行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
常見農藥在人工溼地系統中之處理效能(I)-人工溼地處理 2-4-D 之效能
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC91-2211-E-041-013-
執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 嘉南藥理科技大學藥學系
計畫主持人： 王姿文
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 92 年 9 月 29 日
前言
一般溼地系統可分為自然溼地（natural wetland）與人工溼地，自然溼地包 括沼澤、草澤、淺灘、潟湖等，具有淨水、造地、提供多種生物棲息地、教育文 化等功用，通常規劃為生態保育區，例如，國內的一些高山湖泊、屏東墾丁的龍 鑾潭溼地、台南的四草溼地、澎湖的青螺溼地、以及台北關渡的紅樹林等，雖具 有淨水功能，但不能無限度的引入污染水源，以免破壞生態平衡。而人工溼地則 可依據實際需求設立，除了具有與自然溼地一樣的淨水及生態保育功能外，亦可 根據所應處理的污染水之水 質來設立其所需要之人工溼 地型式或種植之水生植物種
研究計畫成果報告
計畫編號：
NSC91--91-2211-E-041-013執行期限：91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日 主持人：王姿文 嘉南藥理科技大學藥學系
共同主持人：荊樹人、林瑩峰,嘉南藥理科技大學環工系
常見農藥在人工溼地系統中之處理效能(I)-人工溼地處理 2-4-D 之效能
摘要
本 研 究 主 要 探 討 不 同 類 型 之 人 工 溼 地 系 統 種 植 不 同 種 類 的 水 生 植 物 對 除 草 劑 2,4-D((2,4-dichlorophenoxy) acetic acid)的處理效能。整個人工溼地系統由進流水儲存桶以並聯方式 分別連接三個表面自由流動式（free water surface，FWS）及三個表面下流動式（subsurface flow, SSF）
溼地，每個溼地系統規格長 0.67m、寬 0.48m、深 0.32m。FWS 溼地底部覆土 18cm，分別種植香 蒲、蘆葦及不種植任何植物的空白對照組；SSF 溼地則填滿礫石，孔隙率約為 45%，分別種植香 蒲、蘆葦及不種植任何植物的空白對照組。進流水由自來水中調配 1~2 mg/L 的 2,4-D 及磷酸鹽約 3 mg/L 以模擬含除草劑的農地逕流水。
系統自民國 91 年 12 月初以水力負荷 0.03m/d 的方式進流各溼地操作，結果顯示：SSF 溼地系 統的處理效能較佳，具有 79.12~86.48%的去除效率，而 FWS 溼地系統僅 56.88~76.44%。透過系統 內 DO 的分析，SSF 溼地的 DO 值較 FWS 低。另外，在比較不同種類水生植物的去除效能方面，
發現 SSF 及 FWS 溼地中香蒲的生長狀況均優於蘆葦，且其系統的去除效能也較佳，顯示香蒲較蘆 葦能夠耐抗 2,4-D。同時由 SSF 及 FWS 型系統中，有種植物的溼地系統其 2,4-D 的去除效率均較 無種植植物的對照組系統來的高，顯示水生植物的存在有助於 2-4-D 的降解。由水質分析結果也 顯示溼地中的 Cl-有增加的情形，因此顯示含氯的 2-4-D 有被分解的現象。未來將採取植物體，分 析植物體內 2-4-D 的量。
關鍵詞 : 人工溼地，2,4-D
1嘉南藥理科技大學藥學系 四技學生
2嘉南藥理科技大學生物科技系 副教授
3嘉南藥理科技大學環境工程科學系 教授
4嘉南藥理科技大學環境資源管理系 副教授
類，設立的大小亦可根據實際處理效能來規劃，已達到最佳整體效益。影響人工 溼地操作的因素相當多，在地點選擇時需考量氣候、水力、地質、環保法規等，
而實際上操作時亦需考量進流水質、濃度、水生植物種類、數量、微生物、底棲 生物、溼地種類、環境狀況等【1】。目前設計的人工溼地系統有兩種類型【2】，
一為自由水層系統（FWS, free water surface system），模擬自然溼地之環境，底 部的不透水土壤層約 20－30 ㎝，種植高密度的挺水性植物（emergent plants），
表面積覆蓋度約佔 50﹪，水深約 20－30 ㎝，進流水於濕地表面開放性流動，當 水流經植物的莖與根部時可行淨化作用，美國大多採用此系統。第二種系統為表 層下流動系統（SSF，subsurface flow system），為一窪地槽體，底部填充約 40－
60 ㎝的可透水性砂土或碎石，以支持挺水性植物之生長，進流水於表層下的砂 土中流動，藉植物根部之吸收、微生物之作用或附著、沉澱等，達淨化水質的效 果，此系統在歐洲、澳洲及南非較為普遍。
國際間對於人工溼地應用在廢污水的淨化，不論在研究或實際應用上都已 經有相當的成果，例如都市污水之處理【3,4】、農業或工業廢水之處理【5,6,7,8】、 垃圾掩埋場或礦場滲出水【9,10】之處理等，人工溼地對於其中的污染物質如懸 浮固體【11,12】、有機物質【12,13,14】、重金屬【15,16】及微生物【17】等，都 有良好的去除效果。而國內對於人工溼地的研究與應用也由於環保生態工法的推 行，數年來已有相當的研究進展，包括二仁溪河水的處理【18, 19】、養魚蝦廢 水的淨化與再利用【20, 21】、及農地排放逕流水的處理【22】等，都有良好的 效果。本計畫即為探討 2-4-D 在人工溼地中的去除效能，以及對溼地生態的影響。
實驗步驟與方法
1. 人工溼地系統
本研究共分甲、乙兩組溼地系統（如圖 1 所示），甲系統為自由表面流動式 人工溼地 (free water surface system, FWS)；乙系統為表面下流動式人工溼地 (subsurface flow system, SSF)，以抽水幫浦分別進流含 1-2 ppm 的 2-4-D 之進流 水於兩種不同類型的濕地系統中，水力停留時間〈HRT〉控制為 2 天。甲、乙系 統中，甲一及乙一種植蘆葦為系統中的水生植物，甲二及乙二則種植香蒲，甲三 及乙三為對照組，不種植水生植物。 系統並以壓克力板作為水道隔版，一方面 方便 HRT 的控制；另一方面，也可減少短流現象，使 得 整 個 系 統 操 作 更 接 近 柱 塞 型 的 模 式 ，系統運作後則定期於進流口及出流口採樣分析。
甲一 FWS種植蘆葦
甲二 FWS種植香蒲
甲三 FWF不種植植物
乙一 SSF種植蘆葦
乙二 SSF種植香蒲
乙三 SSF不種植植物 進流水桶
圖 1.人工溼地系統圖
2. 採樣與分析
採樣時間為每星期一次，分別採集進流水及各系統之出流水。水樣的各項水 質分析包括水樣中 2,4-D 的濃度、pH、DO、SS、COD、TOC 等水質項目；分 析 方 法 參 照 “水 與 廢 水 的 標 準 測 試 法 ”【 23】， 而 2,4-D 以 HPLC 測 定 含 量 。
結果與討論
1. FWS 溼地系統的 2-4-D 去除率
FWS 溼地系統中，包括種植蘆葦（甲一）以及種植香蒲（甲二）的實驗組，
與不種植水生植物的對照組（甲三）。如圖 2 所示，系統對於 2-4-D 的去除在進 流後的 2 星期達到最低，僅約 13.01-35.02％，可能由於溼地剛開始適應 2-4-D 的存在，包括水生植物及系統內的微生物，隨後去除率即開始上升，植物生長也 趨於穩定。然而在一月初由於寒流來襲(參考圖 3 的月平均溫度變化圖)，使植物 受創，且因溫度低使微生物生長代謝變慢，故去除率又下降至 14.14-62.99％，其 中以種植香蒲的溼地系統恢復較快，故其去除率也最快上升，隨著季節溫度的變 化，我們發現系統在溫度 20-25℃時去除率最好，這個溫度範圍也是環境微生物 生長的最佳溫度，故系統內微生物參與 2,4-D 的去除應佔有相當的角色。之後隨 著夏季溫度的上升，去除率也有趨緩的傾向，此時的月平均溫度都高於 30℃，
甚至到達 35℃，故微生物的生長受抑制，去除率也降低。觀察各系統穩定後的 去除效率，大都具有 56.88％以上的 2-4-D 去除率。
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
2002/12/10 2003/1/10 2003/2/10 2003/3/10 2003/4/10 2003/5/10 2003/6/10 2003/7/10 2003/8/10
甲一 甲二 甲三
圖 2. FWS 溼地系統的 2-4-D 去除率。
10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0
2002/12/10 2003/1/10
2003/2/10 2003/3/10
2003/4/10 2003/5/10
2003/6/10 2003/7/10
2003/8/10
圖 3.溼地系統的月平均溫度變化圖。
2. SSF 溼地系統的 2-4-D 去除率
SSF 溼地系統對 2-4-D 的去除效率與 FWS 溼地系統類似，包括種植蘆葦（乙 一）以及種植香蒲（乙二）的實驗組，與不種植水生植物的對照組（乙三）。如 圖 4 所示，剛開始進流的 2 星期為系統內植物及微生物對 2-4-D 的適應期，去除 率下降至 28.02-37.22％，隨後即開始回升，若忽略寒流與夏季高溫對系統的影 響，可見各系統穩定後都具有 77.86％以上的去除效率
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
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乙一 乙二 乙三
圖 4. SSF 溼地系統的 2-4-D 去除率。
3. FWS 與 SSF 系統對 2-4-D 去除效率的比較
比較圖 2 與圖 4，FWS 溼地系統與 SSF 溼地系統對 2-4-D 的去除效率，顯 然 SSF 溼地系統較佳，具有 79.12-86.48％的去除效率，而 FWS 溼地系統僅 56.88-76.44％，透過系統內 DO 的分析（數據未列出），SSF 溼地系統的 DO 值 較低，顯示系統中的厭氧菌量應較多，有利於 2-4-D 的分解，而分析的數據中也 顯示系統水樣中的 Cl 離子有增加的情形，因此，顯示含氯的 2-4-D 有被分解的 現象。另外，比較種植蘆葦、香蒲，與不種植植物的系統中，香蒲的生長狀況最 好，且對 2-4-D 的去除率也較佳，顯示水生植物的存在有助於 2-4-D 的去除。
誌謝
本 研 究 計 劃 承 國 科 會 NSC91-91-2211-E- 041-013 贊助經費，使計劃工作 得以 順 利 完 成 ， 特 此 致 謝 。 另 於 研 究 期 間 承 嘉 南 藥 理 科 技 大 學 環 境 工
程 衛 生 系 溼 地 研 究 小 組 與 藥 學 系 師 生 的 參 與 及 幫 忙，與 此 一 併 致 謝 。
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