2012/09/05
經濟部能源局
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▓撰文、圖片提供：張源修、古宸瑞
明道大學所研發的「太陽能人工浮島」獲得「2011國際創新發明海報競賽金牌獎」，並取得專利，筆者並獲得2012年「第7屆台灣十大傑出發明家」與2011年「國際傑出發明家學術國光獎章」。「太陽能人工浮島」利用水生植物，可以淨化水質；有音箱可誘蛙類；UV殺菌燈等「聲光」設備，具有豐富生態、維護水質效果；冬天時再放「加溫棒」，可以避免魚類受凍死亡，因而獲獎。
結合綠能、生態、保育與水質淨化
「人工浮島」是一種以載體漂浮於水面，其上種植水生植物的生態工程設備，主要是應用於水質淨化、水田耕作與魚、鳥類復育等。因為傳統的「人工浮島」自然淨化水質的方式過於緩慢，因此明道大學的研發團隊，研發出「太陽能人工浮島」（詳圖3），太陽能人工浮島利用箱網可種植沉水和漂浮植物，增加植生淨化多元向度，並加入毛刷做為生物附著性濾材，也可加入木炭去除水色和臭味，再加上太陽能設備可支持增氧機、加溫棒、UV燈及臭氧殺菌設備、音響、夜間景觀照明等設備，不但提升水域景觀，更可淨化水質，可運用於湖泊、水庫景觀與水質提升，更可於居家庭院從事水耕種植。
此研發可配合「集村興建農舍獎勵及協助辦法」（民國99年11月17日發布）第3條第2項規定，設置「生態污水處理設施」，可向直轄市、縣（市）主管機關申請獎助。
太陽能人工浮島組構模式
太陽能人工浮島長約0.6M、寬0.6M、中間箱網部分表面積為0.2M2，浮島主體由PVC管、太陽能供電設備、椰毯、水生植物（沉水、挺水、漂浮）、箱網、增氧設備所組成（詳圖1、圖2）。
其中箱網內部放置沉水與漂浮之水生植物，並置入毛刷、木炭，做為水質淨化濾材。木炭取條狀總量1公斤為單位，毛刷5支，其中毛刷與木炭交錯相互排列於箱網底部，方便水流通過，並以增氧設備製造好氧環境，提升濾材內部微生物淨化水質效率。
實驗中之增氧設備採用藍波殼型靜音空氣幫浦EX-8000打氣泵浦，其型號與規格為出氣量2 x 3000cc／min；壓力為0.25kg／cm²；消耗電力為6W；尺寸為152 x 88 x 82mm；重量為750公克，每座分別以矽膠軟管接配Mr.Aqua金剛砂氣泡石Ø30mm，以每座太陽能人工浮島配置兩個點位予水體增氧。
而太陽能發電系統部分，使用100W太陽能板2片，長寬尺寸為160cm x 108cm；太陽能控制箱12V與20A；太陽能深循環電池（EVX）為2V 20A、配置兩個多餘電力用空間；電力箱之插座6個，太陽能電源線裝置快速接頭，箱體可上鎖；逆變器（Inverter）為500W正旋波；太陽能板架為鍍鋅鋼材一式＋連接座可分離拆解（座仰角斜起23度）。
至於水生植物的選擇，於箱網部分投入大萍與水鱉拳頭大小各1株，沉水植物金魚藻、水蘊草15cm長植株各1株，與毛刷、木炭、增氧設備、漂浮植物於同一區塊。由箱網邊緣至浮島邊緣分高低層次種植香蒲、荸薺、燈心草、過長沙與最外圍種植臺灣水龍，每種各8株不同種類植株間錯開種植。
提升水質與生態效益
為評估太陽能人工浮島裝置之效能，明道大學於校園農場旁建立試驗模場（詳圖4），至今成效試驗已1年多，提升的水質與生態效益說明如下：
由於所有生物，均仰賴氧氣來維持代謝程序，並產生能量來生長與細胞再生，水中溶氧（DO）濃度對水生生物相當重要。比較第1週與第11週的水體，經由太陽能人工浮島設備改善後，相差倍率為982倍，微生物在分解污染物質時會耗費氧氣，所以氧量增高對於生物和水質都有正面的影響。
另外，水質導電度（EC）高低代表水中污染的程度，導電度高，污染物質高。在第11週未設置太陽能人工浮島值為833C-μs/cm水中的離子增多，污染值極高；相對的設置太陽能人工浮島為561C-μs/cm～458.9C-μs/cm，其數值相對於其他水體為最低，可看出太陽能人工浮島的成效。
在生態紀錄方面，可發現藉由增氧曝氣方式快速增加水中溶氧打破分層，使水體在短期內增加其可利用性，加上浮島本身對於小型昆蟲與動物而言，能夠達到覓食與躲藏的效果，令兩棲類與水生昆蟲得以棲息繁衍；無太陽能人工浮島助益的試驗模組，水中因缺乏溶氧和植物體，開始出現腐水中常見的紅蟲與孑孓、水蛭、搖蚊等，可見太陽能人工浮島對於水質、生態的效益改善具有決定性的影響。
臺灣地狹人稠適合發展「太陽能人工浮島」
臺灣地狹人稠，在寸土寸金的環境下，利用廢水處理的「太陽能人工浮島」設置於水庫、湖泊與埤塘，可有效地排除污染擴散與優養化的發生；人工浮島可種植空心菜、茭白筍、蓮藕、菱角、芋頭與水稻等，箱網部分可提供複合式養殖，養殖魚蝦及蚌類以供食用，加溫棒與增氧機避免秋冬季的寒害與缺氧情況，確保產量。生態方面能提供良好的生物棲息空間；並可應用於各國高中小的生態水池及各塘埤湖泊，做為生態復育教材，再加上太陽能供電，提供短期夜間照明美化環境。（作者為明道大學永續環境與建築研究室主持人暨景觀設計學系助理教授、碩士生╱參考文獻：行政院，（2008），「集水區景觀生態保育治理評估技術手冊」，行政院農業委員會水土保持局，南投，頁60-61；行政院環境保護署，2011，水質淨化現地處理網-水質監測項目及意義http://wqp.epa.gov.tw/ecological/ClassRoom.aspx?Num=01）
張源修：創意，從發現問題開始
張源修表示，針對研發過程所遭遇的瓶頸，以「太陽能人工浮島」為例，其中牽涉到電機、環工等領域，由於所學有限，必須請教專家，把所有需要用到的知識「拼裝」起來，才能解決問題。他認為，發明並非憑空想像，而是多方面請教專家，積極解決遇到的困難。
至於如何激發創意，張源修說，創意並不是埋頭苦幹，是從「發現問題」而來的，應該抱持著一顆敏銳的心，從生活中學習，除了從「機能」的角度思考之外，也應同時滿足環境、生態等不同需求，再透過「美學」包裝，這樣就是整個研發過程中最完美的搭配。
關鍵字：綠能,人工浮島,景觀,太陽能,生態工程