中文摘要
人工濕地可有效去除污水中污染物，然台灣濕地處理技術案例之水力停留時間大都在五天內，方有良好的去除污染物效果，因此單以濕地處理高濃度污水勢必造成濕地系統的超負荷。UASB (upflow flow sludge blanket)反應器可兼沈除懸浮固體物並去除部份其他污染物，可作人工濕地的前處理程序，以減輕其污染物負荷。武洛溪為高屏溪支流之ㄧ，長期受養豬廢水及生活污水污染。因此，本研究以結合「UASB-人工濕地」系統進行武洛溪水處理試驗。
研究分對照組(二段人工濕地)及試驗組(UASB串聯二段人工濕地)，人工濕地植種水蠟燭、水芙蓉、空心菜。依污水在「UASB-人工濕地」不同之水力停留時間(HRT)進行試驗。三階段試驗之HRT分別為34.1、17.1、11.3 小時。
研究結果顯示各污染物去除率與HRT並無太大關係。若以總去除率言，兩組總去除效果相當；對照組較試驗組的處理效果佳；試驗組氨氮、總氮、總磷較對照組略佳。
試驗期間320天，進流水平均水質分別為：總COD (CODt) 61、溶解性COD (CODs) 32、BOD 14、懸浮固體(SS) 156、總氮(TN) 24、NH3-N 12、Nitrite-N 0.92、Nitrate-N 3.9、總磷(TP) 4.1 mg/L。經由UASB串聯二段人工濕地後出流水平均水質為：CODt 19、CODs 17、BOD 6.1、SS 15、TN 15、NH3-N 7.5、Nitrite-N 0.49、Nitrate-N 1.8、TP 1.7 mg/L，平均去除率為CODt 62、CODs 50、BOD 56、SS 75、TN 37、NH3-N 44、Nitrite-N 47、Nitrate-N 54、TP 61%。
本試驗以簡易的水力方法估算出人本模場人工濕地滲漏量、水面及植物蒸發量，其滲漏量與本模場地形土質結構有關。數據顯示經由地表逕流損失水量約佔16.3%，植物葉面蒸散量損失約1.8%，自由水面蒸發損失約9.7%，實際處理的廢水水量約佔總進流量的72.2%。

Abstract
A system with the combination of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor and constructed wetlands (CWLs) has not yet been applied for cleaning river water polluted by sewage and swine wastewaters. In this study, a pilot system with an UASB reactor (effective working volume 4.0 m3) combined with two CWL reactors (effective working volumes 4.8 and 5.4 m3 for CWL-1 and CWL-2, respectively) was used to test the feasibility for treating wastewater sampled from the Wu-Luo River. The river is located in Ping-Tong County of southern Taiwan and has long been polluted by untreated domestic and partially treated swine wastewaters and is among the most polluted rivers in Taiwan. A control system without the UASB reactor and with the CWL-1 and CWL-2 was also tested in parallel to the test system. In the test system, the UASB reactor was seeded with an anaerobic sludge for sewage treatment and CWL-1 and CWL-2 of both the test and control systems were planted with emergent macrophyte (Typha angustifolia L.) and floating macrophyte (Pistia stratiotes L.), respectively. In general, it requires hydraulic retention times (HRT) of 1-5 days for polluted waters in CWLs to obtain clarified ones. In the present study, HRT of the test water in the system was reduced from around 34 to 11 hours to examine the clarification effect.
Results indicated that the influent water has the following average qualities (unit in mg/L): total COD (CODt) 61, BOD 14, suspended solids (SS) 156, total-N 24, ammonia-N 12, nitrate-N 3.9, nitrite-N 0.92, and total-P (TP) 41. Results also indicate with a total HRT of 11.3 hrs, the test system (UASB-CWL1-CML2) could achieve average removals of 62% CODt, 56% BOD, 75% SS, 37% TN, 44% ammonia-N, 54% nitrate-N, 47% nitrite-N, and 61% TP from the influent water. The effluent water has the following average qualities (unit in mg/L):CODt 19, BOD 6.1, SS 15, TN 15, ammonia-N 7.5, nitrate-N 1.8, nitrite-N 0.49, and TP 1.7.
The study indicates that the UASB could act as a preliminary device for sedimentation of most of the influent suspended solids and hence preventing the accumulation of sludge in the following CWLs.

目 錄
謝誌 I
摘要 II
目錄 Ⅲ
圖目錄 IV
表目錄 V

第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 厭氧生物醱酵反應 4
2.2 UASB之沿革與發展 6
2.2.1 UASB設計概念 6
2.2.2 UASB在廢水處理系統上的應用 7
2.3 人工濕地生態工程 8
2.3.1 濕地的結構 8
2.3.2 濕地生態系統 10
2.3.3 濕地水生植物系統 10
2.4 濕地水文特性 14
2.4.1 濕地蒸發量 14
2.4.2 蒸發皿量測法 15
2.4.3 植物對濕地蒸發散量的影響 16
2.5 濕地化學物質轉換機制 16
2.5.1 濕地碳的轉換 16
2.5.2 濕地氮的轉換 18
2.5.3 濕地磷的轉換 24
2.6 人工濕地水質淨化作用及污染物機制 28
2.6.1 濕地厭氧淨化作用 28
2.6.2 濕地污染物的去除機制 28
2.7 重金屬在水體中的遷移 34
2.7.1 濕地鋅含量的分佈 35
2.7.2 濕地銅含量的分佈 36
2.8 人工濕地的效能評估 38
2.8.1 人工濕地的去除功效 38
2.9 人工濕地的發展沿革與應用 40
2.9.1 歐洲發展情形 41
2.9.2 美洲發展的情形 41
2.9.3 中國大陸的發展情形 42
2.9.4 台灣濕地發展情形 43
2.10 人工濕地工程個案介紹 45
2.10.1 UASB串聯人工濕地的個案 45
2.10.2 人工濕地系統處理垃圾滲出水濾液案例 47
第三章 實驗設備及研究方法 49
3.1 模場系統的配置 49
3.1.1 UASB規格 49
3.1.2 人工濕地設置 49
3.1.3 水生植物篩選及特性介紹 50
3.1.4 實驗參數 56
3.2 模場試驗解析及內容 57
3.3 採樣分析 57
3.3.1 水質取樣 58
3.3.2 UASB污泥取樣 58
3.3.3 現場監測 58
3.3.4 實驗室檢測 58
3.3.5 分析原理 61
3.4 雨量、蒸發量、滲漏量 監測 62
第四章 結果與討論 63
4.1 反應槽操作狀況 63
4.2 試驗組水質分析結果 63
4.2.1 CODt處理效果 63
4.2.2 CODs處理效果 65
4.2.3 BOD5試驗結果 65
4.2.4 SS處理結果 66
4.2.5 磷的去除效果 67
4.2.6 氨氮的去除效果 68
4.2.7 酸鹽氮處理結果 69
4.2.8 亞硝酸鹽氮處理結果 69
4.2.8 總氮（TN）去除結果 70
4.2.10 水樣、植栽、底泥重金屬Cu、Zn的結果 70
4.3 對照組水質試驗結果 71
4.3.1 CODt試驗結果 71
4.3.2 CODs試驗結果 71
4.3.3 BOD5試驗結果 71
4.3.4 SS試驗結果 72
4.3.5 TP試驗結果 72
4.3.6 氨氮（NH3-N）試驗結果 72
4.3.7 硝酸鹽氮（NO3-N）試驗結果 73
4.3.8 總氮（TN）試驗結果 73
4.3.9 水樣及植栽、底泥重金屬Cu、Zn結果 74
4.4 試驗組與對照組水質總去率效能比較 74
4.4.1 有機污染物去除率之比較 74
4.4.2 懸浮固體物去除率之比較 75
4.4.3 氮去除率之比較 76
4.4.4 磷去除率之比較 76
4.5 系統操作結果討論 77
4.5.1 雨量、 蒸發量 77
4.5.2 模場濕地水量損失 77
4.5.3 植物生長、收割及模場生態景觀 77
4.5.4 水質處理效果 78
4.5.5 濕地底泥累積量探討 79
第五章 結論與建議 115
5.1 結論 115
5.2 建議 117
第六章 參考文獻 118
附錄A 模場溼地系統各單元隨處理階段之濃度變化
附錄B 模場人工濕地之月蒸發量、月降雨量及月入滲量


圖目錄
圖2.1 厭氧反應途徑 5
圖2.2 濕地中水生植物的分佈 11
圖2.3 濕地中碳的轉換與循環 18
圖2.4 濕地中氮的轉換及循環 20
圖2.5 濕地中磷的轉換及循環 25
圖2.6 1978年河川水流入威斯康辛草澤濕地N、P的生物量 27
圖2.7 濕地中土壤顆粒沈積及對磷的吸附和儲存 34
圖3.1 模場UASB反應器詳圖 52
圖3.2 兩段式(CWL1+CWL2)人工濕地模場詳圖 53
圖3.3 模場試驗配置示意圖 54
圖3.4 模場試驗配置 54
圖3.5 模場試驗組之UASB 54
圖3.6 模場試驗組人工濕地之CWL1 55
圖3.7 模場試驗組人工濕地之CWL2 55
圖3.8 模場對照組人工濕地之CWL1 55
圖3.9 模場對照組人工濕地之CWL2 55
圖3.10 UASB底泥採樣 56
圖3.11 UASB頂部示意圖 56
圖3.12 現場監測雨量 、蒸發量 56
圖3.13 完工後人工濕地示意圖 56
圖4.1 模場UASB及進流水pH之變化情形 80
圖4.2 試驗組CODt濃度變化情形 80
圖4.3 試驗組UASB之CODt負荷與去除率變化 81
圖4.4 試驗組CWL-1 之CODt負荷與去除率變化 81
圖4.5 試驗組CWL-2 之CODt負荷與去除率變化 82
圖4.6 PhaseⅢ試驗組CODs之濃度變化情形 82
圖4.7 PhaseⅢ試驗組UASB CODs負荷與去除率變化 83
圖4.8 PhaseⅢ試驗組CWL-1 CODs負荷與去除率變化 83
圖4.9 PhaseⅢ試驗組CWL-2 CODs負荷與去除率變化 84
圖4.10 試驗組BOD5之濃度變化情形 84
圖4.11 試驗組SS濃度變化情形 85
圖4.12 試驗組UASB之SS負荷與去除率變化情形 85
圖4.13 試驗組TP之濃度變化情形 86
圖4.14 試驗組氨氮濃度與時間變化 86
圖4.15 試驗組UASB之氨氮負荷與去除率變化 87
圖4.16 PhaseⅢ試驗組CWL-1之氨氮負荷與去除率變化 87
圖4.17 PhaseⅢ試驗組CWL-2之氨氮負荷與去除率變化 88
圖4.18 試驗組各階段硝酸鹽濃度變化情形 88
圖4.19 試驗組各階段亞硝酸鹽濃度變化情形 89
圖4.20 試驗組TN之濃度變化 89
圖4.21 試驗組UASB TN負荷與去除率變化 90
圖4.22 試驗組CWL-1 TN之負荷與去除率變化 90
圖4.23 試驗組CWL-2 TN之負荷與去除率變化 91
圖4.24 試驗組水樣Cu濃度變化 91
圖4.25 試驗組底泥Cu含量變化 92
圖4.26 試驗組植栽Cu含量變化 92
圖4.27 試驗組水樣Zn濃度變化 93
圖4.28 試驗組底泥Zn濃度變化 93
圖4.29 試驗組植栽Zn濃度變化 94
圖4.30 對照組CODt濃度變化情形 94
圖4.31 對照組CWL-1 CODt之負荷與去除率變化 95
圖4.32 對照組CWL-2 CODt之負荷與去除率變化 95
圖4.33 對照組CWL-1 CODs負荷及去除率變化 96
圖4.34 對照組CWL-2 CODs負荷及去除率變化 96
圖4.35 對照組BOD濃度變化 97
圖4.36 對照組CWL-1 BOD5負荷與去除率變化 97
圖4.37 對照組CWL-2 BOD5負荷與去除率變化 98
圖4.38 對照組SS濃度變化 98
圖4.39 對照組CWL-2 SS負荷與去除率變化 99
圖4.40 對照組TP濃度變化情形 99
圖4.41 對照組氨氮濃度變化情形 100
圖4.42 對照組CWL-1氨氮濃度變化 100
圖4.43 對照組CWL-2氨氮濃度變化 101
圖4.44 對照組硝酸鹽氮濃度變化情形 101
圖4.45 對照組亞硝酸鹽氮濃度變化情形 102
圖4.46 對照組 TN濃度變化情形 102
圖4.47 對照組CWL-1 TN負荷與去除率變化 103
圖4.48 對照組CWL-2 TN負荷與去除率變化 103
圖4.49 對照組水樣Cu濃度之變化情形 104
圖4.50 對照組底泥Cu含量之變化情形 104
圖4.51 對照組植栽Cu含量之變化情形 105
圖4.52 對照組水樣Zn濃度變化情形 105
圖4.53 對照組底泥Zn含量變化情形 106
圖4.54 對照組植栽Zn含量變化情形 106
圖4.55 試驗組與對照之CODt 總去除率比較 107
圖4.56 試驗組與對照之CODs 總去除率比較 107
圖4.57 試驗組與對照之BOD總去除率比較 108
圖4.58 試驗組與對照之SS總去除率比較 108
圖4.59 試驗組與對照之TN總去除率比較 109
圖4.60 試驗組與對照之NH4+-N總去除率比較 109
圖4.61 試驗組與對照之TP總去除率比較 110
圖4.62 模場之月蒸發量、月降雨量及月降雨量之變化 110
圖4.63 模場之月滲漏量、月進流量、月出流量之變化 111
圖4.64 模場人工濕地水量支出損失比例 111
圖4.65 模場各階段植物生長情形 112
圖4.66 模場人工濕地床生態情形 113
圖4.67 植物收割情形 114
圖4.68 試驗組與對照組水質處理成果 114
圖4.69 人工濕地床底泥累積深度 114





表目錄
表2.1 UASB處理生活污水及工業廢水文獻探討 8
表2.2 植物在人工濕地中扮演主要角色 12
表2.3 台灣常見的濕地植物種類 13
表2.4 濕地中磷的主要形式 24
表2.5 濕地去除重金屬Zn的動力參數 35
表2.6 濕地去除重金屬Cu的動力參數 36
表2.7 估算污染物出流之經驗公式整理 38
表2.8 此研究的植物攝取TP、 TN、 Biomass 質量 44
表3.1 試驗階段及參數 57
表3.2 水質檢驗之採樣、樣品保存、及檢驗方法 59
表3.3 分析項目及方法 60
表3.4 模場流量、月蒸發量、水深量測、植栽現況量測方法 62
表4.1 各階段植物生長情形 78
表4.2 各階段植物收割情形 79

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31. 楊磊、施佩瑜，「以人工濕地處理煉油廢水回收再利用可行性之研究」，碩士論文，國立中山大學，民國84年。
32. 周印能，「以厭氧法串連好氧法處理都市污水的實場研究」，碩士論文，國立中山大學，民國88年。
33. 李黃允，「以二階段人工濕地去除生活污水中之營養鹽」，碩士論文，國立中山大學，民國90年。
34. 馬家珍，「以厭氣法串聯人工濕地處理生活污水之操作性能研究」，碩士論文，國立中山大學，民國94年。
35. 林欣怡，「以礫石床人工溼地處理工業廢水之研究」，碩士論文，國立中山大學，民國89年。
36. 賴恩華，「以人工溼地處理工業廢水之研究」，碩士論文，國立中山大學，民國92年。
37. 陳志銘，「UASB 串聯活性污泥系統處理養豬廢水之動力行為」，碩士論文，崑山科技大學，民國91年。
38. 林崇毅，「糖蜜廢水之能源化研究」，碩士論文，私立逢甲大學，民國94年。
39. 施凱鐘，「利用人工濕地處理受硝酸鹽污染地下水之研究」，碩士論文，嘉南藥裡科技大學，民國92年。