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人工濕地的淤泥與淤泥管理

人工濕地發揮水質自然淨化的功能在促進有機質的微生物分解,營養份的植物吸收與微生物的脫除,懸浮物質的滯留。懸浮物質的滯留受到水力停留時間、水深、水位變動、水生植物生長密度、場址地形坡度、處理單元的空間配置等影響。懸浮物質部分有機質可以在人工濕地內分解,部分沈積在人工濕地內。這些沈積的有機質與沈降在底部懸浮物質中的礦物顆粒,就組成人工濕地的「淤泥」(sediment)。
少量的淤泥對於人工濕地的生態系統有所幫助,淤泥中的營養份能夠供給水生植物生長所需的營養份,淤泥中的細質坋、黏粒能夠減低人工濕地的滲漏量,淤泥也可以讓一些無脊椎動物成為棲息的空間。淤泥也能減低短時間的快流對於人工濕地底質的沖刷,所以少量的淤泥對於人工濕地的生態營造有幫助。
大量的淤泥滯留在人工濕地,對人工濕地的水質自然淨化與生態功能有負面的影響,這包括:
(1) 人工濕地「陸域化」:淤泥佔了人工濕地的水體積,減少水深,使人工濕地的有效蓄水空間減少,這是普世人工濕地維護管理最大的困擾,而稱陸域化是人工濕地最大的殺手。這種現象最常呈現在陸域水生植物入侵,水深變淺。
(2)造成「短流化」:短流化是流入人工濕地的水流沒有均勻的在處理單元內均勻的流動,受到淤泥淤積增加水流阻力的影響,大部分的水流只在較少淤積的地方流動,這稱為「短流」或局部「優勢流」。在短流的狀況下,污水與周遭淨化水質的要件或基質接觸不多,分解污染的能力自然降低,這種現象經常呈現在BOD分解係數降低。
(3)惡臭產生:淤泥增加,會使水中氧氣不易擴散進入底質,造成淤積的厭氧性,產生惡臭的硫化氫,或還原狀態性的惡臭氣體,連帶的增加蚊蟲,這將影響周遭居住的公共衛生環境。硫化氫對於魚類具有劇毒,這種人工濕地,容易看到魚類浮屍,影響瞻觀。
(4)自然淨化能力的降低:淤泥淤積的人工濕地,BOD處於厭氧狀況下分解速率降低,NO3-無法擴散到底泥下面深層處,脫氮作用減緩,底泥中的磷反而因著Fe(Ⅲ)的還原,而使與鐵沈澱的磷溶解,使得出流磷的濃度增加。
(5) 禽流感的威脅:禽流感(avian botulism)是近代水鳥引發的致命傳染病。人工濕地吸引水鳥前來棲息,很容易被視為禽流感爆發時人畜共染的高危險場所。禽流感病毒經常存在於表層底泥DO<0.2 mg/l,Eh<-30.4mv的狀況下,這是淤泥淤積易發生的現象。
因此定期自人工濕地清除底泥是必須的操作維護項目。為減少人工濕地的淤泥淤積,所要採取的對象如下:
(1)入流口處建造「初沈池」:台灣水中的懸浮物質濃度遠較歐美、日本高,因此入流後容易造成淤積,這是人工濕地設計時必須注意的,要在入流口的後方,加設初沈池,才讓污水流入處理單元,初沈池的設計可以參照環境工程或污水淨化的書籍或手冊。
(2)採一並聯式處理單元:為了增加處理成效與產生不同水質梯造來處理,人工濕地採取3-5池,甚至5池以上串聯式配置,使水流更均勻化,與更多樣的水域空間來營造多樣生物的棲息空間,是正確的對象。但是,為清除淤泥期間,仍然保持淨化水質的操作,建議留一池作並聯使用,清淤時可以讓清淤單元的水流入並聯池,而繼續操作,不致使得場址斷水。
(3)定期清除淤泥:優秀的人工濕地設計會在場址保留一個區域作為底泥乾燥床,或是底泥蘆葦床。蘆葦的根系氧化機制,可以減少底泥體積與調整C/N比與N/P比,使處理底泥更具客土或植物肥效。人工濕地的維護必須每1~3年,以挖泥機或吸泥機移除淤積過多處的淤泥。根據淤泥的化學分析,過去都市污水處理型人工濕地淤泥的重金屬含量並不高,並不是有毒廢氣物,所以若廠址未有消納處可以移至垃圾掩埋場。
(4)淤泥監測:每一年必須監測人工濕地最易淤積處,如排水口附近、植生密植區,或周邊淡水處的底泥厚度,若底泥深度>10cm需要清除,或是人工濕地平均水深<30cm,則需清淤。淤泥的Eh或ORP太低,或周遭居民抱怨人工濕地有臭味,都是需要清除淤泥的時候。


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