1、污染預防實務與管理污染物與水源使用資環系 胡子陵製水庫污染問題n優養(Eutrophication)對水質之影響n藻類指標、透明度及葉綠素濃度n台灣二十座水庫中，水質呈優養化狀況截至92年十月共有七座，情況仍嚴重何謂優養？n優養之定義優養之定義q早期研究湖泊學者，將藻類繁生、光合作用旺盛、生物類變得較單純的那些湖泊，稱為優養的湖泊q精確的描述優養的程度：如葉綠素A的濃度，基礎生產力，用沙奇盤(Sacchidisc)測透明度的可見深度、與藻類的數目等湖泊水庫之營養分級與指標的關係總磷(g/l)平均範圍8.0(318)26.7(1195)84(16350)(7501200)總氮(g/l)661(3
2、071630)753(3611387)1875(3936100)-葉綠素A(g/l)1.7(0.34.5)4.7(311)14.3(378)(100150)沙奇透明度(m)9.9(528)4.2(1.58)2.4(0.87)(0.40.5)自然界之優養現象n生態自然演替：q天然湖泊形成雨水及地面水帶入營養生物稀少之貧養狀態集水區內雨水沖刷富營養泥土及植物殘屑湖水營養增加、水深漸減、植物繁生進入優養期足夠時間後變為淺水湖植物大量生長沉積淤積速率加快湖泊死亡成為沼澤或沖積平原q天然湖泊生命可達百年或千年優養的人為因素_人造水庫n人造水庫之命運q違反自然的地質變化q集水區內之人為活動q加之營養源及淤
3、砂的流入q優養化提早發生q人工水庫壽命短則數年，長則十餘年q台灣地區人工水庫，都發生了藻類繁生的現象優養的成因_磷n水庫中磷的來源q集水區內植物及土壤自然溶解q使用含磷清潔劑、施用大量磷肥、飼養牲畜及家庭污水排放q濫墾濫伐破壞水土保持優養的成因_營養源n一般公認最重要的優養因素，亦稱限制因子，便是營養源q藻類生長所需包含：碳源、水分、無機金屬都不虞匱乏、唯有氮源及磷源常因濃度太低而成為限制因子q控制進湖泊及水庫內的氮及磷，即可控制藻類的生長q台灣地區的水庫中，氮的含量均已偏高，唯一的限制因子磷湖泊水庫之營養分級與指標的關係n依據世界經濟合作發展組織(OECD)之湖泊水庫優養程度分級標準，在葉綠
4、素a方面分級如下n葉綠素(/L)q貧養：2.0q貧養普養：2.1 2.9q普養：3 6.9q普養優養：7.0 9.9q優養：10湖泊水庫之營養分級與指標的關係n依據世界經濟合作發展組織(OECD)之湖泊水庫優養程度分級標準，在總磷方面分級如下n總磷(/L)q貧養：7.9q貧養普養：8 11q普養：12 27q普養優養：28 39q優養：40資料更新日期：92年09月08日優養對水質之影響n藻類都不具毒性，惟海水優養造成旋鞭毛藻的繁生紅潮，使貝類累積致人於死的毒素n大量藻細胞影響水的色澤和臭味n造成水處理混凝、沉澱及過濾等步驟的沉重負擔，如大量藻細胞要消耗較多的混凝劑並產生較多的廢棄污泥、堵塞濾
5、床n藻類繁生間接造成水中致癌物質三鹵甲烷等化合物之產生控制水庫優養之方法n外在營養源限制營養源排入q嚴格管制污染的河水、集水區中聚落的污水、養殖場的廢水、工廠的排水，使其進入水庫前至少有除氮、除磷步驟之三級處理q高山水庫最主要營養源為土壤沖蝕(erosion)因此需特別注重水土保持n內在營養源使用淤泥疏濬或庫水曝氣q對較淺的水庫，底泥中累積的營養素不斷在庫內循環分解q此法耗費不貲，但可使底泥表層形成氧化層，阻絕磷的釋出控制水庫優養之其他方法n撒布活性碳等粉末，阻絕陽光n加入硫酸銅以抑制藻類生長n飼養食藻魚類等n惟上數都養缺點及副作用，因此並未普及n加強集水區的水土保持工作認識三鹵甲烷n飲用水水
6、質中，見諸媒體較高者莫過於三鹵甲烷一詞n以下針對此一名詞分別介紹q自來水中三鹵甲烷之發現q三鹵甲烷的成因q影響三鹵甲烷生成的主因q三鹵甲烷對健康之影響q控制三鹵甲烷的技術q喚起維護水源水質之共識自來水中三鹵甲烷之發現n1974年美國EPA，發表從紐奧良市三個淨水廠的淨水中發現含三鹵甲烷(Trihalomethanes，THMs)在內之66種有機化合物n同年證實原水加氯消毒後氯氣與原水有機物質反應生成大量氯仿(chloroform)n1975年美國80個城市自來水及原水中檢測六種有機物CHCl3、CHBrCl2、CHClBr2、CHBr3、CCl4、CH2Cl2，發現前四種(即THM)的形成和氯
7、氣消毒有密切關係自來水中三鹵甲烷之發現(續)n1976年美國國家癌症研究所公佈了氯仿為一致癌物質，並發布禁令，禁止將氯仿當作食品、藥物添加劑n此後，世界各國紛紛於自來水質中訂定了最大容許標準(如右表)，美國於1995年訂定飲用水總THM最大容許量為0.1mg/lnation限值(mg/l)中國0.1日本0.1加拿大0.35比利時0.1芬蘭0.1台灣0.15台北市0.1自來水中三鹵甲烷之成因n原水中有機物及氨氮含量日益增多，增加原水預氯處理的加氯量，使得很少自然存在於水體的三鹵甲烷不正常的增加n有機物和氯反應所生之產物有qCHCl3氯仿qCHBrCl2一溴二氯甲烷qCHClBr2二溴一氯甲烷qC
8、HBr3溴仿n淨水程序中形成三鹵甲烷之反應q氯(溴或碘離子)有機前質(precursors)三鹵甲烷鹵化有機物影響三鹵甲烷生成之主因n有機前質：腐植酸、腐植質、黃酸、乙醇、乙醛、丙酮、三氯丙酮、苯丙酮、酚、木質黃酸鹽、磷苯二酚、對苯二酚等n加氯濃度：加氯反應中先消耗無機物如Fe+2、Mn+2、H2S、與NH3等，多餘的氯再與有機物反應，此時的氯量與生成三鹵甲烷生成量成正比，在有機物消耗氯後，多餘的氯能產生長期有效餘氯影響三鹵甲烷生成之主因(續)nPH值：一般PH值愈高，生成三鹵甲烷的量愈多n溫度：通常溫度愈高反應愈快，生成三鹵甲烷的量愈大n反應時間：THMs隨反應時間而增加，故自來水配水池及配
9、水系統THMs濃度較水廠出水較高n其他物質作用：NH3存在會與氯形成結合餘氯，而影響THMs 的生成；溴離子存在，則促成氯仿以外三鹵甲烷之生成三鹵甲烷對健康之影響n主要之三鹵甲烷，是針對氯仿而言，因其在飲用水出現頻率最高且影響較嚴重n氯仿使中樞神經系統衰退，且影響肝、腎功能n氯仿的立即毒性往往是失去知覺，然後可能會隨昏迷而造成死亡n暴露在氯仿2448小時後，腎即受到傷害，經25天，肝亦受損；氯仿所造成的昏迷症狀，則需經數天才會復原nWHO依每人平均每天飲用2公升水，終身致癌風險為10-5時，訂出氯仿之標準值為0.03mg/l控制三鹵甲烷的技術之一n在加氯之前，去除三鹵甲烷有機前質q有氧化、曝氣
10、(Aeration)、吸附、樹脂、澄清(如混凝、直接過濾等)、原水控制、PH調整、降低加氯量、改變加氯點、逆滲透、生物處理等技術控制三鹵甲烷的技術之二n在三鹵甲烷形成後去除之q般可行方法為長時間曝氣或活性碳吸附，但在實用上有困難控制三鹵甲烷的技術之三n使用另一種不會形成三鹵甲烷的消毒劑q使用臭氧、二氧化氯、氯胺，惟其與水中有機物質之反應產物，尚未完全了解現行控制三鹵甲烷的技術n傳統混凝、沉澱、過濾之加氯技術q不必變更水廠原有的淨水處理程序及設備，即可由原有之一般工作人員所操作q美、日等國採用在加氯之前先將水中有機物質(即三鹵甲烷的前驅物質)減低至相當程度q再去除分子量較大的三鹵甲烷前驅物質上，
11、有良好效果q使三鹵甲烷的生成量減低至相當程度維護水源水質的全民共識n飲用水之三鹵甲烷的形成與水源水質及淨水廠的操作技術有關q水源水質惡化，如有臭味、藻類繁殖、高濃度氨氮、有機物等，需喚醒全民配合來維護河川湖泊等水源q傳統上，台灣淨水廠往往以最低成本來改善其操作，即在預氯處理時，提高加氯量，而造成自來水中三鹵甲烷的形成潛能提高很多，這與水價低廉亦有間接關聯飲用水處理技術的發展飲用水技術之時代需求n引用水處理是針對水源中超過水質標準的不純物，選用適當的處理方法與程序，來達到所要求的水質n飲用水究竟該採用何種技術與組合程序，可從下表所列之不同年代的背景意義、水質標準訂定及相對應的處理技術發展與應用n
12、污染物的水質標準訂定，通常會在經過討論、科學實驗或流行病學統計確定後的十年左右出現，這段時間也可提供爲處理技術的發展時期飲用水處理技術發展與水質標準訂定的對照年代時代背景意義水質標準訂定處理技術的發展19世紀末至20世紀初混濁的水被聯想為過污染的水；證實了水媒病濁度、細菌慢砂濾法、快濾法混凝沉澱1920加氯消毒的使用，使傷寒和副傷寒的死亡率大幅降低，確定大腸菌類與致病菌關係大腸菌類加氯消毒1930供水的管線材料溶出問題引起注意鉛、銅、鋅及其他溶解性礦物質、色度、臭味混凝、膠凝與沉澱1940水中含多量銷酸鹽造成藍嬰症；氟化物含量過高引起黃斑牙症大腸菌類標準更趨嚴格(1/100ml)多層過濾法(無
13、煙煤、柘榴石和砂)1950地下水陰離子污染問題引起注意，台灣烏腳病例發生；牙醫提出大約1mg/l氟化物對蛀齒防治有效氟化物、砷、硒、鋇、六價鉻及其他影響健康的重金屬離子交換、加石灰處理、活性碳吸附、加氟與去氟處理1960合成清潔劑大量使用濾膜法可用於細菌檢驗直接過濾法、接觸澄清池、雙向濾池1970日本相繼發生鎘中毒的痛痛病、及汞中毒的水俁病合成清潔劑、鎘、氯仿萃出物、氰化物、硝酸鹽、銀、農藥、放射性標準傾斜板(管)沉澱池、預氯處理、逆滲透法、電析法年代時代背景意義水質標準訂定處理技術的發展1980飲用水中微量有機物與加氯消毒衍生物引起重視將水質項目分成主要與次要兩類，濁度標準提高為一度，有機污
14、染物納入水質標準中針對水源之污染，增加混凝劑、消毒劑或氧化劑之劑量，生物處理法(旋轉生物圓盤法、生物接觸曝氣法、乾式濾床)2000三鹵甲烷與許多微量有機物的致癌性確定；鋁對老人癡呆症的研究結果公布三鹵甲烷、八種VOCs、其他有機污染物、石棉纖維、鋁活性碳、生物膜與臭氧消毒；結晶軟化技術飲用水處理技術的發展傳統處理技術n慢砂濾法：藉砂表面沉澱、吸附、微生物濾膜吸附及氧化等進行過濾(二次大戰前)n現代標準處理程序：混凝、膠凝、沉澱、快濾及消毒等淨水程序n經過人口及土地資源的限制，傳統技術的改良開發出了高效率水處理q如多層沉澱池、傾斜板或斜管沉澱池q在過濾池上則有壓力式過濾法、多層過濾法、混合濾料過濾法、向上流過濾法、雙向流過濾法、矽藻土過濾法及直接過濾法q另外石灰軟化與流體化床結晶法處理高硬度的水、二氧化氯及臭氧等應用於消毒處理飲用水處理技術的發展未來之展望n飲用水處理因水質持續惡化，未來水處理只得走向飲與用分離n飲用水水源中，陸續出現傳統技術無法去除之污染物質，因此需使用應用技術已較成熟之高級處理技術，如q臭氧處理：去除臭味、脫色與三鹵甲烷等有機物及致癌性物質為主q活性碳處理：同上q生物膜處理：對於水中有機物、陰離子界面活性劑、藻類、臭氣及氨氮等之去除，具顯著效果，對高污染的水源可作為預先處理單元，以降低水廠的預氯量及三鹵甲烷的生成
