污染预防实务与管理.ppt
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,優養(Eutrophication)對水質之影響 藻類指標、透明度及葉綠素濃度 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？,優養之定義 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 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,自然界之優養現象,生態自然演替： 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 天然湖泊生命可達百年或千年,優養的人為因素_人造水庫,人造水庫之命運 違反自然的地質變化 集水區內之人為活動 加之營養源及淤砂的流入 優養化提早發生 人工水庫壽命短則數年，長則十餘年 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,水庫中磷的來源 集水區內植物及土壤自然溶解 使用含磷清潔劑、施用大量磷肥、飼養牲畜及家庭污水排放 濫墾濫伐破壞水土保持,優養的成因_營養源,一般公認最重要的優養因素，亦稱限制因子，便是營養源 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 控制進湖泊及水庫內的氮及磷，即可控制藻類的生長 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,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，在葉綠素a方面分級如下 葉綠素(/L) 貧養： 2.0 貧養普養：2.1 2.9 普養：3 6.9 普養優養：7.0 9.9 優養：10,湖泊水庫之營養分級與指標的關係,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 總磷 (/L) 貧養：7.9 貧養普養：8 11 普養：12 27 普養優養：28 39 優養：40 資料更新日期：92年09月08日,優養對水質之影響,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 大量藻細胞影響水的色澤和臭味 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、堵塞濾床 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,外在營養源限制營養源排入 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 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 內在營養源使用淤泥疏濬或庫水曝氣 對較淺的水庫，底泥中累積的營養素不斷在庫內循環分解 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,撒布活性碳等粉末，阻絕陽光 加入硫酸銅以抑制藻類生長 飼養食藻魚類等 惟上數都養缺點及副作用，因此並未普及 加強集水區的水土保持工作,認識三鹵甲烷,飲用水水質中，見諸媒體較高者莫過於三鹵甲烷一詞 以下針對此一名詞分別介紹 自來水中三鹵甲烷之發現 三鹵甲烷的成因 影響三鹵甲烷生成的主因 三鹵甲烷對健康之影響 控制三鹵甲烷的技術 喚起維護水源水質之共識,自來水中三鹵甲烷之發現,1974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 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) 1975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)的形成和氯氣消毒有密切關係,自來水中三鹵甲烷之發現(續),1976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 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/l,自來水中三鹵甲烷之成因,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 有機物和氯反應所生之產物有 CHCl3氯仿 CHBrCl2一溴二氯甲烷 CHClBr2二溴一氯甲烷 CHBr3溴仿 淨水程序中形成三鹵甲烷之反應 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,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 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),PH值：一般PH值愈高，生成三鹵甲烷的量愈多 溫度：通常溫度愈高反應愈快，生成三鹵甲烷的量愈大 反應時間：THMs隨反應時間而增加，故自來水配水池及配水系統THMs濃度較水廠出水較高 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,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 氯仿使中樞神經系統衰退，且影響肝、腎功能 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 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 WHO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,在加氯之前，去除三鹵甲烷有機前質 有氧化、曝氣(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,在三鹵甲烷形成後去除之 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,使用另一種不會形成三鹵甲烷的消毒劑 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,傳統混凝、沉澱、過濾之加氯技術 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 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 再去除分子量較大的三鹵甲烷前驅物質上，有良好效果 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,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 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 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,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 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 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,飲用水處理技術的發展傳統處理技術,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) 現代標準處理程序：混凝、膠凝、沉澱、快濾及消毒等淨水程序 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 如多層沉澱池、傾斜板或斜管沉澱池 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 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,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 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 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 活性碳處理：同上 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,
