荊樹人
嘉南藥理科技大學環境工程與科學系教授

水資源的再利用,是二十一世紀的核心問題。

社區營造是改善我們生活品質非常重要的措施之一,而其牽涉的範圍層面也很廣。不論社區從那個特色去營造,「環境衛生」卻是不可避免的要素。如果社區污染問題無法解決,再美好的設施都很難令人細細的品味。生態社區的建立更是需要將人文生態環境與自然生態環境,以一個和諧互惠的方式結合在一起,清淨的環境當然是不可或缺的條件之一。

人口的增加、工業的發展、以及生活型態的改變等因素,均能造成污染物的增加與累積,進而破壞環境的衛生。污染改善的技術很多,但是要能夠同時兼顧生態環境的保育、自然景觀的結合、有限資源的再利用等目標,就必須審慎的評估與選擇了。

由於國內的下水道系統普及率低,鄉村地區更是闕如。更由於許多廢污水的排放點非常分散,管制與查察不易。在有下水道系統的都會區,尚可利用污水處理設施降低水污染程度。但是對於沒有下水道系統的地區,建設污水廠則受到建設成本缺乏、操作經費高、社區排斥等因素的影響,很難落實水污染的整治。而這些區域往往位在水資源保護區內,不僅造成河川及水庫污染而影響生態環境,同時亦造成許多地區民眾對飲用水水質的疑慮。

因此,要想落實水資源的永續發展與利用,可能需要考量不同於傳統的觀念與技術才能有所突破。自然生態處理系統是利用自然界的機制及生物成員,在人為控制下使其發揮最大的能力,來達到處理目標。希冀以最經濟、最有效、最生態的方式,在污染淨化的過程中同時兼顧生態保育、環境復育及全民參與等效益。但是這種生態工程應用,除了技術考量之外,還必須社區民眾的參與才有成功的機會。

自然生態廢污水處理技術

二行社區以自然生態淨化系統成功地削減家庭污水對承受水體的污染負荷。

所有的廢污水處理技術都是依賴各種物理、化學及生物的原理機制,來達成去除污染物的目標。人類自古以來所產生的污染物,便是經過自然生態的機制完成物質轉換進而回歸自然,同時達到平衡的狀態,這種平衡便是自然界的「自淨作用」。如果給於自然界污染的負荷不大於其自淨作用的能力範圍(涵容能力),就不會有明顯污染環境或是破壞生態的狀況發生。

但是經過工業革命之後,人類技術的改進加上人口的增加與集中,各種污染物質不僅數量增加,而且種類也複雜了。經過長時間的集中排放,自然生態系統物質轉換機制的平衡狀態,便開始改變。此時,各種環境污染的問題便一一浮現,於是人類開始探討削減污染排放的方法。以處理廢污水的技術而言,大致可以分為傳統機械處理技術、自然生態處理技術及介於兩者之間的技術。

為了有效的處理大量且集中的廢污水,傳統的廢水處理廠幾乎都是利用「高度需求能源」的機械設備或需添加化學藥劑來強化各種處理機制,以達處理目標,最後並產生二次污染物--污泥,需進一步處理。這就是一般大家熟悉的下水道系統所要連接的目的地,所以下水道系統如果接管率太低,廢水處理廠便無用武之地了。

「自然生態處理系統」則是利用自然界的機制及生物成員,在人為控制下使其發揮最大的能力,來達到處理目標。自然處理系統一般只需幫浦及簡單的管線配置來輸送廢水,而不需仰賴能源及動力的輸入及化學藥劑的添加,亦無污泥產生,因此較傳統機械式的廢水處理法所需負擔的建造及操作費用還低。可有效處理廢水的自然生態處理技術可概分為四大類:

廢水穩定塘

廢水穩定塘乃利用微生物及較低等的植物與動物來處理廢水,因此生物成員為主要的處理機制。藻類的存在會影響到大多廢水穩定塘系統的處理效能及處理水質。雖然藻類因光合作用產生氧而提供塘中生物成員的需求,應是有益的,但是藻類大量生長難以控制,卻也時常導致排放水中過高的懸浮固體。穩定塘對有機物、含氮物質及致病菌的去除相當有效,但是磷的去除效率不高,有可能衍生臭氣及蚊子生長的問題。

水生生物處理法

此法是利用微生物及較高等的植物與動物來處理廢水,因此生物成員亦為主要的處理機制。其中,布袋蓮水塘因為植物葉子的遮光作用而抑制藻類的生長,處理水的懸浮固體明顯低於穩定塘。另外,還有利用水生動物或水產養殖的處理系統。此方法除了達到廢水處理目標外,另著重於回收廢水中的有用營養物,轉換形成具有經濟價值的水產養殖動物或植物的收成。

溼地處理法

溼地定義為每年有很長的時間,地表被水所淹沒且土壤維持飽和濕潤,並有植物生長的土地。溼地具有淨化水質的功能早在一百多年前即被證實。使用來處理廢水的溼地包括:已存在的天然溼地、沼澤、窪地、泥沼、濱地,及由人為構築用來處理廢水的人工溼地。

人工溼地在設置不透水層的條件下,則無管制進流水水質的特別要求,並可確實地控制系統的水流特性,其操作效能比天然溼地更為可靠。有兩種基本類型的人工溼地最常被使用,包括:表面自由流動系統(Free Water Surface,FWS)及表層下流動系統(Subsurface Flow,SSF)。前者,由於水表層與大氣環境接觸,因此類似天然溼地或沼澤;後者,使用水可流過的介質(如礫石),而水則保持在礫石床表面下流動,相當於有植物存在但是沒有使用曝氣的生物濾床。

土地處理法

台南市灣裡社區希望透過二級處理系統,削減污染量及改善當地高鹽份的土壤。

這類技術主要依賴發生在土壤間隙的物理性、化學性及生物性作用。其中,慢速滲濾率法及地表漫流法均需要有植物存在,作為主要的處理成員。慢速滲濾法所使用的植物種類相當廣泛,從樹木至牧草以至於蔬菜作物。地表漫流法則常使用多年生的禾本科植物。另一種陸地處理法稱為快速滲濾法,因為所操作的水力負荷相當高,以至於無法提供植物生長。這三種方法均能產生高品質的處理水,並可考慮再利用,尤其慢速率法甚至可設計成足以產生飲用水標準的處理水。大部分的慢速率法及快速率滲透法都需要設置地底下的排水管或水井以利處理水的回收。

早期人們使用廢污水自然處理方法的原因是可以回收及再利用廢水中的資源(如氮磷營養、礦物質及有機物),獲得收成田間作物或水產養殖物,屬於與環境相容的技術。隨著愈來愈多的系統建立與操作經驗的累積,逐漸發現當有足夠土地可利用及場址條件適合時,自然處理系統的建造成本、操作成本及能源的需求,均明顯低於傳統機械式的廢水處理技術。再者,在適當的規劃管理下,某些自然處理系統(如溼地、水生生物處理)甚至還具有野生動物保育及景觀美化上之功能。

適合生態社區的自然生態技術

上述四類自然生態處理技術可以實際應用於廢污水處理的設計單元,共有數十種之多。到底哪些技術才是最適合我們社區營造的搭配措施呢?很抱歉,這個問題沒有一定的答案。主要的原因是,每個社區或地區,其本身原有的環境與條件各有不同,因此在生態技術的選擇上也有所差異。一般我們在考量這個問題的時候,有幾個因素作為依據:

自然生態環境

目標區域的地形、氣候、生態等均不同,在選擇生態技術時,應仔細評估其特色。例如陡峭的山區適合較小型的生態系統,廢污水的輸送也可利用地形來設計,以節省能源;平坦的地區則能夠利用較大型的生態系統,有利於棲息地的形成。另外,可作為系統設置的空間也是需要評估的要項,並非每個社區都有可行的地點。

既有的生態系統

有些地區原來就有自然生態的系統存在,如埤塘、池塘、魚塭、草溝、濕地等,這些既有的生態系統,也應列入評估的範圍。如果能夠有效的利用,不但能夠維持原有的自然風貌,而且也可以節省設置的成本。

工法的應用

基本上自然生態系統的設置,就是要模仿自然的行為,因此在設施的設置工程,應以最少的人造材料為原則。如此才能與自然界結合,也才有增加自然生態的功能。這也是行政院公共工程委員會推動「生態工法」希望達成的目標。

社區本身的想法與目標

這也是自然生態處理系統成功與否的關鍵因素,雖然在規劃與設置此類系統的過程當中,儘量減少人為干預自然為原則,但是此系統畢竟有其既定的目標。首先就是需要達到污染水的淨化目的,淨化後的水再利用作為社區營造的資源之一,也是重要的目標。因此,生態系統設置之前需要社區民眾的共識與想法,也就是設置此生態系統的永續目的為何。生態系統設置之後,社區需要一個能夠操作維護此系統的團隊,如此才能維持生態系統的功能。雖然操作維護的工作很簡單,但是還是需要社區民眾的關懷與參與,才能永續的運作下去。

此外,自然生態處理系統的應用尚需政策上的支持與配合。目前公共工程委員會與環保署對生態淨水系統抱支持的立場,並積極在適當的區域設置各類的系統,一方面降低河川污染的負荷,另一方面也希望達到示範的目的。讓大家也能夠為削減污染貢獻一分心力。

國內實際應用範例介紹

桃米十份仔家污處理池,兼具生態、景觀、教育之功能。

嘉南藥理科技大學人工溼地研究團隊義務為二行社區建立了國內第一座直接處理生活污水的人工濕地實場。因為環保署提供該社區經費有限,因此由該社區居民提供土地,並自行施工。系統面積約四百平方公尺(零點零四公頃),初期每天處理四十立方公尺(約一百六十人的污水量),建造經費六十八萬元,每年操作經費約需一千五百元的抽水機電費。筆者利用國科會研究計畫增加一個約一百平方公尺穩定氧化塘與浮水性水生植物系統,估計能夠增加處理量至九十立方公尺(約三百六十人的污水量)。

目前,該人工溼地系統已經持續操作兩年,並且一直穩定的達到淨化水質效果。同時,二行社區的民眾也將該人工濕地系統周遭培育成一個社區花園,水生植物種類含括了蘆葦、香蒲、蘭草、布袋蓮、水芙蓉、浮萍、過長沙、粉綠狐尾藻、香水蓮花、水金英……等;水中魚類相包括大肚魚、台灣鬥魚、草魚、鯉魚、鮕呆、土虱……等原生種魚類;溼地週遭環境亦經種植數十種不同花、草、樹木類,進行綠美化;並且出現多種昆蟲,包括:蝴蝶、蜻蜒、豆娘、青蛙、蟾蜍、蜥蜴、蛇、鳥類等。淨化後的水被導入旁邊的椰子林作為灌溉用水後(原來使用地下水),再進一步作為該社區苗圃灌溉之用。

由於二行社區居民的經營,人工濕地系統持續的淨化該社區部分的污水,同時成為許多單位教學參觀的教材,每年參觀的人數約在五六千人次。同時因為實際功能的呈現以及簡單可行的操作方法,使得許多社區民眾也認真的為其社區開始思考與規劃。

嘉藥溼地研究團隊根據處理污水的實場建立與操作的數據,持續將研究成果付諸實際的應用。目前已完成的實場包括:台南市灣裡社區二級處理系統、慈濟大林醫院三級處理系統、成功大學建築系二級處理系統等。其中成功大學建築系系統為該系林憲德教授與歐文生博士候選人,在為營建署推廣並建立綠建築標準依據時,所規劃的實驗模場,希望藉由建築與環工專業的結合,歸納出適用的條件與標準。台南市灣裡社區二級處理系統的建立,除了能夠削減污染量之外,同時也能夠改善當地含鹽量極高的土壤,培育出屬於當地的自然生態。慈濟大林醫院三級處理系統的建立,則是希望達到慈濟基金會水資源再利用的願望。

根據本團隊目前為各公私立單位規劃的數十個不同案例,可以瞭解到當我們能夠具體讓一般民眾看到一個陌生的技術發揮其功能時,他們會做出最佳的判斷與選擇。當我們能夠提供一個他們能夠做到的環境保育技術時,他們會樂意的接受並積極的參與,畢竟大家都有一顆愛家的心。當全民能夠參與的時候,在實做中的體驗讓大家也更願意為自己建立一個乾淨美麗的家園,營造生態社區而付出一己之力。

為了讓自然生態淨化系統能夠發揮出更多的功能與效益,而非限於污水淨化造成大家有浪費土地的疑慮。嘉藥團隊在輔導二行社區時,實際達到以下功能:改善環境衛生、減少河川污染、水資源再利用、生態保育功能、社區休憩場所、栽植經濟作物、居民樂於參與等。但是,在此必須提醒大家人工溼地並非萬能,它也是需要設計、計算、照顧與管理的生態系統,在應用前謹慎設計,並做多功能的規劃,如此才能將此工法發揮其最大的功效。

結語

人類社會的發展與自然生態,應該有互惠的方法。關鍵在於人類是否能夠細心的關心自己週遭的生態環境,同時是否願意為保護自己家園的環境付出心力。一個自然生態淨化系統,需要長期的操作與管理才能夠發揮其效能。每一個生態淨化系統都有其特色,這個特色除了事前規劃設計之外,主要還是需要經營者的愛心與關懷。

如果每個社區都能盡心的營造,那麼自然生態淨化系統不僅能夠保護周遭的生態環境,更能為社區提供多功能的效益。如果社區發展與開發行為能夠同時兼顧生態保育,這才是一個兩全其美之法。自己的家園應該自己來照顧,希望各社區在發展的同時,更能驕傲的展現台灣美麗又清淨的生態社區風貌。