污染预防实务与管理--课件

污染预防实务与管理水库污染问题n优养(Eutrophication)对水质之影响n藻类指标、透明度及叶绿素浓度n台湾二十座水库中，水质呈优养化状况截至92年十月共有七座，情况仍严重何谓优养？n优养之定义优养之定义q早期研究湖泊学者，将藻类繁生、光合作用旺盛、生物类变得较单纯的那些湖泊，称为优养的湖泊q精确的描述优养的程度：如叶绿素A的浓度，基础生产力，用沙奇盘(Sacchidisc)测透明度的可见深度、与藻类的数目等湖泊水库之营养分级与指标的关系指标值指标值贫养贫养中养中养优养优养极优养极优养总磷(g/l)平均范围8.0(318)26.7(1195)84(16350)(7501200)总氮(g/l)661(3071630)753(3611387)1875(3936100)-叶绿素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)自然界之优养现象n生态自然演替：q天然湖泊形成雨水及地面水带入营养生物稀少之贫养状态集水区内雨水冲刷富营养泥土及植物残屑湖水营养增加、水深渐减、植物繁生进入优养期足够时间后变为浅水湖植物大量生长沉积淤积速率加快湖泊死亡成为沼泽或冲积平原q天然湖泊生命可达百年或千年优养的人为因素_人造水库n人造水库之命运q违反自然的地质变化q集水区内之人为活动q加之营养源及淤砂的流入q优养化提早发生q人工水库寿命短则数年，长则十余年q台湾地区人工水库，都发生了藻类繁生的现象优养的成因_磷n水库中磷的来源q集水区内植物及土壤自然溶解q使用含磷清洁剂、施用大量磷肥、饲养牲畜及家庭污水排放q滥垦滥伐破坏水土保持优养的成因_营养源n一般公认最重要的优养因素，亦称限制因子，便是营养源q藻类生长所需包含：碳源、水分、无机金属都不虞匮乏、唯有氮源及磷源常因浓度太低而成为限制因子q控制进湖泊及水库内的氮及磷，即可控制藻类的生长q台湾地区的水库中，氮的含量均已偏高，唯一的限制因子磷湖泊水库之营养分级与指标的关系n依据世界经济合作发展组织(OECD)之湖泊水库优养程度分级标准，在叶绿素a方面分级如下n叶绿素(/L)q贫养：2.0q贫养普养：2.1 2.9q普养：3 6.9q普养优养：7.0 9.9q优养：10湖泊水库之营养分级与指标的关系n依据世界经济合作发展组织(OECD)之湖泊水库优养程度分级标准，在总磷方面分级如下n总磷(/L)q贫养：7.9q贫养普养：8 11q普养：12 27q普养优养：28 39q优养：40资料更新日期：92年09月08日优养对水质之影响n藻类都不具毒性，惟海水优养造成旋鞭毛藻的繁生红潮，使贝类累积致人于死的毒素n大量藻细胞影响水的色泽和臭味n造成水处理混凝、沉淀及过滤等步骤的沉重负担，如大量藻细胞要消耗较多的混凝剂并产生较多的废弃污泥、堵塞滤床n藻类繁生间接造成水中致癌物质三卤甲烷等化合物之产生控制水库优养之方法n外在营养源限制营养源排入q严格管制污染的河水、集水区中聚落的污水、养殖场的废水、工厂的排水，使其进入水库前至少有除氮、除磷步骤之三级处理q高山水库最主要营养源为土壤冲蚀(erosion)因此需特别注重水土保持n内在营养源使用淤泥疏濬或库水曝气q对较浅的水库，底泥中累积的营养素不断在库内循环分解q此法耗费不赀，但可使底泥表层形成氧化层，阻绝磷的释出控制水库优养之其他方法n撒布活性碳等粉末，阻绝阳光n加入硫酸铜以抑制藻类生长n饲养食藻鱼类等n惟上数都养缺点及副作用，因此并未普及n加强集水区的水土保持工作认识三卤甲烷n饮用水水质中，见诸媒体较高者莫过于三卤甲烷一词n以下针对此一名词分别介绍q自来水中三卤甲烷之发现q三卤甲烷的成因q影响三卤甲烷生成的主因q三卤甲烷对健康之影响q控制三卤甲烷的技术q唤起维护水源水质之共识自来水中三卤甲烷之发现n1974年美国EPA，发表从纽奥良市三个净水厂的净水中发现含三卤甲烷(Trihalomethanes，THMs)在内之66种有机化合物n同年证实原水加氯消毒后氯气与原水有机物质反应生成大量氯仿(chloroform)n1975年美国80个城市自来水及原水中检测六种有机物CHCl3、CHBrCl2、CHClBr2、CHBr3、CCl4、CH2Cl2，发现前四种(即THM)的形成和氯气消毒有密切关系自来水中三卤甲烷之发现(续)n1976年美国国家癌症研究所公布了氯仿为一致癌物质，并发布禁令，禁止将氯仿当作食品、药物添加剂n此后，世界各国纷纷于自来水质中订定了最大容许标准(如右表)，美国于1995年订定饮用水总THM最大容许量为0.1mg/lnation限值(mg/l)中国0.1日本0.1加拿大0.35比利时0.1芬兰0.1台湾0.15台北市0.1自来水中三卤甲烷之成因n原水中有机物及氨氮含量日益增多，增加原水预氯处理的加氯量，使得很少自然存在于水体的三卤甲烷不正常的增加n有机物和氯反应所生之产物有qCHCl3氯仿qCHBrCl2一溴二氯甲烷qCHClBr2二溴一氯甲烷qCHBr3溴仿n净水程序中形成三卤甲烷之反应q氯(溴或碘离子)有机前质(precursors)三卤甲烷卤化有机物影响三卤甲烷生成之主因n有机前质：腐植酸、腐植质、黄酸、乙醇、乙醛、丙酮、三氯丙酮、苯丙酮、酚、木质黄酸盐、磷苯二酚、对苯二酚等n加氯浓度：加氯反应中先消耗无机物如Fe+2、Mn+2、H2S、与NH3等，多余的氯再与有机物反应，此时的氯量与生成三卤甲烷生成量成正比，在有机物消耗氯后，多余的氯能产生长期有效余氯影响三卤甲烷生成之主因(续)nPH值：一般PH值愈高，生成三卤甲烷的量愈多n温度：通常温度愈高反应愈快，生成三卤甲烷的量愈大n反应时间：THMs随反应时间而增加，故自来水配水池及配水系统THMs浓度较水厂出水较高n其他物质作用：NH3存在会与氯形成结合余氯，而影响THMs 的生成；溴离子存在，则促成氯仿以外三卤甲烷之生成三卤甲烷对健康之影响n主要之三卤甲烷，是针对氯仿而言，因其在饮用水出现频率最高且影响较严重n氯仿使中枢神经系统衰退，且影响肝、肾功能n氯仿的立即毒性往往是失去知觉，然后可能会随昏迷而造成死亡n暴露在氯仿2448小时后，肾即受到伤害，经25天，肝亦受损；氯仿所造成的昏迷症状，则需经数天才会复原nWHO依每人平均每天饮用2公升水，终身致癌风险为10-5时，订出氯仿之标准值为0.03mg/l控制三卤甲烷的技术之一n在加氯之前，去除三卤甲烷有机前质q有氧化、曝气(Aeration)、吸附、树脂、澄清(如混凝、直接过滤等)、原水控制、PH调整、降低加氯量、改变加氯点、逆渗透、生物处理等技术控制三卤甲烷的技术之二n在三卤甲烷形成后去除之q般可行方法为长时间曝气或活性碳吸附，但在实用上有困难控制三卤甲烷的技术之三n使用另一种不会形成三卤甲烷的消毒剂q使用臭氧、二氧化氯、氯胺，惟其与水中有机物质之反应产物，尚未完全了解现行控制三卤甲烷的技术n传统混凝、沉淀、过滤之加氯技术q不必变更水厂原有的净水处理程序及设备，即可由原有之一般工作人员所操作q美、日等国采用在加氯之前先将水中有机物质(即三卤甲烷的前驱物质)减低至相当程度q再去除分子量较大的三卤甲烷前驱物质上，有良好效果q使三卤甲烷的生成量减低至相当程度维护水源水质的全民共识n饮用水之三卤甲烷的形成与水源水质及净水厂的操作技术有关q水源水质恶化，如有臭味、藻类繁殖、高浓度氨氮、有机物等，需唤醒全民配合来维护河川湖泊等水源q传统上，台湾净水厂往往以最低成本来改善其操作，即在预氯处理时，提高加氯量，而造成自来水中三卤甲烷的形成潜能提高很多，这与水价低廉亦有间接关联饮用水处理技术的发展饮用水技术之时代需求n引用水处理是针对水源中超过水质标准的不纯物，选用适当的处理方法与程序，来达到所要求的水质n饮用水究竟该采用何种技术与组合程序，可从下表所列之不同年代的背景意义、水质标准订定及相对应的处理技术发展与应用n污染物的水质标准订定，通常会在经过讨论、科学实验或流行病学统计确定后的十年左右出现，这段时间也可提供爲处理技术的发展时期饮用水处理技术发展与水质标准订定的对照年代时代背景意义水质标准订定处理技术的发展19世纪末至20世纪初混浊的水被联想为过污染的水；证实了水媒病浊度、细菌慢砂滤法、快滤法混凝沉淀1920加氯消毒的使用，使伤寒和副伤寒的死亡率大幅降低，确定大肠菌类与致病菌关系大肠菌类加氯消毒1930供水的管线材料溶出问题引起注意铅、铜、锌及其他溶解性矿物质、色度、臭味混凝、胶凝与沉淀1940水中含多量销酸盐造成蓝婴症；氟化物含量过高引起黄斑牙症大肠菌类标准更趋严格(1/100ml)多层过滤法(无烟煤、柘榴石和砂)1950地下水阴离子污染问题引起注意，台湾乌脚病例发生；牙医提出大约1mg/l氟化物对蛀齿防治有效氟化物、砷、硒、钡、六价铬及其他影响健康的重金属离子交换、加石灰处理、活性碳吸附、加氟与去氟处理1960合成清洁剂大量使用滤膜法可用于细菌检验直接过滤法、接触澄清池、双向滤池1970日本相继发生镉中毒的痛痛病、及汞中毒的水俣病合成清洁剂、镉、氯仿萃出物、氰化物、硝酸盐、银、农药、放射性标准倾斜板(管)沉淀池、预氯处理、逆渗透法、电析法年代时代背景意义水质标准订定处理技术的发展1980饮用水中微量有机物与加氯消毒衍生物引起重视将水质项目分成主要与次要两类，浊度标准提高为一度，有机污染物纳入水质标准中针对水源之污染，增加混凝剂、消毒剂或氧化剂之剂量，生物处理法(旋转生物圆盘法、生物接触曝气法、干式滤床)2000三卤甲烷与许多微量有机物的致癌性确定；铝对老人痴呆症的研究结果公布三卤甲烷、八种VOCs、其他有机污染物、石棉纤维、铝活性碳、生物膜与臭氧消毒；结晶软化技术饮用水处理技术的发展传统处理技术n慢砂滤法：藉砂表面沉淀、吸附、微生物滤膜吸附及氧化等进行过滤(二次大战前)n现代标准处理程序：混凝、胶凝、沉淀、快滤及消毒等净水程序n经过人口及土地资源的限制，传统技术的改良开发出了高效率水处理q如多层沉淀池、倾斜板或斜管沉淀池q在过滤池上则有压力式过滤法、多层过滤法、混合滤料过滤法、向上流过滤法、双向流过滤法、硅藻土过滤法及直接过滤法q另外石灰软化与流体化床结晶法处理高硬度的水、二氧化氯及臭氧等应用于消毒处理饮用水处理技术的发展未来之展望n饮用水处理因水质持续恶化，未来水处理只得走向饮与用分离n饮用水水源中，陆续出现传统技术无法去除之污染物质，因此需使用应用技术已较成熟之高级处理技术，如q臭氧处理：去除臭味、脱色与三卤甲烷等有机物及致癌性物质为主q活性碳处理：同上q生物膜处理：对于水中有机物、阴离子界面活性剂、藻类、臭气及氨氮等之去除，具显著效果，对高污染的水源可作为预先处理单元，以降低水厂的预氯量及三卤甲烷的生成