中華民國九十九年十一月十二、十三日
水質淨化型人工溼地水質與指標性微生物之關係探討
林正祥，祥勝綠色科技股份有限公司總經理 陳江河，瑞昶科技股份有限公司專案經理
鄧家基，臺北縣政府環境保護局局長 陳美玲，臺北縣政府環境保護局水質保護科科長
闕乃羚，瑞昶科技股份有限公司專案經理 郭正翔，瑞昶科技股份有限公司工程師
計畫案號：臺北縣政府環境保護局 98-009 摘要
根據本研究 2009 年～2010 年於臺北縣境內之多單元串連式人工溼地進行各 單元水體內微生物調查分析結果顯示，水質有機負荷（BOD/SS，kg BOD / kg SS.
day）及食微比（F/M, Food-to-microorganism ratio）與指標微生物有一定程度之 正相關。並藉由此研究之探討，找到水質 BOD 濃度於 20mg/L 左右或以上時，
可觀察到水中膜帶蟲之存在，與文獻中顯示膜帶蟲幾乎只出現在 BOD 濃度 20 mg/L 以上情形接近，故以膜帶蟲作為未來人工溼地處理水質 BOD 成效之即時觀 測參考依據。當人工溼地系統有機負荷處於低負荷狀態時，水中微生物種類較 多，且在原生動物觀察中同時亦發現有機負荷越低，較大型之原生動物出現機率 越高，微生物相越豐富，歧異度越高，代表當人工溼地系統觀測到較大型之原生 動物時，系統有機負荷較低。另外，發現單元出現柵藻可當為有機負荷低於 1 之 指標性微生物物種。
關鍵字：水質淨化、人工溼地、食微比、指標性微生物、有機負荷
The Relationship between Water Quality and Indicated Microorganism in the Wastewater Treatment Constructed
Wetland in Northern Taiwan
Cheng-hsiang Lin1, Chiang-Ho Chen2, Chia-Chi Teng3, Mei-Ling Chen3, Nai-Ling Chueh2, Cheng-hsiang Kuo2
1AwantGreen Technology Co., Ltd, Taipei 10556, Taiwan
2Apollo Technology Co., Ltd, Taipei 11083, Taiwan
3Environmental Protection Bureau, Taipei County 22001, Taiwan Abstract
According to executing the research of microorganism and water quality fromthe project of environmental protection bureau, Taipei County Government in 2009 and 2010, we find the relationship of the water organic loading, food-to-microorganism ratio and indicated microorganism in the constructed wetlands which string with different units with pump.
We find the concentration of BOD about 20 mg / L or more can be observed the existence of Cyclidium spp. through this research. The literature show that Cyclidium spp. observed in BOD concentration at 20 mg / L, this has the immediately observation reference value in constructed wetlands for wastewater treatment. When the organic loading in the lower loading state, the more types of microorganism such as protozoan in water and has higher diversity. That is, if more can be found in large-scale observation of protozoa in water means that the low organic loading of the system. When the organic loading is less than 1, we find Scenedesmus spp. as indicated microorganism in constructed wetland.
Keywords：On-Site Treatment, Constructed Wetland, Food-to-Microorganism Ratio, Indicated Microorganism
中華民國九十九年十一月十二、十三日
一、前言 1. 目的
臺北縣政府為有效改善境內河川水體品質，除了接續原「臺灣省臺北近郊 污水下水道建設計畫」之建設成果，以及著手推動縣內包括人口密集地區及水 源水質保護區內污水下水道系統之建設外，自 2002 年起陸續於境內河川沿岸 可利用之灘地或學校社區空地，構築「現地處理水質淨化系統」，以期達到降 低水污染提昇河川水質之目的，其中人工溼地兼具營造生態棲地環境等附帶效 益。
一般水質檢測項目工項繁瑣，且需耗費一定檢測時間，往往無法即時顯示 屬於開放系統之人工溼地水質淨化能力，而環境中微生物具有多樣性、生長快 速、即時環境變動會出現不同微生物優勢相等特性，故本研究利用現地顯微鏡 微生物觀測，結合水質 BOD 與 SS 濃度比值之關係，嘗試找出水質淨化型人工 溼地單元水質與水中微生物相之關係，比較微生物族群變化並探討其環工與生 態上之意義，以期望找出水質指標性物種，作為後續人工溼地水質淨化效能之 即時檢測參考，並可作為現場經營管理與操作維護單位之即時參考依據。
2. 調查場址背景介紹
研究場址包含臺北縣於 2004～2009 年間陸續在大漢溪沿岸建置之「新海 一期人工溼地」、「新海二期人工溼地」、「打鳥埤人工溼地」、「華江人工溼地」、
「新海三期人工溼地」、「浮洲人工溼地」及「城林人工溼地」，及其他臺北縣 境內之雙溪鄉「雙溪中學人工溼地」與汐止市「茄苳溪人工溼地」。研究場址 大部分屬於多單元串連型式人工溼地。
新海一期人工溼地面積 8 公頃，處理水量 6,000 CMD，為臺北縣最早建置 之場址。新海二期人工溼地面積 5 公頃，處理水量 4,000 CMD。打鳥埤人工溼 地面積 13 公頃，處理水量 11,000 CMD，於 2007 年榮獲福特保育暨環境獎優 選。華江人工溼地面積 13 公頃，處理水量 9,000 CMD，感潮溼地單元為場址 特色。新海三期人工溼地面積 8.5 公頃，處理水量 5,000 CMD，水生經濟作物 區為其特色。浮洲人工溼地面積 40 公頃，處理水量 20,000 CMD，為大漢溪場 址中占地面積最大之場址。城林人工溼地面積 26.5 公頃，處理水量 16,500 CMD，為一處溼地環境教育場址。
調查場址本研究以 2004 年完成之新海一期人工溼地為例，詳圖 1，採樣點 為分別為 1 截流大排、2 沉澱池、3 第一密植區(Ⅰ)、4 第一密植區(Ⅱ)、5 開放 水域、6 第二密植區、7 生態池、8 放流口。
本研究場址均藉由營造不同水深與植栽配置單元，進行生活污水之水質淨 化處理。場址單元包含沉砂池、厭氧區（植栽密植）、好氧區（開放水域）、生 態放流池。研究場址所設計大部分為改良式三段式表面流，營造密植區、開放 水域、密植區之處理單元，利用微生物及植栽進行水中有機物之分解與氮、磷 之吸收。
二、研究方法
1. 調查期間：2009 年 4 月～12 月與 2010 年 1 月～6 月。
2. 調查頻率：每季（3 個月）一次，每次至少連續 24 小時以上（視觀測物種不 同而定）。
3. 調查位置：本研究於各場址單元出流口進行水樣採集。各場址水質調查點位，
詳圖 1所示。
4. 調查內容：
(1) 進行人工溼地單元水質微生物調查，觀察溼地單元內存在之微生物物種 及計數其數量。
(2) 進行人工溼地單元水質調查，包含現地量測各單元水樣之 pH、水溫、總 溶解固體、導電度、沉降與色澤，及水質生化需氧量、懸浮固體等檢驗。
(3) 比較分析水質與水中微生物之關係，並嘗試找出指標物種。
5. 研究流程：包含水樣採集、現地水質檢測及現場顯微觀察拍照，顯微鏡觀察 之採樣作法係依據「廢水處理功能生物診斷技術」作法進行（李季眉等，
1995）。研究流程詳圖 2所示，步驟說明如后：
(1) 瞭解場址背景及基本資料，並規劃微生物及水質採樣位置。
(2) 採樣工作前，預先於採樣位置進行衛星定位。
(3) 現場隨車架設顯微鏡。
(4) 於採樣點位水面以下 15 公分，使用採樣器進行微生物水樣採集，並同時 採集水質分析所需水樣，採樣後隨即在現地進行水質 pH、水溫、電導度
（EC, Electrical conductivity）、總溶解性固體物（TDS, Total dissolved solids）及沉降與色澤狀況等記錄與數位拍照。
(5) 現場立即進行微生物相觀察及顯微動態與靜態數位拍照，並記錄微生物 物種及統計微生物數量。
(6) 水樣進行樣品保存，並運送至實驗室進行分析生化需氧量、懸浮固體。
(7) 彙整相關資料，進行微生物與水質分析資料綜合探討。
新海一期人工溼地
中華民國九十九年十一月十二、十三日
新海二期人工溼地
3 4
5
6
7 8
1
2
打鳥埤人工溼地 茄苳溪人工溼地
雙溪中學人工溼地 華江人工溼地
新海三期人工溼地 浮洲人工溼地
註： 代表採樣點位
城林人工溼地
圖 1 研究場址採樣位置
前置準備及作業
․器材之準備：GPS 定位儀、採樣工具、現場檢測儀器、位相差 顯微鏡
․現場之瞭解與採樣規劃：平面圖、採樣點規劃
採樣記錄分析
․取樣點 GPS 衛星定位
․取樣、現場檢測 pH、EC、TDS、水溫、水樣外觀拍照，並保 存運送至實驗室分析 BOD、SS
․現場進行顯微觀察、微生物計數、數位動靜態拍照
微生物與水質檢測資料綜合探討及分析比對 結論彙整
․彙整出指標微生物與各單元水質有機負荷關係圖表，找出指標 性微生物，以作為水質監控追蹤應用
圖 2 研究流程
圖 3，河川自然淨化系統與污水處理系統關連圖
中華民國九十九年十一月十二、十三日
本研究應用廢水處理功能生物診斷技術，利用顯微鏡觀察廢水生物處理之指 標微生物優勢存在情況，並配合其他現場立即之操作測試（如溫度、DO、pH、
EC、TDS 等）及人工溼地單元水質之 BOD、SS 濃度等相互印證，以期找出人 工溼地單元處理效能之指標。藉由微生物相的觀察，除了可以看出微生物種類的 優勢狀況、膠羽的組成分佈、以瞭解有機物的去除效果與污泥沉降性；並可由雜 質（如：纖維、色塊、油脂等）的存在多寡，瞭解場址單元處理（攔污、沉砂物 理去除等）是否完善，並修正因操作條件懸浮固體物（MLSS, Mixed-liquor suspended solids）不正確所造成之污泥容積指數（SVI, Sludge volume index）與 食微比（F/M, Food-to-microorganism ratio）誤差；以達到正確而快速的廢水處理 功能診斷，作為評估人工溼地操作條件良窳及改善操作條件之依據（林正祥，
2010）。
一般所謂之食微比F/M環工計算中，MLSS（Mixed-liquor suspended solids）
懸浮固體物，一般學理上把此數據視為微生物濃度，不過，如果顯微觀察發現水 樣中含多量無機雜質及纖維時，即微生物量會被過度計算，導致F/M異常偏低，
與實際狀況脫節，此F/M就需做數值之下修。另可用MLVSS （Mixed-liquor volatile suspended solids）懸浮揮發性固體物表示微生物量，但在實務上，仍會有 像有機纖維（樹葉樹枝、廢水中之染整、皮革、造紙纖維）之干擾，同樣造成 F/M異常偏低之狀況。（SVI（Sludge volume index）污泥容積指數，只要在探討 污泥是否有膨化狀況，一般以量筒到入水樣，量取 30 分鐘後之體積百分比，再 除以MLSS。F/M(Food-to-microorganism ratio)食物與微生物比值，簡稱食微比，
食物是以廢水中有機質BOD濃度表示，再乘上廢水進流量Q（m3/d），即為進流 之有機質總量；在除以微生物量：微生物濃度MLSS乘上生物槽之有效體積
（m3）。F/M即代表此生物系統之處理負荷，單位為KgBOD/KgSS.day。
詳如圖 3所示，在河川及流動之自然生態中，其微生物組成有附著生長及 懸浮生長等兩種模式，本研究即探討各生態池出流位置之懸浮生長狀態。故，
可以 F/M 數值與微生物相作相關性之探討。經證實，F/M 小於 1，生物多樣性 非常豐富。
四、結果與討論
本研究以環境工程學理之觀點探討水質有機負荷（BOD/SS）與食微比(F/M) 之數據分析。經過 2009 年 4～12 月三季及 2010 年 1～6 月二季之水質微生物 採樣觀察後，將各個場址依相同的條件統計數據，以Curds氏曾探討有機負荷
（BOD/SS）與微生物相之間關係（Curds, 1970）之相同分析方式將 2009 年三 季觀察數據加總分析，根據數量多寡制訂微生物種的出現頻率，並繪製有機負 荷與微生物相關係圖，其中數量多寡以三項標準表示，分別為「數量少（1～
100CFU/mL）」、「數量中（101～200 CFU/mL）」、「數量多（>201 CFU/mL）」。
藉由 2009 年三季採樣分析統計觀察出，有機負荷（BOD/SS）與環境工程 學理經常應用的食微比有明顯相關。一般食微比應用公式需加入流量與池體大 小的準確參數，使其參考性高，然而，本研究之人工溼地屬開放系統，受環境
影響變化甚鉅，部分單元水樣經常由於缺乏實際流量及確切池體大小資料，故 無法精確計算出食微比，經本研究調查數據分析比較，人工溼地F/M與BOD/SS 關係，有其一定正相關，詳如圖 4及圖 5所示，R2分別為 0.88 及 0.85，將來現 場若無進流水量及池體明確大小容量可參考時，可用各場址單元有機負荷
（BOD/SS）當作水質參考指標之一。
由於本研究所調查之人工溼地類型相似，均屬串連式人工溼地，故以新海 一期人工溼地做為代表，討論有機負荷(BOD/SS)與食微比(F/M)之關係如后，
並將本研究之調查資料統計歸納分析如下：
1. 2009 年及 2010 年有機負荷（BOD/SS）與食微比（F/M）之關係圖詳如圖 4 及圖 5。分析比較不同年度資料均發現有相關性，故當現場無法立即得知出流 水量及池體明確容量大小時，可用有機負荷（BOD/SS）作為水質參考指標。
2. 經彙整 2009 年三季本研究調查之人工溼地（包含新海一期、新海二期、打鳥 埤、茄苳溪與雙溪中學人工溼地）及 2010 年二季本研究調查之人工溼地（包 含華江、新海一期、新海二期、新海三期、浮洲、打鳥埤與城林人工溼地）
有機負荷及微生物相資料，詳如圖 6、圖 7及圖 8所示。圖中說明藻類分布範 圍極廣且數量多，其中植物性鞭毛藻類為最，其次是顫藻；部份藻類分布範 圍極廣但是數量稍微少一點，其中以針桿藻、雙球藻、方藻、綠藻與小球藻 為其中的典型；部分藻類出現次數非常少，其中以微囊藻、螺旋藻、橋彎藻、
三角藻等只出現在某個濃度範圍。一般藻類如植物性鞭毛藻（裸藻）、綠藻、
矽藻等，在白天行光和作用，增加水中溶氧，促進細菌類、原生動物等食物 鏈之作用完整，對水質處理較有幫助之外，當水中藍綠藻、水黴真菌及絲狀 菌等大量繁殖時，通常會伴隨一些異味，如霉臭味、青草味與土味等等臭味。
另外，部分原生動物其分布範圍相當廣，其中，以動物性鞭毛蟲類為最，其 分布範圍既廣數量又多，而原生動物之滴蟲類其生長範圍也很廣，這類型的 微生物有一共同特性，就是體型皆不大，且明顯具有一到兩條較長的鞭毛，
且在水中移動速度相當快速。比較圖 6、圖 7及圖 8，本研究所觀察之原生動 物中，顯示在 BOD-SS 負荷越低，越能觀察到大型之原生動物，並發現有機 負荷越低，微生物相越豐富，歧異度越高，在有機負荷低於 1 時，柵藻（圖 9）
出現數量較多，可暫作溼地之指標微生物。
3. 本研究調查人工溼地各單元採樣之水樣微生物觀察統計數據發現，2009 年三 季均發現原生動物－膜帶蟲（圖 9）重複出現次數較多，並由膜帶蟲與 BOD 濃度關係表中（表 1）歸納出，當膜帶蟲被觀察到的 115 個數據，水質 BOD 濃度幾乎在 20mg/L 左右或以上，只有少數 18 個數據低於 20mg/L，此與文獻 中顯示膜帶蟲幾乎只出現在 BOD 濃度 20mg/L 以上情形接近，故可以膜帶蟲 作為人工溼地水質指標性微生物之一，未來當其發現該物種時，代表水質在 BOD≧20mg/L 之參考依據。
圖 4 新海一期人工溼地 2009 年三季有機負荷(BOD/SS)與食微比(F/M)關係圖
圖 5 新海一期人工溼地 2010 年二季有機負荷(BOD/SS)與食微比(F/M)關係圖
中華民國九十九年十一月十二、十三日
註：數量少代表（1～100 個 觀測物種/mL）、數量中等代表（101～200 個 觀測物種/mL）、
數量多代表（＞201 個 觀測物種/mL）。
統計資料場址：包含新海一期、新海二期、打鳥埤、茄苳溪與雙溪中學人工溼地，共計 5 處。
圖 6 本研究調查場址之人工溼地 2009 年三季有機負荷及微生物相關係圖
註：數量少代表（1～100 個 觀測物種/mL）、數量中等代表（101～200 個 觀測物種/mL）、
數量多代表（＞201 個 觀測物種/mL）。
統計資料場址：包含華江、新海一期、新海二期、新海三期、浮洲、打鳥埤與 城林人工溼地，共計 7 處。
圖 7 本研究調查場址之人工溼地 2010 年第一季有機負荷及微生物相關係圖
中華民國九十九年十一月十二、十三日
註：數量少代表（1～100 個 觀測物種/mL）、數量中等代表（101～200 個 觀測物種/mL）、
數量多代表（＞201 個 觀測物種/mL）。
統計資料場址：包含華江、新海一期、新海二期、新海三期、浮洲、打鳥埤與 城林人工溼地，共計 7 處。
圖 8 本研究調查場址之人工溼地 2010 年第二季有機負荷及微生物相關係圖
註：膜帶蟲（箭頭所示）
註：柵藻（箭頭所示）出現於處理系統之後端，
數量在 400 至 440 個 觀測物種/ml 時，其 水中 BOD 約 17.2 至 22.4 mg/L；而達到 600 個 觀測物種/ml 時，其水中 BOD 約 10 mg/L。
圖 9 本研究發現之人工溼地水質指標性微生物
表 1 本研究調查場址之人工溼地 2009 年三季採樣觀察膜帶蟲與 BOD 關係
採樣日期 2009/5/12
採樣場址 新海一期 新海二期 打鳥埤 雙溪中學 汐止茄苳溪 檢測項目 單位 開放水域 生態池 第一密植 第二密植 開放水面 密植區 開放水域 第二密植 BOD mg/L 22.9 23.1 14.0 17.2 8.1 13.0 36.8 29.1 SS mg/L 8.8 14.2 18.8 44.5 33.0 67.5 58.0 49.0 BOD/SS 2.60 1.63 0.74 0.39 0.24 0.19 0.63 0.59 膜帶蟲 個/0.05ml 3 1 10 3 1 4 16 12
2009/9/20 採樣日期
採樣場址 新海一期 新海二期 打鳥埤 汐止茄苳溪
採樣點 單位 截流 大排
沉澱 池
第一 密植
第二 密植
截流 大排
開放 水域
第一 密植
生態 池
第一 密植
開放 水域
第二 密植 BOD mg/L 67.2 24 22.6 17.3 31.2 32.4 19.2 7.8 33.4 27.2 23.6 SS mg/L 98.09 178 13.3 21 1510 27.8 33 17 8.7 9.8 21.8 BOD/SS 0.69 0.13 1.70 0.82 0.02 1.17 0.58 0.46 3.84 2.78 1.08 膜帶蟲 個/0.05ml 6 2 1 1 3 2 2 2 2 1 3
採樣日期 2009/11/02
採樣廠址 新海二期 打鳥埤 汐止茄苳溪
採樣點 單位 截流大排 第二密植區 第一密植區 第二密植區
BOD mg/L 29.2 4.2 24.6 22.9
SS mg/L 373 11.3 6 7.2
BOD/SS 0.078 0.37 4.1 3.18
水池體積 m3 - 7560 126 126
F/M kgBOD/kgSS.d - 0.17 8.14 6.31
膜帶蟲 個/0.05ml 17 1 31 7
中華民國九十九年十一月十二、十三日
五、結論
根據 1970 年 Curds 氏曾探討有機負荷與微生物相之關係方式，本研究以水質 有機負荷（BOD/SS）探討與微生物顯微相之關係，並以此探討與歸納人工溼地 中佔優勢微生物（含藻類）與有機負荷之關係。獲得結論如下：
1. 本研究觀察人工溼地各單元中藻類分布範圍極廣且數量多，其中植物性鞭毛 藻類為最多，其次是顫藻；原生動物在水中能攝食細菌類，與藻類等形成生 物多樣性之食物鏈型態，並達到數量上之平衡，各物種在適量存在下，則會 對水質淨化有幫助，當少數物種過量優勢存在下，則顯示系統是在不穩定狀 態或水質尚未達到最佳淨化狀態。
2. 在原生動物觀察中同時亦發現有 BOD/SS 負荷越低，微生物相越豐富的情形，
且較大型之原生動物出現機率越高。
3. 當系統 BOD/SS 處於低負荷狀態時，水中微生物種類較多。且當水中食微比 低於 1 時，柵藻可作為人工溼地水質之指標性微生物。
4. 由觀察分析得知，當人工溼地水質 BOD 濃度大於或接近 20mg/L 時，水中膜 帶蟲被觀察到的次數增加，故膜帶蟲作為未來人工溼地水質 BOD 指標性微生 物有參考價值。
六、誌謝
本研究能順利完成，特別感謝臺北縣環保局提供經費補助，以及瑞昶科技股 份有限公司、祥勝綠色科技有限公司各成員之相互配合。
七、參考文獻
1. 陳江河、陳慎德、張文亮、但惠民、闕乃羚、郭正翔、楊盛行、袁孝維、蔡 育倫、黃守忠、林正祥、陳建志，「臺北縣現地處理水質淨化系統經營管理與 功能效益分析計畫」，臺北縣環保局（2009）。
2. 李季眉、林坤讓、朱昱學、林正祥，廢水處理功能生物診斷技術，（1995）。
3. 林正祥，“水體生物處理顯微診斷技術”，台灣省環境工程技師公會「節能減 碳與水體生物處理顯微診斷技術研討會」，臺北市（2010）。
4. C.Curds, B.Sc, Ph.D., “An illustrated key to the British freshwater Cilliated Protozoa commonly found in activated sludge”, Her Majesty,s Stationery Office, London（1970）.
