摘要

　　據研究指出蚯蚓在其進食過程中會吸收土壤之中重金屬，且蚯蚓體內的重金屬累積含量可達其周圍環境的千百倍之多[1]，而Shahmansouri在蚯蚓對污泥中重金屬含量影響的研究中，提到污泥中重金屬濃度隨著蚯蚓處理時間延長而下降[2]，因此利用蚯蚓清除土壤中重金屬污染或許能為台灣解決土壤污染問題，所以本研究以蚯蚓處理造紙廠產製之污泥，應用感應耦合電漿光譜儀(ICP-OES)分析經過處理後污泥的重金屬含量，結果顯示經蚯蚓處理後污泥的銅、鋅、鉛含量降低。

關鍵詞：蚯蚓、重金屬、感應耦合電漿光譜儀

 1. 前言

　　造紙工業排放之污染廢水，依不同製程排放的污水成分性質而有所不同，但一般而言可分為懸浮性固體物、溶解性有機物、溶解性無機物等三大類。 其中的固態物和有機物質若不經處理而直接排放至河川中，將會導致微生物滋生和有機物的分解而消耗水中溶氧，影響水中生物生存；若缺氧情形未獲得改善，使得厭氧性細菌繁殖，則容易發生惡臭。除了有機質的污染外，尚有如鐵、鋁、鈣、鈉、氯等無機塩類和鉻、鋅等重金屬的排放污染。傳統上造紙污水是利用化學混凝、加壓浮除及活性污泥處理方法處理，雖然可以有效減少污水的排放，但產生的大量有機性污泥、紙漿污泥則須以掩埋、焚化方式處理，如此將會產生地下土壤、水質和空氣污染，且無法有效的解決造紙廠污泥問題。目前在台灣有利用蚯蚓處理造紙污泥的工廠，但其並沒有分析過其成品與處理後的成分，以評估其處理效果，而在Le. and Zabinski [3] [4]的研究中指出E.fetida等品種的蚯蚓能夠降低污泥中重金屬含量並堆積在生物體內，且蚯蚓還能藉著鑽土行為降低土壤顆粒大小，改善土壤物理性質，再加上蚯蚓的飲食和排糞特性可改變土壤化學性質，蚯蚓糞鬆散、多孔，又經蚯蚓作用後，使有機物的碳氮比逐漸降低，有利於有機氮、磷、鉀等養分轉化為
植物可利用態。所以一般而言，經過蚯蚓處理過土壤都具有更高的有機質[5]顯著增強了土壤的肥度。因此，為了探討養殖蚯蚓對造紙污泥中重金屬含量的影響，在本研究中以感應耦合電漿光譜儀(ICP-OES)分析經過蚯蚓處理7天後的造紙廠污泥，來討論應用蚯蚓養殖解決造紙業污染的可行性，以期能應用蚯蚓這種經濟又無污染的生物處理方式，解決重金屬土壤污染問題。

材料與方法

2.1 蚯蚓養殖條件

　　由台灣蚯蚓養殖業者提供養殖協助，利用糯米醋與污泥混合，調pH至6.0，土壤的相對溼度約為60％，以未分品種之蚯蚓處理污泥，7天後收集蚓糞後分析，另外放置蚓糞60日熟成後進行分析。

2.2 樣品取得

　　廢土處理廠提供造紙工業所產生之污泥和經過蚯蚓處理7天後所採集的蚓糞及經過60日熟成後的蚓糞。

2.3 重金屬含量分析

　　將收集的污泥與蚓糞風乾，以研磨器將樣品搗碎後通過10 mesh篩網後，利用球磨機在200 rpm下滾動研磨3-4天再通過20 mesh篩網，使土壤顆粒均勻化。秤取土壤樣品約5 g(準確值到小數點下3位)，以105 ± 5 ℃烘箱乾燥後，秤重直到恆重，量秤土壤乾燥前後重量之差值計算土壤水分含量。取土壤樣品約 3 g（精秤至 1 mg），置於 250 mL 反應瓶，緩慢加入 21 mL 濃鹽酸，再慢慢加入 7 mL 濃硝酸，並額外加入5 mL濃硝酸，使有機物充分分解，輕輕搖盪充分混合均勻後靜置於室溫10小時，將迴流冷凝管及反應瓶順序裝置妥善後，緩慢加熱溶液至迴流溫度，使溶液在沸騰狀態下維持約 2 小時，冷卻樣品至室溫後，以約 10 mL 3 ％ 稀硝酸沖洗冷凝管並收集沖洗液於反應瓶中，將反應瓶中溶液倒入 100 mL量瓶中，以3 ％ 稀硝酸沖洗反應瓶並收集沖洗液於此量瓶中，再加水至標線加蓋並搖勻，倒入50 mL離心管以離心機（轉速2000 rpm）離心1分鐘，取上液澄清以0.22 μm濾膜過濾，最後以感應耦合電漿光譜儀(PerkinElmer, Optima 2000 DV) 分析重金屬含量，分析流程如下圖一所示，並由相對應檢量線上求得該重金屬濃度，計算土壤中各金屬元素的含量[6] [7]。

圖一、重金屬含量分析流程圖

2.3 數據處理

土壤含水量（WH2O）依據環保署公告檢測方法之公式：
（樣品土壤重-烘乾土壤重）/烘乾土壤重×100　（1）

土壤中金屬元素（mg/kg）依據環保署公告檢測方法之公式：

A×V×F×1000/ W×100/（100+WH2O）  （2）

A：檢量線求得濃度
V：樣品定量後體積
F：上機分析時稀釋倍數
WH2O：土壤含水量

重金屬移除率[8]＝（第0天重金屬含量-第7天重金屬含量）/ 第0天重金屬含量×100             （3）

結果

3.1 土壤含水量測定

　　圖一為污泥與圖二則為炒製後污泥的外觀，污泥經過炒製後顆粒較細碎；而根據土壤樣品水分含量表（表一），污泥與炒製後污泥的含水量分別為3.93％和4.43 ％，這可能是所有土壤樣品皆經過風乾後再行研磨秤重，所以不論污泥有無經過炒製過程，其含水量均接近，而各樣品的水分含量則以經60日熟成之蚓糞樣品最高。

圖二、造紙廠污泥外觀

圖三、造紙廠污泥經過炒製處理後之外觀

表一、土壤樣品水分含量

3.2 重金屬含量分析

　　表一為各土壤樣品經烘乾秤重後，計算土壤水分含量所得之結果，表二為以感應耦合電漿光譜儀分析造紙污泥與經蚯蚓處理消化後的蚓糞，所測得的各重金屬含量經過計算後所得之結果，而圖四是各樣品中銅、鋅、鎘、鉛以感應耦合電漿光譜儀分析之圖譜；圖五表示重金屬移除率來比較銅、鋅、鎘、鉛、鎳、鉻等重金屬在未經處理和經處理7日後與經60日熟成樣品中所含濃度評估蚯蚓對各重金屬的移除效果。

圖四、銅、鋅、鎘、鉛的分析圖譜

表二、土壤樣品中重金屬含量 (mg/kg)

圖五、銅、鋅、鎘、鉛、鎳、鉻的移除效率 

討論

4.1感應耦合電漿原子發射光譜儀

　　一般在分析重金屬元素時通常應用原子吸收光譜法或是感應耦合電漿光譜儀，本研究使用感應耦合電漿光譜儀，因其靈敏度、準確度與方便性等條件，昰我們選擇此儀器的原因。惟因實驗過程中使用王水消化法，消化後之無機酸可能會影響ICP對鐵、砷和鉻等3個元素分析的準確性，故分析時須注意分析條件的選擇。

4.2 蚯蚓養殖

　　根據Shahmansouri 研究[1]指出以E. fetida品種的蚯蚓對重金屬移除與累積具有一定的效果，可有效利用來降低污泥中重金屬含量達到污泥資源化的環保目標；而其養殖條件以黑暗、潮濕，溫度約20-30°C為原則，而業者除了溫濕度外，利用糯米醋調整土壤pH以達到最適養殖條件。

4.3蚓糞熟成

　　在污泥處理的過程中，首先將原污泥炒製後，而待蚯蚓處理污泥後收集蚓糞，會另外放置蚓糞60天，使蚓糞熟成，分析此步驟對蚓糞中重金屬含量後，發現蚓糞在熟成的過程中，銅、鋅、鉻會些微下降而鐵含量的差異不大，代表經蚯蚓處理過後的污泥，能有效的將銅、鋅、鉻等對人體有害的重金屬含量降低，此結果未來亦可應用於重金屬污染之土壤整治與復育。

4.4 造紙污泥中金屬含量  

　　造紙污泥中的重金屬相，造紙廢土中含有的重金屬銅、鋅、鎘、鉛、鎳、鉻為受到監控與管制的重金屬，在台灣地區土壤中銅的背景值約35mg/ kg，而造紙污泥中的含量比其高出約2倍 [9]，銅中毒會引起嘔吐、肝中毒、腸胃黏膜炎等症狀，但其亦為人體中重要的微量元素，毒害影響濃度值較高，危害性較小，而鋅和鎳亦為人體與植物必需元素，不易產生毒害。

　　而鎘、鉛、鉻的中毒對於健康則有嚴重影響，由實驗中的數據得知造紙污泥中鎘、鉛、鎳、鉻的含量分別為0.72、15.91、6.8、12.50 （mg/kg），依據表三-環保署公告之土壤重金屬污染管制標準[9]顯示造紙污泥的重金屬濃度皆落在在管制範圍內，但其排放還是應受到管制。

　　而經蚯蚓處理廢土在第0天與第7天的重金屬的含量比較後經過計算成移除率後，以銅、鋅、鉛的移除較高，又移除率鉛>鋅>銅，而鎘、鎳和鉻的移除則較不明顯。根據Shahmansouri的實驗結果中指出蚯蚓能夠降低污土中 銅、鋅、鉛的濃度[2]，唯獨其處理時間為60天，而本研究實驗處理時間僅7天，所以重金屬移除的程度較小，並且對重金屬的移除效果也不同，又由於樣品為實際廢土處理廠取得，並非以單一品種蚯蚓進行處理，僅能表出現實業界的養殖與處理效果，若是能夠篩選台灣地區原生品種蚯蚓對重金屬的耐受性與移除效果，或許能成為一污泥資源化的研究方向[1] [10]。

表三、環保署公告之土壤重金屬污染管制標準[9]
 

參考文獻

[1]陳俊宏，台灣陸生蚯蚓的多樣性，自然保育季刊，第25期，(1997)。
[2]M R Shahmansouri “Heavy metals bioaccumulation by Iranian and Australian earthworms (Eisenia fetida) in the sludge vericomposting”, Iranian J Env Health sci Eng,Vol.2,No.1,pp.28-32.
[3]Dr.Le Huy Ba“Effects of heavy metal concentrations in waste water on rice,spinach and earthworm”.
[4]Christina Zabinski“In vitro bioavailability monitoring of heavy metals using lumbricus terrestris and eisenia foetida”Water,Air,＆Soil Pollution, Vol.163,No.1,pp.293-302.
[5]申為寶，蚯蚓和微生物對土壤養分和重金屬的影響，中國農業科學，41(3) 頁760-765 (2008)
[6]土壤水分含量測定方法-重量法 NIEA S280.61C，環境檢驗所，(2002)。
[7]土壤重金屬檢測方法-王水消化法 NIEA S321.63B，環境檢驗所，(2003)。
[8]張俊鴻，以EDTA、藻酸鈉對砷及鉻污染土壤萃取效率之研究，國立中央大學環 境工程研究所碩士在職專班論文，

(2006)
[9]林浩潭，重金屬污染土壤以本土植物復育之探討，植物保護學會會刊，第3期，頁47-241(2005)。
[10]林浩潭，土壤污染偵測與防治，行政院農業委員會農業藥物毒物試驗所。