍵結、碳酸鹽鍵結及硫化物鍵結存在。香蒲吸收重金屬銅鋅累積量分別為 36.4、97.7 mg/kg，蘆葦銅鋅累積量則為 28.4、84.8 mg/kg，植體吸收重金屬主要以根部為主要累積處。在香蒲蘆葦系統 BCF 均大於 1，表示植體根部可吸收較土壤更多的重金屬，而 TF 值均小於 1 其表示植體根部累積較莖葉更多的重金屬。而盆栽實驗中螯合劑萃取重金屬銅鋅結果以 DTPA 效果最佳，其次為 EDTA、 EDDS，檸檬酸則係最差。土壤由有機質含量區分為高有機質土壤及低有機質土壤，其中低有機質土壤弱鍵結比例較高有機質土壤多。而添加螯合劑改變土壤與重金屬銅鋅鍵結型態以 DTPA 提升弱鍵結比例最佳，其次依序為 EDTA、EDDS 及檸檬酸。盆栽實驗中以向日葵吸收重金屬效益最佳，其次為油菜，而香蒲及蘆葦則係最差。添加螯合劑可改善植體根部重金屬吸收，以添加 DTPA 效果最佳，其次依序為 EDTA、 EDDS，添加檸檬酸則僅有些許之提升。而螯合劑添加對於植體重金屬傳輸亦有提升，其中以添加 EDDS 對於植物重金屬傳輸效益最為顯著，其原因為 EDDS 與重金屬之錯合物可穿透植體根部卡氏帶，故能提高植體對於重金屬之傳輸。吸附實驗中四種植體向日葵、油菜、蘆葦及香蒲表面皆帶負電，故對於重金屬吸附具有可行性。而植體吸附以 Langmuir 為最佳等溫吸附方程式，植體對於銅吸附量以油菜為最，其次分別為向日葵、蘆葦及香蒲，銅吸附量分別為 1731、1451、179 及 160 mg/kg;植體對於重金屬鋅亦以油菜吸附量最高，其次為向日葵、蘆葦及香蒲，吸附量則分別為 884、703、144 及 117 mg/kg。本研究結果顯示添加螯合劑對於植物萃取具提昇之效益，且收割回收後之植體可作為生物吸附劑之材料。關鍵字：人工溼地、植生復育、重金屬銅鋅、生物吸附劑、螯合劑(DTPA、EDTA、 EDDS 及檸檬酸)、植物(向日葵、油菜、蘆葦及香蒲). i.

(15) A Study of Heavy Metal Removal Efficiency via Macrophytes and Chelants Induced Phytoextraction Advisor: Tzung-Yuh Yeh Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung. Student: Ching-Tse Pan Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung. ABSTRACT. This study included metal redaction investigation within wetland stsyems, phetoextration to remove soil metal contamination via pot tests, and recovered macrophytes metal adsorption experiments. Three pilot-scale consrructed wetlands were employed to investigate heavy metal removal receiving river water contaminated by confined swine operations. Significant total recoverable copper and zinc reduction were 80 and 91% for control, 83 and 92% for cattail, and 83 and 92% for reed wetland systems. Based on sequential extraction results, copper and zinc in wetland sediments of wetland systems were mainly organically, carbonate bound, and sulfide bound. For two vegetation systems, both Cu and Zn concentrations in above and belowground biomass were in the order of root>stem>leave. In vegetated systems, metals were accumulated in roots greater than the concentration in adjacent sediments with BCF of ≧ 1. Metals in leaves and stems were lower than half that of roots. Phytoremediation is a green remediation technology for cleann-up contaminated soils. The effect of chelant addition including EDTA, DTPA, EDDS, and citric acid on phtoextraction of metals into macrophytes was investigated in this pot test. The extraction efficiency results was observed as the following ranking, DTPA > EDTA > EDDS > citric for Cu and Zn. The higher extraction capability can be predicted by stability constant of Cu-chelant complexes (logK(Cu-DTPA2-) = 21.2; (logK(Cu-EDTA2-) = 20.5; (logK(Cu-EDDS2-) = 18.4; (logK(Cu-citric acid2-) = 7.6). While the stability constant of Zn-chelant complexes were (logK(Zn-DTPA2-) = 18.3; (logK(Zn-EDTA2-) = 16.5; (logK(Zn-EDDS2-) = 13.5; (logK(Zn-citric acid2-) = 6.06). DTPA, EDTA, EDDS and citric. ii.

(16) acid enhanced Cu and Zn uptake efficiency. EDDS was the most effective chelants compared to other chelants in stimulating the translocation of metals from roots to shoots. The primary mechanism was induced by metal chelant complexes entering the root through breaking in the endodermis of the root and the Casparian strip, therefor metal chelant can be rapidly transported to the above ground parts of macrophytes. The adsorption mechanism of metal removal by four commonly used phytoremediation macrophytes biomass including sunflower, Chinese cabbage, cattail, and reed was investigated. The metal adsorption data were fitted with the Langmuir and Freundlich isotherms and presented the Langmuir is the best fitted model for all biomass tested. The maximum sorption capacity Qmas of Cu was 1482, 2000, 200, and 238 mg/kg while the Qmas of Zn was 769, 1111, 133, and 161 mg/kg for biomass sunflower, Chinese cabbage, cattail, and reed, respectively, predicated by the Langmuir model. The biomass of sunflower, Chinese cabbage, cattail, and reed all possess the potential to be employed as biosorbents to remove Cu and Zn from aqueous solutions. Keywords: Constructed wetland, phytoremediation, heavy metal, biosorbent, chelant (DTPA, EDTA, EDDS, and citric acid), macrophyte (sunflower, Chinese cabbage, cattail, and reed). iii.

(17) 第一章前言 1.1 研究緣起重金屬污染與有機污染不同，其於環境中不易分解，又常藉於食物鏈累積造成生態衝擊。台灣畜牧業為了增進飼養效率及防止疾病等，於猪隻飼料配方中通常添加重金屬銅、鋅，而不當排放畜牧廢水即導致水體重金屬污染，環保署近來土壤監測資料顯示，台灣中南部農田受重金屬銅鋅污染嚴重，其主要因為上游畜牧廢水不當處理排放所造成。國內近來運用人工濕地提昇水體水質逐漸普遍，截至 97 年止，台灣已有 63 座人工溼地等自然淨化系統操作運轉，預期處理改善水量為 338,000 CMD，人工濕地除對於水中有機物、營養鹽等污染物具顯著降解趨勢外，對受重金屬污染廢水亦具有明顯去除成效(Kadlec and Knight, 1996)。. 根據台灣環保署 97 年最新之統計，全台尚有 626 筆控制場址遭受到重金屬不同程度之污染，其中有 545 筆為農地污染。植物對於重金屬之需求不一，有些重金屬為植物所需如銅鋅等，然過多重金屬將引起植物毒害。近年來植生復育技術於土壤及地下水污染整治逐漸受重視，它屬生態工法可達資源永續利用且較一般傳統化學物理整治技術更能讓民眾接受。此外，植生復育法可同時去除有機污染及重金屬污染，亦不易改變土壤之質地並且具有增加景觀美化之功能。植生復育整治受污染之土壤，其植種應具備增生迅速及對重金屬吸收良好具有耐污性，且植體對於重金屬傳輸性佳。蘆葦及香蒲則為溼地系統常見之植種，且對於重金屬去除具一定效率，其增生快速具高生物體質量為良好植生復育運用植. 1.

(18) 種，另，經濟作物油菜及向日葵，文獻顯示二者對於重金屬去除效率高 (Marchiol et al., 2004；Fellet et al., 2007)，且其亦於回收作為生質能源。. 本研究將分三部分包括(1)藉由人工溼地模槽系統瞭解香蒲及蘆葦對於重金屬銅鋅累積之情形；(2)探討向日葵、油菜、香蒲及蘆葦於受重金屬污染土壤環境下，植體對於銅鋅之吸收狀況，並添加螯合劑 DTPA、 EDTA、EDDS 及檸檬酸改變土壤與重金屬鍵結情形，以提升植物吸收重金屬之效益；(3)瞭解植體收割回收作為生物吸附劑成效進行相關吸附實驗。. 1.2 研究目的本研究之主要目的為： 1. 溼地模槽系統，瞭解溼地常見挺水性植物香蒲及蘆葦對於重金屬累積效益及去除之情形，並探討蘆葦及香蒲對於重金屬之 BCF 及 TF 値，以瞭解植體於人工溼地系統中對重金屬之累積能力及傳輸能力。 2. 植體盆栽實驗，以四種植物由溼地挺水性植物(蘆葦、香蒲)、向日葵及十字花科植物油菜，進行植生復育整治受重金屬污染之土壤，針對畜牧廢水中常見重金屬銅、鋅進行研究，並添加螯合劑 DTPA、EDTA、EDDS 及檸檬酸改變土壤重金屬鍵結型態，以提升植物對重金屬吸收之效益，並探討添加螯合劑對植體重金屬傳 2.

(19) 輸及累積能力是否具效益。 3. 植體吸附實驗，將四種植體蘆葦、香蒲、向日葵及油菜置入含重金屬之溶液中，探討植體吸附重金屬是符合 Langmuir 等溫吸附或 Freundlich 等溫吸附，並求得其參數，最後建立蘆葦、香蒲、向日葵及油菜四種植體之等溫吸附模式。. 3.

(20) 第二章文獻回顧 2.1 水體及土壤重金屬污染台灣由傳統農業社會轉型為工業社會，伴隨著各種環境污染之產生，在不當處理處置廢水、廢棄物及空氣污染等狀況，土壤及地下水常成為最終污染之承受者。台灣水體重金屬污染以南部較北部嚴重，北部以福興溪、新豐溪及老街溪污染嚴重，而南部以二仁溪、阿公店溪及鹽水溪污染嚴重。且河川對於重金屬鎘、鉛、六價鉻、銅、鋅、汞、砷及硒等重金屬，以重金屬銅鋅污染情況嚴重 (95 年環境河川水質監測年報 )。水體污染主要來源可分為工業廢水及畜牧廢水，工業廢水主要有電鍍工廠廢水、半導體業廢水及印刷電路板蝕刻廢水等。. 台灣對於水體重金屬銅鋅管制標準分別有放流水標準為 3.0 及 5.0 mg/L；而地下水污染管制標準分為兩類，第一類濃度分別為 1.0 及 5.0 mg/L，第二類濃度則為 10.0 及 50.0 mg/L；飲用水標準為 1.0 及 5.0 mg/L，地面水體分類水質標準為 0.03 及 0.5 mg/L。. 根據環保署土壤調查及污染發生之個案，由資料顯示土壤污染主要媒介係經由水污染導致土壤污染之情形最為普遍，此為液相傳遞約占 80%；其餘部分為廢棄物不當處置導致而造成土壤重金屬來源之主要途徑，可分為(1)土壤母質當風化後生成之土壤內含重金屬量亦偏高，如鐵錳等。(2)畜牧廢水內含重金屬銅、鋅，由於為了增加飼養效率、促進成長及防止疾病產生，故於飼料中添加銅鋅，但對於這些畜牧廢水未經處. 4.

(21) 理排放會導致河川重金屬銅、鋅濃度過高，而造成引此水灌溉之農地重金屬污染。(3)金屬礦場排出及滲出之廢水。(4)工廠不當排放廢污水導致河川重金屬含量升高，而農地引用此水灌溉會造成農地污染，在台灣地區由於工業廢水及農業灌溉用水渠道並未分開即灌排未分離。. 台灣地區近年來土壤污染狀況嚴重，最新行政院環保署統計全台灣有 626 個場址為公告控制場址，其中有 545 個場址為農地、加油站 30 個場址、儲槽 4 個場址、工廠 31 個場址、非法棄置場址 2 個及其他 14 個場址。由統計結果控制場址中農地污染場址為最大宗，且以重金屬為主要污染物。其中以受重金屬銅污染場址最多，有 209 處場址；受重金屬鎘污染場址次之，有 134 處場址；其次為受重金屬鋅、鎘及鉻分別有 69、 58 及 54 處場址，但以受重金屬鉛及砷之場址最少，僅只有 19 及 2 處場址受到污染。. 5.

(22) 表 2.1、台灣地區受重金屬污染控制場址分布表縣市. 場址個數主要重金屬種類. 台北市. 18. 鎘 15、銅 3. 基隆市. 5. 鉛5. 桃園縣. 292. 銅 141、鎘 116、鋅 26、鉻 6、鉛 2、鎳 1. 新竹市. 21. 鉻 11、銅 7、鎘 2、鎳 1. 台中縣. 7. 鉛 3、鎳 2、銅 1、鋅 1. 彰化縣. 184. 南投市. 4. 鉛4. 南投縣. 5. 鉛5. 台南縣. 2. 鋅 1、鉻 1. 高雄縣. 7. 鋅 6、銅 1. 合計. 545. 銅 56、鎳 50、鉻 40、鋅 35、砷 2、鎘 1. 銅 209、鎘 134、鋅 69、鉻 58、鎳 54、鉛 19、砷 2. (資料來源 97 年 5 月行政院環保署，本研究自行彙統). 6.

(23) 國內面對受重金屬污染之場址時，大多都採取以下這些方式，如排土客土法、土壤翻轉稀釋法、土壤酸洗法等來去除重金屬。排土客土法，此方法是在受污染場址上，將污染之土壤挖出，經裝袋後送往最終處置場，此方法在英國與丹麥一直都被廣為使用，但對重金屬濃度過高之土壤，則須先經安定化、固化後，再送掩埋場。缺點係以經濟因素之考慮甚難全面施行，而且油價之上升，對運費造成可觀影響。. 土壤翻轉稀釋法係將上層污染土壤，在原地挖起後堆置與曝曬，再與下層乾淨土壤混合稀釋，混合次數需要多次，最後在將混合後之土壤回填與壓實，這對土壤性質改變較小。但缺點係在土壤翻轉作業過程中，容易造成塵土飛揚，空氣中懸浮微粒含量過高，導致污染物有直接吸入之危害。另一方面就是深層翻土會將造成表土肥力之下降。. 土壤酸洗法係經由添加之洗劑，將土壤中重金屬萃取出來，常用之萃取劑可以係酸、螯合劑或其他能將重金屬自土壤溶解出來之物質。雖然螯合劑能有極佳清洗效果，但是其藥劑費用遠高於酸，因此商業上多以酸作為添加劑，特別係價格便宜之鹽酸。缺點是使用過之廢液含重金屬，需要再經過處理後才能回收使用或排放。以上整治方式雖然於短時間達到土壤污染整治目標，惟酸洗對於土壤質地，排土增加掩埋場負荷，浪費土地資源常為環保團體及學者詬病。. 7.

(24) 2.2 水體自然淨化工法人工溼地整治技術人工濕地自然淨化工法於水資源逐漸匱乏之現代，成為各界關注之重要議題。人工溼地自然淨化系統係利用水、土壤、植物及微生物等交互作用，進行廢污水處理。目前國內多處運用人工濕地自然淨化系統以處理較偏遠鄉村地區等地之廢污水。此外，人工濕地自然淨化系統尤適合做為二級放流水之水質再淨化系統。相較於傳統廢水處理廠，人工濕地自然淨化系統具有以下幾個優點，其一，環境永續性及生態多樣性，兼具生態棲地之提供及水質淨化功能。其二，其設置及維護成本較低，對於人口較疏鬆之鄉村地區，人工濕地自然淨化系統之簡單易操作、無需過多後續維護等優點，應為可行水質提昇方案。. 人工溼地對於水中重金屬之去除，主要藉由土壤表面吸附與共沉作用等機制去除，即重金屬於溼地系統中主要累積於沉澱底泥中。一般而言，溼地底層大致屬厭氧狀態，硫酸鹽易還原成硫化物，硫化物與大多重金屬如銅鋅等溶解度低，形成金屬硫化物沉澱後不易再釋出。而植體對於重金屬主要以吸收及吸附為主要機制，且對於重金屬以根部累積量最大。. Mungur et al. (1997) 研究顯示溼地系統對重金屬銅、鋅及鉛等具有 90%以上之去除率。沉澱物若含有高量有機物質則可吸附重金屬，減低重金屬再釋出於環境，若有機物質分解可能導致重金屬返回水體造成污染，植物吸收重金屬之結果，挺水性植物蘆葦及香蒲對於重金屬之累積，. 8.

(25) 以根部為主要去處，其次為莖葉。大陸學者 Yan et al. (2006) 經由 16 年持續監測人工濕地系統對於礦場含重金屬廢水去除效果顯示，重金屬鎘、鉛、鋅之去除效應十分顯著，平均去除率分別高達 94%、99.04%及 97.3%。賴和黃(2005) 研究香蒲對於水中重金屬鉛、鎘及砷去除之效應，結果顯示香蒲對於此三種重金屬均具有一定之吸收效果，總攝取量以鎘最高，鉛次之而砷最少，重金屬含量分別為 120、110 及 50 mg/kg，且重金屬亦主要係累積於根部。葉等(2006) 研究人工溼地系統對於水中重金屬銅鋅去除效益，結果顯示溼地系統對於水中銅鋅之去除率分別為 78% 及 80%，且重金屬主要以沉澱作用累積於土壤中，植體吸收對重金屬仍有其貢獻。. 9.

(26) 2.3 植生復育整治技術 2.3.1 植物吸收重金屬之機制植物可經由吸收累積之過程來移除土壤中之重金屬，利用植物處理受金屬污染土壤之復育工作稱為植生復育，phytoremediation。植生復育法之主要機制包括有：（一）植物萃取法(phytoextraction)；(二)植物穩定法(phytostabilization)；(三)根部濾除法(rizofiltration)。植物萃取法係由植物根部吸收土壤中污染物(重金屬及有機物)，將及傳輸至植體各部位累積，經過一段時間吸收後，將植體移除處理，一般以焚化或掩埋為主要之處理措施，期間需評估植物生長速率及收割時間，避免植體死亡，造成重金屬再釋出於環境之。植物安定化係透過植物根部組織作用，將有機物及重金屬濃縮、重金屬吸附於根部等。以減少污染物之生物有效性 (bioavailability)及傳輸性，讓污染物可進一步在環境中分解或於空中揮發。根部濾除法係使用植體根部吸收、濃縮廢水中之重金屬。根部過濾效果最為明顯係禾本科植物，其根部具有快速生長及擁有較大之表面積。一般而言，為提昇植生復育之效率應選擇具高重金屬吸收率、高累積於易收割部位，且能生長迅速並具有高生物量之植體種類（賴, 2004； Garbisu and Alkorta, 2001）。植生復育對於污染物降解需花較長時間改善，及對植栽定期收割暨後續處理處置需求等，不及一般工程整治技術快速有效率，然而植生復育法較傳統物化處理整治技術經濟且屬於生態工法可達到資源永續利用。. 10.

(27) 圖2.1、植物吸收重金屬之示意圖. 11.

(28) 2.3.2 植生復育之優缺點植生復育主要優點為：（一）只需處理收成後之植體而非土壤本身，而且無需將土壤整個挖除。（二）可以就地處理污染物質，在人口稠密之地區也不會有因搬運造成暴露之危險。（三）在處理過後比較不會破壞土壤原有性質與生態。（四）它除了可以去除重金屬之外，也可以用來清除有機物像是農藥、原油、多環芳香烴碳氫化合物及掩埋之滲出物質等。（五）植生復育法使用費用較便宜，亦可在污染場址上造景，這都是大部分民眾可以接受。（六）植生復育法可同時適用於受有機及無機污染之土壤，且較不易破壞土壤結構與質地。. 表 2.2、植生復育技術之優缺點優點. 缺點. 花費低廉. 整治時間長. 土壤穩定化. 深層土壤無法處理. 可在原地實施. 只能處理中低濃度. 生態棲地的提供. 氣候影響植物生長及整治成效. 水質淨化的功能. 12.

(29) 2.3.3 植生復育之植種選擇目前國內研究之去污植物，最常見為蘆葦、香蒲、布袋蓮、水芙蓉等。其中蘆葦及香蒲為人工濕地常用除污植種，其植物具有增生迅速且對重金屬吸收良好及具有耐污性，故以蘆葦及香蒲種植於受重金屬污染之土壤中，應具有不錯之效益。. 而台灣缺乏自主能源，高達九成以上仰賴國外進口，當油源日漸枯竭，國際上爭搶能源的情況將更為激烈，迫使油價高漲，台灣有必要自行研發新技術，生產生質能源，不僅有助於提高自產能源的比例，亦能活化大面積休耕之農地，為台灣農村創造就業機會，開創台灣新能源產業經濟。故若能由可提煉生質能源之植種向日葵、油菜、大豆及甘藷等中，找尋具有高累積重金屬之植種，對於受重金屬污染之場址及生質能源之提供具有雙重效益。故挑選油菜及向日葵作為吸收重金屬之植種。故植體選擇以常見去污植物蘆葦、香蒲為主及具有提煉生質能源之植種向日葵及油菜，進行植生復育之實驗。. 13.

(30) 2.3.3.1 向日葵向日葵為菊科一年生草本植物，俗稱葵花、太陽花，其學名為 Helianthus annuus，俗名為 sunflower，向日葵植株高度約為 0.5~5.0 公尺，少數甚可高達 12 公尺以上，於 2000 年世界栽培面積已超越 2200 百萬公頃，並與大豆、落花生及油菜同列為世界四大食用油料作物。而向日葵具有生長快速特性及吸收重金屬之能力，對受污染之土壤可由大量種植向日葵吸收重金屬進行復育 (謝, 2002)。國外學者 Meers et al. (2005) 經實驗結果發現，添加易生物分解之螯合劑 EDDS ([S,S]-ethylene diaminedisuccinic acid)對於向日葵莖葉之重金屬鋅、銅及鎳累積具提升之效果，且對於重金屬銅鎳更有大幅提升之趨勢；添加不易生物分解之螯合劑 EDTA 對於重金屬鋅鎳之吸收有增加之效果，而添加 NTA 對於鎳則有不錯之提升。. 2.3.3.2 油菜油菜為十字花科之草本植物，學名為 Brassica campestris，俗名為 Chinese cabbage，一般可分為大油菜與小油菜兩種。其中以大油菜之種子含油量高，為主要推廣品種。由行政院科學國家委員會，發現其他具有重金屬高累積植物，在熱帶地區之重金屬高累積植物以大戟科為主，而溫帶地區則係以十字花科為高累積重金屬植物，許多十字花科的植物可聚積超過 1%的鎳，有些則可累積超過 1%的重金屬鉛及 3%的重金屬鋅。. 14.

(31) 經國內林等(2005) 由盆栽實驗結果發現若依據生質量及重金屬之吸收量選擇重金屬累積植物，以油菜、紅莧、野莧、白莧之效益最高。油菜種植於土壤重金屬銅鋅濃度為 314 及 271 mg/kg，油菜銅鋅累積量分別為 30.1 及 79.2 mg/kg。. 2.3.3.3 香蒲香蒲為香蒲科多年生草本、挺水性水生植物，學名為 Typha latifolia，俗名為 cattail，又可稱為水蠟燭，其名稱由來則係因為會有圓柱形穗狀花序。地下莖匍匐泥中；地上莖圓柱直立；葉身細長深綠，自葉基部成鞘狀。香蒲為溼地常見之植種且國內學者常探討之。賴等(2005) 研究香蒲對於重金屬鉛、鎘及砷之吸收及吸附能力，結果顯示香蒲對於此三種重金屬均具有一定之吸收效果，總攝取量以鎘最高，鉛次之而砷最少，重金屬累積量分別為 120、110 及 50 mg/kg，且重金屬亦主要係累積於根部。以電子顯微鏡觀察其構造，結果顯示香蒲之輸導組織均具有大表面積，可能係香蒲對於重金屬具良好吸收效果之原因。而葉等(2006) 探討香蒲種植於重金屬銅鋅含量為 16.57±1.43 mg/kg 及 96.04±9.97 mg/kg 土壤中，其植體重金屬累積量為 33.19±25.06 mg/kg 及 92.22±58.33 mg/kg。影響植物吸收重金屬之效益，應與土壤之重金屬銅鋅鍵結有關，若土壤弱鍵解比例較高則有利於植物之吸收。. 15.

(32) 2.3.3.4 蘆葦蘆葦為禾本科多年生草木，高約 1~3 公尺，生長於灌溉溝渠旁、河堤沼澤等地，學名為 Phragmites communis，俗名為 reed。蘆葦之植株高大，地下根莖發達，葉片 2 公分寬，葉舌 1 公厘長，蘆葦花朵為圓錐花序，雌雄同株，花序長約 15~25 公分，小穗長 1.4 公分，為白綠色或褐色，每一小穗由 3 朵小花組成，花序最下方之小穗為雄，其餘均雌雄同花。. 蘆葦對於都市廢水之重金屬具去除之功效，Vymazal et al. (2007) 於溼地系統利用蘆葦作為植栽去除水體重金屬。植體重金屬累積量各部位濃度趨勢依序為根>地下莖>葉>莖。人工濕地蘆葦根、根莖、莖及葉重金屬鋅累積量依序為 76、21、38 及 22.1 mg/kg，這與自然溼地淨化系統之蘆葦累積趨勢相似，重金屬鋅累積量分別為 61.3、22.7、11.6 及 20.3 mg/kg。但在重金屬銅累積方面就有明顯之提升，在人工濕地中蘆葦，根、根莖、莖及葉重金屬累積量依序為 30.8、33、4.9 及 19.1 mg/kg，而自然溼地蘆葦銅累積量則為 28、4.6、10.1 及 7.3 mg/kg，相比之下人工濕地蘆葦對生活污水重金屬銅吸收量是有明顯增加。Southichak et al. (2006) 植體中之木質素及纖維素具有高吸收水體金屬離子之能力，而蘆葦是由高木質素及纖維素組成，故蘆葦對於水體重金屬具有良好之吸附能力。. 16.

(33) 2.4 提升植生復育之螯合劑介紹及運用實例以植生復育整治受重金屬污染之土壤，植物應挑選具備超量吸收重金屬能力、快速之生長率及生物質量大。而土壤底泥之性質與重金屬之鍵結型態，即重金屬之生物有效性，亦影響植生復育之效益。故可添加螯合劑以改變土壤之鍵結型態，增其植物對重金屬累積量。. 而常用之土壤萃取劑為 EDTA (ethylenediamineteteraacetic acid)、 DTPA (diethylene triamine pentaaceticacid)、NTA (nitrilotriacetic acid)、 EDDS、檸檬酸、葡萄酸、草酸、醋酸及磷酸等。其中以 EDTA、DTPA 及檸檬酸較為常用，而 NTA 乃因研究指出為一種致癌物質而不被推薦使用 (Peter, 1999)。. 2.4.1 乙二胺四乙酸(EDTA) EDTA. 分. 子. 量. 292.24. 為. ，. 化. 學. 式. 為. (HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2，結構式則如下圖 2.2 所示，價錢大約在每公斤為 2100 元。. 圖 2.2、EDTA 結構式 EDTA 為一種有機螯合劑，無色晶體，比重 1.665，在 240℃下分解， 17.

(34) 稍溶於水與鹼金屬氫氧化物中和形成水溶性鹽類，毒性低 (張, 2005)。國外學者 Pastor and Aparicio (2007) 之實驗結果發現，利用 EDTA 及 DTPA 兩種螯合劑對於廢銅礦場植物 Agrostis castellana 及 Corrigiola telephiifolia 吸收重金屬具提升之效益，於植體 A. castellana 分別添加水、 EDTA 及 DTPA 進行植體吸收重金屬比較，植體銅累積量為 27、1494 及 622 ppm，鋅則為 68、94、75 ppm，對於植體 C. telephiifolia 則重金屬銅累積量分別為 41、3420 及 493 ppm，鋅為 61、71、60 ppm，使用 EDTA 對於植體重金屬吸收效率較添加 DTPA 之植體佳。而 Komarek et al. (2007) 利用螯合劑 EDTA 提升種植玉蜀黍及白楊樹吸收重金屬吸收之效益，高濃度組土壤重金屬鉛濃度為 1360 ppm，低濃度組濃度則為 200 ppm，由螯合劑萃取土壤重金屬以 EDTA 比 EDDS 萃取率佳，EDTA 對重金屬鉛萃取率有 60%。於高濃度組玉蜀黍對重金屬鉛吸收有好之效益，添加 EDTA 濃度分別為 0、3、6 及 9 mmol，玉蜀黍鉛累積量分別為 86.1、202、 259 及 365 mg/kg。而白楊樹較適合種植於低濃度重金屬土壤中，添加 EDTA 濃度為 0、3、6 及 9 mmol，鉛之吸收量則為 5.84、5.34、7.14 及 10.2 mg/kg。添加 EDTA 有助於白楊樹生長，其原因為 EDTA 之添加可助於白楊樹所缺乏重金屬鐵之吸收。而 Luo et al. (2006) 因實驗結果發現土壤中鈣與鉛互為競爭吸附，土壤中鈣離子濃度會影響 EDTA 對於重金屬鉛之萃取。. 18.

(35) 2.4.2 三乙四胺五乙酸(DTPA) DTPA. 分. 子. 量. 393.35. 為. ，. 化. 學. 式. 為. [(HOOCCH2)2NCH2CH2]2NCH2COOH，結構式則如圖 2.3 所示，價錢大約每公斤為 4700 元。. 圖2.3、DTPA結構式. 學者Conesa and Faz (2007) 於西班牙廢棄礦區以添加螯合劑DTPA提升植體紅鞘草Hyparrhenia hirta及Zygophyllum fabago重金屬累積量；先比較以DTPA萃取土壤重金屬之效果，結果以鉛萃取效率最高，其次為鋅，銅則最差，萃取率依序為 7%、5%及 1%，而以添加水對於土壤重金屬鉛銅鋅之萃取率則僅有 3%、1%及 1%。添加螯合劑DTPA對於植體紅鞘草根部重金屬累積量最高，銅、鉛及鋅含量分別為 6、150 及 600 mg/kg，其植物傳輸係數TF(Cshoots/Croots)依序為 0.8、0.8 及 0.3，而對於植體 Zygophyllum fabago則以地上部位芽重金屬累積量最多，分別為 13、75 及 770 mg/kg， TF則為 1.5、0.7 及 1.5。而Gupta and Sinha (2007) 以添加DTPA針對遭受皮革工廠污染之土壤進行四種植物植生復育之研析，其植物吸收重金屬之優劣為Cassia fistula > Sida acuta > Ricinus communis = 19.

(36) Calotropis procera。植體對於有毒重金屬大多以根部累積最多，而必要之微量金屬則以儲存於地上部位居多，對於重金屬之吸收順序分別為 K > Na > Fe > Cr > Mn > Zn > Cu > Pb > Ni > Cd > Co，此四種植體對於重金屬之吸收以鉻在植體傳輸上效果最佳，且地面上之累積效果最明顯。. 2.4.3 乙二胺琥珀酸(EDDS) EDDS分子量為358.19，化學式為C10H13N2Na3O8，結構式則如圖2.4 所示，價錢大約在每公斤為73260元。. 圖 2.4、EDDS 結構式添加螯合劑能提高植物吸收重金屬之效益，但螯合劑對於植物生長亦有傷害，故在挑選螯合劑應以易生物分解為主，如 EDDS 及檸檬酸。 EDDS 有 SS-、RS-及 RR-等同分異構物，僅 SS-EDDS 為生物可分解性。其重金屬錯合物包括 Cr、Fe、Pb、Cd、Na、Cu、Ni 皆可生物分解。Hg-EDDS 由於其毒性而不被微生物分解(Vandevivere et al., 2001)。EDDS 為易生物分解之螯合劑，添加於土壤中有助於灌木類植物對於重金屬吸收，國外學者 Meers et al. (2007) 探討五種柳樹對重金屬 Cd、Cr、Cu、Ni、Pb 及 Zn 進行植生復育之可行性，實驗以添加 EDDS 針對三種不同污染程度土. 20.

(37) 壤進行植生復育整治實驗。植體對於鎘及鋅有較高之吸收效果，在高濃度重金屬土壤中，添加 EDDS 與控制組相較下，植體莖部重金屬鎘之含量可提升 60%、葉部則可提升 35%。在廢礦場土壤中，莖葉則係能分別提升 97%及 45%。添加 EDDS 對於植體並不能增加植體質量，推測其原因可能為重金屬吸收過多造成生物毒害性。並非 EDDS 為易生物分解之螯合劑對植體生長就不會有毒害性，Evangelou et al. (2007) 研究菸草吸收重金屬之效益，結果顯示添加過量的 EDDS 對於菸草具有毒害性。實驗使用螯合劑濃度為 1.5 至 50 mmol/kg，而 EDDS 對於植體毒害性可由添加 3.125 mmol 之盆栽顯示。在低濃度組土壤實驗中，添加 EDDS 對於植物吸收重金屬銅具成效，且重金屬主要累積於根部。螯合劑 EDDS 及 EDTA 濃度為 1.5 mmol/kg，對於植體重金屬銅之吸收可提升 7 倍及 12 倍，但植體對重金屬鎘吸收卻無顯著提升。對於受多種重金屬污染之土壤，添加螯合劑並非能提升植物吸收重金屬，原因於添加螯合劑 EDDS 及 EDTA 對重金屬銅有良好之累積效果，對鎘卻無顯著之提升。. 由於 EDDS 是屬於易生物分解螯合劑，故若沒有固定時間添加，可能會導致植物尚未吸收前就被生物分解。Luo et al. (2005) 研究以小麥及豆子進行植生復育，對於植體吸收重金屬鉛及鎘，添加 EDDS 效果較 EDTA 差，其原因為 EDDS 具生物迅速降解之能力，EDDS 之重金屬錯合物之生物降解能力由高至低分別為鎘>鉛>鋅>銅，故鎘及鉛之重金屬錯合物，在被植體吸收前則先被生物給分解。而實驗中螯合劑對土壤萃取效果，可作為植物吸收重金屬效率之對照，由實驗結果顯示螯合劑對土. 21.

(38) 壤銅鋅萃取結果為 EDDS>EDTA>水，而鉛、鎘萃取結果為 EDTA>EDDS> 水，這與螯合劑添加於土壤後，植體重金屬累積之結果相符合。而 Luo et al. (2006) 發現此實驗螯合劑 EDDS 於土壤半衰期為 2.5 天，這表示殘存在土壤中的 EDDS 將隨時間而迅速減少，這可降低重金屬污染地下水之機會。螯合劑混合使用對於單一使用 EDTA 及 EDDS 效果佳，且具提升植生復育之功能，亦可減少萃取出之重金屬滲入深層土壤或地下水層，避免二次污染及污染擴大。. 2.4.4 檸檬酸(Citric acid) 檸檬酸分子量為 192.13，化學式為HOC(COOH)(CH2COOH)2，結構式則如圖 2.5 所示，價錢大約在每公斤為 500 元。. 圖 2.5、檸檬酸結構式檸檬酸為一無色半透明結晶或粉末，無臭具強酸味，水合物在空氣中會起風化，比重 1.542 其溶於水、酒精與醚，可燃無毒。一般用於混合藥劑、分散劑、食品之酸化劑、抗氧化劑及螯合劑等(陳, 2000)。Nascimento et al. (2006) 研究以印度芥菜進行重金屬土壤復育之植栽，並添加檸檬酸. 22.

(39) 以提升植物累積重金屬之效益，控制組植體地上部重金屬鎘、鉛、鋅、銅及鎳累積量依序為 85.5、20.3、399.1、32.0 及 63.4 mg/kg，而地下部位重金屬累積量則係 70.6、551.8、514.3、131.7 及 143.4 mg/kg；添加檸檬酸組之植體地上部位重金屬累積量提升為 138.0、112.5、649.1、329.2 及 276.4 mg/kg，地下部位重金屬累積量亦有提升分別則係 105.3、512.1、 799.3、246.6 及 211.5 mg/kg。檸檬酸之添加對於植體地下部位重金屬累積量提升約 1.47~1.87 倍，而地上部位則提升約 1.61~10.29 倍，以銅累積量提升 10.29 倍為最。. 2.4.5 螯合劑之作用及原理螯合劑如 EDTA、DTPA、EDDS、NTA 及檸檬酸，含有兩個以上的配位基，能與土壤中重金屬離子產生錯合作用形成穩定複合物 (complex)。Tejowulan and Hendershot (1998) 提出螯合劑與土壤顆粒上重金屬接觸時，螯合劑作用為(1)與土壤溶液中重金屬錯合；(2)可與鍵結力較弱或少量鍵結力較強之重金屬脫附或錯合；(3)溶解部分含有微量重金屬之礦物並與游離之金屬錯合。重金屬離子與螯合劑鍵結之強弱取決於穩定常數(stability constant)之大小，穩定常數越大，則螯合能力越強。. 2.5 植體生物濃縮係數(BCF)及植體傳輸係數(TF) 23.

(40) 植生復育整治成效通常可藉由添加螯合劑改變土壤重金屬鍵結提升傳輸性或挑選對重金屬具高吸收能力之重金屬超量攝取 (hyperaccumulafior)植種達成。為評析植物對於重金屬吸收之效益，常用植物生物濃縮係數(Bioconcentration factor，簡稱BCF，BCF=Croots/Csoil)及植物傳輸係數(Translocation factor，簡稱TF，TF=Cshoots/Croots)評析。BCF 主要係比較植體根部重金屬累積量及土壤重金屬含量，BCF值越高表示植物對於土壤重金屬吸收攝取效益越佳。植生復育需搭配適切收割植體方能將重金屬污染物由污染土壤移除，故當植體具有良好之傳輸能力即將重金屬傳送於莖葉部位，有助於植生復育之後續收割，因而植體莖葉部位生物質量重金屬累積越大，收割可除之重金屬越大量。TF係將植體莖葉部份及根系部分重金屬含量做比較，探其植體重金屬由根至莖葉表面可收割部分之傳輸性，TF值越大表示植物對於重金屬之由根至莖葉傳輸能力越佳。. 學者Fellet et al. (2007) 於受鐵礦場污染之土壤進行研究，其土壤重金屬主要受砷、鎘、銅、鉛及鋅污染，實驗以大豆、高梁、玉蜀黍及向日葵植種進行植生復育，其BCF以大豆對於重金屬砷及鉛吸收效果最佳，而重金屬鎘、銅及鋅則以高粱有高累積量。探討TF以向日葵對重金屬傳輸效果最佳，砷、鎘、銅、鉛及鋅之TF值依序為0.420、0.412、0.124、 1.700及0.269。而玉米對重金屬銅、鋅及鉛傳輸性次佳，另高梁則對砷及鎘傳輸性亦次佳，大豆整體傳輸性則最差。而MacFarlane et al. (2007) 針對溼地系統紅樹林植物對重金屬銅、鉛及鋅之吸收累積及傳輸性進行探. 24.

(41) 討，結果顯示植種對於重金屬去除效果，其生物累積係數BCF雖小於1，根部重金屬累積量約與底泥重金屬濃度類似，另在植體內莖及葉重金屬濃度約為根部一半或甚至更少。植體生長必要元素銅、鋅，其植體TF (Cleaf/Croots)為0.52及0.53，而生長非必要重金屬鉛則係0.31，紅樹林系統植體對於港灣底泥之重金屬去除植生復育具有一定之效果。韓國 Kim et al. (2003)以Polygonum thunbergii為植種進行復育當地河流污染底泥，底泥重金屬鉛、銅及鋅重金屬濃度分別為17.5、8.4及24.5 mg/kg，植物與土壤重金屬鉛、銅及鋅之BCF(Croot/Csoil)依序為22.2、92.9及62.7，植物Polygonum thunbergii對重金屬銅濃縮能力最強，其次為鋅及鉛。. 表 2.3 為文獻回顧彙整各類植體 BCF 及 TF 表，重金屬銅 BCF 主要落在 0.57~1.97 之間；鋅 BCF 値主要落在 0.03~0.89 間；鎳 BCF 値主要落在 0.10~1.10；鉛 BCF 値主要落在 0.10~0.97 之間；鎘 BCF 値主要落在 0.11~1.54；而鉻 BCF 値主要落在 0.38~0.60 間。植體各類金屬 BCF 値差異甚多，其主要原因為土壤初始濃度不同所影響的，一般而言由於植體皆為常用植生復育使用之植種，故對於土壤重金屬具有吸收及忍耐高濃度之功能。以香蒲為例，Mays and Edwards (2001) 探討香蒲銅鋅 BCF 値分別為 4.78 及 11.7，而 Manios et al. (2003) 香蒲銅鋅 BCF 値則為 0.16 及 0.54，造成兩者有明顯差異之原因為土壤濃度不同，因 BCF 値是將植體根部重金屬累積量與土壤重金屬含量相除而得，故影響之主因為土壤初始濃度不同。而植體重金屬銅 TF 值主要介於 0.11~0.72；鋅 TF 値主要介於 0.11~0.95 間；鎳 TF 值主要介於 0.09~0.77；鉛 TF 值主要介於. 25.

(42) 0.01~0.89；鎘 TF 値主要介於 0.15~0.79；鉻 TF 値主要介於 0.01~0.41。植體對於各重金屬大部分 TF 値皆小於 1，顯示香蒲、蘆葦、油菜、菖蒲及莎草等植體由根至莖葉傳輸能力似不良好，此情形可藉由螯合劑之添加提升其傳輸性。. 表2.3、植體生物濃縮係數(BCF)及植物傳輸係數(TF)彙整表文獻 Mays et al. (2001). 植種香蒲 Typha oricntalis. Manios et al. (2003). 香蒲 Typha oricntalis. Deng et al. (2006). 空心蓮子草 Alternanthera philoxeroides. 菵草 Beckmannia. 重金屬含量(mg/kg) 土壤：銅 1.13 鋅 2.9 地下部位：銅 5.4 鋅 34 地上部位：銅 1.8 鋅 12 土壤：銅 599 鋅 728 鎳 99 地下部位：銅 93.33 鋅 391.67 鎳 55 地上部位：銅 15 鋅 60.83 鎳 27.5 土壤：鉛 501 鋅 857 地下部位：鉛 165 鋅 444 地上部位：鉛 74 鋅 473 土壤：鉛 136 鋅 316 地下部位：. 26. BCF 植銅 4.78 鋅 11.7. TF 植銅 0.33 鋅 0.35. 銅 0.16 鋅 0.54 鎳 0.55. 銅 0.16 鋅 0.16 鎳 0.50. 鉛 0.33 鋅 0.52. 鉛 0.45 鋅 1.07. 鉛 0.10 鋅 0.40. 鉛 0.57 鋅 0.52.

(43) 李氏禾 Leersia hexandra. 水芹菜 Oenanthe javanica. Madrid et al. (2003). MacFarlane (2007). et. 大麥 Hordeum vulgare. al. 紅海欖 Rhizophora stylosa. 鉛 14 鋅 125 地上部位：鉛8 鋅 65 土壤：鉛 270 鋅 438 地下部位：鉛 36 鋅 171 地上部位：鉛 25 鋅 237 土壤：鉛 133 鋅 299 地下部位：鉛 24 鋅 220 地上部位：鉛 9.0 鋅 131 土壤：銅 533.9 錳 1469 鋅 591 地下部位：銅 10.2 錳 63.4 鋅 16.6 地上部位：銅 6.0 錳 44.3 鋅 11.3 土壤：銅 19 鉛 10 鋅 47 地下部位：銅 1.1 鉛 0.9 鋅 6.2 地上部位：銅 0.6 鉛 0.8 鋅 5.9. 27. 鉛 0.13 鋅 0.39. 鉛 0.69 鋅 1.39. 鉛 0.18 鋅 0.74. 鉛 0.38 鋅 0.60. 銅 0.02 錳 0.04 鋅 0.03. 銅 0.59 錳 0.70 鋅 0.68. 銅 0.06 鉛 0.09 鋅 0.13. 銅 0.54 鉛 0.89 鋅 0.95.

(44) 海茄苳 Avicennia marina. 水筆仔 Kandelia candel. Marchiol (2004). et. al. 油菜 Brassica napus. 濱蘿蔔. 土壤：銅 13 鉛 33 鋅 55 地下部位：銅 13 鉛 15 鋅 16 地上部位：銅 16 鉛 8.0 鋅 5.0 土壤：銅 8.8 鉛 29 鋅 47 地下部位：銅 12 鉛 28 鋅 29 地上部位：銅 11 鉛 11 鋅 23 土壤：鎘 38.6 鉻 165 銅 286 鎳 46.9 鉛 884 鋅 6685 地下部位：鎘 23.5 鉻 82.5 銅 414 鎳 45.7 鉛 472 鋅 5983 地上部位：鎘 12.6 鉻 0.77 銅 23.6 鎳 4.12 鉛 5.48 鋅 1305 土壤：鎘 38.6. 28. 銅 1.00 鉛 0.45 鋅 0.29. 銅 1.23 鉛 0.53 鋅 0.31. 銅 1.36 鉛 0.97 鋅 0.62. 銅 0.92 鉛 0.39 鋅 0.79. 鎘 0.61 鉻 0.50 銅 1.45 鎳 0.97 鉛 0.53 鋅 0.89. 鎘 0.54 鉻 0.01 銅 0.06 鎳 0.09 鉛 0.01 鋅 0.22. 鎘 1.54. 鎘 0.31.

(45) Raphanus sativus. Santos et al. (2006). 巴拉草 Brachiaria decumbens. Fayiga et al. (2004). 鱗蓋鳳尾蕨 Pteris vittata. 鉻 165 銅 286 鎳 46.9 鉛 884 鋅 6685 地下部位：鎘 59.5 鉻 62 銅 563 鎳 51.6 鉛 407 鋅 4029 地上部位：鎘 18.4 鉻 2.46 銅 28.7 鎳 7.13 鉛 16 鋅 3371 土壤：鎘 2 鋅 893 鉛 255 地下部位：鎘 26.4 鋅 5481 鉛 68.6 地上部位：鎘 1.3 鋅 641 鉛 11.8 土壤：鎳 7.4 鉛 8.1 鋅 0.81 鉻 40.6 銅 8.3 根：鎳 14.9 鉛 33.5 鋅 46.1 鉻 19.5 銅 10.4 葉：鎳 11.5 鉛 5.12 鋅 48.6. 29. 鉻 0.38 銅 1.97 鎳 1.10 鉛 0.46 鋅 0.60. 鉻 0.04 銅 0.05 鎳 0.14 鉛 0.04 鋅 0.84. 鎘 13.2 鋅 6.14 鉛 0.27. 鎘 0.05 鋅 0.12 鉛 0.17. 鎳 2.01 鉛 4.14 鋅 56.9 鉻 0.48 銅 1.25. 鎳 0.77 鉛 0.15 鋅 1.05 鉻 0.20 銅 1.00.

(46) Peralta-Videa et al. 苜蓿草 (2004) Clover. Barazani (2004). et. Chen et al. (2004). al. Nicotiana glauca. 小蘿蔔 Raphanus sativus. 鉻 3.81 銅 10.4 土壤：鎘 480 地下部位：鎘 4650 地上部位：鎘 1209 土壤：銅 238.0 鐵 33.5 錳 589.3 鋅 1781.7 鎳 45.7 鎘 11.5 鉛 328.9 地下部位：銅 33.7 鐵 1507.8 錳 27.2 鋅 107.5 鎳 7.5 鎘 1.3 鉛 5.6 莖：銅 21.3 鐵 99.5 錳 11.7 鋅 71.5 鎳 3.0 鎘 1.4 鉛 2.2 葉：銅 47.8 鐵 156.4 錳 53.5 鋅 56.3 鎳 6.3 鎘 2.0 鉛 3.6 土壤：鉛 2059.6 鎘 785.6 地下部位：鉛 11000 鎘 4290 地上部位：鉛 189.52. 30. 鎘 9.69. 鎘 0.26. 銅 0.14 鐵 45.0 錳 0.05 鋅 0.06 鎳 0.16 鎘 0.11 鉛 0.02. 銅 1.03 鐵 0.08 錳 1.20 鋅 0.59 鎳 0.62 鎘 1.31 鉛 0.52. 鉛 5.34 鎘 5.46. 鉛 0.02 鎘 0.07.

(47) Bose et al. (2008). 香蒲 Typha oricntalis. Peltier et al. (2003). 蘆葦 Phragmites australis. Cheng et al. (2002). 莎草 Cyperus alternifolius. 鎘 287.12 土壤：錳 427 銅 18.92 鋅 93.54 鉻 25.67 鎳 55.37 鉛 72.28 地下部位：錳 119.21 銅 4.18 鋅 5.72 鉻 15.4 鎳 5.3 鉛 7.21 地上部位：錳 43.68 銅 1.73 鋅 2.11 鉻 6.31 鎳 1.8 鉛 2.75 地下部位：錳 1027 鋅 362 鉛 75 莖：錳 138 鋅 30 鉛 14 葉：錳 416 鋅 58 鉛 11 地下部位：鋁 596 鎘 9.2 銅 2610 錳 121 鉛 6.2 鋅 2490 莖：鋁 9.8 鎘 0.1 銅 7.6 錳 62.7 鉛 0.7. 31. 錳 0.28 銅 0.22 鋅 0.06 鉻 0.60 鎳 0.10 鉛 0.10. 錳 0.37 銅 0.41 鋅 0.37 鉻 0.41 鎳 0.34 鉛 0.38. 錳 0.27 鋅 0.12 鉛 0.16. 鋁 0.03 鎘 0.02 銅 0.003 錳 0.54 鉛 0.15 鋅 0.02.

(48) 葉：. Deng et al. (2004). 鋅 35.5 鋁 27.0 鎘 0.3 銅 7.1 錳 68.9 鉛 1.2 鋅 77.3. 鹹草 Cyperus malaccensis. 蘆葦 Phragmites australis. 香蒲 Typha latifolia. 菖蒲 Acorus calamus. 針藺 Eleocharis valleculosa. 水燭-長苞香蒲 Typha angustifolia. Fellet et al. (2007). 大豆 Glycine max. 砷：0.81 鎘：0.97 銅：0.57 鉛：0.81 鋅：0.81 砷：0.58 鎘：0.98 銅：0.63 鉛：0.69 鋅：0.83 砷：0.23 鎘：0.31. 高梁 Sorghum bicolor. 玉米 Zea mays. 32. 鉛 0.06 鋅 0.20 銅 0.13 鎘 0.21 鉛 0.02 鋅 0.12 銅 0.07 鎘 0.79 鉛 0.04 鋅 0.06 銅 1.04 鎘 0.70 鉛 0.36 鋅 0.20 銅 0.03 鎘 0.85 鉛 0.50 鋅 0.44 銅 0.11 鎘 0.40 鉛 0.8 鋅 0.3 銅 0.07 鎘 0.47 砷：0.02 鎘：0.05 銅：0.04 鉛：0.38 鋅：0.04 砷：0.04 鎘：0.15 銅：0.03 鉛：0.70 鋅：0.06 砷：0.01 鎘：0.04.

(49) 銅：0.23 鉛：0.24 鋅：0.42 砷：0.22 鎘：0.24 銅：0.19 鉛：0.20 鋅：0.23. 向日葵 Helianthus annuus. 銅：0.05 鉛：0.75 鋅：0.11 砷：0.04 鎘：0.41 銅：0.12 鉛：1.7 鋅：0.27. 表 2.4 為添加螯合劑之植體 BCF 及 TF 彙整表，實驗使用螯合劑 EDTA、DTPA、EDDS、檸檬酸及草酸使用濃度約 0.05~10.0 mmol/kg，但主要濃度則以 1~10 mmol/kg 居多。其重金屬銅 BCF 主要落在 9.01~18.65 之間；鋅 BCF 値主要落在 4.16~9.72 間；鎳 BCF 値主要落在 9.75~22.94；鉛 BCF 値主要落在 36.60~53.30 之間。添加螯合劑對於植體 BCF 値能顯著之提升，其原因為添加螯合劑能提升植體根部重金屬累積。而植體重金屬銅 TF 值主要介於 0.18~1.61；鋅 TF 値主要介於 0.81~2.73 間；鎳 TF 值主要介於 0.49~3.00；鉛 TF 值主要介於 0.02~1.63；鎘 TF 値主要介於 0.22~1.69；鉻 TF 値主要介於 0.40~1.55。添加螯合劑之植體 TF 値較未添加螯合劑之 TF 値大，其螯合劑之添加能提升植體對於重金屬傳輸性。. 表 2.4、添加螯合劑之植體 BCF 及 TF 彙整表. 33.

(50) 文獻 Nascimento (2006). et. 植種 al. 芥菜 Brassica juncea. 螯合劑 EDTA 10 mmol/kg. DTPA 10 mmol/kg. 草酸 10 mmol/kg. 34. 重金屬含量土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘9.3 mg/kg 鉛645.3 mg/kg 鋅454.8 mg/kg 銅296.8 mg/kg 鎳204.2 mg/kg 地上部位：鎘127.3 mg/kg 鉛1013 mg/kg 鋅1239 mg/kg 銅476.9 mg/kg 鎳252.7 mg/kg 土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘32.4 mg/kg 鉛453.8 mg/kg 鋅355.2 mg/kg 銅264.5 mg/kg 鎳183.3 mg/kg 地上部位：鎘147.1 mg/kg 鉛280.4 mg/kg 鋅765.3 mg/kg 銅283.7 mg/kg 鎳168.3 mg/kg 土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘103.9 mg/kg 鉛484.9 mg/kg. BCF 鉛:53.30 鋅:5.33 銅:17.05 鎳:12.53. TF 鎘:13.68 鉛:1.57 鋅:2.73 銅:1.61 鎳:1.24. 鉛:37.50 鋅:4.16 銅:15.20 鎳:11.25. 鎘:4.15 鉛:0.62 鋅:2.15 銅:1.07 鎳:0.92. 鉛:40.07 鋅:9.72 銅:14.74 鎳:11.74. 鎘:0.85 鉛:0.09 鋅:0.94 銅:0.49 鎳:1.18.

(51) 檸檬酸 10 mmol/kg. Vanillic acid 10 mmol/kg. 35. 鋅828.8 mg/kg 銅256.4 mg/kg 鎳191.4 mg/kg 地上部位：鎘87.9 mg/kg 鉛43.7 mg/kg 鋅783.1 mg/kg 銅125.8 mg/kg 鎳226.1 mg/kg 土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘105.3 mg/kg 鉛512.1 mg/kg 鋅799.3 mg/kg 銅246.6 mg/kg 鎳211.5 mg/kg 地上部位：鎘138.0 mg/kg 鉛112.5 mg/kg 鋅649.1 mg/kg 銅329.2 mg/kg 鎳276.4 mg/kg 土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘 96.2 mg/kg 鉛442.9 mg/kg 鋅701.8 mg/kg 銅156.9 mg/kg 鎳158.9 mg/kg 地上部位：鎘141.1 mg/kg 鉛41.5 mg/kg 鋅699.3 mg/kg 銅43.0 mg/kg 鎳98.3 mg/kg. 鉛:42.32 鋅:9.37 銅:14.17 鎳:12.98. 鎘:1.31 鉛:0.22 鋅:0.81 銅:1.34 鎳:1.31. 鉛:36.60 鋅:8.23 銅:9.01 鎳:9.75. 鎘:1.47 鉛:0.09 鋅:1.00 銅:0.27 鎳:0.62.

(52) Sudova et al. (2007). Glomus intraradices. Gallic acid 10 mmol/kg. 土壤: 鉛12.1 mg/kg 鋅85.3 mg/kg 銅17.4 mg/kg 鎳16.3 mg/kg 地下部位：鎘275.2 mg/kg 鉛572.4 mg/kg 鋅829.3 mg/kg 銅324.5 mg/kg 鎳373.9 mg/kg 地上部位：鎘125.2 mg/kg 鉛25.0 mg/kg 鋅748.4 mg/kg 銅58.5 mg/kg 鎳183.8 mg/kg. EDDS 2.5 mmol/kg. 地下部位：鉛 462 mg/kg 地上部位：鉛 145 mg/kg 地下部位：鉛 558 mg/kg 地上部位：鉛 351mg/kg 地下部位：鉛 350 mg/kg 地上部位：鉛 390mg/kg 地下部位：鉛 420 mg/kg 地上部位：鉛 690mg/kg 地下部位：鎘 900 mg/kg 鎳 590 mg/kg 地上部位：鎘910 mg/kg 鎳700 mg/kg 鎘芽:115 mg/kg 根:68 mg/kg 鎳芽:150 mg/kg. EDDS 5.0 mmol/kg. Lim et al. (2004). 芥菜 Brassica juncea. EDTA 2 mmol/kg. EDTA 5 mmol/kg. Chen and Cutright 向日葵 (2001) Helianthus annuus. EDTA 0.5 g/kg. EDTA 1.0 g/kg. 36. 鉛:47.31 鋅:9.72 銅:18.65 鎳:22.94. 鎘:0.45 鉛:0.05 鋅:0.90 銅:0.18 鎳:0.49. 鉛 0.31. 鉛 0.63. 鉛 1.11. 鉛1.64. 鎘1.01 鎳1.19. 鎘1.69 鎳3.00.

(53) Madrid et al. (2003). 大麥 Hordeum vulgare. EDTA 0.5 g/kg. Turguta et al. (2004). 向日葵 Helianthus annuus. 檸檬酸 1 g/kg. 根:50 mg/kg 地下部位：銅15.0 mg/kg 鋅15.3 mg/kg 鐵1077 mg/kg 錳53.1 mg/kg 地上部位：銅11.7 mg/kg 鋅25.0 mg/kg 鐵210 mg/kg 錳86.3 mg/kg 地下部位：鎘0.09 mg/g 鎳0.01mg/g 鉻0.06 mg/g 地上部位：鎘0.02 mg/g 鎳0.01 mg/g 鉻0.09 mg/g 地下部位：鎘0.05 mg/g 鎳0.01 mg/g 鉻0.09 mg/g 地上部位：鎘0.0025 mg/g 鎳0.03 mg/g 鉻0.07 mg/g 地下部位：鎘0.09 mg/g 鎳0.01 mg/g 鉻0.06 mg/g 地上部位：鎘0.125 mg/g 鎳0.01 mg/g 鉻0.07 mg/g 地下部位：鎘0.22 mg/g 鎳0.01 mg/g 鉻0.11 mg/g 地上部位：鎘0.015 mg/g 鎳0.035 mg/g 鉻0.17 mg/g. 檸檬酸 3 g/kg. EDTA 0.1 g/kg. EDTA 0.3 g/kg. 37. 銅0.78 鐵0.19 錳1.63 鉛1.63. 鉻1.50 鎳1.00 鎘0.22. 鉻0.78 鎳3.00 鎘0.05. 鉻1.17 鎳1.00 鎘1.39. 鉻1.55 鎳3.50 鎘0.09.

(54) Hsiao et al. (2007). 芥菜 Brassica juncea. 草酸 0.05 mmol/kg 草酸 0.10 mmol/kg 檸檬酸 0.05 mmol/kg 檸檬酸 0.10 mmol/kg EDTA 0.05 mmol/kg EDTA 0.10 mmol/kg DTPA 0.05 mmol/kg DTPA 0.10 mmol/kg. 鉻 0.22 鎳 1.15 鉻 0.40 鎳 0.89 鉻 0.95 鎳 1.43 鉻 0.57 鎳 1.23 鉻 0.48 鎳 0.93 鉻 0.41 鎳 0.87 鉻 0.54 鎳 0.70 鉻 0.48 鎳 0.58. 2.6 土壤序列分段萃取之比較由於土壤序列萃取之方法繁多，故歐盟委員會製定一套方法為萃取協議(BCR協議)，以及一個序列萃取之操作定義，而表2.5則為常用之序列萃取之步驟及萃取種類彙整(Peng et al., 2009)。在土壤序列萃取以 Tessier et al. (1979)建立方法最為常用，主要將土壤與重金屬鍵結分為五個部分：分別為吸附與可置換態；碳酸鹽鍵結；鐵和錳氧化物鍵結；有機鍵結及殘餘態。在土壤與重金屬鍵結型態裡面，其中吸附態與可置換態可用來評估重金屬對於環境之衝擊；而鐵/錳鍵結及有機鍵結則為土壤中重金屬主要鍵結型態，具潛在移動性；而殘留態則為最穩定之鍵結型 38.

(55) 態，在土壤與重金屬鍵結型態中再釋出之可行性最小。表2.6為常見各種序列萃取方式比較，由於多數土壤重金屬序列萃取方法主要是將強鍵結細分，對於本實驗植物吸收之相關性較小，因植物吸收主要係吸收弱鍵結部份，故細分弱鍵結型態比較符合本實驗需求，所以實驗使用之萃取方法以Cannon and Yeh (2001)之萃取方法為主。. 表2.5、序列萃取之步驟及萃取種類合計萃取步驟萃取重金屬種類 3步驟. 酸可溶態鍵結；可還原態鍵結；氧化態鍵結；殘留態鍵結. 4步驟. 可置換態鍵結；有機鍵結；碳酸鹽鍵結；殘留態鍵結. 5步驟. 陽離子可置換鍵結；錳氧化態鍵結；鐵氧化態鍵結；有機鍵結；殘留態鍵結. 6步驟. 氧化鍵結；可置換態鍵結；錳氧化態鍵結；有機鍵結；鐵氧化態鍵結；結晶鐵氧化態鍵結；殘留態鍵結. 7步驟. 吸附態鍵結；可置換態鍵結；錳氧化態鍵結；有機鍵結；鐵氧化態鍵結；硫化物鍵結；殘留態鍵結. 表2.6、常見各種序列萃取方式比較. 39.

(56) 鍵結型態吸附態可置換態碳酸鹽鍵結氧化鐵/錳鍵結有機鍵結無機鍵結硫化物鍵結殘留物鍵結文獻. 使用之化學藥劑 -. MgCl2. KNO3. KNO3/KF. MgCl2. -. KF. -. -. NaOAc/HOAc. NaOAc. EDTA. NH2OH· HCl NaOCl. -. NH2OH·HCl. -. Na4P2O7. Na4P2O7. -. EDTA. HNO3+H2O2+ NH4OAc -. (NH4)2C2O4+ H2C2O4 Na4P2O7 -. -. -. HNO3. -. -. HNO3. HNO3+HClO4 +HF Tessuer et al. (1979). HF+HNO3. -. Obrador et al. (1997). Cannon and Yeh (2001). 去離子水. 去離子水. Ca(NO3)2. HF+HNO3 HNO3+H2 +HCl O2 陳尊賢和張如燕. 童翔新 (1996). (1990). 第三章研究方法. 40.

(57) 3.1 研究架構本研究實驗架構圖如圖3.1所示，本研究主要分為三個實驗，分別包括模槽實驗、盆栽實驗及植體吸附實驗。各階段之實驗內容，分述如下：模槽實驗主要探討水體重金屬於溼地系統內去除之情形，及瞭解耐污性植物蘆葦及香蒲對重金屬吸收效果，並藉由重金屬質量平衡瞭解植體吸收重金屬之效益。分析項目有水體及土壤總重金屬濃度、以分段萃取即序列萃取瞭解土壤與重金屬鍵結型態、植體各部位重金屬銅鋅累積量。. 盆栽實驗主要進行不同螯合劑添加對於植體重金屬吸收之影響，其包含土壤基本性質測定、不同螯合劑濃度對於土壤重金屬萃取之能力、不同螯合劑對土壤與重金屬鍵結型態分析、水體孔隙水重金屬濃度分析、植體重金屬累積分析。. 植體吸附實驗將探討種植於盆栽之植物做生物吸附劑之可行性，其包含界達電位移測定、吸附時間之判定圖形、吸附曲線之分析、吸附參數之計算比較、比表面積測定、SEM 植體表面分析。. 41.

(58) 相關文獻收集. 模槽實驗. 1.水體重金屬濃度分析 2.植體重金屬濃度分析 3.土壤重金屬濃度及型態分析. 盆栽實驗. 重金屬萃取實驗. 比較不同萃取劑. 1.土壤基本性質測定 2.土壤重金屬濃度及型態分析 3.盆栽每日孔隙水重金屬濃度分析 4.植體重金屬含量分析. 尋找最佳操作濃度. 數據整理分析. 論文撰寫. 圖 3.1 研究架構圖. 42. 吸附實驗. 1.植體電位測定 2.尋找吸附平衡時間 3.水體濃度去除分析 4.植體比表面積分析 5.吸附前後電子顯微鏡分析.

(59) 3.2 實驗材料本研究所需之物品藥品如下所示： 1.銅標準溶液，廠牌 MERCK 2.鋅標準溶液，廠牌 MERCK 3.DTPA. ，廠牌 Fluka. 4.EDDS. ，廠牌 Fluka. 5.EDTA. ，廠牌 TEDIA. 6.檸檬酸. ，廠牌 Showa. 7.無水硫酸銅，廠牌 Showa 8.氯化鋅. ，廠牌 Showa. 9.硝酸. ，廠牌 Scharlau. 10.鹽酸. ，廠牌 Scharlau. 43.