駱尚廉臺灣大學：環境工程學研究所徐寧光Hsu, Ning-KuangNing-KuangHsu2007-11-292018-06-282007-11-292018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62667人工溼地已被公認為具潛力的廢污水處理設施。為探討人工溼地處理都市污水的效果，以求得人工溼地的最佳出流水質和操作條件，本研究在台北縣土城抽水站設立了一個水平流式人工溼地，從土城大排抽取都市污水，設定不同的入流量、水深、表面積污染負荷和水力停留時間等條件進行實驗。每一單元由三個小單元連接而成，分別為密植區、開放水域、密植區。選擇三種台灣的水生植物做為溼地植生物種，分別是種植於密植區的香蒲（Typha orientalis Presl）和大安水簑衣（Hygrophila pogonocalyx Hayata）以及種植於開放水域的水王孫（Hydrilla verticillata Royle）。 生化需氧量（BOD）之去除率為28~92﹪、懸浮固體（SS）之去除率為37﹪~83﹪、氨氮（NH3-N）之去除率為69~99﹪、總氮（TN）之去除率為29~93﹪、總磷（TP）之去除率為34~93﹪、正磷酸鹽（ortho-P）之去除率為45~97﹪、溶解性總磷（TDP）之去除率為34~96﹪。水深為20cm時，BOD、氨氮、總氮之去除率較水深為10cm時差，但是對總磷、正磷酸鹽、溶解性總磷之去除率則較高。 BOD和TN表面積負荷上升至 和 時，溼地系統可得BOD和TN之最大表面積去除量，而水力負荷上升至 時，溼地系統可得BOD和TN之最大去除量；本實驗未發現TP之表面積污染負荷及水力負荷極限。大安水簑衣在BOD和氮磷的去除效果上比香蒲要來的好。HRT為4天時，可得較有效且經濟之污染物去除率。Constructed wetlands have been identified as a potential wastewater treatment facility. We investigate the effect of constructed wetlands treating municipal wastewater in order to get the best effluent water quality and operation parameters. In this research, we built up a free-water-surface constructed wetlands at Tu-cheng pumping station in Taipei County and pumped municipal wastewater from the Tu-cheng wastewater canal. We set different inflows, water depths, area pollutant loading rates, and hydraulic retention times in this experiment. Three small units, including a marsh, a pond, and then another marsh unit, were combined together. We chose three aquatic plants of Taiwan to be the roles of macrophytes in this research, including the first two planted in the marsh area, Typha orientalis Presl and Hygrophila pogonocalyx Hayata, and the last one, Hydrilla verticillata Royle, planted in the pond area. Removal rate of BOD is around 28~92﹪, SS is around 37﹪~83﹪, NH3-N is around 69~99﹪, TN is around 29~93﹪, TP is around 34~93﹪, ortho-P is around 45~97﹪,and TDP is around 34~96﹪. When water depth is 20 cm, removal rates of BOD, NH3-N, and TN are worse than when it is 10 cm water depth. But for TP, ortho-P, and TDP, removal rates are higher in 20 cm water depth than that in 10 cm water depth. When BOD and TN area loading rate are rising to and respectively, and hydraulic loading rate is rising to , we can get the highest surface removal rate of BOD and TN. We did not find out the limit of area pollutant loading rate and hydraulic loading rate of TP in this research. The performance of Hygrophila pogonocalyx Hayata of treating BOD, nitrogen, and phosphorus is better than Typha orientalis Presl. When HRT is in 4 days, we can get effective and economical pollutant removal rate.目錄 誌謝……………………………………………………………………….i 摘要………………………………………………………………………ii Abstract………………………………………………...………….….....iii 目錄………………………………………………………………… ..…iv 圖目錄………………………………………………………......……...viii 表目錄…..……….………………………………………………………xi 第一章 緒論…………………..…………………….….………………1 1-1 研究緣起...………………………....………..…………………1 1-2 研究目的與內容…...………………...………..……………….2 1-2-1 研究目的………………….…………………………….2 1-2-2 研究內容………………….…………………………….3 第二章 文獻回顧……………………………………….……..……….4 2-1 溼地………………………….…………………………...…….4 2-1-1 溼地的定義………….………….…………..…………..4 2-1-2 溼地的分類………………….………………….…..…..5 2-1-3 溼地的功能………………….….…...…….…………....7 2-2 人工溼地..……………………….……………………………..7 2-2-1 人工溼地的定義………………………………………..7 2-2-2 人工溼地的分類…….…………………..……………...9 2-3 水生植物..………………………………………...………..…11 2-3-1 水生植物的定義……..………..………...…………….11 2-3-2 水生植物的分類……………………………...……….11 2-4 人工溼地的淨化機制與原理……..…………...…………..…12 2-4-1 物理性作用………………………….………….….. ...13 2-4-2 化學性作用………………………..……….………….15 2-4-3 生物性作用…………………..……….…..…………...16 2-5 人工溼地對污染物的移除………...…………….…...………20 2-5-1 人工溼地對有機污染物及懸浮固體之移除…………20 2-5-2 人工溼地對氮之移除……...…..…………………...…21 2-5-3 人工溼地對磷之移除………………………………....23 第三章 研究方法……………………….………………………..….…26 3-1 實驗場址位置………..…………………....………………….26 3-2 模場配置………………………………..…...….…………….26 3-3 實驗材料……………..………………...…...………………...29 3-3-1 香蒲簡介……...…..………..………………………….29 3-3-2 大安水簑衣簡介……...……....……………………….29 3-3-3 水王孫簡介…………….....…………..……….………29 3-4 實驗內容………….……………………………...…………...34 3-4-1 現地儀器分析項目...…..………..……...……………..34 3-4-2 實驗室分析項目與方法..…….....………...….……….35 3-5 實驗儀器…………………………………….……...………...40 3-5-1 離子層析儀（Ion Chromatography）……….….…….…40 3-5-2 紫外光/可見光分光光譜儀（UV/VIS Spectrophotometer）………………………………...………...40 3-5-3 氨（NH3-N）選擇性電極法……………...…...……...…41 第四章 結果與討論…………………………………….…………….43 4-1 溼地模場對生化需氧量（BOD）之去除……………..……….43 4-2 溼地模場對懸浮固體（SS）和揮發性固體（VSS）之去除…...47 4-2-1 溼地模場對懸浮固體（SS）之去除.....…………......…47 4-2-2 VSS與SS之比例關係……..…………………….……49 4-3 溼地模場對氮（N）之去除…………..……………………......52 4-3-1 溼地模場對氨氮（NH3-N）之去除………………..…. 52 4-3-2 溼地模場對總氮（TN）之去除......…..………………..56 4-4 溼地模場對磷（P）之去除……………….…………………....60 4-4-1 溼地模場對總磷（TP）之去除………………………...60 4-4-2 溼地模場對正磷酸鹽（ortho-P）之去除.……………...63 4-4-3 溼地模場對溶解性總磷（TDP）之去除.……………....67 4-4-4 溶解性總磷（TDP）和非溶解性總磷（non-TDP）在溼地之關係……….……………………………………….…….70 4-5 污染物表面積負荷量與去除量之關係………….……...…...72 4-5-1 BOD表面積負荷量與去除量之關係….………...…....72 4-5-2 TN表面積負荷量與去除量之關係….....…………......73 4-5-3 TP表面積負荷量與去除量之關係…………………...74 4-6 水力負荷與污染物去除量之關係………………...……...…75 4-6-1 水力負荷與BOD去除量之關係…..………………….75 4-6-2 水力負荷與TN去除量之關係…………...……….…. 76 4-6-3 水力負荷與TP去除量之關係….……………………..77 第五章 結論與建議………………...………………………………...78 5-1 結論…………………...…...………………………………….78 5-2 建議…………………...…………………………...………….79 參考文獻………..…………………...………………………………….80 附錄A 現場日照與溫度……………………………………………...83 附錄B 現場採樣記錄…………………………….…………………..86 附錄C 原始數據……………………………………………………...94 圖 目 錄 圖 2-1 表層自由水層流動式和表層下流動式示意圖...................10 圖 2-2 自然界中的氮循環……………………...................……....22 圖 2-3 溼地中的磷........................................................……...........24 圖 3-1 研究流程圖………………………………………………...30 圖 3-2 模場示意圖....................…………………............………...31 圖 3-3 模場實景2006年10月..............................…………….....32 圖 3-4 馴養期植物狀況2006年12月.................................……...32 圖 3-5 模場實景2007年2月..............................……………..…..33 圖 3-6 模場實景2007年4月..............................……………..…..33 圖 4-1(a) 各系統對BOD之去除率（10cm水深）…………...........44 圖 4-1(b) 各系統對BOD之去除率（20cm水深）…………...........44 圖 4-1(c) 香蒲在不同水深下對BOD之去除率比較…………….....45 圖 4-1(d) 大安水簑衣在不同水深下對BOD之去除率比較.……...46 圖 4-2(a) 各系統對SS之去除率（10cm水深）………………........…48 圖 4-2(b) 各系統對SS之去除率（20cm水深）………………...........48 圖 4-2(c) VSS和non-VSS佔SS之百分比關係…..…………...........50 圖 4-3(a) 各系統對NH3-N之去除率（10cm水深）………….............53 圖 4-3(b) 各系統對NH3-N之去除率（20cm水深）………….............53 圖 4-3(c) 香蒲在不同水深下對NH3-N之去除率比較…………......54 圖 4-3(d) 大安水簑衣在不同水深下對NH3-N之去除率比較……..54 圖 4-3(e) 各系統對TN之去除率（10cm水深）…………......…….....57 圖 4-3(f) 各系統對TN之去除率（20cm水深）…………......…….....57 圖 4-3(g) 香蒲在不同水深下對TN之去除率比較………………....58 圖 4-3(h) 大安水簑衣在不同水深下對TN之去除率比較…………59 圖 4-4(a) 各系統對TP之去除率（10cm水深）…………......…….....61 圖 4-4(b) 各系統對TP之去除率（20cm水深）…………......…….....61 圖 4-4(c) 香蒲在不同水深下對TP之去除率比較………………....62 圖 4-4(d) 大安水簑衣在不同水深下對TP之去除率比較…………62 圖 4-4(e) 各系統對Ortho-P之去除率（10cm水深）…………...…64 圖 4-4(f) 各系統對Ortho-P之去除率（20cm水深）…………....…. 64 圖 4-4(g) 香蒲在不同水深下對Ortho-P之去除率比較…….…...…65 圖 4-4(h) 大安水簑衣在不同水深下對Ortho-P之去除率比較....…65 圖 4-4(i) 各系統對TDP之去除率（10cm水深）……………….....…67 圖 4-4(j) 各系統對TDP之去除率（20cm水深）…………....…...…. 68 圖 4-4(k) 香蒲在不同水深下對TDP之去除率比較………………..69 圖 4-4(l) 大安水簑衣在不同水深下對TDP之去除率比較…….…69 圖 4-4(m) TDP和non-TDP佔TP之百分比….....…………………...71 圖 4-5(a) BOD表面積負荷量與去除量之關係.................…….…72 圖 4-5(b) TN表面積負荷量與去除量之關係.................…..….…73 圖 4-5(c) TP表面積負荷量與去除量之關係.................…...….…74 圖 4-6(a) 水力負荷與BOD表面積去除量之關係........….........…75 圖 4-6(b) 水力負荷與TN表面積去除量之關係......……..........…76 圖 4-6(a) 水力負荷與TP表面積去除量之關係............…….....…77 表 目 錄 表 2-1 溼地的功能與價值..............….......………………………....7 表 2-2 各類污染物在人工溼地中的處理機制……………….......13 表 3-1 植哉密度............………………………........……………...27 表 3-2 不同HRT之不同流量…......................................……........28 表 4-1 溼地模場對BOD之去除率及進出流濃度.........................43 表 4-2 溼地模場對SS之去除率及進出流濃度........…..........…...47 表 4-3 溼地模場對VSS之去除率及進出流濃度...…....................50 表 4-4 溼地模場對NH3-N之去除率及進出流濃度.......................52 表 4-5 溼地模場對TN之去除率及進出流濃度..........…...............56 表 4-6 溼地模場對TP之去除率及進出流濃度...……..................60 表 4-7 溼地模場對ortho-P之去除率及進出流濃度......................63 表 4-8 溼地模場對TDP之去除率及進出流濃度..........................671150446 bytesapplication/pdfen-US人工溼地都市污水表面積污染負荷水力停留時間水力負荷constructed wetlandsmunicipal wastewaterarea pollutant loading ratehydraulic retention timehydraulic loading rate[SDGs]SDG11[SDGs]SDG15thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62667/1/ntu-96-R94541102-1.pdf