永續環境系列：公害與防治

李文智
國立成功大學環境工程學系教授

翁義聰
崑山科技大學環境工程研究所副教授

王琳麒
正修科技大學化工與材料工程系教授

蔣本基
國立臺灣大學環境工程學研究所教授

張怡怡
臺北醫學大學醫學科學研究所合聘教授

張智華
國立成功大學環境工程學系助理教授

黃良銘
國立成功大學環境工程學系教授

郭益銘
中華醫事科技大學環境與安全衛生工程系副教授

王竹方
國立清華大學生醫工程與環境科學系教授

高志明
國立中山大學環境工程研究所教授

陳宏達
國立成功大學環境工程學系兼任助理教授

推薦人
吳思華 教育部長
蔣本基 國立臺灣大學環境工程學研究所教授
林慶隆 國家教育研究院編譯發展中心主任
※推薦文
教育部長序
全球氣候變遷已是我們面對永續發展的挑戰，亦是人類須嚴正面對的難題，在日趨嚴重的地球暖化現象，以及能源危機問題逐漸浮現後，環境保護與節能減碳，已成為地球村公民共同努力的目標。而《永續發展教育系列叢書》之出版，即是因應100年6月5日環境教育法施行後，我國將環境教育列為重要教育議題之一，以培養具有環境意識與素養的公民，希透過教育方式為永續發展做出貢獻。

本叢書內容分為「永續環境」、「永續經濟」及「永續社會」三系列，其中永續環境系列包括《自然保育》、《公害與防治》、《氣候變遷與災害防救》及《環境與資源管理》等4冊；永續經濟系列包括《綠色產業》、《清潔生產》及《綠色所得與綠色消費》等3冊；永續社會系列包括《文化保存》、《社會正義與社區參與》及《人口與健康》等3冊。合計有10冊。由本部補助，國家教育研究院結合五十多位學者專家歷時兩年餘編著而成，再經由審查通過後出版，是國內第一套為大專校院永續發展教育課程與教學編著的專書。希望讓我國成為繼美國、日本、韓國、巴西之後，躋身少數將環境教育立法與落實教育政策的國家，揭示政府推動環境教育的用心與盡力，透過永續發展教育促進民眾主動積極瞭解人與人、人與自然，以及人與社會之相互關係，培養永續發展之知識、態度、技能、價值與倫理觀，進而產生對永續發展負責任的行為模式，以具體行動解決或避免問題，達到環境、經濟及社會的永續發展。

永續發展（Sustainable Development）教育內容關切環境與生態、環境問題以及其對人類社會文化的影響、瞭解日常生活中的環保行動、洞悉環境正義與世代永續公平發展、認識環境與經濟關係、環境法規與政策、國際環境公約與環保組織等等，係一個横跨環境、經濟以及社會學門的跨域整合的新領域，所需專長遍布各科系，除一般環境議題外，更擴及綠色產業、清潔生產、綠色消費、文化保存、人口與健康等前瞻性議題，涵蓋永續發展各面向，目前坊間並無一套適合大專校院學生使用的書籍，本叢書的出版正符合當前需求，相信對我國永續發展教育的推動，必能發揮很大的助益。

最後，本套書能如期如質付梓，感謝編著者、審查者、本部資訊及科技教育司同仁、國家教育研究院同仁及五南圖書出版有限公司等的努力及貢獻。
 

前　言

第一章　生物圈及生態系統
第一節　生物圈
第二節　河口生態系
第三節　海洋生態系
第四節　農業生態系
第五節　森林生態系
第六節　生物多樣性與健康環境
參考文獻

第二章　環境汙染及公害問題
第一節　有害重金屬汙染（Hg, Cd, Cu, Cr, Zn, Ni, As, Pb）
第二節　DDT
第三節　多氯聯苯
第四節　戴奧辛及喃
參考文獻

第三章　飲用水安全及水質標準
第一節　前言
第二節　飲用水水質標準
第三節　淨水處理—傳統處理程序
第四節　淨水處理—高級處理單元
參考文獻

第四章　水資源保育與水體汙染防治
第一節　總論
第二節　水體汙染來源
第三節　點源汙染（Point source pollution, PS）
第四節　非點源汙染（Nonpoint source pollution, NPS）
第五節　汙染對水資源運用之影響
第六節　水汙染防治策略
參考文獻

第五章　廢水處理及回收再利用
第一節　廢（汙）水的組成與來源
第二節　廢水處理基本原理
第三節　廢水回收與再利用
參考文獻

第六章　垃圾與廢棄物管理及資源化
第一節　前言
第二節　廢棄物種類與特性
第三節　廢棄物管理政策、貯存與清運
第四節　廢棄物技術與資源回收廠介紹
第五節　工業減廢與資源回收
參考文獻

第七章　有害廢棄物及放射性物質管理
第一節　有害事業廢棄物管理
第二節　放射性廢棄物產生、處置及管理
參考文獻

第八章　空氣汙染源及空氣汙染防制
第一節　前言
第二節　固定汙染源之特性與影響
第三節　逸散汙染源之特性與影響
第四節　室內汙染源之特性與影響
第五節　二氧化碳之排放與影響
第六節　大氣空氣品質
第七節　懸浮微粒特徵與影響
第八節　持久性有機物性質與危害性
第九節　空氣汙染控制技術介紹
第十節　空氣品質永續發展
參考文獻

第九章　噪音公害防制
第一節　前言
第二節　噪音與聲音之基本認識
第三節　噪音之來源與危害現況分析
第四節　噪音之影響
第五節　噪音之監測與評估
第六節　噪音管制分區原則與標準
第七節　噪音的環境指標
第八節　噪音與振動控制之策略與技術
第九節　環境中常見之噪音與振動控制設備
第十節　環境永續與噪音
參考文獻

第十章　土壤及地下水汙染防治
第一節　緒論
第二節　土壤與地下水特性
第三節　場址風險管理
參考文獻

生物圈（biosphere）通常指地球上有生命的範圍，是地球上所有生態系統（ecosystem）的總和，包含高山、丘陵、平原、湖泊、河口、海岸及海洋等生態系，各生態系間透過營養鹽的流動及物理化學的交互影響，緊密的連結在一起。
例如黃裳鳳蝶（Troides aeacus formosanus）毛毛蟲的植食特性，與港口馬兜鈴（Aristolochia kankauensis）間形成兩族群的緊密關係；但也有些動物則移動於各生態系間，他們可能是為了覓食或是遷移到溫暖的棲地，使得動物與棲地間的關係更趨複雜。如鮭魚洄游於森林小溪、河流、河口與海洋間，利用順河而下的營養與食物，到了隔年，熊捕捉溯河回來產卵的鮭魚，當未吃完的魚肉被棄置於森林時，又將部分的營養鹽帶回上游的森林中，回報它們對熊的庇護（陳儀蓁譯，2006）。
紅樹林利用上游及潮汐帶來的營養，進行光合作用產生葡萄糖，除了自身的生長及呼吸作用外，蜜蜂、蝶蛾及蚊蠅也會趁著開花季節訪花吸蜜，落葉碎屑進入河口生態系的營養循環，彈塗魚及蝦蟹則利用盤根錯節的紅樹林當作棲所隱藏其中。
本章將引入世界共通性議題，包含河川、水庫、丘陵及高山等生態系之簡介；也融入臺灣地區生態系統之特色，例如：河口的候鳥（黑面琵鷺）及海洋的鯨豚（中華白海豚）等生態保育議題（圖1-1、1-2）。
第一節 生物圈
地球上各種生物及其所依存的環境，稱之為生物圈。生物圈只占地球表面的一個薄層，它由大氣圈（atmosphere）、水圈（hydrosphere）、土壤岩石圈（lithosphere）及生活在其中的各種生物等所組成。範圍大致是地球表面以上15 km的空中、地表下300 m深的地表及海平面下10 km的水域，也就是說生物圈的範圍包括低層大氣、部分地殼表面及水域所組成的區域。
近幾年來，地球大氣中保暖氣體二氧化碳(CO2)的聚積及臭氧層的薄化，引起大家的關注。CO2與甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)及氟氯碳化物(CFCs)等被稱為溫室氣體，影響全球暖化。全球的暖化和南北極臭氧層的薄化與生物界息息相關。
生物的存活還需要哪些因子呢？所有的生物都需要原始的能量來源，如陽光、水分及營養（氮N、磷P、鉀K等）；大約有30種是生命不可或缺的元素，稱之為養分（nutrients）。生命的過程主要包括：(1).能量的固定：由植物及藻類等初級生產者進行光合作用（photosynthesis），使保存於生態系中；(2).能量的釋出：細胞進行糖解作用（glycolysis）、克雷伯循環（Krebs cycle）與電子傳遞鏈（electron transport chain）等，使生物能形成個體和維持生命。
生物為維繫生命從外界攝取食物或移動的過程中，連帶也吞食、吸入或經由皮膚接觸許多危害健康的物質。例如有機汞、鉻化合物、多氯聯苯、戴奧辛、氟化氫及二溴氯丙烷等。這些有害物質，除了汙染土地、危害水環境外，也對人體造成危害，其類型可分為：慢性健康危害、刺激性、腐蝕性、有毒性、致死性、致敏感性、致癌性（carcinogenic）、致突變性（mutagenic）及生殖毒性（toxic to reproduction）等，最後三種簡稱CMR。
這些有毒物資透過排放、運輸、堆置、大氣擴散及水的搬運，到處流竄充斥於生活周遭，若能了解生物圈的各個系統運作，將有助於我們進行各種公害防治。

一、大氣圈
大氣圈（大氣層）主要的成分有氮氣（78.1%）、氧氣（20.9%）、氬氣（0.9%）、少量的二氧化碳、稀有氣體（如氦、氖）及水蒸氣。空氣的密度隨著高度增加而減少，溫度隨著高度增加而降低，隨著高度不同表現出不同的特點，約可分為對流層（troposphere）、包含臭氧層的平流層（stratosphere）、中氣層、熱氣層及電離層，再上面就是外太空了。
對流層是大氣層最靠近地面的一層，也是密度最高的一層，蘊含大氣層四分之三的質量及所有的水蒸氣、灰塵雜質（含影響呼吸風險甚鉅的PM2.5）及氣膠（aerosol），加上空氣的動亂運動及垂直方向的混合比較強烈，形成主要的雲雨風雪等氣候，同時也提供汚染物擴散、運輸、稀釋及轉化的條件。
平流層的臭氧濃度急遽上升，水蒸氣稀少，這層的溫度上熱下冷，缺乏垂直運動的能量而穩定；因此，進入平流層的汙染物可能在這裡滯留一年甚至數年之久。例如1986年4月26日清晨，蘇俄的車諾比（Chernobyl）核電廠四號反應爐爆炸，火球高達30 m，當時放射性煙塵沒有受到隔絕，擴散到全歐洲大陸，引發史上最嚴重的核災。
氣流也因高山產生特殊的生態障壁，如英國BBC攝影記者曾紀錄中國的蓑羽鶴（Anthropoides virgo）利用回升暖氣流的幫助升高，奮力飛越6,000 m的喜馬拉雅山，到達在印度的度冬區。這種低溫、稀薄空氣與強大氣流的環境是候鳥遷徙的瓶頸，只有少數的種類與強健的個體才能飛越。
夏季，西太平洋及沿岸地區常有熱帶氣旋（颱風），經常侵襲日本、琉球、臺灣及菲律賓等地，常因驟降雨而造成洪水災害。冬季，臺灣盛行東北季風，北部濕冷多雨，南部楓港及墾丁則有落山風。各地因乾濕季、迎風面及不同的植物生長條件，而形成截然不同的地景與生態系。

二、揚塵與酸雨
每年入冬，大規模沙塵暴（asisan dust-storm）透過傳輸影響臺灣大多數的地區。受強風揚起的沙塵造成空氣中含有大量塵土，遮天蔽日又稱為黑風暴。沙塵暴發生後，顆粒較大的粒子即沈降到地面，大多影響原地或鄰近地區；顆粒較小的粒子可以向上傳送到約1,500至3,000 m，再藉由西風帶的氣流向東傳送。
中國西北方的沙塵可東移到日本、韓國、北太平洋以及10,000 km外的夏威夷，往南可影響到臺灣，甚至遠達菲律賓，影響範圍相當遼闊。在傳送的過程中，部分因擴散或稀釋，使得沙塵隨傳送的距離愈遠濃度愈低；部分因傳送過傳送程中，受到乾沉降或降雨的沖刷效應而降到地面。臺灣中部濁水溪，冬天時常會有揚塵侵襲南岸的西螺等地區，造成民眾生活上的困擾。
隨著季風傳送，酸雨的危害可跨越國界（雨水的pH值低於5.0），對農業、森林及水生態系統衝擊特別嚴重。例如，桃園地區於1993~2003年的平均pH 值低至4.6，是全國酸雨最嚴重的區域之一（曾韋迪2005）。

三、水圈
地球上的水大部分（約1.35x109 km3）儲存於海洋，有2.75x107 km3的水被冰封存於南極、北極及高山頂，融雪足以讓海平面上升及泛濫成災；每年從海洋、地表及生物體蒸發的水約有1.11x105 km3，但大都以降雨的方式進入陸地，其中又有4.0x104 km3的水流入海洋，並進入洋流循環。洋流循環主要受到在柯氏力效應下的盛行所帶動，太平洋的暖流（黑潮）順著臺灣東海岸往北流向琉球群島與日本；寒潮（親潮），則從白令海南下，黑潮與親潮的交會處常形成重要的漁場。
討論水域環境大致可分物理、化學及生物等三方面，如光、溫度、水流、水深、鹽度、溶氧及各種生物等。水分和養分在生物性與非生物性的領域來回移動，稱之為生物地質化學循環（biogeochemical cycling），其流動範圍包括海洋、沿海、湖泊及陸域與水域的交會帶等。
臺灣位於環太平洋的火山地震帶，有澎湖、大屯山、龜山島、蘭嶼及綠島等火山地質；其中龜山島最近一次噴發距今約7,000年，目前仍有活動的跡象。高聳的海岸山脈矗立於太平洋及歐亞板塊間，東部強勁的黑潮及溫暖潔淨的海水造就了珊瑚礁海岸。鮪魚、旗魚、鬼頭刀、翻車魚及飛魚等皆為此海域的重要經濟魚類，其中飛魚更是蘭嶼達悟族的民俗魚類（江偉全、陳文義2012）。
隨著月亮圓缺，潮水從臺灣海峽南北兩端湧入，營養鹽、有機物、浮游生物及泥沙堆積在此。臺灣海峽由北往南有觀音凹陷、雲嘉隆起、澎湖水道及臺灣灘；海峽南部既寬又淺，且越向西邊靠近中國大陸越淺，南邊則為臺灣灘等。此海域水深大部分淺於100 m，加上沿岸的淺灘及堰洲島（汕）的散佈，形成重要漁場、底棲生物豐富且生物多樣性高；例如牡蠣、文蛤、烏賊、魷魚、對蝦、梭子蟹、舌鰨、石首魚、鰻魚等漁業資源，也因此支撐中華白海豚（Sousa chinensis）在此近百隻的族群（周蓮香2011）。因為部分水深僅40 m、南北寬中間狹，對海流造成重大影響，汙染物質也容易累積，海峽中段的重金屬濃度也較其他地區高（圖1-3）（詹森等2001）。