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1、礫間接觸水質淨化處理 原理與效益評估礫間接觸(contact bed treatment)是一種 快速處理污水的方式，這是十九世紀英國倫敦的 污水處理工程師W.J. Dibden首先設計的自然處理 工法，主要在讓污水迅速通過粗顆粒的石礫，讓 石礫上的生物膜分解污水中的有機質(Kinnicutt， 1902)。其功能是初級處理，以短暫的時間，讓 污水迅速的通過，以達到生物膜去除有機質的最 大量。前 言由於礫間處理所用的顆粒較大，除了石礫外 ，還可以就地取材，如聚結成塊的煤渣，火山灰 形成的焦碳，粒徑在0.61.2公分都可以取來使 用。為了促進污水的分解，礫間處理常以不同的 緊密度，形成二層的結構
2、：上層排列較鬆，水流 較快，維持好氧狀態；下層排列較緊密，水流較 緩，成為厭氧狀態；這稱為雙礫間系統 (double contact system)，其水力負荷量平均約 0.47m/day。前 言礫間處理的一般操作是引水進入，停滯數小 時，再讓水流排出，或是讓水流通6日，到了第7 日，把槽體水流放空，以讓氧氣進入礫間，由於 有暫時性的斷水，這種方式稱為間歇處理 (intermittent treatment)，類似於間歇礫間接觸的 工法是間歇砂濾(intermittent sand filter)與 地下流濕地(subsurface flow wetland)。前 言間歇砂粒過濾是用粒徑1，模
3、場在建置後 兩個月，生物膜的生長，將增加生化需氧量的去 除效果，但是在93日一直持續到269日，BOD/SS 介於0.080.68，表示礫間接觸生物膜會受到厭氧 ，或孔隙間受到顆粒淤積的影響，使得生化需氧 量的去除量遞減。圖(五)、單位面積生化需氧量/懸浮顆粒重量比 與建置後時間變化礫間接觸淨化污水的成效礫間接觸淨化污水的成效關渡模場與歐洲礫間接觸比較，以表(一)示 之。其水力停滯時間較短，相對的水力負荷量較 大。對生化需氧量、懸浮顆粒，與氨氮去除效果 的比較，則以表(二)示之，這三項水質淨化的指 標項目，其濃度的去除量皆低於歐洲，但是以操 作十個月的成效，其每日單位面積生化需氧量、 懸浮顆粒
4、，與氨的移除量分別比歐洲高117， 457與975。礫間接觸淨化污水的成效礫間接觸淨化污水的成效主要機制是台灣的溫度較歐洲為高，關渡的 生化需氧量與氨氮的一階分解係數也高於歐洲， 所以易進行生化需氧量的分解與脫氮的作用。礫間接觸淨化污水的成效礫間接觸淨化污水的成效根據(13)式計算而得的導水係數，在場址操 作十個月期間的變化，以圖(六)示之。模場平均 的導水係數為7.0cm/sec，在孔隙介質，這是相當 快速的流速(Klute，1986)，而且導水係數由起初 試車操作的3.9cm/sec，逐漸增加，到第十個月增 加到11.2cm/sec，證明模場雖有懸浮顆粒的淤積 ，也有生物膜在礫石表面的生長
5、，這都將降低孔 隙通水的有效體積，但是導水係數反而增加。濕地台北關渡歐洲(1)面積 (ha)0.040.04水深 (m)0.050.090.050.09平均孔隙率(%)0.850.85入流量 (m3/day)平均入流量 (m3/day)7575水力負荷量 (m/day)平均水力負荷量 (m/day)30.6177.130.6177.1水力停滯時間 (day)8023080230平均水力停滯時間 (day)106.7106.7表(一)、台灣與歐洲之水文與礫間接觸建造狀況比較備註：(1).歐洲礫石床地下水流濕地，n=10。備註：台北市關渡礫間接觸模場為例。水質項目生化需氧量 (mg/l) 懸浮顆粒
6、 (mg/l)氨氮(mg/l)台灣*歐洲台灣*歐洲台灣*歐洲入流濃度 (mg/l)3.4524.6 912272.513.220612.713.351.48.3 平均入流濃度 (mg/l)13.9915.3422.4532.579.094.78出流濃度 (mg/l)1.919.9240.516.5483.510.460.50.7 平均出流濃度 (mg/l)9.062.845.225.187.333.04濃度移除率 (%)-4.178.972.788.94.392.976.787.6-29.634.9-28.190.2 平均濃度移除率 (%)37.281.059.183.116.235.6 入流
7、負荷量 (g/m2day)1.186.230.210.460.4620.330.461.220.643.960.020.17 平均入流負荷量(g/m2day)3.470.274.220.652.280.10移除量 (g/m2day)-0.054.110.160.390.0918.880.361.06-0.281.09-0.020.10 平均移除量 (g/m2day)1.360.253.010.540.430.04一階分解係數 (1/day)-0.011.800.280.46-0.360.77-0.010.46平均一階分解係數 (1/day)0.650.300.190.14表(二)、台灣與歐洲地
8、區之礫間接觸處理工法水質成效比較 圖(六)、台北關渡礫間接觸模場之導水係數變化 礫間接觸處理期間水理的改變礫間接觸處理期間水理的改變q排水口的位置：模場的入流雖然是垂直流， 但是水分由模場流出，卻是水平流的方向， 水流在礫間孔隙是藉著水平方向不同的水位 差在移動。而模場水平方向的水位就在礫間 接觸表面下5公分，那是曝氣性最高而且阻塞 最小的地方，這是起初正確的設計，避免日 後礫間處理水流的淤塞。產生這些實驗調查的結果，主要的原因有三：礫間接觸處理期間水理的改變礫間接觸處理期間水理的改變q礫間接觸的礫石在起初置放之後，受到水流 流經，與生物膜的長出，礫石還有位置上的 重調，尤其是生物膜的作用，礫
9、石之間產生 一些膠結與團粒性，使水在礫石中的流動更 穩定。礫間接觸的自然演替礫間接觸的自然演替q植物逐漸進入場址，尤其是禾本科與莎草科 的植物，也以礫石表面膜作為根系著床的所 在，這種自然演替的結果，使得礫石間多出 更多的小孔隙，甚至增加礫間接觸自由水面 上的毛細作用區，使得礫間表層的礫石也能 有水份供應，長出生物膜，由此在礫間接觸 建造初期，不用刻意去栽種親水性的草本植 物，就讓自然去演替，大自然也不會讓這種 污水常流的地方，保留空白，不長植物。礫間接觸處理期間水理的改變礫間接觸處理期間水理的改變不過礫間接觸最大的問題，可能仍然在景 觀上的維護。處理後排出的溶氧濃度在 0.84.0mg/l，
10、平均為1.47mg/l，仍然在缺氧的狀 態。貴子坑溪若有太多的泡沫、飄浮垃圾，或 過高的懸浮顆粒，場址的入水井或噴水孔會產 生阻塞，這是過去十個月期中，有一個月必須 停止抽水，全面清除管路與入水井淤砂的原因 。礫間接觸在台灣發展之展望評估台灣各污水處理的人工濕地、地下滲濾 與礫間接觸污水處理之成效。關渡礫間接觸的場 址，雖然是一個小型的模場，生化需氧量、懸浮 顆粒與氨氮的濃度去除率也不高，但在所有的場 址中，其每日單位面積的去除量為最高，而且造 價最便宜，能夠耐沖刷、水淹，在缺水或斷水時 期，不像表面流濕地立刻失去原來的外觀與功能 。由於處理的水量大，不需開挖地面一公尺以下 ，工程土石方比地下滲濾少很多。而且沒有植栽 的問題，是未來在溪流灘地，或分散污水集中處 理，可待發展的自然污水處理工法。
