臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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含汞物質對於人類及自然生態有高度的毒性，其來源除了來自大自然，人為排放源主要為燃燒含汞的燃料或工業製程的副產品，及使用含汞物品及工業製程。汞具有持久性、累積性的特性，且會進行全球循環，在環境中形成毒性強的甲基汞，會經由食物鏈而累積於人體造成毒害。 甲基汞曝露的途徑大部分是經由飲食，故魚及海產攝取量高者為風險較高的族群；另因會影響腦部發展，因此對於懷孕的婦女及小孩需要特別關注。因汞已成為全球性的問題，故已引起聯合國及歐美先進國家的重視，紛投入盤查及評估，並提出改善策略以逹成減量目標。 本研究先回顧相關文獻，了解汞的基本特性，收集國外關於汞管理政策調查評估資料，再彙整國內調查及研究結果及收集現行法規及制度，以掌握汞對國內環境及民眾健康的影響，及目前可用之政策工具。為利於規劃，先研擬我國汞物質管理政策執行架構，再將國內外推動情形進行比較後，探討國內問題現況，並規劃執行措施。 規劃結果已依我國現況擬訂目標為減少汞曝露風險，汞管理策略為減少汞排放、減少汞使用、保護免於曝露及國際合作等四大部分，各策略下分別規劃因應措施，及其期程及分工。此外，應儘速進行汞物質流盤查及建立資料庫，成立跨部會工作小組定期協調，及三年提一次評估報告以檢視實施成效。
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每個人每天大約製造0.605公斤的廢棄物，差不多每年就製造了220公斤的廢棄物，以前大多數廢棄物都放置在垃圾掩埋場被掩埋。因為掩埋場廢棄物分解的過程，都會產生沼氣，沼氣如果未加以管制，會產生煙霧並且會有燃燒爆炸的危險。此外，因為沼氣中大約有50%是甲烷，它屬於溫室氣體也是寶貴的能源，因此我們必須利用這些能源轉化為有用的動力，本研究即探討沼氣內容並確定沼氣在掩埋場成功回收再利用的計畫，並估計沼氣回收再利用所產生的環境、經濟和能源的效益。 沼氣包含揮發性有機化合物，主要會影響地表臭氧及空氣中有毒氣體含量。當我們沒做好控制時，這些廢氣即會連續分解並排放於大氣中變成污染源。當沼氣在沼氣回收系統收集並且被燒燒時，這些有害的污染物便會被消除及控制，並且可以替代煤炭和石油使用，進一步減少一定數量的污染物排放，其中包括會產生酸雨的二氧化硫。此外，沼氣被收集系統收集後經燃燒回收能源，即可收集掩埋場產生的沼氣並減少排放於大氣中。沼氣收集系統也可以減少全球氣候變遷的風險，減少甲烷排放與降低全球暖化息息相關，因為每公噸甲烷排放進入大氣中與21公噸二氧化碳造成之全球暖化效果相同，甲烷在大氣中的循環也比二氧化碳快上20倍，因此，停止甲烷排放可以迅速使得全球氣候暖化變慢。
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台灣地區垃圾焚化廠產生之灰渣已朝資源再利用方式處理，將使得原存於灰渣中之戴奧辛污染物質逐漸釋入環境中，因此有必要瞭解焚化灰渣中戴奧辛含量及相關操作條件因素的影響。本研究以台灣地區大型垃圾焚化廠為研究對象，依據94-95年間20座垃圾焚化廠灰渣中戴奧辛檢測結果與相關操作參數，探討研究灰渣中戴奧辛濃度含量特徵及其影響因子，作為垃圾焚化廠操作營運之參考。 研究顯示20座垃圾焚化廠飛灰與底渣中平均戴奧辛實測濃度分別為36.59 ng/g（1.227 ng I-TEQ /g）、0.2666 ng/g（0.0078 ng I-TEQ /g）。由戴奧辛17種主要異構物分布情況之研究顯示：（1）飛灰與底渣中戴奧辛實測濃度之貢獻量皆以 OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、OCDF等4項高氯數異構物為主，四者總量分別佔整體貢獻量之78.8%、82.9%；（2）飛灰與底渣中戴奧辛17種異構物以OCDD實測濃度貢獻量為最大，分別佔整體貢獻量之40.21%、43.45%。因其化學結構呈現的化學鍵結間穩定性較高，可作為台灣地區垃圾焚化廠灰渣中戴奧辛異構物之指標性物種；（3）飛灰與底渣中PCDDs對總實測濃度（PCDDs與PCDFs）之平均比值分別為0.6、0.53，顯示台灣地區垃圾焚化廠灰渣中戴奧辛實測濃度主要來源為PCDDs。 在垃圾組成方面，研究發現台灣地區垃圾焚化廠垃圾中有機氯含量與飛灰中戴奧辛實測總量濃度、OCDD實測濃度並無關係。另垃圾焚化廠處理一般事業廢棄物百分比（x）與飛灰中戴奧辛實測總量濃度（y）呈中度正相關，其迴歸式為 y=2.3321x-8.1065（R2=0.1283）。 在操作參數方面，研究發現台灣地區垃圾焚化廠焚化垃圾時，燃燒溫度與飛灰中戴奧辛實測總量濃度、OCDD實測濃度並無關係；活性碳使用量與飛灰中戴奧辛實測總量濃度、OCDD實測濃度並無關係。
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丙酮為光電業與半導體業製程中常用之有機溶劑，當蒸發逸散至空氣中並經由呼吸進入人體，對於健康危害甚巨。傳統上，揮發性有機化合物(volatile organic compounds, VOCs)多以高溫焚化處理，雖然處理效率高，但須添加輔助燃料以維持高溫。是故，若能以反應溫度較低之觸媒焚化法取代，在國際油價日昇的狀況，將可省下可觀之費用。 本研究先以高溫爐將爐管內之銀粉熔融，加溫超過銀的熔點（962 ℃）以產生銀蒸氣並通以氮氣將其攜出爐管，待銀蒸氣離開加溫區後迅速冷凝成銀微粒，再選擇使銀微粒經過（或不經過）微分式移動度分析儀 (differential mobility analyzer, DMA)篩選特定粒徑之銀微粒，並使銀微粒(10、40與60 nm)經過斷面為網格狀之陶瓷載體，奈米銀微粒因擴散與慣性衝擊等機制沉積附著於載體上，再將附有奈米銀微粒之陶瓷載體送入500 ℃爐內煅燒2小時，以求固定微粒之效。 測試階段將前述之陶瓷載體通入丙酮蒸氣（濃度6118 ± 275 ppm），藉由總碳氫化合物分析儀(THC)量測陶瓷載體的上下游之丙酮蒸氣濃度以決定該粒徑銀微粒之觸媒效率。由實驗結果可知，相較於未過篩的銀微粒（Polydisperse），經DMA過篩後的銀微粒（Monodisperse）具有較高的單位質量與單位面積之觸媒轉化效率。 觸媒轉化後的尾氣成份以GC/MS分析，包含乙醛（Acetaldehyde）、 亞甲基丙酮（3-Buten-2-one）、二甲基呋喃（2-methyl-furan）氧化未完全之中間產物，若增加反應時間，最終仍可達完全氧化。
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隨著台灣經濟的發展，事業廢棄物的產生量亦有逐漸增加的趨勢，而我國天然資源缺乏，因此將廢棄物經過再利用處理後成為有效資源善加利用，變成了現今達到環保與經濟並顧的ㄧ大課題。本研究之主要目的為針對我國事業廢棄物中可回收再利用之廢酸液，包含公告再利用之廢酸性蝕刻液（R-2501）與廢酸洗液（R-2502）及經機構提出許可再利用通過之鋼鐵工業鋼材加工之廢酸液（A-7201）及廢液pH值小（等）於2.0（C-0202）等4項，各別做再利用現況的調查及分析，並探討其可行的管制查核方式，以期作為將來廢酸液回收再利用及管制的參考工具。 本研究利用96年度「事業廢棄物查核輔導及管理技術整合應用專案工作計畫」中的再利用單位之網路申報量及現場調查資料，利用整體質量平衡法（Overall Mass Balance）之基礎理論推估關於廢酸液再利用製程中的再利用效率。然而，再利用製程中，所有廢棄物不會完全被製成再利用產品，最終仍會有延伸廢棄物的產生。 根據本研究的調查資料結果發現，廢酸性蝕刻液所製成產品之氯化鋁之再利用率約在37.4∼73.6％之間；產品氯化鐵之再利用率約在35.8∼80.7％之間；產品銅粉之再利用率約在13.4∼28.7％之間。而製成再生蝕刻液之再利用率約在8.1∼20.0％之間；製成硫酸銅之再利用率約在44.6∼60.2％之間。就整體而言，依本項R-2501之國內相關再利用機構回收情形可知，其再利用率幾乎可達90％以上。而利用廢酸洗液回收作為氯化鐵之再利用率93.9∼98.9％。利用鋼鐵工業鋼材加工之廢酸液與產品鹽酸之再利用率為55.1％。利用廢棄物廢液pH值小（等）於2.0回收作為磷酸等產品，其再利用率約為82.5∼99.2％。
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本研究係以微米級(d ≦ 45 μm)α-氧化鐵粉(α-Fe2O3)與活性碳粉混合於填充床，利用活性碳粉來模擬燃燒廢氣中之未燃碳，藉由反應溫度、一氧化氮(NO)進流濃度、α-氧化鐵粉添加量、碳粉添加量及含氧(O2)濃度等反應因子，探討α-氧化鐵觸媒系統處理NO之可行性研究，並由反應後鐵粉之XRD (X光粉末繞射光譜儀)分析結果，推估可能的反應機制。 α-氧化鐵之Fe3+已為最高氧化態，本身無法還原NO氣體，因此需要還原性氣體CO先還原α-氧化鐵中的Fe3+為Fe2+，才具有處理NO之能力。在反應溫度623 K以下時，由於反應溫度較低，碳粉無法有效地與O2發生化學反應，因此無法產生足夠的還原性氣體CO，造成Fe3+還原成Fe2+之累積量不足，故無法完全去除NO；反應溫度673 ~ 773 K時，NO去除效率在反應初期皆可達到100%，表示累積之Fe2+較充足，隨著溫度的提升，反應穿透時間及NO去除量也隨之增加。NO進流濃度960 ppmv以下時，於反應時間16320秒以前，NO去除效率皆可達到100%，且NO去除量隨著NO進流濃度增加而提高，呈線性遞增關係。α-氧化鐵粉添加量低於0.5 g時，無法100%去除NO氣體，顯示提供之α-氧化鐵觸媒表面積不足，故α-氧化鐵粉與CO反應產生之Fe2+量較低；當α-氧化鐵粉添加量為0.5 g以上時，反應系統已提供足夠之固體活化表面，因此能達到100%之NO去除效率。碳粉添加量多寡會影響其和O2反應之時間長短，增加碳粉量可延長CO氣體出流之持續時間，相對地穿透時間與NO去除量也隨之增加，並呈線性正相關。煙氣含氧濃度效應方面，O2進流濃度由3%增為6%、9%及12%時，穿透時間及NO去除量隨著O2進流濃度增加而減少，為一遞減之曲線。由XRD分析結果，進一步瞭解α-氧化鐵在反應機制中為一觸媒，碳粉在整體反應中為提供還原性氣體CO之角色，而CO將觸媒表面之Fe3+還原為Fe2+後，Fe2+再還原NO為N2，總反應式如下： C+1/2O2→1/2N2+CO2
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針對如何做好控制降低焚化後戴奧辛排放量，一直以來為多數研究者關心之重點。國內外垃圾組成不同，重金屬含量、水分、垃圾發熱量、塑膠等皆高於國外垃圾，因此，國外數據實難以直接套用於我國垃圾特有組成之焚化，據此，建立適用於國內垃圾焚化特性的戴奧辛減量技術，期能有效控制焚化爐的戴奧辛排放量。 本研究對象為國內某大型垃圾資源回收（焚化）廠，其焚化之廢棄物為一般事業廢棄物併入都市垃圾廢棄物混燒，統計95~96年資料，混燒比例為都市垃圾廢棄佔69.48％、一般事業廢棄物佔30.52％，煙道廢氣中戴奧辛處理方式採用半乾式系統，以噴注活性碳吸附戴奧辛。依據歷次研究對象之戴奧辛檢測濃度與其毒性當量濃度，來探討煙道廢氣中戴奧辛之17種異構物的分布情況，以瞭解混燒事業廢棄物之焚化系統中戴奧辛之排放特性。 依本研究結果發現：（1）煙道廢氣中戴奧辛17種異構物實測濃度高低依序為OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、OCDF，四者濃度總合為234.68 pg/Nm3，佔整體貢獻量之76.60％。（2）煙道廢氣中戴奧辛17種異構物毒性當量濃度高低依序為2,3,4,7,8-PeCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、1,2,3,,7,8-PeCDD、1,2,3,6,7,8- HxCDF，四者總毒性當量濃度為6.93 pg-TEQ/Nm3，佔整體貢獻獻量之59.82％。（3）PCDDs對總毒性當量濃度之平均比值為0.34，PCDFs對總毒性當量濃度之平均比值為0.66，又以2,3,4,7,8-PeCDF毒性當量濃度貢獻量為最大。（4）混燒之垃圾組成，有機氯比例0.11％較低，應為塑膠類含量少之故。（5）垃圾經混燒一般事業廢棄物後之戴奧辛濃度較低，推測應為垃圾中含難燃燒之塑膠類較少，致有機氯比例較低的原因。而垃圾混燒一般事業廢棄物後，則不影響戴奧辛種異構物之分佈情形及PCDDs與PCDFs之貢獻度。
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將都市固體廢棄物製作RDF，可以將廢棄物轉化為能源使用，替代石化燃料，減少GHG排放，亦是邁向循環型社會能源回收再利用之里程。本研究建立的「空氣資源整合模型」可整合評估物質及能源減量時，HDP（SOx、NOx及PM10）及GHG之減量成效，分別以環境成本、環境處理成本及健康成本等量化為貨幣單位，再加上執行該措施之投資及操作成本、節省的燃料成本，整合後可獲得之整體社會成本效益。 藉由本模型評估案例1：都市固體廢棄物製成RDF焚化與直接焚化，以及案例2：水泥旋轉窯以都市固體廢棄物RDF做為輔助燃料之兩案例整體社會成本效益，其中，案例1都市固體廢棄物焚化處理量及性質以台灣地區91~95年平均量4,278,545 ton/yr推估，都市固體廢棄物製成RDF操作參數係採工研院研究資料，案例2水泥旋窯添加都市固體廢棄物RDF做為輔助燃料，以占原燃料總熱值1.0 % 推估，並以兩個案例評估結果探討RDF政策之效益，以供產業及政府的決策者在評估各方案之效益時，可同時兼顧經濟、環保、生態及社會等考量面。 評估結果顯示，都市固體廢棄物製成RDF焚化相較於直接焚化處理方式，減少整體社會成本效益2,588,458,181元及全台灣國民壽命3,087,286人日，亦即每噸都市固體廢棄物製成RDF焚化較直接焚化需增加整體社會成本604元，故本研究結果不建議將都市固體廢棄物製成RDF做為直接焚化之進料。另評估水泥旋窯以都市固體廢棄物RDF做為輔助燃料所增加整體社會成本效益29,222,471元，但卻會減少全台灣國民壽命175,140人日。
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物質流分析強調系統性檢視範圍內資源在自然系統與社經系統間投入、經濟體及產出之流動情形，實物量化計量單位。應用於河川流域水資源有助於系統地針對影響水資源因子鏈結，提供水資源利害關係人及決策者更佳瞭解水資源實際運用情況，以落實整合式水資源管理，並指出資源無效率使用處。 本研究運用物質流分析方法，建立流域層級之水資源供需物質流分析方法論、建構流域層級水資源供需帳及水平衡流佈分析。研究結果顯示，本研究方法論在無需龐大系統改變與轉換，相關資料經處理轉換後，將可應用區域內重點河川流域水資源供需流佈分析，亦可進一步導入流域水帳戶架構。本研究亦根據執行中所遇之問題及成果，就台灣水資源管理於帳表建置檢討與評析。 實際以94年淡水河系流域為案例，在水資源供需帳，年水資源開發利用量為26.02億噸，新店溪水系10.61億噸、大漢溪水系及基隆河水系分別為10.22億噸及5.19億噸；流域間水資源聯合運用量0.54億噸，跨流域調度水量0.23億噸；年標的用水總量為21.40億噸，以農業用水8.68億噸最大，其次依序生活用水8.30億噸、其他用水3.26億噸及工業用水1.16億噸；年水資源無益損耗量4.36億噸。就標的用水端分析結果與縣市別統計結果比較，農業灌溉用水存在高達90%差異，突顯物質流分析所需數據之代表性，有賴利害關係人制定合理且標準化方法。此外，為期流域水資源供需流佈分析結果更符合水資源運用實況，建議未來應推動資訊透明公開化及帳表建置結果驗證；針對無管理機關用水統計方法建立有待後續研究進行。
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為提升國民良好生活環境，國內積極推動發展污水下水道之建設，污泥產量隨之增加。本研究比較超音波及臭氧前處理技術，結合歐美及日本先進國家之已開發高溫嗜熱菌污泥減量技術，比較此兩項前處理技術及結合嗜熱菌消化減量技術之研究。 超音波及臭氧化前處理之特色為，將污泥膠羽破壞使顆粒變小，提升較難溶出之有機質溶出速率，減少消化時間及剩餘污泥產量。將下水污泥予以超音波水解及臭氧化處理之目的，在於提升後續高溫好氧消化之污泥減量效率。高溫好氧消化技術具備下列幾項特點：(1)使有機廢棄污泥之產量大幅降低；(2)縮短污泥停留時間；(3)對致病菌具有殺菌之能力。其處理方式為將經前處理之污泥迴流至高溫好氧反應槽內，以提高污泥之生物可降解性，利用嗜熱菌產生水解酵素將膠羽結構複雜之大分子分解，溶化為易於微生物利用之小分子。 本實驗分為兩階段進行研究，分別將污泥利用超音波及臭氧前處理，找出最佳破壞效率，第二階段將經前處理之污泥，分別進入高溫好氧消化及常溫好氧消化進行污泥減量。 經由本實驗結果得知超音波水解時間30分鐘，比能量(Es)為397 kJ/gSS，CODs溶出率可達44.4％，臭氧投入劑量為0.34 gO3/gSS，CODs溶出率可達15.5％，相較未經前處理之污泥具有細胞壁破碎效果。第二部分進行高溫好氧消化實驗，污泥停留時間長達15天時，污泥未經前處理給予高溫好氧消化，其VSS平均去除率為53％；經超音波前處理給予高溫好氧消化，可將SRT縮短至3天，去除率高達55％；經臭氧前處理給予高溫好氧消化，SRT可縮短至9天，去除率為55％；證明污泥經前處理可提升後續嗜熱菌消化效率，結果顯示本實驗下水污泥經超音波水解及臭氧化前處理，進行高溫好氧消化可得到良好減量效果。