以垂直流式人工濕地處理含硫酸鹽廢水之研究

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中華民國九十九年十一月十二、十三日屏東縣國立屏東科技大學環境工程與科學系 1

以垂直流式人工濕地處理含硫酸鹽廢水之研究

鍾佳琪，中山大學海洋環境及工程學系碩士楊磊，中山大學海洋環境及工程學系教授

摘要

本研究以實驗室規模之垂直流式人工濕地進行含硫酸鹽廢水處理之可行性研究，並同時探討垂直流式人工濕地內，硫酸鹽去除與氨氮去除之交互作用。本研究以四支管柱做為實驗槽體，以礫石及泥炭土做為濾料，分為植物實驗組(蘆葦)及空白對照組；操作方式分為批次滿管、連續流滿管及複合式連續流。在批次滿管操作方式之結果顯示，硫酸鹽的去除率隨進流水體之 COD 濃度提高而增加。在相同的進流水濃度情況下，連續流滿管操作方式之去除效率雖然略低於批次流滿管之操作方式，但其平均去除率亦可達 80%以上，去除率最高之組別為 P1(泥炭土之植物組)，平均值可達 90%。以 SO

4 2-

-S 濃度 500 mg/L 之進流水而言，

植物對於硫酸鹽移除之影響存在著正相關性。接著增加實驗水體之 COD 及硫酸鹽進流水濃度分別至 4000 mg/L 及 1200 mg/L，比較單槽連續流處理及複合式連續流處理之差異，實驗結果顯示，採用複合式連續流處理之去除效率優於單槽連續流處理。在深度實驗方面，以批次操作法的實驗數據顯示，在厭氧區域內，可觀察到氨氮減少的現象，表示在本實驗槽體內，氨氮之去除將不受溶氧濃度影響，推翻傳統所認知硝化作用必須在好氧情況下才會發生。但是以連續流操作方法下的實驗數據卻顯示，氨氮之去除仰賴於槽體上半部好氧區域內的硝化作用。

而該數據亦顯示，當實驗槽體之還原電位達到-300 mV 以下時，即可明顯觀察到硫酸鹽減少的現象，亦即若能營造出厭氧還原態的環境，並提供適當濃度的碳源供硫酸還原菌利用，即可達到硫酸鹽的去除目的。

關鍵字：硫酸鹽、硫酸還原菌、氨氮、厭氧處理、垂直流人工濕地

一、前言

硫酸鹽(sulphate)為自然界中硫化物的來源。硫酸鹽大部分以溶解狀態存在水體當中，或是以非溶解態的鹽類型式存在地表上，經由雨水的淋洗作用而溶解進入自然水體。在厭氧情況下，水體中的硫酸鹽會經由硫酸鹽還原菌 (Sulfate Reducing Bacteria, SRB)行還原作用生成硫化氫(H

2

S)(Postgate, 1979)。硫化氫為一具有惡臭味的有毒氣體，其存在排放管道及處理設備中，會造成冠狀腐蝕的現象 (crown corrosion)。大多數硫酸鹽化合物溶解度很大，在自然環境中性質穩定不易產生變化，單靠自然淨化難以去除。自然水體中的硫酸鹽含量從 20~500 mg/L 不等，其濃度將隨當地的地質條件而定。在工業廢水中亦可能含有更高濃度的硫

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酸鹽(Silva et al., 2002)，例如像發酵工業、造紙工業、製藥業、皮革業及採礦業 等工業，這些工業在製程當中，皆會使用到含有硫酸鹽、亞硫酸鹽(sulphite)或其他含有硫化合物的藥劑，使得排放水中有較高濃度的硫酸鹽存留(Kuo and Shu, 2004)。有機硫化物在厭氧的情況下，透過 SRB 將硫酸鹽還原成硫化氫。

Fdz-Polanco 等人(2001)在流體化床反應器的研究中發現氨氮去除的同時伴隨著 硫酸鹽的去除。亦有其他學者在厭氧的生物反應槽中發現類似現象(Fdz-Polanco

et al., 2001; Zhao et al., 2006; Yang et al., 2009)。當氨氮與硫酸鹽同時存在時，SRB

以硫酸鹽為電子接受者，氨氮則為電子供給者，反應後生成二價硫或元素硫和亞硝酸鹽或氮氣。在完全反應的情況下，此處理方式可同時將氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽及硫化氫同時去除，其總反應式如(1.1)所示。而 SRB 為異營性微生物，故在硫酸鹽的還原過程當中，可同時達到 COD 的消耗，且水體鹼度同時 增加，其反應如(1.2)所示(Liamleam and Annachhatre, 2007; Zhang et al., 2009)。

2NH

4 +

+SO

4 2-

-S→N

2

+S+4H

2

O (1.1)

C

2

H

5

OCOOH+0.5H

2

SO

4

→ CH

3

COOH+CO

2

+0.5H

2

S+H

2

O (1.2)

故本研究將進行以垂直流式人工濕地去除廢水中硫酸鹽處理效果之探討，並同時探討硫酸鹽對於廢水中所含之氨氮的去除作用之交互影響。

二、材料與方法

2.1 系統配置

本研究之人工濕地實驗槽體(以下簡稱為槽體)為使用四支 PVC 管柱所組成，

管柱高 100 cm，槽體上方設置儲水槽儲存實驗水體，以重力流的方式使實驗水體分別流入四支管柱，採樣口設置於管柱下方。四支管柱分為兩組，一組於管柱中填充粒徑 3 mm 大理石做為濾料，分別標記為 G1 及 G2。另一組則放置泥炭土 (peat)，分別標記為 P1 及 P2，其配置示意圖如圖 1 所示。實驗共分為六個試程，

於試程一至試程四中，標號 1 者為植物實驗組，種植蘆葦；標號 2 者為空白對照組。試程五中，於標號 2 之管柱中，增加培地茅之種植，目的在於初步觀察兩種不同植物(蘆葦及培地茅)，對於水體中硫酸鹽的耐受性。而試程六則分別於 P1 及 P2 管柱種植蘆葦，G2 管柱種植培地茅，G1 管柱未種植。

G1

Water Tank

G2 P1 P2

In Flow

Out FLow

圖 1 槽體配置情形

(3)

2.2 分析項目及方法

現場檢測項目：DO、pH 值、ORP 值(mV)、溫度(℃)等；實驗室分析項目及使用儀器：NH

4 +

-N、NO

3 -

-N、SO

4 2-

-S 使用 Dionex ICS-90, USA 之儀器進行分析，

TOC 使用 Liqui TOC, GER 之儀器分析，而 COD 採用環境檢驗所公告之檢測方法 NIEA 517.52B 進行分析。各試程之進流水體水質狀態如表 1 所示。

2.3 操作方法

研究之水力停留時間設定為 24 小時。試程一及試程二之實驗水體來源為中山大學校園二級污水處理廠之沉澱池出流水，並於其中以人工添加的方式增加水體中硫酸鹽及 COD 濃度，以符合實驗需求。試程三至試程六之水體來源為人工廢水，配置處方如下：自來水、MgSO

4

·6H

2

O、KH

2

PO

4

、NH

4

Cl 及果糖(Molasses)，

藥品等級皆為試藥一級，果糖則購自於一般之食品原料行，作為異營性微生物之有機碳來源。六個實驗階段之水力負荷如表 2 所示。試程一至試程五為單獨獨立之垂直流式人工濕地之試驗方式，試程六則將泥炭土管柱(P1 及 P2)串聯至礫石管柱(G1 及 G2)，以模擬複合垂直流人工濕地(integrated vertical flow constructed wetland, 簡稱為 IVCW)之操作方式進行實驗，此時泥炭土管柱為下行流式，礫石床管柱為上行流式，水體由泥炭土管柱上方進入，由礫石管柱上方排出。

三、結果及討論

3.1 硫酸鹽

(1) 試程一(Phase I)至試程四(Phase IV)之結果討論

本研究之試程一至試程三之實驗階段，旨在探討進流水中，三種不同濃度之有機碳源，對於硫酸鹽去除效率之影響。試程一至試程三之操作方式為批次滿管，停留時間為 24 小時，每日排水後立即進水。在試程一中，其有機碳濃度之測量方式為以 TOC 進行量測，以 TOC(mg/L)表示，在試程二及試程三中，其有機碳濃度之測定方式則以 NIEA 517.52B 進行分析，以 COD(mg/L)表示。進流水體水質狀態如表 1 所示。對照表 2 及圖 2，由試程一至試程三的實驗結果可發現，當進流水體有機碳源濃度逐漸提高，出流水體的硫酸鹽濃度同時有下降之現象，因此可確定，進流水中有機碳源，確實影響硫酸鹽的去除成效(還原作用)。

SRB 屬異營菌，若環境中存在微生物可利用性的有機碳較多時，其硫酸鹽的還原過程較容易發生。而試程四則採用和試程三相同的進流水濃度，但操作方式更改為連續流滿管操作法。雖然試程四的出流水體中，存在著較試程三出流水體高的硫酸鹽濃度，但其濃度仍在本研究可接受的範圍內。四個試程之 G1、G2、P1 及 P2 管柱之平均硫酸鹽去除率，分別為：78.72%、68.13%、83.73%及 77.78%，

最佳者為 P1 管柱(泥炭土之植物實驗組)。

(4)

Phase Temp(℃) DO(mg/L) pH NH

4 +

-N(mg/L) NO

3 -

-N(mg/L) SO

4 2-

-S(mg/L) COD(mg/L) Phase I 34 5.43 7.47 4.15 5.98 505.73 240.95^◎ Phase II 32 4.90 7.45 15.13 4.39 528.22 1754.8 Phase III 30 7.37 7.16 30.18 1.45 492.52 2645.1 Phase IV 28 5.75 7.62 30.20 0.95 505.73 2685.0 Phase V 24 6.60 7.10 30.61 0.22 1149.99 4296.2 Phase VI 27 6.61 7.19 29.86 0.66 1245.56 4187.6

◎:TOC(mg/L)

表 2 試程一至試程六之操作情形表 1 試程一至試程六之進流水體狀態

Phase Operation Type Average Inflow Concentration. Flow Rate (mL/min) SO

₄ ^2-

-S(mg/L) COD(mg/L)

Phase I^◎ Full, Batch 505.73 240.95** - Phase II^◎ Full, Batch 528.22 1754.76 - Phase III Full, Batch 492.52 2645.05 - Phase IV Full, Conti 505.73 2685.03 3.91a, 3.56b,

4.34c, 4.34d Phase V Full, Conti 1149.99 4296.22 3.91a, 3.56b,

4.34c, 4.35d Phase VI* Full, Conti 1245.56 4187.56 8.25e, 7.9f

◎:沉澱池出流水, *:IVCW, **:TOC, a:G1, b:G2, c:P1, d:P2, e:G1+P1, f:G2+P2

(5)

(2) 試程五(Phase V)及試程六(Phase VI)之結果討論

本研究於試程五及試程六中，同時提高進流水體中之硫酸鹽及有機碳源濃度 (以 COD 表示)分別至 1200 mg/L 及 4000 mg/L，由試程五的實驗結果可得知，同時提高水體中之硫酸鹽及有機碳濃度，並不表示硫酸鹽亦能夠有效的被去除，由圖 3 可得知，出流水體仍含有高濃度的硫酸鹽，G1、G2、P1 及 P2 管柱所採集的出流水中，硫酸鹽濃度分別為：460.2、694.63、790.8 及 758.96 mg/L，去除量為：4.21、2.37、2.25 及 2.44 g/day。推測造成此結果的可能原因，是因為該進流濃度已超過槽體的負荷量。因此在試程六當中，將槽體更改為管柱串聯式之操作方式，用以模擬由中國科學院水生生物研究所及德國科隆大學所共同研發的複合垂直流人工濕地(IVCW)。關於此系統之水體水文，水體將先由人工濕地管柱上方進入，向下流至管柱內部，而後藉由管柱底部之連通管，以及管柱之不同高低差，向上流至另一人工濕地管柱當中，接著由管柱上方排出。系統係以泥炭土管 柱串聯礫石管柱，實驗代號以 P1-G1 及 P2-G2 表示(吳振斌等，2008)。

經由此 IVCW 系統試驗之試程六，於實驗結果可得知，出流水體的硫酸鹽濃度明顯減少，去除率亦明顯上升，由圖 3 的試程五及試程六之出流水體硫酸鹽濃度比較圖可看出，在本研究中，此 IVCW 系統，確實能夠發揮其作用。雖

Columns Name

G1 G2 P1 P2

SO4 2--S Conc (mg/L)

0 100 200 300 400 500 600

OUT IN

Columns Name

G1 G2 P1 P2

0 100 200 300 400 500 600

OUT IN

Columns Name

G1 G2 P1 P2

0 100 200 300 400 500 600

OUT IN

Columns Name

G1 G2 P1 P2

0 100 200 300 400 500 600

OUT IN

A B

C D

圖 2 試程一至試程四之硫酸鹽進流濃度及出流濃度，分別為 A~D

(6)

然無法達到雙管柱串聯的加乘效果，但是較單獨的槽體處理能夠承受更多量的 SO

4 2-

-S 負荷。培地茅於試程六的生存情況較試程五佳，推測在試程五中，培地茅枯萎的原因可能和硫酸鹽的濃度有關，因試程六之培地茅種植於出水口處，水體中硫酸鹽濃度較進水口之水體濃度為低，故培地茅較可忍受，因此存活情況較佳。

Phase V Phase VI

SO 4 2- -S Conc ( m g/L)

0 200 400 600 800 1000

SO 4 2- -S RE(%)

0 20 40 60 80 100

G1 (P1-G1) G2 (P2-G2) P1 P2 SO₄^2--S RE(%)

3.2 氨氮

(1) 試程ㄧ(Phase I)至試程六(Phase VI)之結果討論

關於氨氮於此人工濕地系統的轉換，由圖 4 可看出，除了試程ㄧ之外，於試程二至試程六當中，各實驗管柱所採集的出流水體中，所測得的氨氮濃度皆比進流水體低，而氨氮減少的同時，硝酸鹽的濃度有明顯增加的現象發生。推測是由氨氮轉化而來，其轉化機制於 3.3 節探討。值得注意的是 G1 管柱，該管柱於試程ㄧ至試程六，於出流水體所測得的硝酸鹽濃度皆較其他管柱低，推測該管柱內的氮氣氣提作用或脫硝作用較旺盛。

而在試程ㄧ當中，P1 管柱有氨化作用的發生，推測是因為槽體馴養仍不完全，槽體內微生物相不穩定所導致。至於試程六與試程五相比，此 IVCW 系統對於氨氮的去除成效亦有增加(因管柱串聯)，試程五之 G1、G2、P1 及 P2 管柱的氨氮去除量為 0.14、0.11、0.12 及 0.14 g/day，試程六之 P1-G1 及 P2-G2 管柱系統之氨氮去除量為 0.25 及 0.22 g/day。若以各管柱的去除量來比較，若試程五與試程六的 IVCW 系統作比較，其對於氨氮的去除量較試程六高。和先前的試程ㄧ至試程四相比，試程五之 G1 管柱及試程六之 P1-G1 管柱，其硝酸鹽的生成依舊不明顯。

圖 3 試程五及試程六之出流水體硫酸鹽濃度

(7)

Inflow and Outflow conc balance of TIN

IN G1 G2 P1 P2

Conc (mg/L)

0 2 4 6 8 10 12

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

IN G1 G2 P1 P2

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

IN G1 G2 P1 P2

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

IN G1 G2 P1 P2

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

IN G1 G2 P1 P2

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

IN P1-G1 P2-G2

Conc (mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35

NH4 +-N NO3

--N NO2

--N

圖 4 試程ㄧ至試程六之氨氮、硝酸鹽及亞硝酸鹽變化情形，分別為 A~F

A B

C D

E F

(8)

3.3 深度剖面實驗

深度剖面實驗的進行，是為了更清楚的了解硫酸鹽及氨氮於此垂直流式人工濕地系統中的變化，因此進行各管柱中，不同深度的樣本採集試驗。深度剖面實驗分為批次滿管操作及連續流滿管操作。其中批次操作方式係以試程一至試程四所採用之硫酸鹽進流濃度為主，而連續流操作則以試程五及試程六所採用之硫酸鹽進流濃度為主。關於氨氮的進流水濃度方面，將濃度提高至 40 mg/L，是為了更清楚的觀察到氨氮在管柱內部的變化。而停留時間同樣為 24 小時。

(1) 批次深度剖面實驗

由實驗結果可發現當 ORP 值達-300 mV 以下，SO

4 2-

-S 即有明顯的減少。對照 P1 及 P2 管柱，亦有相同的發現。此結果表示，在 G1、G1、P1 及 P2 管柱中，

當深度分別達到 20 cm~40 cm 時，SRB 菌已有活性存在，如圖 5 所示。

氨氮的於管柱內的濃度分布亦隨著深度增加而逐漸下降，根據硝化作用所需之溶氧，以 DO=2 mg/L 為界線(圖表未列出)，可發現在 DO< 2 mg/L 之區域內，

即四支管柱皆達深度 20 cm 時，氨氮與硫酸鹽有共同減少的現象。因此，可推測氨氮於厭氧環境下，亦可被去除。其去除機制可能仰賴一種被稱為厭氧的氨氮氧 化作用(Anaerobic ammonium oxidation, ANAMMOX)(Vandegraaf et al., 1995)，亦 或是做為電子供給者，而硫酸鹽為電子接受者，共同反應而去除，如式(1.1)所示 (Liu et al., 2008; Zhang et al., 2009)。

ANAMMOX 的反應方程式為：NH

4 +

+NO

2 -

→N

2

+2H

2

O 該反應於 1986 年，

於荷蘭 Rotterdamj 污水處理廠的厭氧脫硝流體化床中被發現，之後在許多不同設計構造的硝化反應槽中亦發現類似的結果(Mulder et al., 1995; Strous et al., 1997 ; Siegrist et al., 1998)。此厭氧性氨氧化菌可在缺氧或是低溶氧的狀態下，利用亞硝酸鹽為電子接受者，將氨氮轉化成氮氣，同時硝酸鹽經由脫硝作用轉成亞硝酸鹽並作為 ANAMMOX 程序中的電子接受者，此法可同時去除水體中的氨氮及亞硝酸鹽。

(2) 連續流深度剖面實驗

在連續流實驗時，由實驗結果可發現，水體中的氨氮多半在管柱上半部之好氧區域內即行硝化作用而分解，在接下來的厭氧區域內，並未如同批次實驗般有持續減少的現象。唯 P1 及 P2 管柱，在深度 40 cm 及 60 cm 處，有增加後再減少的現象，推測可能之原因為植物體釋出所導致。

(9)

硫酸鹽在此連續流的深度實驗所呈現出的趨勢，亦如同先前的批次連續實驗。在 ORP 值達-300 mV 時，即有硫酸鹽還原的現象發生。

對照 ORP 值及硫酸鹽之變化趨勢圖，如圖 5，可得知，若能營造出還原狀態的環境，則 SRB 便會具有可還原硫酸鹽之活性。

NH4 +-N conc(mg/L)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Depth(cm )

0

20

40

60

80

100

120

G1 G2 P1 P2 IN

SO4 2--S conc(mg/L)

0 100 200 300 400 500 600

Depth(cm )

0

20

40

60

80

100

120

G1 G2 P1 P2 IN

NH4 +-Nconc(mg/L)

0 10 20 30 40 50

Depth(cm)

0

20

40

60

80

100

120

G1 G2 P1 P2 IN

SO4 2--S conc(mg/L)

400 600 800 1000 1200 1400 1600

Depth(cm)

0

20

40

60

80

100

120

G1 G2 P1 P2 IN

圖 5 深度剖面之變化 A~D 為批次深度剖面實驗，D~F 為連續流深度剖面實驗

3.4 不同因子對於硫酸鹽移除之影響 (1) 植物種植對於硫酸鹽移除之影響

本小節以獨立樣本 t 檢定分析法，分析植物種植對於水體中硫酸鹽去除是否具有顯著的影響性，以 SPSS 12.0 版本進行分析。在試程ㄧ至試程四中，標號 1 者為植物實驗組，標號 2 者為空白對照組，比較方式是以填充濾料區分。

由統計結果可發現，在硫酸鹽進流濃度為 500 mg/L 的情況下，試程ㄧ之 G1 及 G2 管柱之顯著性 p=0.409 及試程二之 G1 及 G2 管柱之顯著性 p=0.046，試程一之 P1 及 P2 管柱，由 Levene 檢定方式，亦檢定出小於 0.05 的顯著性 p 值 (p=0.021)，這表示植物種植對於硫酸鹽的移除有正面的影響性。而 P1 及 P2 管柱

F

D E

B C A

(10)

在試程二則呈現出相反的情況，其平均差異數為-61.22，此數值為負值即表示 P2 管柱的去除量大於 P1 管柱的去除量，二者之去除率分別為 P1(62.02%)與 P2(62.99%)，由於二個數值為近乎持平的情況，故不進行討論。

G1 及 G2 管柱之硫酸鹽去除差異，在試程三及試程四之顯著性 p 值分別為 0.021 及 0.0001，而 P1 及 P2 管柱於試程三及試程四之顯著性 p 值，則分別為 0.016 及 0.003。

由統計結果及圖 6，可初步推論植物種植對於硫酸鹽之去除有益。在進流水 SO

4 2-

-S濃度為500 mg/L左右時，植物對於硫酸鹽的移除成效，其貢獻性確實存在。由下圖可明顯看出，在試程一至試程四的植物實驗組別(G1及P1)，其平均去除率，皆比空白對照組高。植物存在人工濕地中，除了可攔除污染物之外，其根系亦可增加土壤及根圈微生物附著之表面積。氣體藉由植物傳輸至根部，改變根部周圍的氧化還原狀態，因此在還原性土壤中，亦可存在有微好氧環境，使好氧區域與厭氧區域共同存在於土壤中，提供不同微生物生存空間，而豐富其微生物相，此一現象稱為根區效應(root zone effect)。到目前為止，在本研究中並未發現根區效應會干擾SRB的生存以及硫酸鹽的還原作用的現象。根據文獻顯示，在 SRB的生長環境中，若有部分的氧氣存在，SRB仍可存活甚至更占優勢。(Brune et

al., 2000; Cypionka, 2000; Holmer & Storkholm, 2001; 劉輊超及王增長, 2008)

Columns Name

G1 G2 P1 P2

SO

42-

-S R E(% )

0 20 40 60 80 100

120 PhaseI

PhaseII PhaseIII Phase IV AVG

圖 6 實驗第一至第四階段之各管柱去除率及其平均值

(11)

(2) 氨氮與硫酸鹽去除之相關性

由深度剖面實驗的結果，可以得知，以批次方式操作時，氨氮可能會與硫酸鹽反應而共同去除。若採取連續流操作方式，氨氮在管柱上半部的好氧區域內即被消耗，在厭氧區域內之濃度幾乎不變，因此在試程四至試程六的連續流操作方式實驗中，無法比較氨氮與硫酸鹽同時去除的相關性。因此，以下就試程一至試程三加以討論。

由文獻資料指出，當氨氮與硫酸鹽共同存在的時候，兩者間可能產生交互作 用而發生反應(Vandegraaf et al., 1995; Liu et al., 2008; Zhang et al., 2009)。假設在 本研究中，氨氮與硫酸鹽發生反應，而去除之可能性確實存在。故本小節將試程一至試程三的實驗數據以統計方式表達。

在試程一中，由於 P1 管柱發生礦化反應，因此去除率為負值，即使將 P1 的樣本點去除，其結果亦為負相關。可能是因為實驗階段之水體來源為污水處理廠沉澱池出流水，水體當中的氨氮濃度變化不一，加上植物或是微生物生長情況尚未穩定，因此發生了不尋常的反應，兩者之顯著性 p>0.05(p=0.120)且其相關性為負相關(R= -0.404)。但是，同樣為批次操作方式的試程二及試程三中，經由統計結果可以得知，氨氮的去除與硫酸鹽的去除就如同先前所假設，具有正相關性。試程二之顯著性 p<0.05(p=0.029)，R=0.545，為中度相關；試程三之顯著性 p<0.05(p=0.0001)，R=0.905，為高度相關。由以上數據可以確信，在此人工濕地系統的厭氧環境中，當環境處在厭氧狀態時，且氨氮與硫酸鹽共同存在，氨氮之去除並不受限制，而有可能被 SRB 等厭氧異營菌做為氮源，而共同消耗掉，或是藉由氨氮的 ANAMMOX 反應途徑，分解為亞硝酸鹽或是硝酸鹽。由於當初以污水處理廠厭氧槽底部污泥進行實驗模槽中微生物植種時，污泥並未經過微生物篩選及純化的步驟，況且從厭氧槽底部取得的汙泥，應當含有各式各樣的微生物。因此在各管柱內部，營養鹽可能依循各種途徑進行(

Dong & Sun, 2007)。

四、結論

有機碳源的提高確實影響硫酸鹽之去除成效，當有機碳源提高之後，可明顯觀察到硫酸鹽去除率的上升，而去除效果以試程三之實驗條件最優。試程一至試程四之 COD 去除率與 SO

4 2-

-S 去除率，兩者之顯著性 p 值分別為 0.021、0.03、

0.012、0.024，皆小於 0.05。

在本研究中，於人工濕地內種植植物，對於處理含有較低濃度的硫酸鹽進流水體(SO

4 2-

-S 500 mg/L)有成效。

在批次深度剖面實驗中，在管柱深處之厭氧區內，氨氮去除並不受到厭氧環境之影響，而有可能依照 ANAMMOX 之反應程序而轉化成其他含氮化合物，並

(12)

可能做為 SRB 等微生物之氮源。以批次操作法之試程二及試程三中，氨氮之去除量與硫酸鹽之去除量亦呈現出顯著性，其 p 值分別為 0.029 及 0.005。

在管柱的剖面深度實驗方面，可看出系統的 ORP 值的確影響硫酸鹽之還原。

本研究之 ORP 值以-300 mV 以下之去除成效較明顯。

以複合式人工濕地之操作方式，對於硫酸鹽之去除效果優於單槽處理之操作方式。就硫酸鹽去除及氨氮的去除而言，普遍來說，以泥炭土為濾料之管柱，其去除率較礫石管柱佳，推測其原因可能和濾料之表面積有關。泥炭土濾料的粒徑較小，擁有較大的表面積可供微生物生長及附著，因此使得每單位體積的微生物量較多，故去除率較佳。因此採用擁有較大表面積的濾料（泥炭土）做為人工濕地填充濾材，亦可得到較佳的去除成果。

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