水污染

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未經處理的污水和工業廢水流入美國加州的一條河流

水質污染是指被任何進入水體的物質,造成水中生態環境變化的狀態。中國大陸於1984年頒布的《中華人民共和國水污染防治法》中為「水污染」下了明確的定義,即水體因某種物質的介入,而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特徵的改變,從而影響水的有效利用,危害人體健康或者破壞生態環境,造成水質惡化的現象稱為水污染。[1]

水體在自然狀態中,有一定的空氣溶解到水中,是支持生物呼吸的主要來源,其中最重要的指數是溶解(DO),外來物質進入水體後,可以被微生物分解,被溶解氧氧化,這都要消耗一定的溶解氧,這叫做水體的「自淨能力」,如果外來物質太多,溶解氧被完全消耗,就是超過了水體的自淨能力,水中生物會因缺氧窒息死亡,或中毒,這就是污染狀態。

污染物[編輯]

在美國的飼養場

水中的污染物通常可分為三大類,即生物性、物理性和化學性污染物。生物性污染物包括細菌、病毒和寄生蟲。到目前為止,有關致病細菌和寄生蟲的研究較多,且已有較好的滅活方法。但對致病病毒的研究尚不夠充分,也沒有公認的病毒滅活要求標準。物理性污染物包括懸浮物、熱污染和放射性污染。其中放射性污染危害最大,但一般存在於局部地區。化學性污染物包括有機和無機化合物。隨著痕量分析技術的發展,至今從源水中檢出的化學性污染物已達2500種以上。

Water pollution.jpg

水污染物有多種來源,主要分為自然產生的和人為產生的兩種。

  • 自然產生的污染,如森林落葉落花,暴雨沖刷造成的污泥流入,火山噴發的熔岩和火山灰,礦泉帶來的可溶性礦物質,溫泉造成的溫度變化等,如果是短期的,會造成水生生物死亡,但過後水體會逐漸恢復原來的狀態,如火山噴發;如果是長期的,生態系統會變化而適應這種狀態,如黃河長期被泥土污染,水變得黃色,不耐污的魚類會消失,而耐污的魚類如鯉魚會逐漸適應這種環境,生長出黃河金色大鯉魚。
  • 人為產生的污染要複雜的多,其中工業由於採礦和生產製造,排出含有毒的重金屬或難分解的化學物質,農業使用的農藥和化肥,這些物質流入水體都會迅速殺死所有水生生物,並且使水體無法恢復正常狀態。如果濃度低,也會逐漸在生物體內積累,造成無法彌補的損失。如日本發生的水俁病事件,就是工業排出的低濃度,在水中微生物作用下轉化成可溶性甲基汞,逐漸在水蟲體內積累,魚吃水蟲後甲基汞在魚體內逐漸積累,人吃魚後在人體內積累,積累到一定濃度,人就開始發病,而且無法治癒。DDT農藥也是先在魚體內積累,水鳥吃了魚後也在體內積累,即使還不到發病濃度,但鳥產下的蛋變成軟殼,無法孵化。據說美國國鳥白頭海雕瀕臨滅絕的原因就在於此。

除了工農業污染物外,隨著人口增加,人類生活污水也增加了排放量,如洗澡、廚房、廁所等,這類水雖然不含有毒物質,但含有大量含植物營養物質,促使水中藻類迅速超常地繁殖並吸收溶解氧,同時大分子的有機物被微生物分解也消耗水中的溶解氧,因此造成水體成為缺氧狀態,藻類死亡還產生有毒物質,致使水中魚類大量死亡。在海水中一般迅速繁殖的藻類是紅色的,因此叫「赤潮」,在淡水中的藻類可能有各種顏色,所以叫「水華」。水體出現赤潮和水華都表明是污染狀態。

目前地球表面雖然有70%是被水覆蓋,但人類可利用的淡水資源不足1%,淡水資源又是經常被人類活動污染的對象,被污染的水體要想恢復是非常困難的,因此進行水污染控制是非常必要和迫切的,需要全球合作進行。


廢水構成成分[編輯]

廢水(英語Effluent)的構成成分變化廣泛。這是它可能構成成分的部分清單:

......


廢水品質指標[編輯]

在自然的水路或是工業廢水中任何可氧化的材料都可以被生化(如細菌)或是化學的方式所氧化。這樣會導致水中的含氧量降低。基本上,生化氧化作用的反應式可寫作:

可氧化的材料 +細菌 + 營養素 + O2 → CO2 + H2O +已氧化的無機物如NO3或SO4

為了還原像硫化物和亞硝酸鹽等化學物質而造成的氧消耗量可以由下列表示:

S-- + 2 O2 → SO4--
NO2 + ½ O2 → NO3

因為所有自然水路都包含細菌跟營養素,所以幾乎任何引入這樣的水路的廢化合物都會產生如同上面所述的生化反應。這些生化反應創造了一個可以在實驗室中量測的生化需氧量(BOD)。

被引入自然水路中的可氧化之化學物質(如還原物)也會同樣的產生如同上面所述的化學反應。這些化學反應創造了一個可以在實驗室中量測的化學需氧量(COD)。

生化需氧量化學需氧量兩種測試都是廢水汙染物的相對缺氧作用的量測。此二者皆廣泛應用在污染作用的量測上。生化需氧量測試用來量測可生物降解biodegradation)的污染物需氧量,而化學需氧量測試則是用來量測可生物降解的污染物需氧量加上不可生物降解卻可氧化的污染物需氧量之總需氧量。

所謂的「五日生化需氧量」(5-day BOD,BOD5)是用來量測五天的期間內廢水汙染物的生化氧化作用的總耗氧量。當生化反應完全進行完成之後的耗氧總量稱為「最終生化需氧量」(Ultimate BOD)。最終生化需氧量的量測太過於曠日費時,故五日生化需氧量幾乎已經是普遍性地應用在量測相對污染作用上。

也有許多的化學需氧量測試。或許,最常用的就是「四小時化學需氧量」(4-hour COD)。

值得一提的是,在五日生化需氧量與最終生化需氧量之間,沒有普遍化的相互關係。同樣的,在生化需氧量與化學需氧量之間,沒有普遍化的相互關係。在特定廢水水流中,特定的廢水污染物是有可能發展出上述的相互關係,但是這樣的相互關係不能夠推廣到任何其他的廢水污染物或是其他任何的廢水水流中。

用來確定上述的需氧量的實驗室試驗流程可以在下列《試驗水與廢水的標準方法》(Standard Methods For the Examination Of Water and Wastewater)[2]的章節中詳細描述:

  • 五日生化需氧量與最終生化需氧量:Section 5210B與5210C
  • 化學需氧量:Section 5220。


污水排放[編輯]

在一些都會區,污水與街上的逕流被分別用衛生下水道(Sanitary sewer)及雨水下水道(Storm drain)載運。沙井是典型進入這兩種下水道的進出口。在高降雨量的時期,可能會發生下水道溢流(Sanitary sewer overflow,SSO)的現象,造成潛在的公共衛生生態上的傷害。

污水可以在未經處理或是僅少量處理的情形下,直接流進主要的流域之中。在沒有處理的情形下,污水會對環境的品質與人類的健康產生重大的影響。病原體會導致各種各樣的病症。一些化學物質即使在低濃度的情形下也會具有風險,而且在長時間下因為動物體或是人體的生物累積(Bioaccumulation),它們會持續保持威脅性。


水污染的治理[編輯]

在清理廢水上,根據類型和汙穢的程度,有許多方法可以使用。大多數的廢水可以在工業規模的廢水處理場(Wastewater Treatment Plants,WWTPs)中處理,其中會使用包括物理式、化學式還有生物式的處理程序。然而,化糞池與其他污水就地處理設施On-Site Sewage Facility,OSSF)普遍在鄉下地區被廣為使用,這其中包括了美國四分之一以上的家庭。最重要的好氧性處理系統是活性污泥法,這個方法必須維持並再循環可以減少廢水中有機物的微生物總量。厭氧性的處理方法廣泛的被應用在工業廢水與生物污泥的處理上。一些廢水可以高度淨化過後而回收成為中水生態學取向的廢水處理方式,像是使用蘆葦床處理系統reed bed treatment system,RBTS)的人工溼地constructed wetland)是可能可以採取的方式。現代的處理系統包括由首先是微孔濾膜法(Membrane filtration或是Micro filtration,MF)或合成透析膜(synthetic membranes)過濾的三重處理過程。經過濾膜過濾後,處理過的水和從自然水源得到的水,在飲用的水質上無法分辨。可以透過微生物的脫硝作用denitrification)來移除廢水中的硝酸鹽Nitrate),通常會加入小量的甲醇來防止細菌以廢水當作碳的來源而滋生。臭氧廢水處理(Ozone Waste Water Treatment)也逐漸開始流行,這樣的系統需要臭氧產生機(Ozone Generator)[3],利用臭氧氣泡過濾通過水槽來淨化廢水。

來自於工業工廠的廢水處理是個困難而且昂貴的問題。大多數的石油煉製廠與石化廠[4] [5]有就地的處理設施去處理它們的廢水,故處理後廢水在排放到民用的廢水處理場或是河流、湖泊或海洋之前,水中污染物濃度必須符合當地或/和國家的合法標準。


回收再用[編輯]

經過處理過的廢水可利用回收作為飲用水,如新加坡;或是作為工業上的使用,如冷卻塔Cooling tower);或是用來作地下水補注(artificial recharge of aquifers);或是用在農業上,像以色列70%的農業灌溉都是用高度淨化的廢水;或是如佛羅里達沼澤地Everglades)那樣,利用處理過的廢水來進行自然生態系的修復重建工作。 Suggest: The sewage is arranged and put in to the sewage conal


香港水質污染處理部門[編輯]

香港水質污染處理部門有「環境保護署環境保護署[6]」以及「香港污水處理廠[7]


歷史與現狀[編輯]

時期 情況
18世紀 英國工業發展中大量的工業廢水廢渣傾入江河,開始造成泰晤士河污染。後經過百餘年的治理,1970年代,水質才得到改善,河流生態逐漸恢復。
19世紀 世紀初,萊茵河發生嚴重污染。
20世紀
  • 1953年~1972年:日本九州熊本縣水俁市水俁病事件。有機汞污染了當地水體,死亡百餘人。
  • 1955年~1979年:日本富山縣神通川流域痛痛病事件。事件中發生了水體污染。到1977年已死亡200餘人。
  • 1980年代:中國松花江發生汞污染事件,近百名漁民被送進醫院進行觀察治療。松花江江魚因為汞蓄積量過高而不能食用。
  • 1980年代末(1987年底?)~1992年?:由於食用被病毒污染的灘涂貝類毛蚶,引發中國上海甲型肝炎大流行。病毒污染來源於漁民中A肝患者糞便直接入海,污染了漁場海水。

更多的突發性水污染事故參看水污染事故列表

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 《中華人民共和國水污染防治法》:http://www.gov.cn/flfg/2008-02/28/content_905050.htm
  2. ^ 可以在www.standardmethods.org取得
  3. ^ http://www.biozone.com/ozone_generators.html
  4. ^ Beychok, Milton R. Aqueous Wastes from Petroleum and Petrochemical Plants 1st Edition. John Wiley & Sons. 1967. LCCN 67019834. 
  5. ^ Tchobanoglous, G., Burton, F.L., and Stensel, H.D. Wastewater Engineering (Treatment Disposal Reuse) / Metcalf & Eddy, Inc. 4th Edition. McGraw-Hill Book Company. 2003. ISBN 0-07-041878-0. 
  6. ^ http://www.epd.gov.hk/epd/
  7. ^ http://www.dsd.gov.hk/SC/Files/DOC/213.pdf

外部連結[編輯]