梁書豪¹、郭育嘉²、連博仁²、簡華逸¹、高志明²

¹台灣氯乙烯工業有限公司生物技術研發室

²國立中山大學 環境工程研究所

一、台灣目前主要地下水污染源

台灣本島總面積35,960平方公里中地下水層佔了10,330平方公里之分佈，所佔比例達總面積之29%。而台灣本島主要地下水含水層在未膠結沖積層，包括平原、沿海地區、河谷、台地等地區，組成成分以礫石、砂礫、砂質為主。地下水資源不論在民生、農業、工業與養殖漁業用水都佔有相當重要的比例，為生活中不可或缺的寶貴資源。但由於工業在製造生產過程中原料的不當儲存、使用及運送，以及廢棄物的不當處理處置下污染土壤層，甚至進入地下水層而影響到人體健康，減少可利用之資源。在我國土壤及地下水污染整治法於2000年二月公布實施後，環保機關陸續針對可疑之農地重金屬污染、加油站儲槽及大型儲槽等進行監測並建立基本資料。加上民眾對土壤和水孕育萬物基本的尊重與鄉土情懷與日俱增，相關陳情與訴願案例大幅增加，間接讓土壤及地下水污染案例不斷爆發出來。在美國有25%之用水(包括飲用水，農業用水，工業用水等)來自地下水，在台灣也有25至30%之用水來自地下水(郭氏，2009)。是故對地下水資源的保護與土壤/地下水污染之整治已到了刻不容緩的地步。

地表污染物進入地下水中有三種方式：由已污染地表水經由天然補注途徑進入地下水體、工業或家庭廢棄物處置不當污染地下水及土壤中污染經由雨水通過進入地下水。其中工業活動產生大量有害廢棄物，包含各種以固體、液體存在之化學物質，往往因不當處置、儲存、任意棄置或排放，而經由土壤進入地下水層中，造成地下水污染，其中以有機溶劑污染地下水最為嚴重(呂氏等，2005；Gensburg et al., 2009a, b; Kielb et al., 2010)。

由於在生產過程及原料，產品，廢料的輸送與儲存都有可能將有機污染物洩漏至土壤，進而進入地下水層。地下水中常見的污染物種類包括有機溶劑、重金屬及油品污染物等。其中有機溶劑依其特性可分為水相液體與非水相液體兩大類。此兩類有機溶劑的物化性質並不相同，對環境傷害及人體健康也有不同程度的影響，在含水層中與地下水共存的情況亦全然不同(Widdowson, 2004; Reinhard et al., 2005; Kao et al., 2006; Moran et al., 2008; Farhadian et al., 2008)。下列將分別敘述：

1.  水相液體(aqueous phase liquid, APL)：

水相液體為醇類等有機化合物，因其在水中的溶解度高，水相有機化合物滲入含水層接觸到地下水後，污染物隨地下水流移動，它們會於地下水中且形成污染群(contaminant plume)，因此整治工作較非水相液體污染物容易。污染群的範圍和污染物濃度的分佈與高低，與含水層的水文地質狀況，污染物的物化性質，及污染源的排放情況有關。基本上，污染群會隨地下水流動而傳輸至含水層不同角落，尤其是地下水流的下游處(ITRC, 2003, 2004, 2009)。

2.  非水相液體(non-aqueous phase liquid, NAPL)：

地下水中發現之有機化合物多為非水相液體，非水相液體因為與水不相溶解或僅微溶於水。當進入地下水層，形成獨立之液相，其依比重之特性可分為兩類，密度小於1 g/cm3比水輕的稱為輕質非水相液體(light non-aqueous phase liquid, LNAPL)，及密度比水重的稱為重質非水相液體(dense non-aqueous phase liquid, DNAPL)。LANPL污染物包括總石油碳氫化合物(total petroleum hydrocarbon, TPH)、汽油添加劑-甲基第三丁基醚(methyl tertiary-butyl ether, MTBE)、BTEX(benzene, toluene, ethylbenzene和xylenes)及TMB(1,2,4-trimethylbnezene及1,3,5-trimethylbenzene)、柴油、潤滑油等油品，一般地下儲油槽發生油槽或管線洩漏者，多屬此類污染物。而DNAPL污染物則包含四氯乙烯(tetrachloroethylene, PCE)，三氯乙烷(trichloroethane, TCA)、二氯乙烯(dichloroethene, DCE)、氯乙烯(vinyl chloride, VC)、二氯甲烷(methylene chloride)、氯仿(chloroform)及酚(phenol) 等，一般工廠廢有機溶劑不當排放而導致地下水污染者，多屬此類污染物(O'Carroll and Sleep, 2007; Bob et al., 2008; Moroizumi and Sasaki, 2008)。

二、地下水污染整治技術之原理與方法簡介

在許多不同的污染場址整治工程中，通常所遭遇到的二個主要問題為：(1)合適的技術不易尋找；(2)在特定場址條件下，評估與選擇各種不同技術的法則不易建立。為了推動新穎土壤及地下水整治技術之發展，美國環保署在1986年運用超級基金成立“Superfund Innovative Technology Evaluation Program”(簡稱SITE Program)，其內容包括三部份：技術示範計畫、新穎技術開發計畫、量測與監測技術。污染場址整治技術可依受污染土壤或地下水之取出與否、整治機制、處理程度差異及待整治之污染物濃度分類。受污染土壤或地下水之取出與否可分為現地方法(in-situ)及離地方法(ex-situ)；依整治技術所使用之機制歸屬可分為物理化學方法及生物復育方法等；物理化學整治方法包括不同物理化學機制，常見機制包括物理分離、濃縮、萃取、氣提與溶解、沉澱、氧化與還原等。地下環境中之污染物常吸附於土壤有機質中、藏於土壤微小孔隙中或非水相液體形式存在，此時往往可以地下水之溶解、土壤氣體之氣提、溶劑或界面活性劑之增(加)溶(解度)或增加移動性，以將污染物由原先之地下環境藉由氣體或液體移動方式取出，達到整治之目的。生物復育是一個藉由管理或自然發生的過程中，以微生物將污染物降解或轉移成較低毒性或無毒的型態，藉此降低或排除污染物。一般生物復育技術分為現地或離地，現地生物復育是現今最受生物復育專家重視的工法。因為在現地復育期間不需要挖掘地下水位以上土壤，且對大範圍污染區域只需打氣、處理等重複操作步驟，因而可節省大量成本且在污染現場即可操作，惟整治期程可能較其他整治工法長(Siegrist et al., 2001; Siegrist, 2002; Kao et al, 2005; Brar et al., 2006; Kao et al., 2010; Liang et al., 2011a, b, c)。

依其對污染物之處理程度差異可以分成不移動化或阻絕技術(immobilization/Isolation)、破壞性技術(destruction)、分離濃縮技術(concentration/separation)、毒性/移動性降低技術(toxicity/mobility reduction)等；依待整治之污染物濃度及強度則又可分為污染源(source)整治技術、污染團中心區(core zone of the plume)整治技術、以及污染團邊緣區(distal zone of the plume)整治技術等。若考慮前述現地整治技術，在污染源區域整治方式，主要是應用物理、化學或熱方法加強回收或現地破壞之方法，包括油液回收(free product recovery)、界面活性劑或共溶劑熱加強回收(surfactant or cosolvent recovery)、蒸氣注入回收(steam flushing recovery)、熱加強回收(heat enhanced recovery)及化學氧化法(chemical oxidation)；在污染團中心區的整治方法，則包括空氣注入(air sparging)與土壤氣體抽取法(soil vapor extraction)、工程生物整治法(engineered bioremediation)、化學氧化法及化學還原法(chemical reduction)等；污染團邊緣區的整治方法則包括有監測式自然衰減法(monitored natural attenuation)、工程生物整治法、化學氧化法、化學還原法及透水性反應牆(permeable reactive barriers)等(Wu et al., 2005; Brar et al., 2006)。在1990年代末期及2000年初期，土水整治技術之發展已朝向全面性及系統化之整合架構邁進。由於任何一個污染場址均不易以單一技術完成整治，必須在不同污染區、不同階段及不同時間點搭配與串連不同的整治技術，方能在最有效率及最經濟的前提下達到整治目的，此即整治列車(treatment train)及生命週期(life cycle)的全場區整治設計概念(如圖1)。

圖1. 全場區整治策略-概念示意圖。

三、地下水污染整治案例

某區段油管遭盜油使油管內汽油洩漏造成地下水受汽油污染，因此利用監測式自然衰減(monitored natural attenuation, MNA)工法，進行該場址之整治成效評估，以瞭解自然衰減應用在本場址之可行性及污染物之自然衰減效率。分析結果顯示，該場之石油碳氫化合物(苯)污染濃度呈下降趨勢。由該場址之溶氧消耗、硝酸鹽減少、亞鐵離子產生、硫酸鹽消耗及二氧化碳與甲烷生成等結果，可證實生物降解作用存在於本場址，且在污染物之降解過程中扮演關鍵角色。本場址運用生物降解率、一階衰減率、Mann-Kendall Test及BIOSCREEN 模式來進行該場址自然衰減效率評估。由分析結果可知，該場址生物降解容量為8.261 mg/L，此容量高於場址之地下水污染量(介於3-4 mg/L)，故自然生物降解機制應可有效去除地下水中污染物。該場址之ㄧ階衰減率介於1.7×10^-3 - 9.0×10^-4 day^-1，由此顯示該場址有明顯之自然衰減作用，而自然衰減速率亦在合理之範圍(10^-3 - 10^-4 day^-1)。由Mann-Kendall Test所進行之場址石油碳氫化合物分析結果顯示，監測井SW-1W、SW-4W、SW-42W、SW-23W、SW-30W、及SW-70W之衰減值(S值)為-2.23607、-1.16276、-1.52053、-1.34164、-1.26323 及-1.34164，由此顯示在受污染之監測井中所分析之S值皆小於0，均呈現減少趨勢，故推估該場址內的污染團呈現穩定或衰減狀態。本研究亦利用由BIOSCREEN模式進行分析，由模擬結果可知當場址有自然發生之物化機制時，污染團會被控制在離污染源220 m的距離內，即該場址實際監測範圍。在一階衰減反應模擬結果中，被生物降解作用所移除的BTEX污染物比例為89%。而在瞬間反應之生物降解作用所移除的BTEX 污染物之比例為86%，因此無論是一階衰減反應或瞬間反應，均可以有效降解污染物，而生物降解是造成污染物濃度降低的最重要機制(李氏，2011)。

四、如何協助一般工廠業者做好地下水污染防治

依土污法第 48 條規定「各目的事業主管機關應輔導事業預防及整治土壤及地下水污染」，經濟部工業局自2001年度起於相關專案計畫中納入有關土壤及地下水污染防治輔導工作，協助事業提升污染防治績效；針對高污染潛勢行業別、工業區監測井檢測異常鄰近工廠或整治費繳費工廠，進行土壤及地下水污染法令及預防管理診斷輔導，若遭土污法公告列管之工廠則進行土壤及地下水污染調查及整治技術輔導。預期該輔導工作可協助事業建立經濟可行之場址調查或整治技術，進而提升事業土壤及地下水污染預防及整治能力(經濟部工業局，2011)。輔導項目如下表1：

表1 一般工廠業者接受土壤及地下水污染防治輔導議題及內容(經濟部工業局，2011)

參考文獻

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