大仁科技大學環境管理研究所碩士學位論文以

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大仁科技大學環境管理研究所碩士學位論文

以 PARAFAC 配合螢光光譜與 PEAKFIT 配合分子量大小進行有機物性質之解析海豐濕地對水中移除有機物之效能評估

[需請教靜雯學組如何操作軟作]

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指導教授：賴文亮博士研究生：林家右

中華民國 106 年 7 月

摘要

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Abstract

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致謝

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圖目錄

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表目錄

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第一章前言

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第二章文獻探討 ^[使用

ENDNOTE 將參考文獻引入..並將文獻全文放入平 台..讓老師比對..另文章直接於實驗室過去研究直接引入太多…需修正或調整…

且自己也要找一些原文及其它中文加入….

2-1 濕地的介紹

表2-1 國際間與各國濕地的定義整理

國際間的定義拉姆薩公約(1971) (Ramsar Convention)

不論天然或人工、永久或暫時，由靜水或流水、淡水或鹹水的沼澤地、泥沼地、泥炭地或水域所構成的地區，並包括低潮時水深在六公尺以內的海域。

中華民國定義

行政院農業委員會 (自然保育通訊月刊，

莊玉珍 & 王惠芳 , 2001)

1.週期性的，以水生植物為優勢。

2.主要是無法排水的積水土壤。

3.基質不是土壤，而是在每年生長季節的某些時間內，含有飽和的水分，或者積有淺水的土地。

內政部營建署 (濕地保育法 2015)

指天然或人為、永久或暫時、靜止或流動、淡水或鹹水或半鹹水之沼澤、潟湖、泥煤地、潮間帶、水域等區域，包括水深在最低低潮時不超過六公尺之海域。

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溼地必須具有以下三種特性中的一種或一種以上：

1.必須具有優勢的水生植物物種。

2.在下層土壤中以未排水的還原性土壤為主。

3.非土壤介質在每年生長季的某段時期為飽和含水，或是處於水淹狀態。

加拿大的定義加拿大國際濕地工作組織

一個地區的濕土是優勢的，土壤為水所覆蓋，水位隨著每年的融冰季節而變化，以支持水生植物生長。

日本的定義濕地生態學者

濕地的主要特徵，第一是潮濕；第二是地下水位高；第三是至少一年的某段時間內，土壤處於飽和狀態。

2-1-2 濕地的類型

　　濕地的種類五花八門，若是將他以是否為人為外力所造成，大致上可以分成天然溼地(natural weland) 以及人工溼地 (constructed weland)兩種。天然溼地顧名思義為大自然的地理變化自然形成，其中又可分為分布於沿海一帶的「沿海濕地」與分布於河流、湖泊、

平原的「內陸濕地」。人工濕地則代表人為外力遺留下來的足跡，

包含曬鹽的鹽場，種植農作物的稻田、養殖漁業的魚塭、集水供人民用水使用的水庫以及各類的運河與水壩等比比皆是，目前頗受廣泛運用與好評的水質淨化型人工濕地也屬於此。

1. 天然溼地 (1) 沿海濕地

沿海濕地是海洋與陸地的交界地帶，潮汐交替進退孕育無數生命。

此類型濕地可在分為「鹹水濕地」與「半鹹水濕地」。潮汐是影響此種濕地類型的主要因素，隨著海水漲退潮變化，因此含鹽成分較高，生物的種類也不盡相同；至於此類地形較為著名的例子為：沼澤、溪口灘地、林沼澤(例如紅樹林)、潮間帶、離岸沙洲、

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潟湖、鹽湖、珊瑚礁等……。

a. 鹹水濕地

泛指未受到淡水交替影響的濕地，例如：一般海岸、礁岩潮間帶等。由於受到潮汐影響的關係，此區之生物作息皆配合潮汐時間，

且演變出能適應高鹽度的環境，部分物種並能忍受長時間的乾燥狀態，以度過退潮時的無水環境。

b. 半鹹水濕地

半鹹水濕地多半是河川下游三角洲的河口潮間帶，例如：台北關渡紅樹林濕地、屏東東港大鵬灣河口濕地等……，此類濕地生產力及生物多樣性十分豐富，孕育了許許多多、各式各樣地動、植物，因此也帶動了當地觀光休閒產業，蓬勃了當地的經濟與觀光，

具有非常高的經濟價值。

(2) 內陸濕地

內陸濕地又可稱作「淡水濕地」(freshwater wetlands)，與鹹水濕地或是鄰近於海洋的半鹹水濕地有別，淡水濕地多為承接天然雨水、排水、生活汙水等的濕地環境。天然的淡水濕地，是許多原生水生植物的孕育地，是雨水與大地的集散之地。像是台灣最有名的南投縣日月潭、墾丁國家公園的龍鑾潭等……，都是屬於淡水濕地。

2.人工溼地

(1) 自由表面水流濕地系統(Free Water Surface Wetlands, FWS)

此系統是採用表面進流、表面出流的方式進行。由於其具有低建造及低維護費用，因此也是最容易被廣泛建造使用的人工溼地，

美國人工濕地系統多屬此類。但由於其汙水在地表上處理，加上建造此濕地系統需要較大的面積，因此當濕地久未維護、整理，

容易散發惡臭味及孳生蚊蟲，反而影響環境衛生，因此如何永續經營濕地及環境的維護管理，亦是建造濕地時應考量進去的課題。

一般而言，建造此濕地系統的主要功能為淨化水質，而自由表面

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此類溼地可結合當地觀光供民眾及遊客休憩遊樂使用，創造濕地另外的一種附加價值。

(2) 表面下流動式溼地系統(Sub-surface Flow Wetlands, SSF)

表面下流動式濕地系統主要是採用表面進流或地下進流的方式，

然而出流方式必定為地下出流。系統的填充介質多為礫石或石塊；

汙水經由填充介質，粒徑較大的固形物質被填充介質或植物根系攔截，其餘的物質則被植物吸收或微生物分解供做養分，所有的汙水處理過程皆在地底下進行；因此若地表上的植物因為氣候因素進入休眠或死亡無法進行作業，地底下的微生物仍然可以進行分解作用，雖然效率降低，但是整體處理過程仍然持續進行，不至於荒廢停止。另外地下潛流式系統亦不需要龐大的地表面積供做濕地使用，但是相對而言便不能提供休憩、美觀等功能；而且地下潛流式系統礫床造價高昂，因此其後續維修、維護管理費用亦是衡量重點。但由於此濕地負荷量及處理效能較FWS 佳，因此通常用來處理高濃度的家庭或畜牧廢水；也因為其所需面積較小，一般也用於小社區或小家庭等較近都市的地區。

2-1-3 濕地的功能

　　濕地又稱為「大地之腎」，不僅可以調節氣候、水資源，又具有全球最豐富的生態體系，涵蓋了河口、沼澤、紅樹林等許多地形，

而就其功能而言，這邊主要以三個層面去探討及分類：

1. 調節氣候及水資源 (1) 調節洪流

溼地就像一塊大型的海綿，在防洪上扮演重要角色。當大地水量較多時能吸收並儲存過多的水分，當水分不足時，則能適度調節水分，無論是位在沿海、河流、森林的濕地都具有防洪與調節水位的功能。

(2) 提供水源

溼地中的池塘、沼澤等，可以提供農民種植、養殖漁業的漁民必須的用水，也能提供附近的居民蓄水，除此之外，還可提供溼地生態系的生物覓食、飲水、棲息等功能。

(3) 淨化水質

濕地可以保護土壤不至於過度鹽化，讓植物順利生長，受惠的植

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物如水草、蘆葦、香蒲等……。其能夠吸附並分解部分的重金屬及沉澱汙染物。濕地因為本身土質的特性，水流經過或滲透此地之後，流速將會趨緩，流速減緩後濕地便可以保留水中養分，並過濾化學有機廢棄物，以保持水質乾淨。而生長在濕地的植物根系也能夠吸收水中的金屬化合物與有毒物質，這也是濕地被稱為大地之腎的主要原因。

2. 豐富的生態系

(1) 孕育各式各樣的生物

濕地提供了豐富的水資源以及養分，成為理想的生物棲息地。濕地本身可供給豐富的食物資源，加上生物多樣性，能構成豐富且變化性極高的生態體系。溼地的泥土將水中的有機質留在土壤中，

成為生存在泥中的螃蟹、貝類和蝦子這些底泥生物的養分；而蝦、

蟹與貝類又是鳥禽類生物的主食，形成一個獨特而種類萬千的生態系，孕育出無數只有濕地才能見到的特有生物。

(2) 自然生態圈

濕地對於大氣中氮循環(nitrogen cycle)、硫循環(sulfur cycle)以及碳循環(carbon cycle)具有非常重要的影響。濕地、植物、苔蘚類、

水苔植物等吸收空氣中的二氧化碳而成為植物的細胞組織，最後成為濕地沼澤中的泥炭。

(3) 食物供應鏈

溼地是眾多生物棲息、覓食的環境，人類有許多食物亦由濕地中取得。因肥沃的土壤發展定居的農業文化。潮間帶也是沿海地區居民的天然冰箱。

3. 能源、經濟與環保 (1) 產生能源

部分地區的濕地因動植物的遺骸及有機物長時間沉積埋沒於泥沙之中，常年累月下來形成了泥煤，是媒最原始的狀態。泥煤又可

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(2) 經濟效益

大部分種類的鹹水魚，都需要依靠海岸或河口等環境來孵育成長，

若缺乏此環境，許多魚類將無法繁殖後代，使海洋中的魚種數量大量減少，破壞生態系的食物鏈。而濕地孕育了許多魚蝦的幼苗，

這些魚蝦幼苗正是這些魚類的食物來源。因此，濕地之保存，是維持海水魚數量的重要因素，亦才能夠維持沿海地區養殖漁業的永續經營。除了以上的功能之外，人類也經常利用濕地從事各式各樣的休閒活動，像是墾丁的珊瑚礁岸是潛水人員探訪珊瑚與熱帶魚的聖地，東港大鵬灣發展風帆船的休閒活動等……。因此，

無論是休閒活動或沿岸產業，濕地對於經濟效益的價值影響甚鉅。

(3) 清除毒物

濕地除了上述的功能之外，更可淨化水質、分解、過濾汙染物質，

對於各種物質更是最佳的過濾器，其過濾功能主要是透過濕地植物的根系吸收以及土壤的緩衝力。美國威斯康辛州自從西元 1953 年起便開始利用沼澤植物來處理畜牧廢水，並用來吸收水中的金屬化合物、農藥等。

2-2 濕地各類汙染物的傳輸去除機制 2-2-1 懸浮固體及有機物之去除

　　汙水中之總固體物可分為懸浮固體物及溶解固體物，懸浮固體物汙水再流經天然溼地或人工濕地時，因為流體擴散作用、遲滯效應或水生植物的阻隔，導致流體流速降低，此效應在懸浮固體物上，

因為流體攜帶物質能力被濕地所稀釋，加上重力沉降效應大於流體攜帶物質能力，最後懸浮性固體沉積在濕地底部形成底泥。而溶解性固體物一般為汙水中有機物質的來源之一，去除機制為微生物代謝作用，將有機物轉換成二氧化碳從水中去除。

2-2-2 氮的去除

溼地中的氮化物型態可分為有機氮及無機氮兩類。有機氮化合物從型態簡單的尿素到型態複雜的氨基塘醣等，這些有機化合物可經由生物作用，形成底泥中腐植質，水解成胺基酸，再進一步分解成無機氮；無機氮的型態如氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、分子態氮等……，

可藉由硝化、脫硝作用、植物吸收作用及離子交換作用而自汙水中將其去除。而上述這些硝化、脫硝等作用皆是利用氮循環的機制來完成，而這些氮循環作用機制，皆需要氧氣，因此氧氣的供應是去除機制中最重要的因素。

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濕地水層下的介質層是主要氧化區，雖然氧化區很薄，但卻含有高溶氧，為氮的主要轉換區。在此區域中，有機氮會藉由氮循環轉換成硝酸鹽類，如果硝酸鹽沒有被植物所吸收，則可能在厭氧條件之下被微生物還原成亞硝酸鹽，或者經由脫氮作用分解成氧化氮氣體或氮氣逸散至空氣中。

會影響氮循環的因素有：土壤的氧化還原電位、酸鹼值、含水量、

氮的含量及溫度等……。氨氣在人工濕地的去除率會隨著季節的變化而改變，主要是因為植物在冬季時，生長速度比較慢，因此營養類被使用的機會相對減少，由此可知，氮的去除率會受到溫度的變化所影響。

2-2-3 磷之去除

磷在溼地中最主要的去除機制是透過吸附、吸收以及無機磷被介質中的鋁、鐵、鈣等物質形成溶解度低的化合物，加以沉降，其原因如下：

1. 不溶性的磷酸根與鈣、鐵、鋁在好氧環境下會一起沉澱。

2. 有機泥炭、黏粒及鐵鋁的氫氧化物和氧化物會對磷酸根產生吸附作用。

3. 磷會在有機物質中形成鍵結，例如：與藻類及大型維管束植物之間的結合。

吸附在溼地上的磷酸根可能與帶負電的磷酸根和帶正電的黏粒表面邊緣形成鍵結反應，並以磷酸鹽類將黏土基質中的矽酸鹽類汰換出來。大部分大型濕地植物經由土壤取得所需的磷，因此吸附於土壤沉降的磷酸根便是利用這種間接的方式對濕地生物產生作用。

在溼地中，所有對磷的去除機制，像是植物的硝化作用或是吸附、

沉澱作用達到飽和時，那麼磷的去除機制將不再發生。尤其是濕地的植物若沒有適時的收割，則死亡的植物碎屑將會掉回濕地土壤的表面，因此原先被植物所吸收的部分，又重新回到濕地的系統當中。

2-3 海豐濕地的環境現況概述[此段落屬第三章的現地描述]

2-3-1 地理位置及水文概況

　　海豐人工溼地位在屏東市信和段 65、66 地號，地理位置接近屏

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圖2-1 海豐濕地地理位置圖

　　海豐濕地自鹽埔鄉黃金橋引武洛溪上游水源進入崇蘭舊圳，集水區範圍包含九如鄉及鹽埔鄉，其溪水經由海豐濕地淨化後，最後流入萬年溪（屏東縣環保局，2017）。

　　萬年溪源自隘寮溪，流經屏東市中心地帶，穿越大連路與廣東路，然後沿自由路南下，於新生里一帶與殺蛇溪匯合，其下游稱作牛稠溪，於昌農橋與頭前溪匯合而排入高屏溪，至匯合點長5.5 公里，

平均坡度0.18%，排水面積大約 1,335 公頃。中油沿自由路一段長約 2.3 公里，兩岸為砌卵石護岸，平均坡度 0.14%，各斷面最大輸水容量均在100CMS 以上，排水情況良好(屏東縣環保局，2017)。

2-3-2 地形及土壤

本計畫區氣象概述以地理位置較近的中央氣象局高雄農改場氣象之監測資料進行討論：

1. 地形

海豐濕地位於屏東平原中北部，地勢平坦並無明顯落差，地面標高介於18 公尺至 30 公尺之間，平均坡度 0.22%。屏東平原的地質屬現代沖積層，屏東市區之地質為含小石之粗砂或細砂(屏東縣環保局，

2017)。

2. 土壤

屏東市表層(0~30cm)土壤以壤土為主，周圍則大多分布壤質砂土，

而中間則零星分布砂質壤土及黏質壤土。中層(30~60cm)土壤分布則出現零星黏土，壤質砂土的比變多而砂質壤土的比例略為減少， 60~90cm 處亦以壤土為主要土壤，壤質砂土明顯減少，而砂質壤土則有增多趨勢，其亦出現零星砂質礫土。90~150cm 處，則大多分布

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以壤土及壤質砂土為主，而黏土區域及砂質礫土也有增加趨勢(屏東縣環保局，2017)。

2-3-3 氣象概述 1.氣溫

屏東地區緯度較低，暖流黑潮自巴士海峽北上，因而氣溫均溫較全台為高，夏季長達 200 天以上，縣內溫度差異主要受地形山脈走向排列的影響，等溫線約與等高線一致。以全縣而言，氣溫以六到九月最高，十二到一月最低，全年均溫在24.9 度 C 左右(屏東縣環保局，2017)。

2.相對溼度及日照時數

屏東地區相對濕度變化小，相對濕度約介於 70~90%之間，年平均相對濕度約為79.4%，夏季略高於冬季。月平均相對濕度以 8 月份 84.3%較為潮濕。日照時數與雲量及降雨分布形式相配合，受山脈走向影響甚鉅，日照時數以五至七月最高，十二月最低(屏東縣環保局，

2017)。

3.風速與風向

屏東地區冬季季風期間多受蒙古及華北高壓作用而發生強風，多吹北北東風；夏季西南季風部分吹西南風，期間時受颱風影響，以六、七、八月最盛。年平均風速1.7 公尺/秒(屏東縣環保局，2017)。

平均氣溫 (∘C)

平均相對濕度(%)

平均風速 (m/s)

總日照時數 (hr)

總日射量 (MJ/㎡)

總蒸發量 (mm)

一月 19.1 75.9 1.2 174.3 275.2 61.8

二月 20.6 76.5 1.3 168.3 287.0 69.0

三月 22.9 75.0 1.3 174.9 327.4 85.9

四月 25.5 75.4 1.4 167.7 344.8 94.4

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九月 27.9 81.7 1.4 168.2 348.4 94.0

十月 26.4 77.2 1.2 187.1 301.0 99.1

十一月 24.1 77.2 1.1 156.9 211.7 67.3

十二月 19.7 76.3 1.2 135.2 185.7 55.5

平均 24.9 78.1 1.4 168.4 310.3 87.9

資料來源：中央氣象局高雄農改場氣象統計，統計時間為1999~2015 年。

表2-1 屏東縣歷年每月月平均氣象資料 4. 降雨量

季風與地形為影響降雨量多寡之主要因素。屏東地區夏季西南風盛行，由於旺盛的對流作用，導致對流性雷雨，帶來豐沛的雨量。

冬季東北季風期間，雖然夾帶豐沛水氣，但到達台灣南部地區時，

水氣已經不足以造成降雨，因此呈現乾季的型態。由中央氣象局屏東雨量測站監測結果(詳如表 2-2)可得知，屏東地區年平均總降雨量約為2,457mm，每年 5~9 月為雨季，雨量集中約介於 250~560mm 之間；而11~02 月份的降雨量稀少，約在 12~35mm 之間。夏季雨量較多之原因，除了夏季西南季風的旺盛作用之外，還有六月鋒面滯留所產生的梅雨所致。此外，對流雨則常在夏季以陣雨或雷雨的形態出現，及俗稱之「西北雨」，且每年夏、秋之際，多有颱風侵襲，

造成大量之降雨(屏東縣環保局，2017)。

一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月

十二月

2001 41 3 20 29 981 432 745 370 752 16 7 5

2002 21 3 18 0 302 85 384 377 20 14 0 70

2003 16 9 17 88 46 562 58 690 461 62 53 0

2004 6 7 5 41 161 95 372 101 269 3 4 103

2005 1 47 35 19 179 1729 1022 322 336 85 40 14

2006 15 0 9 103 189 659 1244 281 249 8 20 3

2007 9 4 28 30 285 335 178 1250 367 210 59 0

2008 15 18 12 4 158 963 1048 219 460 160 44 1

2009 0 0 32 53 24 388 310 1272 231 33 1 4

2010 6 16 3 42 311 451 478 206 1179 131 13 16

2011 14 2 8 41 239 210 562 499 101 49 166 42

2012 0.5 42.5 10 178 313 1427.

5 168 763.

5 160.5 4.5 43.5 33

2013 0 0 7.5 105.

5

258.

5 117.5 188 25 - - - 35

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2014 0 22.5 45 21.5 125.

5 275 422.

5

920.

5 215 6.5 0 14

2015 3.5 13 0 9.5 295.

5 36.5 413.

5 819 132.5 39 5 -

2016 128.

5 10.5 79.5 180 56.5 376 716.

5 584 1245.

5 114 45.5 1

平均 17 12 21 59 245 509 519 544 412 62 33 23

備註：

1. 資料來源：中央氣象局屏東市屏東測站雨量統計資料(2001~2016 年)。

2. 雨量單位：mm。

3. 2013 年 08~12 月因進行儀器汰換，遷站作業期間無觀測資料。

表2-2 屏東縣歷年每月月降雨量資料 2-4 光譜在有機物性質之應用

2.4.1 有機物之性質

1.腐植質(humic substances)

　　腐植質本身分子量十分龐大，一般而言，範圍介於數十至數百萬之間，結構以芳香族苯環為主，性質穩定且難以被生物分解，為偏酸性之化合物。Schnitzer (1976)根據腐植質對酸、鹼液溶解度可區分為三類物質，腐植素(humin)不溶於稀酸、稀鹼；腐植酸(humic acid)，不溶於稀酸、溶於稀鹼，黃酸(fulvic acid)溶於稀酸、稀鹼。

透過實驗分析發現，腐植質的主要組成元素為碳、氫、氧、氮、硫，

其中又以碳元素所占的比例最高。腐植質結構的官能基包含羧基 (carboxyl)、酚基(phenolic )、錕基( quinone )、烯醇基( enolic )、丙酯 ( lactone )、氫氧錕基(hydroquinone)、醇基(alcoholic)和醚類(ether)，

其中羧基在黃酸中佔有較大的比例，因此可得知其溶解性較腐植酸佳。

2.非腐植質(nohumic substances)

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acid)、聚醣羰酸(polyuronic acid)及醛醣酸(aldonic)等。由於該類化合物親水性(急性)強，成分及性質都很相近，要純化分離十分困難。中性親水性物質在自然水體中約莫佔 20%，主要成份為碳水化合物 (carbonhydrate，佔 10％)，羧酸(carboxylic acids，佔 7％)，碳氫化合物(hydrocarbon，佔 1％)，胺基酸(amino acids，佔 3％) (林昇衡，

2003)。

2-4-2 光譜在有機物之分析

　　光譜用於水體之有機物定性分析，為非破壞性分析工具，固體及液體水樣均適用，僅需少量水樣，不須破壞原本水樣性質，樣品亦不需要複雜的前置處理作業。其主要可提供有機物的分子結構、

化學性質以及官能基等特性(Stevenson, 1994)，與傳統的有機物汙染評估指標(例如：COD、BOD 等……)相較而言，傳統評估指標的測量方式顯得更耗時，而且很難分辨即時水質之變化，只能觀察出有機物總量之變化，亦不能看出有機物成分，故光譜分析近年來廣為研究者所採用。

2-4-3 螢光激發發射光譜 (Excitation-emission fluorescent matrix, EEFM)

　　螢光光譜分析法之技術發展至今，已被廣泛的應用在各個領域中，它能提供全譜分析、發光強度、發光壽命、量子產率等資料，

因此已成為一種重要的分析方法，並能鑒定和測定的無機物、有機物、生物物質、藥物等的數量與日俱增(Patra Digambara,2002)，因此使用螢光光譜分析將逐漸成為分析化學的一種重要方法。螢光激發發射光譜儀主要是針對有機化合物進行分析，凡是會發出螢光之物質，首先必須要先吸收一定頻率的光，但會吸收光的物質卻不一定會產生出螢光，而產生螢光的一些物質發出之螢光波長也不盡相同，須控制掃描之激發與發射波長範圍，光譜圖中的螢光波峰之位置、強度、分佈等參數，與溶解性有機物的親疏水性質、分子量分佈等水質特性有關(Chen et al, 2008)。

　　當螢光產生時，第一個必要條件：該物質分子必須具有與所照射光線相同之頻率，分子具有什麼樣的頻率與它們的結構密切相關，

因此螢光產生必須有一吸收結構；第二個必要條件：吸收與其本身特徵頻率相同能量後的分子，必須具有高的螢光效率，許多會吸光的物質並不一定會發生螢光，原因是它們的吸光分子的螢光效率不

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高(崔立超，2005)，螢光光譜掃描區分：

(1).全譜掃描：通過對螢光光譜儀(F-4500, Hitach , Japan)參數設置的比較選擇，三維螢光光譜測定的基本參數：激發通帶選擇為 5 nm，發射通帶選擇為 10 nm；掃描速度為 1200 nm/min；激發波長掃描範圍為 200 nm - 600 nm ，發射波長掃描範圍為 200 nm - 600nm；通過實驗，確定樣品保存條件為 4℃冷藏，且需避光。

(2).同步掃描：指在掃描過程中使激發波長和發射波長彼此間保持固定的波長間( λ= λem - λex)△ 。在掃瞄中固定波長 △λ 的選擇十分重要，這會影響到同步螢光光譜的形狀、頻寬和信號強度。同步掃描較常用於多組分多環芳烴的測定(Winefordner,1982)提出。

2-4-4 紫外光吸收光譜　　

　　利用可見光之吸收光譜應用於水域之有機物定性，但其吸收值亦隨 pH、Aromaticity 及總碳含量及分子量大小而變 (Chen et al., 1997)，但它所能指示的僅是部分種類的有機物，如在紫外區有吸收峰的含芳香環腐植質(TANG et al.,1994)，國外研究報告中指出芳香族碳含量與黃酸及腐植酸兩者之 UV 吸收波常有較高之關聯性 (Karanfil et al., 1996；Chin et al., 1994；Traina et al., 1990)。

　　芳香族碳含量與黃酸及腐植酸兩者之 UV 吸收波常有強烈之關聯性 (Chin et al., 1994)。一般水體中芳香族化合物，而多數研究者選擇波長 254 nm 進行樣本之測定，主因為此波長測定有機物較敏感可靠，並且受到無機物干擾降至最低，並於低壓水銀燈之激發光下有強烈的發射光譜（Korshin et al.,1996 ； 1997 ）。國外學者 Edzwald et al.(1985)研究發現， DOC 或 TOC 與 UV254 間有強烈之關聯性。SUVA 值可以解釋水樣之有機物性質，此參數將水樣之 UV(cm-1) 值除以 DOC(mg/L) ，再乘以 100 ，其單位為 L/mg- m，Edzwald and Paralkar（1992）之研究指出，當水中之 SUVA 大於 4-5(L/mg-m)時，有機物之性質屬疏水性，相反地，SUVA 值小於 3(L/mg-m)時，有機物性質屬親水性，UV 不同吸收波長之相關研

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　　天然水體之 DOC 中螢光物質含量在 40 % - 60 % 之間，水體在生態環境系統中，自我修復為一個重要的環節，為近年水質環境研究領域的一個難題(方氏,2010)。一般生活污水含有大量的螢光物質，

如蛋白質、油脂、腐植酸、表面活性劑、維生素、酚類等芳香族化合物、農藥殘留、乙醇水溶液、藥物殘餘等，因此光譜因污染物之種類與含量不同而各有差異，具有不同的特徵。而蛋白質為主要污染物，來源主要是生活中的洗滌水、食品殘餘物和排泄物等 (Ahmad et al. ,2002)。螢光光譜可表現出有機物類型與含量，並可作為化學需氧量和生化需氧量等參的有益補充。蛋白質是生活污水的主要污染物之一，其來源主要是生活中的洗滌水、食品殘餘物和排泄物等。牛血清白蛋白是蛋白質測量中常採用的標準蛋白，它的螢光與色氨酸的螢光完全重合，這表明蛋白質螢光主要來源於胺基酸。Chen et al (2003) 將螢光光譜區分為五大類，如圖 2-2 所示，酪氨酸與苯丙氨酸，之螢光峰於 I 區內， I 區螢光為類蛋白質 ( Protein-like)。一般污水中普遍存在著腐植酸，腐植酸為天然水體中存在之天然有機物 (Natural organic matters, NOM)。污水中的腐植酸主要是水處理後自來水中殘餘的腐植酸。由於污水管網封閉，污水與土壤接觸的機率較小，因此從土壤中再次引入的腐植酸較少。

而家庭、辦公室和車間等打掃衛生時產生的污水也可能引入少量腐植質。腐植質主要反映於 III 與 V 區之螢光區塊。洗滌廢水與洗衣粉是生活污水的主要組成成份之一，因此於 I、 II、IV 區之螢光均有貢獻(Chen,2008)。

圖　螢光激發發射光譜圖中不同激發發射波長對應之有機物性質 (Chen et al., 2003)

　　浮游植物之種類與數量在人工濕地的研究中，為一項重要的調查參數。近年來研究方法中，利用螢光光譜鑒定浮游植物之色素與種類，是操作簡便、並且能夠快速檢測的一種方法。應用三維激發發射螢光光譜技術，採集水樣中浮游植物在光照和避光條件下培養實驗過程中產生的溶解有機物，分析了三維螢光光譜中螢光波峰位置與螢光強度的變化。結果表示，在光照條件下浮游植物生長將產生類蛋白質及類腐植質物質，且螢光強度增加；而在避光條件下，

類蛋白質有機物螢光強度明顯降低，而類腐植質有機物螢光強度保持不變，表示各類有機物的螢光波峰位置和螢光強度變化與初始有機物的性質及光照環境有關(蔣鳳華等,2008)。不過除了浮游動植物之外，排入河流的工業廢水和生活污水中也攜帶有大量微生物，且

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污染物質的大量輸入會加劇水體中微生物的生命活動。 Mopper &

Schultz. (1993)指出類蛋白和類腐植質螢光分別代表新生和老化的 DOM，用類蛋白和類腐植質螢光強度的比值，以 1 作為臨界值。當 F

類蛋白 /F 類黃酸大於 1 時，表示類蛋白螢光波峰強度大於類類黃酸螢光波峰強度， DOM 中新生物質比例較高，反之，則是老化 DOM 比例較高。生活污水和工業廢水排放量較大,且大多是未經處理排入水體，從而導致了類蛋白螢光強度與葉綠素a 含量的不對應。

表示在非優養化暴發時期，浮游植物非 DOM 類蛋白螢光和類腐植質螢光的主要來源(方芳等,2010)，而不同有機物對應之螢光激發發射位置整理於表2-4。

表　不同有機物對應之螢光激發發射位置

第三章研究架構、實驗方法與參數分析

3-1 研究流程之規劃

　　

^{本研究計畫架構圖如圖}3-1 所示，一共可以分成三個階段。第一個階段為濕地相關文獻的閱讀與蒐集；第二個階段為海豐濕地實地位置調查與樣本採集；第三個階段則為實驗室儀器之參數分析，

分析之參數包含NPDOC、UV、EEFM、濁度、導電度、PH 值，探討該濕地於研究期間內水質有機物變化量，以了解海豐濕地各處理單元內有機物處理之特徵性質。

圖3-1 研究架構圖

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3-2 採樣規劃、採樣地點及溼地採樣點各河道之規格

　　本研究場址位於屏東縣屏東市信和段65、66 地號，地理位置靠近屏東市、九如鄉交界處附近，民國98 年 2 月本場址面積約 11 公頃之三角形用地，其原本為台糖土地，後為屏東縣政府規劃作為氧化塘、自然淨化渠道及6 公頃生態池，作為淨化崇蘭舊圳水質的應用(屏東縣環保局，2017)。本場址長 4420 公尺、寬 8 公尺、水深 0.3 公尺，總面積為3.536 公頃，每日估計可處理 6000 立方公尺的汙水，

水力停留時間為25 小時，水生植物種類主要為蘆葦、香蒲、紅蔘及空心菜等。主要汙水來源為鹽埔鄉及長治鄉之養豬畜牧廢水。於 2016 年 10、12 月以及 2017 年 1、2、3、4 月一共六個時間點，採集海豐濕地進流口、曝氣池、第三河道、第六河道、第九河道及出水口共六個點之樣本進行探討分析[採樣點現地相片描述]。

3-3 參數分析

3-3-1 螢光激發發射光譜圖

　　本研究以螢光光譜儀(F-4500, Hitachi, Japan)進行海豐濕地各處理單元之螢光分析，取六個採樣點之水樣，經0.22µm 濾膜進行過濾，

然後將其以螢光光譜作分析，設定激發態波長進行掃描，螢光全譜掃描與同步螢光掃描條件設定於表3-2 及表 3-3。

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第四章結果與討論 4-1 水生植物種分佈及覆蓋面積變化 4-2 溶解性有機碳及有機物光譜之變化

4-3 以 PARAFAC 配合螢光光譜進行有機物性質之解析

4-4 以 PEAKFIT 配合分子量大小進行有機物性質之解析

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第五章結論與建議

5-1 結論 5-2 建議

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大仁科技大學環境管理研究所 碩士學位論文 以