第二章砾间接触水质净化处理污水成效之评估.doc

第二章 礫間接觸水質淨化處理污水成效之評估 　　「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。 　　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0.6～1.2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：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。 　　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），間歇砂粒過濾是用粒徑＜0.02m的砂子堆積成床體，讓污水間歇式的通過，其通過的水力負荷量在0.000047～0.0705m/day，這是1865年德國柏林Dr. Alexander Muller所提出的工法，顆粒愈細，水流愈慢，但濃度的去除率較高。地下流濕地是Kaethe Seidel在1953年所提出，在粒徑＜0.06m的砂或細石上種植水生植物，讓更多微生物附著在根系表面積上，以去除有機質，而水生植物又可以吸收一部份的氮、磷，其水流連續並不間歇，以維持植物根系生長。 　　到了二十世紀初期，礫間接觸工法為了提高處理量與效率而發展出送氣進到礫間接觸，以免每操作6日就需間歇「斷水」1日，這種工法稱為「連續砂濾」（continuous filtration），其水力負荷量約2.76m/day，但是為了進氣，所耗費的能量較高。另一種改良式的礫間接觸是在入流分水的管路開口，使水上噴，增加與空氣接觸的機會，以提高溶氧，這種工法稱為「加壓式濾間處理」（pressure-closed contacted system）（Tchobanoglous and Burton，1991），較傳統濾間處理分解有機質的效率為高。 　　礫間接觸在日本的發展，本來也是在社區或家庭污水排放的現地處理，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，直接以河道水流流過濾間處理的段落，利用自然力量，進行連續過濾。其中最著名的工程，是1985年在千葉縣大堀川的礫間處理，其面積0.62ha，礫石床深1.60m，水流停滯時間0.05日，入流量32,852m3/day，水力負荷量4.0m 　　值得注意的是，在槽處理的生化需氧量或懸浮固體濃度去除率，需要考慮河川原有的自淨作用，工程完工對於河川水質淨化的促進，應該扣除河川原本的自淨作用，在計算上需要用處理後的濃度減去處理前的「背景濃度」，否則將使處理效率或濃度去除率偏高。 　　日本將礫間處理轉到河道上，最主要的原因是在懸浮固體較高的水中，容易產生孔隙阻塞，降低水力負荷量與水質處理效率。在厭氧性的礫間處理，排出的水仍是污黑、惡臭，特別在有氣泡的污水中，礫間處理的送氣或加壓再噴射將使水中產生更多的氣泡，造成河流周遭環境的劣化，不利人為的活動，漂浮的垃圾有時就堆積在礫間處理的表面，這些現象都有礙觀瞻。因此水質自然淨化處理，不止需要考慮污染的去除率，也需要考量水域生態系統的復育與環境景觀的改善，甚至包括歷史與人文的結合（本橋，2004）。 　　所以日本將礫間處理移到河流，就是讓持續流動的水，來減少惡臭的問題，而且讓孩子們能夠在河道捕魚，或在河邊垂釣，並使附近「手賀沼」的水鳥，能夠前來礫間處理的斷面棲息，人對河川水質改善後生態環境的「滿足」，為水質淨化最終的評價指標。在2001～2002年，在建造16～17年後，再度評估該場址，生化需氧量的平均去除率40.9％（8.9～55.6％），懸浮固體的平均去除率61.5％（0～87％），總氮的平均去除率7.8％（－16～41.2％），總磷的平均去除率5.4％（－5.5～10.5％），較起初建造時的效率為低，但是生化需氧量與懸浮固體的去除，與對該地水域生態系統的復育，已經大大抒解周遭居民的「苦情」，因此被日本政府視為一有效的改善方式。 　　由於淨水處理，尚需兼顧生態系統的復育，所以在陸地上的礫間處理，逐漸種上水生植物，成為後來發展的地下流人