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1、都市生活污水污泥再利用於土壤 可行性之研究,指導教授 : 程淑芬 博士 張迪惠 博士 簡報者 : 鄭宗杰,中華民國101年5月15日,大 綱,前言,文獻回顧,研究方法,結果與討論,結論與建議,3,前 言 研究緣起,下水道興建是提升河川水質及都市環境衛生的工作重點，隨著下水道的普及率增加，伴隨著污泥產量也會逐漸增多，污泥處置是即將面臨的環境問題。 歐美許多先進國家目前對於污泥的處置方式主要都朝向土地再利用趨勢。,4,Wong and Selvam (2006) 認為污泥經堆肥後再利用於土壤是一種最有經濟效益的處理方法，不僅污泥獲得處置也同時達到資源回收再利用的目的。 下水道污泥中含有相當濃度之重
2、金屬，以下水道污泥做為肥料或土壤改良材料潛藏著污染環境及食物鏈的風險。,前 言 研究緣起,5,重金屬是否能被植物所吸收，取決於重金屬存在型態，如果取決於重金屬全量將無法實際反映植物對於重金屬吸收情形。,前 言 研究緣起,6,都市生活污水(以台中市為例)污泥中重金屬含量及鍵結特性分析。 藉由植物栽種試驗探討污泥添加比例對植物生長及植體重金屬含量之影響，評估污泥直接再利用於農地之可行性。,前 言 研究目的,7,文獻回顧 污泥組成特性,生活污水廠所產生之污泥，依照不同的處理階段大致可分為初沉池污泥、終沉池污泥、混合污泥以及消化污泥等四種。,8,文獻回顧 污泥組成特性,(周，2004；下水道工程處，2
3、008；Ichiro Naruse et al., 2005；Anna-Lean Elled et al., 2007),9,文獻回顧,國內土壤監測基準表,(行政院環境保護署，2012),10,文獻回顧,國內土壤管制基準表,(行政院環境保護署，2012),11,文獻回顧,國內各都市污水處理廠污泥TCLP彙整,(內政部營建署，2000),12,文獻回顧,國內各都市污水處理廠污泥重金屬含量,單位：mg/kg,13,文獻回顧 國外污泥再利用趨勢,(USEPA, 1999),美國污泥有效利用及處置情形,14,文獻回顧 國外污泥再利用趨勢,(張辰，2006),歐洲污泥有效利用及處置情形,15,文獻回顧
4、重金屬型態,Tessier et al., (1979)所發展出之逐步萃取法，具有較佳專一性及回收率，是近年來國內研究最常採用分類方式。 其型態大致分為： 可交換態 碳酸鹽鍵結態 鐵錳氧化結合態 有機物鍵結態 殘留態,16,文獻回顧,Planquart et al., (1999)種植白菜於經污泥施用之土壤，發現種子發芽率在90-100%之間，其根部生長並無抑制的影響。 Wong et al., (2001)將生活污泥和工業污泥分別添加至土壤後發現，工業污泥施用後之白菜產量比生活污泥低很多。,17,研究方法,污泥來源 研究污泥採自台中市福田水資源回收處理廠。 採集時間：2010年11月至201
5、1年12月，每2個月採集一次。,18,研究方法,污泥特性分析 重金屬Cu、Cr、Pb、Zn、Cd、Ni含量：採用王水消化全量分析方法。 重金屬Cu、Cr、Pb、Zn、Cd、Ni鍵結型態分析：依照Tessier et al. 序列萃取法分成可交換態、碳酸鹽鍵結型態、鐵錳氧化物鍵結型態、有機物鍵結型態及殘留態含量。,19,研究方法,植物栽種試驗 盆栽方式選擇小白菜進行植物栽種試驗，盆栽大小為36 cm (L)9 cm (W)13 cm (H)。 (污泥:土壤)添加比例為重量比0:1 (對照組)、1:5、1:3及1:1，經混合攪拌後填入試驗花盆中。 每一盆填入混合土壤約6 kg，播撒400顆左右之種
6、子，所有盆栽給予同樣的照顧條件，栽種30天後採取生長高度最高之30株植物樣本，量測其植株高度並分析重金屬含量。,20,結果與討論,21,污泥中重金屬Cu、Cr、Pb、Zn、Cd、Ni含量,22,結果與討論,從分析結果顯示，生活污水污泥中經常性的含有相當濃度之重金屬含量，特別是鋅、鎳、銅及鎘已超過或接近土壤污染管制標準，若直接再利用於農地確實對土壤污染有相當高的風險。,23,污泥中重金屬Cu之鍵結型態分佈情形,24,污泥中重金屬Cr之鍵結型態分佈情形,25,污泥中重金屬Pb之鍵結型態分佈情形,26,結果與討論,銅、鉻、鉛三種重金屬主要都以殘留態及有機物鍵結型態存在，對於植物較容易吸收的可交換態、
7、碳酸鹽鍵結態含量都較低，應可減緩其對土壤環境之衝擊。,27,污泥中重金屬Ni之鍵結型態分佈情形,28,污泥中重金屬Cd之鍵結型態分佈情形,29,結果與討論,Cd是植物相當容易吸收之重金屬，因此在食用作物土壤管制標準上較其它重金屬嚴格，僅5 mg/kg。 Cd鍵結型態分佈在可交換態及碳酸鹽鍵結態平均比例分別約佔9.1 %及23.5 %，合計超過30 %，污泥中鎘之平均含量約3.1 mg/kg，其植物容易吸收濃度達0.93 mg/kg，因此污泥中的Cd對植物之影響值得關切。,30,污泥中重金屬Zn之鍵結型態分佈情形,31,結果與討論,Zn在污泥中含量最高，超過台灣食用作物土壤管制標準2倍以上。 Z
8、n在可交換態及碳酸鹽鍵結態含量合計約12.0 %；在鐵錳氧化物及有機物鍵結態含量合計約60.0 %。 植物對鐵錳氧化物及有機物鍵結態之吸收能力較弱，但在土壤中複雜的生物化學反應，以及植物根圈的代謝機制下，長時間下來鐵錳氧化物及有機物鍵結態可能會逐漸釋出。,32,第一輪:栽種時間2010年12月,土壤添加污泥對小白菜生長之影響,0 : 1 1 : 5 1 : 3 1 :1,(sludge : soil),33,土壤添加污泥對小白菜生長之影響,第二輪:栽種時間2011年3月,0 : 1 1 : 5 1 : 3 1 :1,(sludge : soil),34,土壤添加污泥對小白菜生長之影響,第三輪:
9、栽種時間2011年6月,0 : 1 1 : 5 1 : 3 1 :1,(sludge : soil),35,污泥添加比例對小白菜生長高度影響,36,結果與討論,污泥添加對小白菜生長之負面影響在第一批次栽種結果並沒有顯現，出現添加比例越高生長情況越佳的結果。 污泥提供的營養源對小白菜的正面效益掩飾了其負面影響。 污泥中各種重金屬之鍵結型態屬於較不容易被植物吸收的鍵結型態，後續隨著栽種植物的代謝以及每日水分的澆灌，重金屬或毒性物質逐漸溶解出來。,37,污泥添加對小白菜食用部分重金屬含量影響情形,38,結果與討論,第一輪栽種結果，添加污泥土壤所生長出之小白菜，各種重金屬含量並沒有高於未添加污泥之情形
10、，各種小白菜重金屬含量都相當接近。 第二輪結果，添加污泥土壤所長出之小白菜所有重金屬含量都明顯的高出第一輪，且大部分都隨著污泥添加比例越高重金屬含量越高的情形。 第三輪小白菜之重金屬含量，污泥添加比例1:1之小白菜鋅濃度持續增加至368.4 mg/kg，其它各組小白菜各種重金屬濃度都低於第二輪 。,39,結論與建議,都市生活污水污泥中重金屬銅、鋅及鎘之含量對其再利用於農地土壤改良上，對土壤污染具有相當大的風險 。 污泥中各種重金屬之鍵結型態大都以鐵錳氧化物、有機物鍵結型態或殘留態含量居多，對植物之影響在施用初期可能較不顯著，但隨著植物栽種過程之澆水及植物根圈代謝作用會逐漸釋出，對植物之生長及植體之重金屬含量都會產生顯著影響。,40,結論與建議,適量添加污泥確實對植物生長有正面效益，建議添加比例以1:5(污泥/土壤)以下較適當，當添加比例達1:3時不論對小白菜生長或小白菜之重金屬含量都有負面影響。 都市生活污水污泥再利用於農地土壤，除了添加量的管制，透過適當的技術先去除部分重金屬是可以考慮的方向。,41,簡報結束 感謝聆聽,
