臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討現場人工濕地在水力停留時間(HRT)為 0.7-70天範圍之負荷下，四個併聯濕地反應池，編號A、B、C、D，去除氮營養源之效果與其影響因素。每個反應池設計為長15 m，寬4m。其中，A、B處理湖庫水；C、D處理生活污水（已經過活性污泥預先處理過─稱二級污水）。A、D池流況為地下水流式，池內裝填粒石，上種植香蒲；B、C池則屬自由水面式水中種植布袋蓮。人工濕地對污染物之去除效果分兩種情況探討。第一，以一年操作期間為準，即89年8月至90年7月，不定期檢測進流水與出流水中氨氮與硝酸氮濃度，再綜合所得數據以評估去除效果並求取去除動力反應係數。第二，為瞭解污染質在濕地內之變化，分別於89年冬季與夏季，在濕地反應池內沿水流方向，每間隔2.14 m取樣，檢測各水質參數變化，以畫出濃度變化曲線。所得實驗曲線再與預測曲線比對，求取誤差值。此外，為探討環境因素，包括延散係數、雨量、與溫度，對處理效能之影響情況，本研究分別於89年冬季與夏季兩次在現地進行追蹤劑實驗，求取延散係數值。至於雨量、與溫度值則從取自當地（金門農業試驗所）測站。
研究結果顯示，人工濕地對氮之去除情況與進流水質與濕地種類有關。A池可將湖水中之氨氮從0.06mg/L降至0.01mg/L，平均去除率84％；硝酸氮從 2.76mg/L降至0.48mg/L平均去除率83％。同樣地，B池可將湖水之氨氮降至0.01mg/L（去除率84％）硝酸氮降至0.74mg/L（去除率73％）。Ｃ池則可將二級污水水中之氨氮從3.49mg/L降至0.64mg/L，平均去除率82％；硝酸氮從31.17mg/L降至18.0mg/L平均去除率42％。Ｄ池可將二級污水水之氨氮降至0.15mg/L（去除率96％）硝酸氮降至15.11mg/L（去除率52％）。各污染質在濕地內沿水流方向之變化，夏季現地實驗顯示硝酸氮在C、D池類似束流式反應，其他污染質之變化較不規則。以D池硝酸氮之進出流濃度及抽驗流量為基礎，並假設流況為理想束流式，求得硝酸氮之平均去除動力參數，k=0.0060 hr-1；若以現地實驗所得之硝酸氮在濕地內之變化數據為基礎，則k=0.0137 hr-1。
在延散係數方面，利用動差法，Tanks in series（TIS），Gamma function，求得C池冬季之Ds分別為1.40，1.83，1.47 m2/hr，夏季之Ds為1.26，2.05，1.78 m2/hr。D池之延散係數，利用以上三種延散分析法、試誤法（計算式為一維多孔介質擴散公式，並假設Ds、v 為變數），及試誤法（僅以Ds為變數），所得之冬季Ds分別為0.72，0.80，0.73，3.89，4.63 m2/hr，夏季為0.78，0.62，0.72，1.41，1.57 m2/hr。所得之Ds值可用以評估延散效應對硝酸氮脫硝速率之影響程度。若採用夏季之Ds值，0.72 m2/hr，以TISM法對D池硝酸氮之進出流濃度模擬分析，得到年平均k值0.0065 hr-1；以ADM(Axial-Dispersion Model)模式分析，則得到的k，年平均值是0.0075 hr-1。同樣採用Ds，0.72 m2/hr，但以硝酸氮在D池內沿水流方向之變化值為準，分別以TISM及ADM模式分析，則解得k 值為0.01439 hr-1、0.01429 hr-1。此結果顯示本實驗之地下水流式香蒲人工濕地，若考慮延散現象，所求得之k值與假設為束流式者，差異不大。
為了解溫度及降雨量等氣候因素，對氮的去除率是否有影響，本研究利用三年來的實驗數據及金門農業試驗所測站的月平均溫度及降雨量資料，進行統計分析。結果顯示相關性很差，除D池的硝酸氮、總氮去除率對月平均降雨量有中度相關( r2=0.358，0.391)外，其餘相關係數都小於0.1。此外，將月平均溫度分為15℃以下，15-20℃，20-25℃，大於25℃以上四組，與將月平均降雨量以50mm以下，50－100mm，100-150mm，150-200mm及200mm以上分成五組，分別進行ONE WAY ANVOA分析，結果其差異都沒達到顯著水準(P＜0.01)。

人工濕地去除營養源氮之效果：現地實驗及動力分析
目錄
頁碼
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅵ
圖目錄 Ⅶ
第一章 緒論
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 人工濕地中污染物之擴散現象 4
2.1.1 停留時間 5
2.1.2 C-cure分布分析 8
2.1.3 模式分析 11
2.1.4 試誤法 13
2.1.5 反應常數分析 13
2.2 氮源在人工濕地之去除機制及原理 15
2.2.1 無機氮 15
2.2.2 有機氮 16
2.2.3 氮的轉換機制 17
2.2.4 氮在人工濕地的去除研究結果 21
2.3 影響人工濕地處理績效之環境因素 23
2.3.1 氣候 23
2.3.2 植物 24
第三章 研究方法與步驟 27
3.1 概述 27
3.1.1 濕地現址設備 27
3.1.2 植物 28
3.1.3 濕地之運轉操作方法 28
3.2 試驗方法 29
3.2.1 現地孔隙率試驗 29
3.2.2 人工濕地延散係數之量測與分析 29
3.2.3 對氮之處理績效分析 30
3.2.4 污染物在人地濕地內沿水流方向之變化 30
3.2.5 水質分析方法 30
3.3 數據統計分析 32
第四章 結果與討論 34
4.1 濕地的基本性質 34
4.2 濕地之延散係數 34
4.2.1 自由水面式人工濕地之延散係數分析結果 34
4.2.2 地下水流式人工濕地之延散係數分析結果 35
4.3 氮源在人工濕地之處理績效 36
4.3.1 湖庫水利用人工濕地處理結果 36
4.3.2 污水利用濕地再處理之結果 40
4.4 各污染物質沿水流方之變化 42
4.4.1 自由水面式人工濕地之剖面濃度分析結果 42
4.4.2 地下水流式人工濕地之剖面濃度分析結果 43
4.5 人工濕地去除硝酸鹽之動力分析 44
4.5.1 由硝酸氮進出流濃度推求反應動力常數 44
4.5.2 由現場試驗數據推求硝酸氮反應動力常數 44
4.6 討論 45
4.6.1 延散係數 45
4.6.2 導電度濕地剖面濃度分析 46
4.6.3 反應速率常數 47
4.6.4 氣候 47
4.6.5 植物 48
第五章 結論與建議 49
參考文獻 108
附錄：濕地現地照片 112
表目錄
表1-1 研究計畫書(Phase I) 51
表1-2 研究計畫書(Phase II) 52
表1-3 研究計畫書(Phase III) 53
表2-1 相關文獻硝酸氮之一階反應動力常數 54
表3-1 金門人工濕地形式/濾料/植栽 55
表4-1 自由水面式人工濕地(C池)延散係數分析結果 56
表4-2 地下水流式人工濕地(D池)延散係數分析結果 57
表4-3 金門人工濕地處理效果統計結果(08/2000∼07/2001) 58
金門人工濕地處理效果統計結果(扣除異常值) 59
表4-4 三種動力模式(ADM,PFRM,TISM)所求得之硝酸氮
一階反應速率常數(由進出流濃度推求) 60
表4-5 三種動力模式(ADM,PFRM,TISM)所求得之硝酸氮
一階反應速率常數(由現埸沿水流方向濃度推求) 61
表4-6 延散係數之相關文獻 62
表4-7 氮源在四池中對溫度的相關係數( i 2 ＃) 63
表4-8 氮源在四池中對溫度及降雨的Pearson相關係數( i 2) 64
表4-9 氮源在四池中對溫度及降雨的ONE WAY ANOVA 分析 65
圖目錄
圖2-1 氮在人工濕地之宿命 66
圖3-1 金門人工濕地配置圖 67
圖3-2 追蹤劑(NaCl)之檢量線圖 68
圖 4-1 C池於89年2月23日追蹤劑實驗所得之W(t),F(t),f(t)函數圖 69
圖 4-2 C池於89年8月 4日追蹤劑實驗所得之W(t),F(t),f(t)函數圖 70
圖 4-3 D池於89年2月23日追蹤劑實驗所得之W(t),F(t),f(t)函數圖 71
圖 4-4 D池於89年8月 4日追蹤劑實驗所得之W(t),F(t),f(t)函數圖 72
圖 4-5 地下水流式(D池)三種模式分析模擬與實驗C-t圖(冬季組) 73
圖 4-6 地下水流式(D池)三種模式分析模擬與實驗C-t圖(夏季組) 74
圖 4-7 D池利用試誤法之等誤差曲線圖(89年2月23日) 75
圖 4-8 D池追蹤劑試驗與試誤法模擬圖(89年2月23日) 75
圖 4-9 D池利用試誤法之等誤差曲線圖(89年8月4日) 76
圖 4-10 D池追蹤劑試驗與試誤法模擬圖(89年8月4日) 76
圖 4-11 A池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(太湖水) 77
圖 4-12 A池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(太湖水)
(扣除2異常值：20.84mg/L、15.96 mg/L) 78
圖 4-13 B池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(太湖水) 79
圖 4-14 B池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(太湖水)
(扣除2異常值：20.84mg/L、15.96 mg/L) 80
圖 4-15 C池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(二級污水) 81
圖 4-16 D池氮源進出水流濃度變化及累積質量時間分布圖(二級污水) 82
圖 4-17 pH沿C池水流方向濃度剖面圖 83
圖 4-18 導電度沿C池水流方向濃度剖面圖 84
圖 4-19 硝酸氮沿C池水流方向濃度剖面圖 85
圖 4-20 正磷沿C池水流方向濃度剖面圖 86
圖 4-21 總有機碳沿C池水流方向濃度剖面圖 87
圖 4-22 總磷、氨氮沿C池水流方向濃度剖面圖 88
圖 4-23 溶氧沿C池水流方向不同深度濃度剖面圖 89
圖 4-24 pH沿D池水流方向濃度剖面圖 90
圖 4-25 導電度沿D池水流方向濃度剖面圖 91
圖 4-26 硝酸氮沿D池水流方向濃度剖面圖 92
圖 4-27 正磷沿D池水流方向濃度剖面圖 93
圖 4-28 總有機碳沿D池水流方向濃度剖面圖 94
圖 4-29 總磷、氨氮沿D池水流方向濃度剖面圖 95
圖 4-30 溶氧沿D池水流方向不同深度濃度剖面圖 96
圖 4-31 硝酸氮出流濃度觀察值與三種模式預測出流濃度值 97
圖 4-32 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(Moment)(I) 98
圖 4-33 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(TIS)(I) 99
圖 4-34 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(Gamma)(I) 100
圖 4-35 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(Moment)(II) 101
圖 4-36 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(TIS)(II) 102
圖 4-37 D池硝酸氮實測值與三種動力模式預測值之比較(Gamma)(II) 103
圖 4-38 A池氮源進出水流濃度變化與去除率 104
圖 4-39 B池氮源進出水流濃度變化與去除率 105
圖 4-40 C池氮源進出水流濃度變化與去除率 106
圖 4-41 D池氮源進出水流濃度變化與去除率 107

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