Applications of Ecological Purification Ponds

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1 Applications of Ecological Purification Ponds
in Rural Communities 污水生態淨化池於農村社區之應用 指導教授：林德貴 教授 陳鴻烈 教授 陳樹群 教授 鄭皆達 教授 學 生：莊皓雲 2010年6月4日 污水生態淨化池於農村社區之應用及效益評估

2 Outline Introduction 前言 Literature Review 文獻回顧
Operation Mechanism 淨化機制 Case Study 案例分析-南投桃米里茅埔坑濕地 Results and Discussion 結果與討論 Conclusion 結論 Reference 參考文獻

3 做世界的KEY-MAN Introduction（1/3） 成為扭轉暖化的關鍵少數 我們的決定 絕對足以影響世界 依據聯合國統計司資料:
全球二氧化碳排名： 依序為美國、大陸、俄羅斯、印度、日本、德國、加拿大、英國、南韓、義大利.. 　　(以排放總量排名，台灣居第22位) 以人均排放量計算： 台灣高居全球第3名（11.9公噸） 僅次於美國（19.9公噸） 和澳洲（19.4公噸） 　　　 －摘自1013期商業周刊 成為扭轉暖化的關鍵少數

4 Introduction （2/3） Construction 工程施工 Design 規劃設計 採用性能規範提升品質
耐久性設計 最小營建規模 高效能營建材料之應用 自然生態環境保護 現地材料優先使用 資源再生利用 節能(含營運)減廢設計 機電設備節能與效率提昇 營建剩餘土石方與廢棄物減量及再利用 生態污水處理 施工法 (機具)節能減碳評估 材料妥善管理減少浪費 工址現地減廢 施工自動化 環境保護措施 農村再生條例：『農村建設節能減碳推動策略 低碳社區』

5 Introduction （3/3） 農村地區污廢水大多在未經處理情況下，即排放至溝渠或溪流，除影響河川生態外，環境亦遭受嚴重的污染破壞，對生產、生活、生態及遊憩休閒之功能亦受到影響。 簡易污水生態淨化池除具低建設成本及操作容易特性外，可有效淨化排放污水、改善農村景觀、再造農村生態環境、營造優質生活環境，提升農村生活環境品質，進而達到三生共存共榮的願景。 經由農村污水排水道水質現況調查，可評估農村污水對排水道水質衝擊，了解排水道生態自淨能力，同時可研擬農村污水減量措施，減少污水對環境生態衝擊。 農村設置污水生態淨化池，除可利用自然生態淨化原理將污水淨化為清淨水源外，污水生態淨化池所植栽各種水生植物與池體儲水功能，可提供或吸引環境附近生物至污水生態淨化池棲息活動，形成生物多樣性，並可為周遭環境因為人類過度開發活動而造成生態破壞，提供豐富的生態補助效益。

6 What is the ecological purification pond ?
景觀池 污水流入 農村簡易污水生態淨化池流程圖 表面流式池 生態 景觀 物理作用 化學作用 生物作用 集水槽 地下流式池 放流水 沈澱 過濾

7 Deployment Layout 農村簡易污水生態淨化池平面配置圖
農村簡易污水生態淨化池的特色---1.具低建設及操作成本。2.可改善農村景觀、再造農村環境。3.有效淨化污水，營造優質生態提升農村社區生活環境品質，達到三生共存共榮願景。

8 Why we need the ecological purification pond ?
pollution 污 水 淨 水 ? 淨化系統 Wastewater treatment ecological environment

9 Literature Review 農村污水生態淨化池 污水處理廠
生活污水含有大量有機物、油脂、氮磷鹽、界面活性劑及致病菌，社區污水在排放前需妥善處理，以免影響水域環境。我國農村由於經費所限，下水道系統建設尚未普遍設置，大多僅以化糞池處理廁所污水，對於其他廚房、洗滌及衛浴廢水生活雜排水，皆未處理而逕行排放。一般操作良好化糞池僅能去除污水中22%有機物，故農村生活污水中仍含有大量污染物，若其直接放流，會造成河川污染，病媒蚊滋生，惡臭及景觀等問題，同時影響農村生產、生活、生態及遊憩休閒功能。

10 污水生態淨化池及污水處理廠之比較 污水生態淨化池 污水處理廠 處理機制 以生態為主之物理、化學、生物 (植物,微生物等) 物理、化學、生物
化學物質之添加 不需要 視單元添加,消毒,pH調整 營養鹽去除 碳、氮有機物及部分磷有機物 含碳有機物 污染物去除速率 慢 快 受氣候影響 多 少 處理時間 長 短 處理水質 以溶解性有機物為主 固體性及溶解性有機物 所需面積 大 小 所耗能源 少(太陽主要能源，地形水位差) 多(電位為主),曝氣 初設成本 低 高 操作維護成本 低(定期收割植物) 高(機械維修,專人操作) 專業知識 僅具基本 需專業知識 景觀 自然生態 人工建築物 親水性 佳(景觀池) 無 生態性 接近

11 污水生態淨化池規劃準則與管理 一、基礎環境調查 二、人工設施隨環境調整 三、棲地營造構成完整生態網絡 四、依據環境特色設定濕地功能
五、生態環境塑造以復育環境為基礎 六、生物棲息空間整備考量自然導入 七、使生態廊道相互連通 八、藉自然修復途徑減少人工設施 九、思考適生生物生命週期 十、解說及休憩應就地取材 ＊ 彰投雲嘉濕地生態資源調查及規劃(2008)

12 Operation Mechanism 1.Separator Tank 油水分離槽
農村社區污水可能含有油脂，其進入淨化池會形成油膜，會妨礙大氣中溶氧再度溶入水體之再曝氣作用，進而降低水中溶氧濃度，降低有機物氧化及氨氨硝化作用。 所以在社區污水進入生態淨化池前，應設置油水分離槽將油脂去除。 【污水生態淨化池淨化單元 】 由於農村社區污水可能含有油脂，其進入污水生態淨化池會形成油膜，其會妨礙大氣中溶氧再度溶入水體之再曝氣作用，進而降低水中溶氧濃度，降低有機物氧化及氨氨硝化作用。所以在社區污水進入生態淨化池前應設置油水分離槽將油脂，另外油水分離槽亦可將粗固物沉降去除。油水分離槽操作一段時間，應將上層油脂及底部污泥撈除，以發揮油水分離槽正常功能。

13 2.Free Water Surface System 表面流式池(FWS)
Submerged Plants Vegetated Zone (3) Open Water (2) (1) Floating Plants Emergent Plants Distribution Pipe Variable- Level Outlet Inlet 二、表面流式池(Free water surface system，FWS) 功能及特性說明如下: 水面高於土壤面，水可在表面自由流動。 水生植物以挺水性及漂浮性植物為主，由附著在地下根部區的微生物進行污染物淨化分解。 以天然淨化池水文及環境狀態為模擬對象，水深約在5-60 公分，底層有介質供植物生長及著根，除污染削減功能外， 亦可營造淨化池之生物棲境，具多功能的發展面向。 放流水水質若要超出二級處理標準，至少要由三部份組成(compartments)，第一部分為進行大略的凝聚及沉澱；第二部分為氧化作用，去除溶解性有機物及硝化氨氮；第三部分為植物去除部分，進一步減少總懸浮固體物及脫氮作用(USEPA, 2000)。 ＊ 表面流式生態淨化池 (US EPA, 2000)

14 Small (Planting) Gravel
3.Subsurface Flow System 地下流式池(SFS) 水生植物 01.~0.5m 根區 0.6m 進流 出流 水流方向 主要水流方向 進流區 出流區 Small (Planting) Gravel 地下流式池 (Subsurface flow system，SFS)，功能及特性說明如下: 1.水面位於土壤面以下，無法於生態池表面看到水層。 2.一般以挺水性草本植物為主，利用土壤或礫石表面生物膜生長處理污水，但會產生孔隙塞問題，所以需配置過濾設備或反沖洗設備，減少系統水損失。 3.植生浸潤床則是在水體中填充60-100公分的介質(如砂、礫石等)，其上種植蘆葦等挺水型植物，利用水流經介質及植物根系的表面，達成水質淨化的效果。 ＊ 地下流式汙水生態淨化池 (USEPA, 2000)

15 Dissolved Oxygen O (Anoxic) Settled TSS & Detritus from Plants
農村簡易污水生態淨化池淨化機制 (Purification mechanisms of constructed wetland) Dissolved Oxygen O (Anoxic) Fully Vegetated Zone Removals due to Flocculation. Sedimentation, Adsorption and Anaerobic Reactions, Primarily Dissolved Oxygen +++ (Aerobic) Open Water Zone Transformation by Aerobic Biological Treatment, Primarily Pathogen Kill by Sunlight & Time O2 Submerged Vegetation BOD Oxidation NH4-N→NO3-N Solar Radiation Atmospheric Reservation Duckweed, Floating Litter & Detritus Emergent Plants Settled TSS & Detritus from Plants TSS Toxics Particulate BOD Organic P&N Metals 【厭氧區】完全植物生長區，混凝沉降，吸附及厭氧法除有機物 【開放水域】溶解氧氣、好氧生物氧化有機物、太陽光殺死病菌 物理性：沉澱，過濾，吸附，離子交換。 (Physical: sediment, filtration, adsorption, ion exchange) 化學性：水解，混凝，氧化，還原作用。(Chemical: hydrolysis, coagulation, oxidation, reduction) 生物性：好氧厭氧分解，植物吸收氮磷鹽，硝化脫硝。(Biological: aerobic and anaerobic degradation, nitrogen and phosphate uptake by plant, nitrification and denitrification)

16 水生植物(Aquatic plants ; Hygrophyte)
濱水植物 挺水植物 沉水植物 浮葉植物 飄浮植物 1.水生植物(aquatic plants;Hydrophyte)顧名思義是以水為生存及生長媒介之植物。狹義上是指植物的生活史必須在有水環境下完成，亦即該植物一生都必須生活在水中，且能長出適應水域生長之根系與葉片型態構造。廣義上則包括生活史中有一時期生長於水中或生長於飽和含水量之土壤上之濕生植物。 2.依據植物體成熟開花時，所呈現其葉片與水面的相對位置和生活習性，可分為下列五種，茲圖示說明如下：

17 Aquatic Plant in Sewage Treatment Role
植物性質 處理機制上角色 水面上植物組織 光線衰減，抑制浮游植物 影響微部氣候, 降低水面風速 美學上令人愉悅外觀, 營養物儲存 水中莖及葉組織 過濾效應, 降低水流速度 提供細菌附著生長面積 光合作用產氧, 營養物攝取 底泥根及地下莖 細菌附著生物面積, 底泥表層穩定化 釋出氧增加好氧及硝化 防止SSF溼地礫石間阻塞 營養物攝取, 釋放有機物促進脫硝 水生植物在生態污水處理扮演角色 (IWA， 2000)

18 Decontamination of Water Quality
污染物移除過程 物理過程 化學過程 生物過程 植物體 底泥層 化合物 有機物表面 微生物 沉降作用 過濾作用 揮發作用 吸附作用 離子交換作用 光合作用 呼吸作用 發酵作用 氮化作用 去氧化作用 磷的去除 水生植物污染物處理過程流程圖 去污淨化水質功能 Decontamination of water quality

19 Case study Ecological Purification Ponds in Mao-Pu-Keng Wetland
茅埔坑溪為桃米里重要溪流，水量長年穩定 桃米里優先結合生態工程及水池復育之濕地公園 鄰近社區休閒產業，廚房及民宿之少量廢水排入 桃米里水域與產業位置示意圖 南投縣埔里鎮桃米里茅埔坑濕地

20 Integral Development Conception
河岸邊坡生態化 水泥護岸代以安全、平緩、多孔隙之砌石取代，營造生態化邊坡 廢棄荷花池轉換為淨化池 善用地形，營造淨化民宿污水之示範區，將左岸河床荷花池轉換為淨水池 淨化池搭配解說設施 濕地現有涼亭，搭配解說設施說明淨化機制及原理 社區參與水質淨化創造議題 社區居民參與濕地淨化規劃及營造，傳達及帶領遊客瞭解濕地淨化之意義 茅埔坑濕地現況 水泥河段 荷花池現況 淨化池 生態邊坡 荷花池轉成淨化池 增設淨化池 整體發展構想 搭配 解說設施

21 Ecological Purification Ponds in Mao-Pu-Keng Wetland
民宿汙水截流設施 民 宿 污 水 【增設涵管】 利用自然重力將上游水引入淨化水池內稀釋廢污水 茅埔坑溪 水池1 水池3 水池2 水池4 沉澱池 解說設施示意圖 FWS池 人 工 濕 地 淨 化 區 自由表面流濕地系統淨化區(FWS) 解說站 SFS池 地下水流濕地系統淨化區(SFS) Mao-Pu-Keng Wetland-茅埔坑濕地淨化池配置圖Ecological Purification Ponds 景觀池 現 有 河 道 竹蜻蜓入口意象 茅埔坑溪 Ecological Purification Ponds in Mao-Pu-Keng Wetland

22 茅埔坑溼地全區改善示意圖 居民參與濕地營造機制 原荷花池轉化為淨化池 增設淨化池 河道邊坡生態化 竹涼亭 竹拱橋 竹吊橋 竹蜻蜓入口意象
居民參與營造 原荷花池轉化為淨化池 增設淨化池 河道邊坡生態化 水質淨化體驗遊程 竹涼亭 竹拱橋 解說人員人力培訓 竹吊橋 社區增設創意設施 竹蜻蜓入口意象 建立水質監測機制 紅色字體為社區的創意設施 茅埔坑溼地全區改善示意圖

23 Ecological Purification Ponds in Tao-Mi Community
民宿汙水 河溝 4.景觀池 3. SFS池 2. FWS池 1.沉澱池 社區簡易污水生態淨化池說明 Ecological Purification Ponds in Tao-Mi Community

24 Ecology Purification System
民宿汙水 沉澱池 設計水力停留0.5天，有效水深60公分 調整污水濃度及流量，去除可沉澱固體 自由表面流式淨化池(FWS) 設計水力停留5天 後段深水區提供氧氣溶入水體(魚類棲息) 地下流式淨化池(SFS) 設計水力停留約1天，操作水深50公分 去除懸浮固體，降低濁度及藻類(脫硝) 景觀池 設計水力停留約為2.5天 多樣性水生植物，增加景觀及棲地功能 附近河溝 生態淨化系統說明 Ecology Purification System

25 農村生態污水淨化池系統數據分析 單元尺寸及面積參考表 生態淨化池單元 沉澱池 表面流式淨化池(FWS) 地下流式淨化池(SFS) 景觀池
單元水力停留時間參考表（單位：天） 生態淨化池單元 5人(/day) 20人(/day) 50人(/day) 沉澱池 0.5 表面流式淨化池(FWS) 5 地下流式淨化池(SFS) 1 景觀池 2.5 總水力停留時間（天） 9 單元尺寸及面積參考表 污水 流量 5人（ /day） 20人（/day） 50人（ /day） 長 (m) 寬 (m) 水深(m) 面積(m2 ) 淺水區 深水區 沉澱池 2.2 1.9 0.6 4.1 4.8 4.6 3.2 14.8 FWS池 7.8 0.4 0.7 17.5 15.4 3.7 57.7 29.9 0.8 123.3 SFS池 1.6 6.7 10.9 2.1 23.2 15.1 3.3 50.2 景觀池 10.8 8.4 31.5 15.9 65.6 總面積 39.1 117.2 253.9

26 ＊桃米茅埔坑(2007.04.16)實測數據 E.Coli大腸桿菌
懸浮固體物(SS)在污水中含有不溶解固體物，此固體物稱之為SS也就是懸浮固體物 NH3：氨 生化需氧量(BOD) 定義:微生物在污水中分解有機廢料所消耗氧的...天 河川污染分類指標(RIVER POLLUTION INDEX) 　　RPI 指標，RPI 指標為河川污染分類指標(RIVER POLLUTION INDEX)乃利用 BOD、DO、NH3-N及SS四項水質參數，根據其數值來評估河川污染程度。指標計算方式如附件。其中 Ni 為指標污染物點數值，n為指標污染物數目。RPI在 2 以下是未受污染，2～3 是輕度污染，3.1～6 是中度污染，6 以上為嚴重污染，依附表計算。 RPI指標之計算方式： RPI = 1/n 河川污染程度分類表 溶氧量(DO)mg/L------生化需氧量(BOD5)mg/L 未受污染---6.5以上 以下 輕度污染---4.6～ ～4.9 中度污染---2.0～ ～15 嚴重污染---2.0以下 以上 懸浮固體(SS) mg/L----氨氮(NH3-N) mg/L 點數 未受污染--20以下 以下 輕度污染--20～ ～ 中度污染--50～ ～ 嚴重污染--100以上 以上 積分 未受污染 以下 輕度污染 ～3.0 中度污染 ～6.0 嚴重 污染 以上 ＊桃米茅埔坑( )實測數據

27 Results and Discussion
水量不穩定時將改變停留時間,過長會導致藻類出現，影響濁度；過短會影響淨化能力，設計時應考慮入水之穩定性。 景觀池出水口增設一L型出水口置於池後端，減少該水域滯留。 營養鹽豐富之水體直曝陽光會大量增生藻類，池邊應栽種植物遮蔽陽光，同時增加景觀性。 水體若含因油無法曝氣，將使含氧降低嚴重影響淨化能力，廚房後油水分離槽需要加高，增加暴雨時期容量，減少油污溢出。

28 生態淨化池水生植物選擇之考量 污染強度 香蒲 狐尾藻 生態淨化池前段，污水濃度高。 常用蘆葦、香浦，布袋蓮或水芙蓉。
生態淨化池後段單元(含景觀池)，污染濃度低。 栽種多種植物以達除污、生態多樣、及景觀等功能，常用狐尾藻、蓮花。 香蒲 狐尾藻

29 Conclusion （1/2） 濕地技術為節約能源、低成本、維護簡單的水污染防治生態工法，在國內能源有限及水資源缺乏的環境下，具有發展與應用的空間。特別在廢污水工程較為落後的農村地區，利用休耕或無利用的閒置空地施設污水淨化池，除以較低的建設經費下提供污水處理設施同時可達保育水資源、提供景觀、休憩、生態教育等多功能用途。 污水生態淨化池在操作上主要限制因子為其進流水應為連續進流，若污水流量變動較大時，應有集水槽調整進流量或輔助水源以持續推動污水於污水生態淨化池內推移，另一限制因子為進流水中固體及油脂應先移除後，始可進入污水生態淨化池 污水生態淨化池其生態發展為長期性，建議持續監測其生態演替性。

30 Conclusion （2/2） 具輕度擾動及簡易操作成本特性，並可改善農村景觀、再造農村生態環境，有效淨化排放污水，營造優質生態環境。
改造農村污水排放及景觀後，進而達到三生共存共榮的願景。 認識污水生態淨化池之基本原理及設施，在規劃操作農村生態發展時，將有更多樣化選擇。 未來可配合農村再生培根（人力培訓）計畫課程，輔導社區居民選擇適當地點施設簡易污水生態淨化池，推廣生態淨化池之普及。 失敗主因： 1.缺油水分離槽 2.設計不量（5人份污水量的設計、實際上排放20人放的污水量） 3.施工不當（未照規劃圖確實施做，油水分離→FWS→SFS→景觀池） 4.沒有後續維護管理 植栽死亡

31 References Livelihoods in the wetlands of Kilombero Valley in Tanzania: Opportunities and challenges to integrated water resource management. (2005) Water quality in the Great Barrier Reef region: responses of mangrove, seagrass and macroalgal communities. (2005) Wetland cultivation and hydrological management in eastern Africa: Matching community and hydrological needs through sustainable wetland (2006) Analysis Economic consequences of wetland degradation for local populations in Africa. (2005) Development and validation of a global database of lakes, reservoirs and wetlands. (2004) Development and use of a wetlands information system for assessing wetland functions. (2006） 福寶濕地生態經濟價值之研究（楊明憲等 ，2004） 人工濕地與社區發展成功案例簡介（洪清坤，2002） 淺談英國海岸及濕地保護區之經營管理（劉靜榆，2000） 農村景觀及生態建設的新作法（ 陳榮俊等，2006） 漫談人工濕地營造的迷思（黃朝慶，2004） 彰投雲嘉濕地生態資源調查及規劃（黃志成，2008）

32 Thank you for your attention!
節能減碳愛地球 農村再生綠生活