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現地處理

自91年河川污染整治年起,鑑於民眾對河川水質的高度要求及期望下,環保署(2023年8月22日改制為環境部)補助地方政府開始在各污染水源附近、受污染的河川支流匯流處,建置礫間接觸、人工濕地、聚落式污水處理設施等河川水質淨化工程,透過污水與自然環境中的氧氣、土壤、微生物、植物交互作用,使水質淨化,削減排入河川的污染量,如圖1所示,以下就上述三種設施作詳細介紹:

圖1、現地處理的水質淨化作用及程序
圖1、現地處理的水質淨化作用及程序

當污水流入現地處理設施後,會流經曝氣區與非曝氣區,並經歷吸附、分解、沉澱等三個階段,才將處理後的清水流出。其中吸附是指污水中的污染物被礫石表面具有黏性的生物膜吸附住;分解是指污水中的溶解性有機物被水中微生物攝取後分解成無害的無機物;沉澱是指水中懸浮性固體、剝落之生物膜受礫石攔阻所產生之污泥沉澱物。

一、礫間接觸

「礫間接觸」來自19世紀德國科學家穆勒,他曾將污水引入埋滿煤渣、石頭的坑中,讓微生物在煤渣與石頭的表面附著生長,以分解污水中的污染物;後來科學家將煤渣與石頭改成比較大的顆粒,讓水流通得比較快,用來處理大量的污染,稱為「礫間接觸」。一開始礫間處理的作法是引水進入礫石間停滯數小時後再排出,並讓水流通6日、第7日則把水排空,讓氧氣進入礫石間,稱為「間歇處理」。到了20世紀初期,為了提高處理量與效率,而直接將空氣送到礫間,免去了間歇斷水的時間。

礫間接觸在日本本來是社區或家庭污水的現地處理,後來發展成河川「在槽處理」,將礫間處理直接建置在水流緩慢的河道內,讓河水直接流過礫間處理。礫間接觸的成本比表面流人工濕地貴,但單位時間內可處理的污水量較大,且較不會滋生蚊蟲、臭味,可以在土地面積較小、污水處理需求量較高的地方採用。

國內知名礫間接觸廠址案例「桃園新勢公園礫間淨化工程」(如圖2),整體工程包含污水截流及礫間淨化工程兩部分,污水處理流程可分成取水設施、前處理及進流設施、礫間接觸曝氣氧化設施、放流及污泥貯存設施。

老街溪新勢公園礫間接觸曝氣氧化工程與截流工程
老街溪新勢公園礫間接觸曝氣氧化工程與截流工程照片,共2張

二、人工濕地

表面流人工濕地由水池、土壤、水生植物組成,透過污水與自然環境中的氧氣、土壤、微生物、植物交互作用,達到水質淨化的目的。表面流人工濕地是現地處理工法中與自然濕地最相似的一種,也是較早且較普遍使用的方法,有「最美麗的污水處理廠」之稱。

表面流人工濕地栽種許多耐污染的挺水性水生植物,植物的莖和葉貫穿水面、暴露於空氣中,根部則深入濕地底層的土壤中,茂密的根系可以讓許多微生物附著生長,空氣中的氧氣也可以經由植株傳送至濕地底層,提供氧氣給微生物利用,讓微生物發揮分解污染物質的功用。表面流人工濕地處理污水的流程,一般是:

  • 沉澱池,污水中大部分的懸浮顆粒在此凝聚沉澱;
  • 大面積的開放水域,藉著開闊的水域,和耐污染的挺水性水生植物,使空氣中的氧氣藉由空氣對流和植物通透作用進入濕地底層,由附著於土壤內的微生物分解污染物;
  • 生態景觀池,以水生植物營造適合生物的棲地,吸引動物造訪。

國內知名人工濕地廠址案例「桃園市大漢溪大嵙崁人工濕地」(如圖3),其截取大溪鎮埔頂大排10,000公噸/日的生活污水至下方沉澱池,經過沉澱處理後的污水,再進入人工濕地。

人工濕地系統,包含了第一密植區、開放水域、第二密植區及生態池。

第一密植區,以種植耐污性的水生植物如天藍鳳眼蓮,形成高覆蓋度環境的處理單元,由水生植物的葉面、根系及土壤內微生物進行淨化作用,以去除水中污染物以進行第一階段的水質淨化;開放水域,以物理性地沉降,及生物性的耗氧消化為主,因此其具有含硝化菌轉化硝酸鹽類之功能;第二密植區,營造脫氮菌生長所需之無氧環境,使經開放水面區硝化菌轉化之硝酸鹽再轉化為氮氣;生態池,種植鳶尾、水金針、臺灣萍蓬草、苦草及睡蓮,水質經各池自然淨化後排放至大漢溪。處理流程圖如下:

桃園市大漢溪大嵙崁人工濕地
桃園市大漢溪大嵙崁人工濕地照片,共2張

三、聚落式污水處理設施

有別於污水集中處理之生活污水處理系統,聚落式污水處理系統不似集中處理需要複雜的污水下水道系統,因而不需要很多的抽水站及分支管網,處理技術可以厭氧或好氧處理。聚落式污水處理系統的優點,除了讓居民接受較低的負擔外,也具有下列好處:

  • 有良好管理及設計的現地處理,可提供較集中式污水處理廠低的價格,但有相同污染去除效率
  • 處理後的排放水,排放至土壤可協助地下水補注(藉由土壤滲濾非直接注入含水層)。
  • 本處理系統可基於社區特性而設置,避免如集中式污水處理廠處理所需的前期投資資本。
  • 可彈性選擇適合的處理技術,以達到土地合理使用之目的。

以宜蘭縣南方澳漁港區聚落式污水處理設施設置工程為例(如圖4),處理流程包含、污水收集管線、抽水井、聚落式污水處理設施等,設計每日處理南方澳漁港區生活污水800公噸,削減每日96公斤的BOD污染量。

南方澳漁港區聚落式污水處理設施設置工程
南方澳漁港區聚落式污水處理設施設置工程
南方澳漁港區聚落式污水處理設施設置工程照片,共2張