臺灣博碩士論文加值系統

傳統金屬加工業早期給人印象是污染製造者，然而隨著環保意識抬頭，身為地球村一員已不能再置身事外，及今基於企業社會責任，除符合法令規範外，更應以積極作為來減緩環境衝擊，以達企業永續發展的目的。
本研究係針對金屬加工業廢水處理廠放流水，藉由人工溼地系統進行二次淨化以降低環境衝擊。該系統中，包含自由水層系統(FWS，Free Water Surface system)溼地、生態景觀池及草溝三個處理單元，總水域面積達2,107m2，平均進流量131m3/d。針對水質、底泥、植物體中金屬含量及水中各項成分進行分析，並對操作後如底泥、植物等介質是否成為主管機關列管物質進行探討。
水質分析結果，去除率以BOD 58.5%最高，其餘依序為TN 33.3%、COD 20.5%、TP 12%，而TSS、濁度與葉綠素a在系統中有上升現象。金屬去除率以鉻94.0%最高，其餘依序為銅61.2%、鎳60.8%、鋅47.8%、錳47.1 %、鉛35.6%，而鎘為ND，鐵及鋁濃度有上升現象。底泥分析結果，鐵及鋁含量較其他金屬高，而金屬含量最高點位於進流口，含量會隨著系統路徑而逐漸下降，其中以銅、鉻、錳、鉛較為明顯。植物分析結果，鐵及鋁含量較其他金屬高，植物體各金屬含量與一般植物體重金屬正常含量相比對，僅銅含量超過正常範圍。以食用性而言，收割後空心菜與市售空心菜相比，鐵含量低於市售，而鋅、鉛、錳含量高於市售，鎘則均未檢測出。由本研究結果得知，以人工溼地對金屬加工業廢水廠放流水進行再淨化處理，確實能達到水質提升目的，在溼地植物與底泥中所累積金屬濃度均在安全限量內，然而由於本研究監測期不長，仍待長期觀察方能定論。

關鍵字：人工溼地、金屬加工業、廢水處理廠出流水、金屬去除、底泥、植物、社會責任

In the early years, the traditional metal processing industries used to make an impression on people as contamination creators. However, along with the awareness of environmental consciousness, we, as members of the global village, cannot put ourselves aside anymore. While on the basis of Corporate Social Responsibility, not only should we conform to the statute, but also take actions to alleviate the environmental impact and achieve the goal of corporate sustainable development.
The focus of the study is on the treatment of the effluent from a wastewater treatment plant in a metal processing company by using constructed wetland systems to re-purify the wastewater and diminish the environmental impact. In which system, there are three units, including a FWS (free water surface flow) wetland, an Eco-Pond and a grassed ditch, that occpupy about 2,107m2 of water surface area. During this study, the flowrate of influent wastewater to the constructed wetland system averaged 131m3/d. Aiming at the metals content, we analyzed the water quality, sediment, vegetation and every element in the water, and checked out if sediment, vegetation and other mediums were regulated by the Environmental Protection Agency.
The result of the analysis in water quality indicated that the wetland system further reduced the influent BOD with 58.5% that was than COD removal of 20.5%. Nitrogen and phosphorous removal by the wetland system was 33.3 % and 12 %, respectively. We supposed that the pollutant concentration of influent wastewater was low too and could affect the resulted removal efficiency.
The reduction of metals from influent to effluent of the wetland system was 94.0% for Cr, 61.2% for Cu, 60.8% for Ni, 47.8% for Zn, 47.1% for Mn, 35.6% for Pb. Besides, the analysis result of sediment showed that the content of Fe and Al were higher than other metals, and the climax of the metal contents was at the inlet zone of the FWS wetland. Furthermore, the concentration of metals, particularly for Cu, Cr, Mn, and Pb, decreased gradually along the route of the flow path.
In addition, the result of the analysis in vegetation (water spinach) harvested from the wetland system showed that the content of Fe and Al were higher than other metals. To compare with the normal concentration in ordinary plants, only the content of Cu in the harvested vegetation surpassed the regular range. For food safety concern, the content of Fe in the harvested vegetation was lower than that in the same species of vegetation purchased from markets, while the contents of Pb, Zn, and Mn were little higher. However, Cd wasn’t found in the both vegetation samples.
According to the outcome of the experiment, we discovered that constructed wetlands did have good effects on improving water quality by re-purifying the effluent from the wastewater treatment plant of the metal processing company, and the accumulation of metal concentration in wetland plants and sediments were both below the related regulatory standards.
However, due to the time limit, long-term monitoring and investigation should be needed in order to have a definite conclusion.

中文摘要…………………………………………………………………………I
英文摘要 ………………………………………………………………………II
誌 謝 ………………………………………………………………………IV
目 錄…………………………………………………………………………V
表 目 錄…………………………………………………………………………X
圗 目 錄 ……………………………………………………………………XIII
第一章 前言 …………………………………………………………………01
1.1 研究背景與動機 …………………………………………………………01
1.2 研究目的 …………………………………………………………………02
1.3 研究架構 …………………………………………………………………03
第二章 文獻回顧 ……………………………………………………………04
2.1 人工溼地發展源起 ………………………………………………………04
2.1.1 生態工法 ………………………………………………………………04
2.1.2 溼地 ……………………………………………………………………04
2.2 人工溼地系統 ……………………………………………………………13
2.2.1 人工溼地的型式 ………………………………………………………13
2.2.2 人工溼地的組成 ………………………………………………………16
2.2.3 水質淨化的機制與原理 ………………………………………………19
2.2.4 金屬在人工溼地中的宿命 ……………………………………………30
2.2.5 植物的根區效應 ………………………………………………………32
2.3 高污染的工業廢水 ………………………………………………………35
2.3.1 工業廢水中的重金屬污染 ……………………………………………35
2.3.2 金屬的來源與含量 ……………………………………………………35
2.3.3 金屬的危害 ……………………………………………………………39
2.4 環保法令規範 ……………………………………………………………42
2.4.1放流水質管制標準………………………………………………………42
2.4.2食品中重金屬限量………………………………………………………44
2.5企業社會責任CSR)…………………………………………………………46
第三章 研究設備及方法 ……………………………………………………47
3.1 事業廢水的屬性與處理 …………………………………………………47
3.1.1 事業廢水屬性 …………………………………………………………47
3.1.2 廢水處理廠的操作 ……………………………………………………47
3.1.3 排放水性質 ……………………………………………………………53
3.2 人工溼地系統規劃 ………………………………………………………55
3.2.1 建構構想及目標 ………………………………………………………55
3.2.2 人工溼地系統 …………………………………………………………58
3.2.3 人工溼地操作 …………………………………………………………59
3.3 採樣作業 …………………………………………………………………62
3.4 檢測分析作業 ……………………………………………………………65
3.4.1 水質分析 ………………………………………………………………65
3.4.2 底泥分析 ………………………………………………………………70
3.4.3 植物體分析 ……………………………………………………………72
3.4.4 金屬分析 ………………………………………………………………74
3.4.5 毒性特性溶出程序(TCLP)分析 ………………………………………76
第四章 結果與討論 …………………………………………………………77
4.1 建造人工溼地系統 ………………………………………………………77
4.1.1 系統設計與施工 ………………………………………………………77
4.1.2 建置經費比較 …………………………………………………………87
4.2 水質分析 …………………………………………………………………89
4.2.1 水溫(Temperature)……………………………………………………91
4.2.2 酸鹼值(pH value) ……………………………………………………93
4.2.3 濁度（turbidity）……………………………………………………95
4.2.4 總懸浮固體 (Total Suspended Solids, TSS),……………………98
4.2.5 葉綠素 a（Chlorophyll-a，chl .a） ……………………………102
4.2.6 生化需氧量（biochemical oxygen demand , BOD5）……………104
4.2.7 化學需氧量（chemical oxygen demand , COD）…………………108
4.2.8 總磷（Total Phosphorus，TP）……………………………………112
4.2.9 總氮（Total Nitrogen，TN）………………………………………116
4.2.10 大腸桿菌群（E-coliform group） ………………………………120
4.2.11 金屬（metals） ……………………………………………………121
4.2.12 與放流水標準比較 …………………………………………………129
4.3 溼地中底泥分析…………………………………………………………131
4.3.1 底泥中金屬含量………………………………………………………131
4.3.2 底泥中金屬累積………………………………………………………138
4.3.3 底泥有害性評估………………………………………………………141
4.4 溼地中植物分析…………………………………………………………145
4.4.1 植物對金屬的吸收率…………………………………………………145
4.4.2 收割後植物危害性評估………………………………………………149
4.4.3 植物可食性評估………………………………………………………153
4.5 附加價值…………………………………………………………………157
4.5.1 創造多樣化生態景觀…………………………………………………157
4.5.2 降低土地維護成本……………………………………………………162
4.5.3 提升社會關係品質……………………………………………………164
4.5.4 無形成效………………………………………………………………166
4.5.5 善盡企業社會責任(CSR) ……………………………………………169
4.6 放流水再利用探討………………………………………………………170
4.7 問題研討…………………………………………………………………171
4.7.1 吳郭魚繁殖過盛………………………………………………………171
4.7.2 空心菜過量生長………………………………………………………171
4.7.3 水質疑似優養化………………………………………………………173
4.7.4 SS異常 ………………………………………………………………173
4.7.5 溼地進流水質異常 …………………………………………………175
4.7.6 水體滲漏現象 ………………………………………………………175
4.8 風險評估 ………………………………………………………………177
第五章 結論與建議 ………………………………………………………178
5.1 結論………………………………………………………………………178
5.2 建議………………………………………………………………………181
第六章 參考文獻……………………………………………………………182

表目錄
表2-1 各界現行對溼地的定義 ………………………………………………06
表2-2 溼地的主要弁?………………………………………………………12
表2-3 溼地中礦質土與有機質土之比較 ……………………………………17
表2-4 人工溼地的淨化性質 …………………………………………………21
表2-5 污染物質之去除作用機制 ……………………………………………23
表2-6 台灣地區金屬污染來源區分表 ………………………………………37
表2-7 金屬在土壤及植物中臨界濃度(全量) ………………………………41
表2-8 放流水質管制標準比較表 ……………………………………………43
表2-9 食品中有關重金屬的限量管制表 ……………………………………45
表2-10 銅、鋅每日容傍嶁�量………………………………………………45
表3-1 廢水處理廠進流水與出流水水質檢測報告表 ………………………54
表3-2 人工溼地系統水力操作條件 …………………………………………61
表3-3 水樣分析項目及方法 …………………………………………………66
表3-4 水樣微波消化操作參數 ………………………………………………68
表3-5 底泥微波消化操作參數 ………………………………………………68
表3-6 植物體微波消化操作參數 ……………………………………………68
表3-7 ICP分析操作條件 ……………………………………………………75
表3-8 ICP金屬分析波長設定表及偵測極限 ………………………………75
表3-9 毒性特性溶出程序(TCLP)檢測項目及方法 …………………………76
表4-1 系統建置窒礙因素暨解決方法一覽表 ………………………………82
表4-2 人工溼地系統建置過程紀要表 ………………………………………86
表4-3 人工溼地建置成本比較表 ……………………………………………88
表4-4 人工溼地系統各採樣點平均水質 ……………………………………90
表4-5 人工溼地系統各單元濁度去除率比較表 ……………………………97
表4-6 人工溼地系統各單元TSS去除率比較表 ……………………………101
表4-7　BOD5去除率統計表 …………………………………………………107
表4-8 人工溼地系統BOD5去除率比較表……………………………………107
表4-9 人工溼地系統各單元COD去除率比較表 ……………………………111
表4-10 人工溼地系統COD處理效率比較表…………………………………111
表4-11 人工溼地系統TP處理效率比較表 …………………………………115
表4-12 人工溼地TN平均濃度與去除率比較表 ……………………………119
表4-13 人工溼地系統水中金屬濃度分析結果 ……………………………122
表4-14 本研究與嘉南藥理科大人工溼地系統去除金屬效率對照 ……125
表4-15 人工溼地系統放流水水質與各項法規標準比較表 ………………130
表4-16 人工溼地系統週邊土壤與底泥金屬平均含量分析表 ……………133
表4-17 人工溼地底泥金屬含量與一般範圍值對照表 ……………………135
表4-18 嘉南藥理科大人工溼地系統底泥中金屬含量 ……………………137
表4-19 人工溼地進流口各時間點金屬含量分析表 ………………………139
表4-20 人工溼地FWS溼地中段各時間點金屬含量分析表 ………………139
表4-21 人工溼地生態池進流端各時間點金屬含量分析表 ………………140
表4-22 人工溼地生態池出流各時間點金屬含量分析表 …………………140
表4-23 人工溼地底泥金屬含量與土壤污染監測（管制）基準對照 ……142
表4-24 人工溼地底泥與毒性特性溶出程序(TCLP)溶出數據比較表 ……144
表4-25 人工溼地系統植物中金屬含量分析結果 …………………………147
表4-26 人工溼地植物經毒性特性溶出程序(TCLP)溶出數據比較表 ……150
表4-27 溼地植物與正常植物及堆肥金屬含量比較表 ……………………152
表4-28 人工溼地空心菜與市售空心菜金屬含量比較 ……………………155
表4-29 空心菜與相關植物性食品金屬限量（溼基）比較表 ……………156
表4-30 空心菜與相關植物性食品金屬限量（乾基）比較表 ……………156
表4-31 人工溼地促進生態發展統計表 ……………………………………158
表4-32 年度土地維護成本比較表 …………………………………………163
表4-33 提升社會關係品質成效展開表 ……………………………………165
圖目錄
圖2-1 自然溼地與人工溼地系統示意圖 ……………………………………10
圖2-2 自由表面流溼地系統剖面圖 ………………………………………K15
圖2-3 表層下流動系統溼地剖面圖.…………………………………………15
圖2-4 水質淨化要素示意圖…………….……………………………………20
圖2-5 溼地系統中碳的循環 …………………………………………………25
圖2-6 氮在溼地中的循環 ……………………………………………………27
圖2-7 磷在溼地中的轉換情形 ………………………………………………29
圖2-8 磷在人工溼地系統中的循環 …………………………………………29
圖2-9 金屬在溼地中的去除機制 ……………………………………………31
圖2-10 植物根部氧氣傳輸作用圖……………………………………………34
圖3-1 金屬加工廠廢水處理流程圖 …………………………………………48
圖3-2 廢水處理單元—調整池 ………………………………………………51
圖3-3 廢水處理單元—pH調整池 ……………………………………………51
圖3-4 廢水處理單元—化學混凝池 …………………………………………51
圖3-5 廢水處理單元—加壓浮除池 …………………………………………51
圖3-6 廢水處理單元—貯存池 ………………………………………………52
圖3-7 廢水處理單元—砂濾塔 ………………………………………………52
圖3-8 廢水處理單元—污泥濃縮池 …………………………………………52
圖3-9 廢水處理單元—污泥脫水機 …………………………………………52
圖3-10 人工溼地建置前之荒蕪腹地…………………………………………56
圖3-11 人工溼地系統處理金屬加工廢水流程圖……………………………57
圖3-12 人工溼地採樣點示意圖………………………………………………63
圖3-13 土壤採樣器示意圖……………………………………………………64
圖3-14　MILESTONE微波消化機………………………………………………67
圖3-15　Optima 2100 DV ICP感應耦合電漿放射光譜儀 …………………67
圖3-16 人工溼地系統水樣微波消化流程……………………………………69
圖3-17 人工溼地底泥微波消化流程…………………………………………71
圖3-18 人工溼地植物微波消化流程…………………………………………73
圖4-1 人工溼地規劃設計、基地開挖及完成後鳥瞰圖 ……………………78
圖4-2 人工溼地系統基地開挖過程圖 ………………………………………80
圖4-3　FWS溼地與生態池工程設計剖面圖 …………………………………81
圖4-4　FWS溼地與生態池間利用U型管連結施工圖…………………………81
圖4-5 溼地植物移植作業過程 ………………………………………………84
圖4-6 人工溼地FWS溼地種植水蠟蠋與美人蕉等相關植物…………………85
圖4-7 生態景觀池中種植翠蘆莉與睡蓮等相關植物 ………………………85
圖4-8 人工溼地各時期水質平均溫度與放流水標準比較圖 ………………92
圖4-9 人工溼地各時期pH值變化與放流水標 ………………………………94
圖4-10 人工溼地各時期之濁度值變化量……………………………………96
圖4-11 生態池舖砂前、後之濁度平均變化…………………………………96
圖4-12 人工溼地各時期之TSS值變化量……………………………………100
圖4-13 生態池舖砂前、後之TSS平均值變化量 …………………………100
圖4-14 人工溼地各時期葉綠素a數值變化量..……………………………103
圖4-15 人工溼地各時期BOD5值變化量.…………………………………..106
圖4-16 人工溼地各時期之COD值變化量 …………………………………110
圖4-17 人工溼地系統各時期TP變化量 ……………………………………113
圖4-18 人工溼地各時期TN變化量 ………………………………………118
圖4-19 人工溼地中高濃度【A】及低濃度【B】金屬平均濃度變化 ……124
圖4-20 人工溼地各時期之鐵(Fe)元素變化量 ……………………………128
圖4-21 人工溼地各時期之鋁(Al)元素變化量 ……………………………128
圖4-22 底泥中高濃度(A)及低濃度(B)金屬平均濃度直條圖…………….134
圖4-23 植物中各金屬含量分析圖………………………………………….148
圖4-24 人工溼地各種植物概圖…………………………………………….160
圖4-25 人工溼地中動物與昆蟲…………………………………………….161
圖4-26 降低土地閒置率比較圖…………………………………………….163
圖4-27 生態池全景展示圖………………………………………………….167
圖4-28 再生教育資源展示圖……………………………………………….167
圖4-29 生態資源展示圖…………………………………………………….167
圖4-30 支援消防蓄水及訓練展示圖……………………………………….168
圖4-31 兼具疏洪及改良步道積水幼蠔i示圖…………………………….168
圖4-32 96年12月04日針對生長過盛之空心菜進行收割.……………….172
圖4-33 生態池舖砂工程翦影……………………………………………….174
圖4-34 水質異常排放狀況處理圖………………………………………….176
圖4-35 人工溼地底層破洞示意圖………………………………………….176

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