國 立 中 央 大 學



 環 境 工 程 研 究 所
碩 士 在 職 專 班 論 文




受有機污染之土壤以熱脫附
  處理效益之評估研究




  研 究 生:陳明星
  指導教授:秦靜如    博士




中 華 民 國 九 ...
國立中央大學圖書館
                          碩博士論文電子檔授權書
                          碩博士論文電子檔授權書

                                   ...
摘         要


  鑑於國內土壤污染事件接二連三發生,國內處理技術仍未成熟,

因此本研究之主要目的故必須仰賴國外技術之引入較先進的處理技

術,供國內污染整治之用。為進一步了解本場址之污染物特性等資

料,由相關場址背景資料如以往...
整治處理模式。




關鍵字: 脫附、四氯異苯腈、
關鍵字:熱脫附、四氯異苯腈、有機污染物




              IV
Abstract



    The purpose of this research mainly lies on the continuous

events of soil pollutions; because of the imma...
the key factors of the thermal-desorption equipments(soil

processing temperature, processing time, types of heating and

...
誌         謝

 在一次偶然的機緣之下,讓已投入職場多年的我,能夠有機會得
以重拾課本,再次體驗學生生活。由於是在職進修之故,工作與學業
的壓力,曾使我一度難以同時兼顧,還好在學校師長與公司主管的體
諒之下,使我能夠順利度過這兩年攻讀...
目       錄
目 次…………………………………………………………………頁次

目 錄…………………………………………………………………Ⅰ

圖目錄…………………………………………………………………Ⅳ

表目錄………………………………………...
2.3.6 熱處理法…………………………… …………………………16

2.4 各種土壤污染整治技術所需經費之比較…………………………23

2.5 IRS 與 ART 處理設備及原理………………………………………26

2.5.1 熱處理設備...
4.2.1 IRS 熱處理設備之測試…………………………………………56

4.2.2 ART 熱處理設備之操作參數……………………………………58

4.3 土壤處理合格率……………………………………………………63

4.3.1 熱處理設備...
圖 目 錄
圖 2-1   前處理篩分設施圖………………………………………… 27

圖 2-2   IRS 批次式熱處理設備示意圖…………………………… 29

圖 2-3   ART 連續式熱處理系統設備示意圖……………………… 35

圖...
圖 4-13 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-F 區………73

圖 4-14 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-E 區………73

圖 4-15 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-T 區………74

圖 4-1...
表 目 錄

表 1-1   1989 年 2 月前廢棄掩埋場復原方法統計……………………2

表 1-2   受污染土壤處理方法之評估…………………………………3

表 2-1   低溫熱脫附優 缺點比較……………………………………19
  ...
表 4-2   本場址土壤整治標準值……………………………………59

表 4-3   IRS 處理設備土壤測試結果………………………………60

表 4-4   ART 處理設備土壤測試結果………………………………63

表 4-5   IR...
附 錄 目 錄

     附錄 A   91 年各區域經採樣調查結果(四氯異苯腈)

表1     91 年 F 區統計…………………………………………………93

表2     91 年 E 區統計…………………………………………………93...
附錄 B         IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計

表 1-1~1-15    濃度統計……………………………………………103




附錄 C         ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計

表 1-1~1...
第一章 前言


   土壤污染是整體環境問題重要的一環,與飲用水、工業廢水、農藥、

毒性物質、危害性廢棄物等問題息息相關,受污染土壤之處理(Treatment)

及整治(Remediation)技術已廣受歐美先進國家之重視[阮國棟等,19...
固定



表 1-1   1989 年 2 月前廢棄掩埋場復原方法統計[Schofield,1988]

    技         術             數         目           佔總數之%

1.熱破壞      ...
-3-
 )ssecorp ro tnemnorivne ot stceffe esrevda yllaitnetoP(境環於害有能可:X
                                          )evitceffe...
國內對土壤污染的防治工作,依時間推展可分為四階段[吳文娟,1993],

茲概述如下:

(1)第一階段-概況調查(1982 年):

 1982 年行政院衛生署環境保護局成立,該局委託台灣大學、中興大學

 等研究機構,以 1,600 公頃為...
年制定『土壤污染防治法』草案,送立法院審議,於 2003 年 02 月經立法

院通過及總統公布「土壤及地下水污染整治法」
                    ,其第一條明顯揭示”為預

防及整治土壤及地下水污染,確保土地及地下水資源永續利...
農田水利會及桃園縣政府預計需編列超過 1.5 億元,以妥善處理該場址。

環保署依據「土壤及地下水污染整治法」授權徵收相關事業,累積有數十

億元之土壤及地下水污染整治基金,而經環保署調查及公告為控制場址有

572 處及整治場址有 7 處 [...
處理後,土壤中有機污染物之去除效率比較,並針對熱處理設備及相關附

屬設施操作費用(如燃料、水、電等)之經濟效益分析。

 本研究係透過台灣桃園地區污染場址經過一段長時間的實場整治工作

之相關記錄、數據…等,一方面探討熱處理設備選用時之時間、...
第二章 文獻回顧


  經由文獻、報告得知土壤污染種類如工業廢水、畜牧廢水、化學肥料…

等,再探討有機物在土壤中的行為如吸附機制、脫附機制。土壤特性中影

響熱脫附應用的主要物理特性有:顆粒大小、分佈、含水量…等。土壤污

染整治技術如萃取...
川及海域達 65 公頃;近年來高雄煉油總廠東門地區及苓雅寮輸油站漏油

事件;台灣地區目前計有 15 座加油站油槽漏油 [環保署土壤及及地下水整

治基金會,2006]污染附近土壤等。

   由上述污染事件可見,全國土壤已遭污染蠶食,如再不有...
野生動物體,造成疾病等不良影響。

 7.豬糞尿為高濃度的有機廢水,一旦進入土壤,一兩天內土壤氧氣就

  被消耗殆盡,植物根部則因缺氧而易枯死。

 8.以豬糞尿為肥料,施肥超量會使土壤的 pH 值值升高,導電度增高,

  交換性鉀及可抽取...
水來源的安全,甚或影響飲用者之身體健康。



2.2 土壤吸附行為

1.吸附(Sorption)

   包括了吸附(Adsorption)與吸收(Absorption)兩種定義,其中吸附

是指有機物分子集中在固、液、氣等不同相的邊界上,...
的表層帶有局部的負電。這些帶有負電荷的表面通常都暴露在孔隙空間

中,故帶有正電荷的陽離子化合物會直接吸著在其表面之上,在其擴散層

中也會抓住其他帶電荷的離子[Brown; Anderson,1983]。若污染物帶有極

性,則可能會貫穿微弱...
(離子性-正電性、酸性或鹼性,非離子性-含氯碳氫化合物、含磷有機化

合物、苯胺、酯類)。由於土壤中的溶劑介質是水,因此當有機物擴散作

用往吸附端移動時必須與具有極性的水分子競爭吸附 在此過程中水的 pH
                  ...
%、氣提法(air stripping)佔 9%、土壤清洗法佔 9%、化學氧化法佔 5%等,

茲分述如下。



2.3.1 土壤蒸氣萃取法

   萃取法主要作用在於透過污染物與萃取物與萃取劑間的交互結合而自

土壤中一併分離出,達到處理之...
2.3.3 土壤清洗法

  受污染土壤由萃取原理將其中污染物「洗去」
                     ,處理方式是將水或其他

親水性溶液注入污染區內作用,再抽出受污染之淋出液至地面處理系統處

理,如此循環淋洗,直至污染物濃度達到...
應用於許多生物難分解之污染物。化學氧化法則在現地復育處理上具有下

列優點:


  1. 適用於各種污染土壤(例如:低滲透性的淤泥、黏土等)。


  2. 整治污染種類廣泛(例如:重金屬、有機污染物、輻射核種及具毒性

     陰離子等)...
熱處理。

(2)間接熱傳(例如傳導)的熱處理。

2.若以各種不同加熱類型,可區分如下:

(1)焚化及熔融:焚化及熔融須供應過量空氣及耗用較高能源,處理含

  氯有機化合物時,易因操作條件控制不當,尾端排氣產生戴奧辛問

  題,此處理技...
物處理系統。熱脫附器是一種加熱土壤至足夠溫度的單元,並從加熱

室中以廢氣形態移除揮發性有機污染物,而輸送有機污染物之廢氣可

能是空氣、氮氣和燃燒氣體或其他惰性氣體。熱脫附是屬於物理分離

之程序,雖然化學轉變會發生,但與有機物的熱穩定性和操...
- 19 -
轉速率等有關。直接加熱型熱脫附設備之總土壤停留時間,通常是少
固體在熱脫附器內的停留時間與設備的物理結構、土壤運送機制的旋
                                                     ...
於 10 分鐘;非直接加熱型設備之處理時間需 30~90 分鐘。



表 2-2 中高溫熱脫附優、缺點比較[葉迺群等,2003]


             優    點                          缺        ...
排氣體體積之 2~10 倍多。

  Ⅱ.污染物特性(Contaminant Charteristics)。

  土壤所含污染物的特性如蒸氣壓、污染物之濃度等,這些因素將影響

  污染物由土壤內部脫附至土壤表面之速率。

 (a)蒸氣壓

...
依 USCS(Unified Soil Classification System)分類標準,粗粒土壤,

 例如:砂粒和礫粒,是指大於 50%的土壤留於 75mm 篩網上。細粒

 土壤,例如:砏粒和粘粒,是指大於 50%的土壤通過 75mm...
物或硫化物,可在 400℃時被分解成為揮發性產物,或氧化成二氧化

  硫。再藉由過氧焚化於 800~1200℃,揮發性的污染物可完全地被氧

  化。理論上當土壤加熱溫度高於 300℃時,熱分解反應可能會發生,

  而揮發土壤中高極性的有機...
用相對是較高的,但有其處理上之優勢,如熱處理方法可完全破壞化合

物,直接及有效去除污染物殘留。



表 2-4 地下水及土壤污染整治技術比較[林財富,2002]

  技術                 優點               ...
- 25 -
                                物染污除去
         放排能方,理處善妥           以,劑合螯或劑凝
         作再需,水之後洗淋     快度速治整 混入加以,式方理
 ...
處理設備及
2.5 IRS 與 ART 處理設備及原理

  IRS 為 International Recovery Systems Inc.縮寫,ART 為 Automatic

Research Treatment , Inc. 縮寫。兩...
進料器

                                      土壤收集槽

                       網徑      網徑
                      <25mm   <50mm   ...
一、熱脫附單元

(一) 紅外線輻射熱源

鋼製基座下方附有 8 只紅外線加熱管,位於土壤下約 25 公分,以 LPG 為

本處理系統之燃料源。加熱器將排列的加熱管加熱至 593~704℃,於此溫

度下,加熱管發出紅外線光譜範圍之電磁波,該...
5μ 粉塵過濾器
                                                         Coalescing Filter
40μ 粉             熱處理加熱爐              ...
壤持續加熱,水份約在 54~71℃間開始蒸發,當水份完全蒸發後,溫度將

會快速上升到目標溫度,開始目標污染物之脫附,在此一後期溫度上升階

段,脫附之污染物將以氣體方式離開脫附系統並由氣體排放控制系統收

集。


二、氣體排放控制單元功能介...
活性碳濾床鋪設約 1,000 公斤的活性碳,來自濕式洗滌塔的氣流進入活性

碳吸附單元,以吸附空氣中殘餘之有機化合物,為維護活性碳之功能,活

性碳預計每月更換一次。




表 2-6   IRS 批次式熱處理設備規格


         ...
三、主處理程序抽風機

氣流離開活性碳吸附單元後進入誘引抽風機,並依據現場狀況分為兩股送

至不同方向,主要之一股送至排放煙囪,剩餘氣體則再送回熱脫附機底座。


四、IRS 批次式熱處理設備操作方式及操作參數


    經前處理篩選後之土壤...
「第一步驟」
  化學物質揮發包含兩個化學步驟:     ,化學物質之溫度將被

提升至達汽化點。化學物質將初始溫度提升至汽化點溫度所需之能量,因

            「第二步驟」
熱容量及化學物質含量而定;    ,當化學物質到達汽化點...
(一) 氧化器(Oxidizer)


由燃燒室抽出之廢氣,在氧化器系統內加熱至 704℃(1300℉)
                               ,將有機物

及農藥污染物分解。


(二) 冷卻槽(Quench)


經...
P
           L
                                                      Make              L
                                 ...
表 2-7   ART 連續式熱處理設備規格


         系統佔地大小                9.14m × 24.38m


          爐床尺寸            13.7 m × 1.51 m × 1.9m
...
照 4.2.2 節)
         ,完成加熱程序後,輸送帶運至小卡車上,載運至暫存區降至

                  ,以每 100 m3 採一個樣品,累
室溫,於隔日早上依「全廠土壤整治計畫」

積 10 個樣品加採一個分樣樣...
第三章 研究方法及步驟


  藉由從污染區域之相關背景資料收集如地質、水文,及場址背景資料

如以往所生產各種可能原料、製程、產品(農藥、環境衛生用藥、特用化

學藥品)等,再藉實地採樣工作,對污染場址內土壤之污染型態、污染概

況加以了解,...
之楊梅背斜,主要由青灰或灰色之砂岩、粉砂岩、泥岩、頁岩和薄層礫石

組成,總厚度可達 1,000 公尺左右。

(2)店子湖層

  店子湖層中礫石層與上覆之紅土層間為漸次移變關係,即下部為未受

紅土化作用之礫石層,其上方漸變為黃棕色粘土,其...
溝,再排入屬於社子溪流域之支流頭重溪。而社子溪為桃園縣之主要河

川,發源於店子湖台地北端之矮坪仔附近,急流向北,進入頭重溪至月眉

山下遇楊梅溪,復於楊梅鎮之西與太平山下溪相會,至水尾而成社子溪之

本流。自此流向西北,經永安及笨子港之間而入...
3.1.2 場址污染背景

  本廠於 1977 年設廠生產各種農藥、環境衛生用藥及特用化學藥品,並

陸續增設廠房。至 1997 年因應市場競爭機制結束營業,於 1998 年全面停

止生產。主要污染說明-生產製造農藥及環境衛生用藥,曾生產及...
- 42 -
苯甲二及
)             IPN      含 水廢
                        (                        氨液
                         氣廢   ...
3.1.3 污染場址土壤之污染物之種類、型態描述

  本場址之污染土壤之污染物中,經調查採樣之結果,得知以四氯異苯



表 3-2 四氯異苯腈及安殺番之物理、化學性質一覽表

品名                  四氯異苯腈       ...
加處理這些污染物有更深入了解。



3.1.4 場址調查區域及污染概況

  污染場址經地球物理探測後,經大型機具挖掘有極少部份區域有廢棄

物如 K 區、F 區、J 區、E 區及 W 區等,如圖 3-2 所示,因掩埋廢棄物之



表 3-...
有掩埋廢
                  廢棄物


                                       L8
          k
      L            J
                  ...
將襯管置於外鑽桿(中空鑽桿)內,以液壓動力直接壓入方式將鑽桿由

  地表處下推,以外鑽桿前端切口切削土層,並使土層在不受擾動狀況

  下,進入襯管。

 b 將襯管自外鑽桿取出,編註採樣編號,完成第一層採樣。

  將內鑽桿裝上鑽頭再置入外...
至地表。

1. 樣品編號原則

  樣品編號依場址採樣分區及採樣點編號而定。例如,E 區內編號一號

採樣點之第一層土樣,即編為 E-01(0~150)。其中, E-01 代表 E 區第一個

採樣點;(0~150)代表採樣層深度,於此類推。...
水裝入樣品容器密封,攜至採樣現場,於採樣時啟開樣品容器封蓋至採樣

完成時蓋上,再與樣品一併送回實驗室分析,以研判採樣過程之污染情

形。本計畫將於採集土壤樣品當天,準備一件野外空白樣品送交實驗室檢

測。

3. 運送樣品品管

  現場作業...
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  1. 1. 國 立 中 央 大 學 環 境 工 程 研 究 所 碩 士 在 職 專 班 論 文 受有機污染之土壤以熱脫附 處理效益之評估研究 研 究 生:陳明星 指導教授:秦靜如 博士 中 華 民 國 九 十 五 年 七 月 -I-
  2. 2. 國立中央大學圖書館 碩博士論文電子檔授權書 碩博士論文電子檔授權書 (95 7 版正修新最月 年 ) 本授權書所授權之論文全文電子檔(不包含紙本、詳備註 1 說明),為本人 於國立中央大學,撰寫之碩/博士學位論文。(以下請擇一勾選) ( )同意 (立即開放) )同意 ( )同意 (一年後開放),原因是: )同意 ( ˇ)同意 (二年後開放),原因是: 場址仍於管制中 ( )不同意 )不同意,原因是: 不同意 以非專屬、無償授權國立中央大學圖書館與國家圖書館,基於推動「資源 共享、互惠合作」之理念,於回饋社會與學術研究之目的,得不限地域、 時間與次數,以紙本、微縮、光碟及其它各種方法將上列論文收錄、重製、 公開陳列、與發行,或再授權他人以各種方法重製與利用,並得將數位化 之上列論文與論文電子檔以上載網路方式,提供讀者基於個人非營利性質 之線上檢索、閱覽、下載或列印。 研究生簽名: 陳明星 學號: 93336002 論文名稱: 受有機污染之土壤以熱脫附處理效益之評估研究 指導教授姓名: 秦靜如 博士 ` 系所 : 環境工程研究 所 博士班 ■碩士班 日期:民國 95 年 7 月 24 日 備註: 採 , 定 規 之 款 3 第 條 5 1 第 法 權 作 著 依 分 部 文 論 本 紙 , 檔 子 電 限 僅 圍 範 權 授 之 書 權 授 本 .1 紙意同不,量考等稿投或利專請申有您如,覽閱架上開公得館書圖意同設預即則原定推 至請書明聲本紙與明說細詳,書明聲填加行另須,列陳架上本 。 載 下 閱 查 mt h . r e p a p / wt. u d e . u c n. b il. si s e ht //: ptt h 權授之內檔子電文全(頁次之後面封文論本紙各於訂裝,後名簽筆親並寫填請書權授本 .2 筆親 筆親 筆親 。 替代 字打腦 電用可 ,名簽書 ) 寄轉代一統以(館書圖交時校離理辦於,後名簽筆親並寫填,書權授之張單份一印加請 .3 。 館書 圖家國給 ) 關相法權作著依應,文論列上印列或載下、覽閱、索檢上線之質性利營非人個於基者讀 .4 。 理辦定規 II
  3. 3. 摘 要 鑑於國內土壤污染事件接二連三發生,國內處理技術仍未成熟, 因此本研究之主要目的故必須仰賴國外技術之引入較先進的處理技 術,供國內污染整治之用。為進一步了解本場址之污染物特性等資 料,由相關場址背景資料如以往所生產各種原料、製程、產品(農藥、 環境衛生用藥等)等,再藉實地採樣工作,以增加判斷污染物種類、 污染物型態等。再透過熱脫附設備的關鍵因素如設備操作因素(土壤 處理溫度、處理時間、加熱方式等)、污染物特性(蒸氣壓、污染物 之濃度(如四氯異苯腈)等)等,其對污染土壤處理之去除率影響作 相關探討,有助於處理經驗之傳承。再經由探討熱脫附設備處理相關 費用(如水、電、燃料等)及處理土壤數量間之經濟效益分析,並與 美國相關研究報告之處理相關費用比較,得知國內熱脫附設備處理經 濟之可行性,以期將來能提供類似場址處理經驗之傳承,以建立更符 合經濟效益之土壤整治處理模式。 再經由探討熱脫附設備處理相關費用(如水、電、燃料等)及處 理土壤數量間之經濟效益分析,並與美國相關研究報告之處理相關費 用所佔百分比相比較,得知國內熱脫附設備處理經濟之可行性,以期 將來能提供類似場址處理經驗之傳承,以建立更符合經濟效益之土壤 III
  4. 4. 整治處理模式。 關鍵字: 脫附、四氯異苯腈、 關鍵字:熱脫附、四氯異苯腈、有機污染物 IV
  5. 5. Abstract The purpose of this research mainly lies on the continuous events of soil pollutions; because of the immaturity of processing techniques, we have to rely on the imported advanced ones to improve the internal pollutions. From the relevant references, we have involved in studying the behaviors of the organic pollutions in soil such as absorption, desorption. In order to get further understanding of the data like the characteristics of the pollution of the specific locale, we not only analyze the background of the specific locale, for example, the ingredients, the processing, the products and so on, but also take sampling to promote effective assessments of the kinds and types of the pollution. There are numerous American soil improvement techniques such as Soil Vapor Extraction method、Soil Flushing method、 Chemical Oxidize method、Bioremediation method、Heater Reactions method, and we have screened the range, limitation and strength and weakness of all methods and through examining V
  6. 6. the key factors of the thermal-desorption equipments(soil processing temperature, processing time, types of heating and so on), the natures of soil(vaporization pressure, concentrations of pollution species and so on) and the characteristic of soil(sizes of particle, water content, the humic content and so on), we do study about the removal processing efficiency of polluted soil; we believe it is very helpful for passing the experience down. By the investigation of the expense for thermal-desorption processing like the cost of water, electricity, fuel and the like, by the analysis of economic profit among polluted soil processing cases as well as by comparison with the related reports of the United States, we can look forward to the plausibility of internal thermal-desorption and at the same time, we also expect that it would provide analogic experience to build up the more economic and efficient methods for soil renovation. Key word:Thermal Desorption, Tetrachloroisophthalonitrile (TCIPN), organic pollutions TCIPN) VI
  7. 7. 誌 謝 在一次偶然的機緣之下,讓已投入職場多年的我,能夠有機會得 以重拾課本,再次體驗學生生活。由於是在職進修之故,工作與學業 的壓力,曾使我一度難以同時兼顧,還好在學校師長與公司主管的體 諒之下,使我能夠順利度過這兩年攻讀研究所的時光。 首先感謝指導教授秦靜如老師對我在論文研究上的耐心指導,其 次要感謝口試委員李錦地教授、黃光輝老師以及康世芳老師給予我許 多寶貴的意見,使我的論文能更臻完整。 在求學期間承蒙志忠、范姜、琬淇學長姊及研究室每位成員的指 導與協助,還有幾位並肩努力的同窗好友(昭龍、琮貴、沛青、崇聖) 彼此鼓勵與扶持,在此一併表達感謝之意。 最後要感謝公司與在進行整治工作時之夥伴(林主任、吳小姐 等),在我求學期間所提供資料、經驗上的協助與支持,還有我的家 人在這段時間的包容與鼓勵,特別是我的妻子慧如,因為妳的無怨無 悔,全心照顧一對可愛的女兒(宜伶、品妘),方能使我在毫無後顧 之憂的情形下,全心投入於工作與學業,謝謝妳。 要感謝的人還有很多,謹將此論文獻給所有曾經幫助過我的人。 陳明星 謹識於國立中央大學環境工程研究所 2006 年 7 月 VII
  8. 8. 目 錄 目 次…………………………………………………………………頁次 目 錄…………………………………………………………………Ⅰ 圖目錄…………………………………………………………………Ⅳ 表目錄…………………………………………………………………Ⅵ 附錄目錄………………………………………………………………Ⅷ 第一章 前言 1.1 研究緣起……………………………………………………………5 1.2 研究目的與內容……………………………………………………6 第二章 文獻回顧 2.1 土壤污染種類………………………………………………………8 2.2 土壤吸附行為………………………………………………………11 2.3 土壤污染整治技術…………………………………………………13 2.3.1 土壤蒸氣萃取法…………………………………………………13 2.3.2 氣提法……………………………………………………………14 2.3.3 土壤清洗法………………………………………………………15 2.3.4 化學氧化法………………………………………………………15 2.3.5.生物降解法……………………………………………………16 I
  9. 9. 2.3.6 熱處理法…………………………… …………………………16 2.4 各種土壤污染整治技術所需經費之比較…………………………23 2.5 IRS 與 ART 處理設備及原理………………………………………26 2.5.1 熱處理設備之前處理設施………………………………………26 2.5.2 IRS 批次式熱處理系統……………………… …… …………26 2.5.3 ART 連續式熱處理系統…………………………… …………32 第三章 研究方法及步驟 3.1 研究區域之相關背景資料收集……………………………………38 3.1.1 污染場址水文地質資料…………………………………………38 3.1.2 場址污染背景……………………………………………………41 3.1.3 污染場址土壤之污染物之種類、型態描述……………………43 3.1.4 場址調查區域及污染概況………………………………………44 3.2 污染土壤調查採樣方法……………………………………………45 3.3 污染場址整治方式及步驟…………………………………………52 3.3.1 污染場址整治方式………………………………………………52 3.3.2 污染場址整治步驟………………………………………………52 第四章 結果與討論 4.1 土壤污染物調查情形………………………………………………54 4.2 處理設備操作參數之選定…………………………………………56 II
  10. 10. 4.2.1 IRS 熱處理設備之測試…………………………………………56 4.2.2 ART 熱處理設備之操作參數……………………………………58 4.3 土壤處理合格率……………………………………………………63 4.3.1 熱處理設備特性對土壤處理合格率之影響……………………63 4.3.2 污染物特性對土壤處理合格率之影響…………………………76 4.3.3 土壤特性對土壤處理合格率之影響……………………………77 4.4 處理經濟效益………………………………………………………79 4.4.1 處理設備加熱源之經濟性分析…………………………………79 4.4.2 處理設備之 LPG 使用量與土壤處理量分析……………………80 4.4.3 處理設備之 LPG 使用與用水、用電費用分析…………………81 4.4.4 能源費用估算……………………………………………………82 第五章 結論與建議 5.1 結論…………………………………………………………………86 5.2 建議…………………………………………………………………87 參考文獻………………………………………………………………89 III
  11. 11. 圖 目 錄 圖 2-1 前處理篩分設施圖………………………………………… 27 圖 2-2 IRS 批次式熱處理設備示意圖…………………………… 29 圖 2-3 ART 連續式熱處理系統設備示意圖……………………… 35 圖 3-1 桃園縣區域地下水流向示意圖…………………………… 40 圖 3-2 本場址污染土壤分佈位置示意…………………………… 45 圖 4-1 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-K 區………65 圖 4-2 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-L 區………66 圖 4-3 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-L8 區………66 圖 4-4 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-J 區………67 圖 4-5 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-F 區………67 圖 4-6 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-E 區………68 圖 4-7 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-T 區………68 圖 4-8 IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-W 區………69 圖 4-9 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-K 區………71 圖 4-10 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-L 區………71 圖 4-11 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-L8 區………72 圖 4-12 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-J 區………72 IV
  12. 12. 圖 4-13 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-F 區………73 圖 4-14 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-E 區………73 圖 4-15 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-T 區………74 圖 4-16 ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計-W 區………74 圖 4-17 處理設備對含高濃度四氯異苯腈區域之土壤處理合格率比 較………………………………………………………………………75 圖 4-18 ART 設備處理土壤濃度與合格率之比較…………………78 圖 4-19 IRS 設備處理土壤濃度與合格率之比較…………………79 圖 4-20 土壤處理量與 LPG 使用量之分析…………………………81 V
  13. 13. 表 目 錄 表 1-1 1989 年 2 月前廢棄掩埋場復原方法統計……………………2 表 1-2 受污染土壤處理方法之評估…………………………………3 表 2-1 低溫熱脫附優 缺點比較……………………………………19 、 表 2-2 中高溫熱脫附優 缺點比較…………………………………20 、 表 2-3 影響低溫熱脫附系統適用之關鍵因子……………………21 表 2-4 地下水及土壤污染整治技術比較…………………………24 表 2-5 幾種土壤整治技術之優 缺點與其整治費用………………25 、 表 2-6 IRS 批次式熱處理設備規格………………………………31 表 2-7 ART 連續式熱處理設備規格………………………………36 表 3-1 場址相關污染物一覽表……………………………………41 表 3-2 四氯異苯腈及安殺番之物理、化學性質一覽表…………43 表 3-3 污染土壤體積及濃度範圍統計……………………………44 表 3-4 土壤檢測項目樣品需要量與保存方法……………………48 表 3-5 土壤檢測樣品數量 項目及執行公司………………………49 、 表 3-6 有機分析品管樣品數據品保目標…………………………50 表 3-7 土壤檢測方法及方法偵測極限……………………………51 表 4-1 各區域目標污染物(四氯異苯腈)平均濃度值……………55 VI
  14. 14. 表 4-2 本場址土壤整治標準值……………………………………59 表 4-3 IRS 處理設備土壤測試結果………………………………60 表 4-4 ART 處理設備土壤測試結果………………………………63 表 4-5 IRS 與 ART 熱脫附設備土壤處理合格率比較……………76 表 4-6 理論推算土壤定溫加熱總電量費用………………………80 表 4-7 熱處理設備之土壤處理量、能源費用(燃料、水、電) 統計……………………………………………………………………82 表 4-8 本研究場址之處理系統操作成本分析………………………83 表 4-9 低溫熱脫附處理系統操作成本分析………………………85 VII
  15. 15. 附 錄 目 錄 附錄 A 91 年各區域經採樣調查結果(四氯異苯腈) 表1 91 年 F 區統計…………………………………………………93 表2 91 年 E 區統計…………………………………………………93 表3 91 年 J 區統計…………………………………………………94 表4 87 年 K 區統計…………………………………………………95 表5 91 年 L8 區統計…………………………………………………96 表6 91 年 T 區統計…………………………………………………97 表7 91 年 L 區統計…………………………………………………97 表8 91 年 W 區統計…………………………………………………98 表9 93 年 F 區統計…………………………………………………99 表 10 93 年 E 區統計………………………………………………100 表 11 93 年 J 區統計………………………………………………101 表 12 91 年 L8 區統計…………………………… ………………102 VIII
  16. 16. 附錄 B IRS 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計 表 1-1~1-15 濃度統計……………………………………………103 附錄 C ART 熱處理設備處理後四氯異苯腈濃度統計 表 1-1~1-11 濃度統計……………………………………………118 附錄 D 液化石油汽 LPG 使用量統計 表 1-1~1-13 使用量統計…………………………………………129 IX
  17. 17. 第一章 前言 土壤污染是整體環境問題重要的一環,與飲用水、工業廢水、農藥、 毒性物質、危害性廢棄物等問題息息相關,受污染土壤之處理(Treatment) 及整治(Remediation)技術已廣受歐美先進國家之重視[阮國棟等,1990]。 在各種不同的土壤復原工程,所遭遇到的兩個主要問題為: (1)適合的技 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。美國環保署為推動新穎土壤污染整治技術之發展於 1986 年運用 了超級基金(Superfund)成立了"Superfund Innovative Technology Evaluation Program"(簡稱 SITE Program ) ,以及相關處理技術評估能力[張乃斌, (1)物理化學處理 1992]。基本上,土壤污染處理方法可分為下列幾大類: 技術(例如:土壤清洗、真空萃取、氧化、離子交換….等)(2)熱處理 , 技術(例如:焚化、熱解….等) (3)生物處理技術(例如:喜氣生物處理、 厭氣生物處理、酵素分解….等)(4)固化/穩定化技術(例如:水泥固化、 , 石灰/矽酸鹽固化、玻璃化….等) 。根據美國對於各種土壤污染處理技術的 評估報告顯示,未來的趨勢是以採熱處理技術與固化/穩定化技術為主,如 表 1-1、如表 1-2 所示。 1992 年為止,在美國加州地區至少有 57 個污染場址,係採用熱處理 技術整治完成,而正進行整治中或已簽約準備進行整治中之土壤處理量共 達 214 約萬公噸[Donaldson, et al.,1992];光是由於地下儲槽與其他來源所 造成之油品污染場址中,就有 40~60 個屬於以熱處理設備(包括移動式與 -1-
  18. 18. 固定 表 1-1 1989 年 2 月前廢棄掩埋場復原方法統計[Schofield,1988] 技 術 數 目 佔總數之% 1.熱破壞 22 27.8 2.固化/穩定/中和 18 22.8 3.蒸發/氣滌 7 8.9 4.以水沖洗 7 8.9 5.生物處理真空抽氣 6 7.5 6.真空抽氣 10 12.7 7.其他 9 11.4 合 計 79 100.0 式)進行整治工作。鑑於有害性物質和廢棄物,已使許多地區土壤及地下 水遭受嚴重污染,美國遂於 1980 年間公布了全面環境應變賠償及責任歸 屬方案(Comprehensive Environmental Response, Compensation and Liability ,或稱為超級基金(Superfund)法案,並正式展開了土 Act; CERCLA) 壤污染整治工作項目。 -2-
  19. 19. -3- )ssecorp ro tnemnorivne ot stceffe esrevda yllaitnetoP(境環於害有能可:X )evitceffe detcepxe oN(效無:C )snoita utis niatrec ni evitceffe yllaitnetoP(效有能可:B ) evitceffe detartsnomeD(效有實證經:A C X B A X 屬金性發揮 11. C C B A X 屬金性發揮非 10. 物 B A B C A 機有性極之素鹵含不他其 9. C A B C A ) (烴香芳環多 PNA 8. 烴香芳 A A A X A 環單及烴環雜之素鹵含不 7. C A B C A 物機有之化硝 6. C A B C C 酮、酯、醚、烴烷環素鹵含 5. A A B X A 烴肪脂素鹵含 4. 烴香芳性極 B A B C B 及醇硫 胺 , Phenols, 之素鹵含 3. 物驅前其及 snaruF C A B C B 、snixoiD、s 之素鹵含 PCB 2. B A B C B 烴香芳素鹵含之性極非 1. 附脫熱溫低 壞破熱 取萃劑溶 化固 育復物生 污 染 物 處 理 方 法 受污染土壤處理方法之評估[ Offutt; Yezzi ,1988] 表 1-2
  20. 20. 國內對土壤污染的防治工作,依時間推展可分為四階段[吳文娟,1993], 茲概述如下: (1)第一階段-概況調查(1982 年): 1982 年行政院衛生署環境保護局成立,該局委託台灣大學、中興大學 等研究機構,以 1,600 公頃為一採樣單位,調查全省 16 縣市耕地土壤中 重金屬含量。 (2)第二階段-細密調查(1987-1990 年): 1982 年行政院環境保護署環境成立,根據第一階段概況調查結果中,被 列為第四級、第五級的地區(依『台灣地區土壤重金屬含量標準與等級 ,共計約 3 餘萬公噸,以 25 或 100 公頃為一採樣 區分表,1992』判定) 單位,進行細密調查。 (3)第三階段調查(1991-1995 年): 本階段持針對有污染可能 63,104 公頃農田進行細密調查,發現有 1,509 公頃農田土壤重金屬達到五級(屬於最嚴重污染) ,為解決此一問題,行 政院於 1991 年核定『台灣地區土壤污染防治工作推動計畫』,但因各級 政府人力、經費不足,致使執行成效不彰。 (4)第四階段調查(1996 年-至今): 由於土壤污染防治工作推動計畫執行成效不彰,因此為落實土壤污染防治 工作,環保署於 1996 年除了制定『台灣地區土壤污染防治方案』 ,並編列 6 年 11 億元經費,以建立土壤品質監測系統、管制污染源等;並於 1991 -4-
  21. 21. 年制定『土壤污染防治法』草案,送立法院審議,於 2003 年 02 月經立法 院通過及總統公布「土壤及地下水污染整治法」 ,其第一條明顯揭示”為預 防及整治土壤及地下水污染,確保土地及地下水資源永續利用,改善生活 環境,增進國民健康”。 因此當前對於可能產生污染或是已經有污染發生的場址,依法必須有 預防計畫或整治計畫之擬定及執行。根據國外經驗[張添晉等,1993],面 對日益複雜的環保課題及嚴峻的規範,攸關環境工程、整治技術及矯正作 為成敗的影響因素中,現今及未來都將以是否成功整合相關科學、專業技 術與實務經驗為最重要的環節。 1.1 研究緣起 自從國內幾個土壤及地下水污染嚴重之污染廠址如台南市中石化安順 廠戴奧辛污染案、中國石油公司高雄煉油廠 P-37 油槽區土壤及地下水污染 案等被公告後,社會大眾對於環境污染程度感覺憂心忡忡,更凸顯妥善處 理土壤污染問題的重要性。 由於土壤遭受污染後,除了整治前之土壤調查工作外,主要之整治工 作需要較高層次之土壤污染整治技術,因台灣沒有這些整治技術,必須仰 賴國外引進處理技術、設備,甚至額外支付專利費用。以台南市中石化安 順廠戴奧辛污染案為例,環保署預計編列 13 億元(http://udn.com/search) [公視新聞網,2005.07.12],來補償受害人,後續整治費用可能高達幾十億 元;以桃園縣農田水利會之楊梅地區遭不肖業者棄置銅污泥一案,桃園縣 -5-
  22. 22. 農田水利會及桃園縣政府預計需編列超過 1.5 億元,以妥善處理該場址。 環保署依據「土壤及地下水污染整治法」授權徵收相關事業,累積有數十 億元之土壤及地下水污染整治基金,而經環保署調查及公告為控制場址有 572 處及整治場址有 7 處 [環保署土壤及及地下水整治基金會,2006],如 何將有限之土壤及地下水污染整治基金發揮最大之效用,有賴於整治場址 時選用符合經濟性、有效之處理技術或設備,故本研究探討處理技術或設 備之經濟重要性。 根據環保署環保教育參考資訊 [環保署,2006],全國土壤因廢水導致 之污染約占 80%,因空氣落塵造成之污染約占 13%,其餘廢棄物、農藥、 肥料、酸雨等之污染,對土壤均造成衝擊。綜合以上所述,歸類土壤污染 源如下:1.工業廢水、廢污泥或其他固體、液態廢棄物。2.農藥及肥料。 3.畜殖業廢棄物。4.都市污水及垃圾。5.廢氣、落塵及酸雨。 受有機污染之土壤雖僅佔全國土壤污染約占 7%以下,然因有機污染 在土壤中具殘留、穩定性,其流進土壤中的有機污染,經由食物生物鏈濃 縮而進入人體、畜產及野生動物體,造成疾病等不良影響,甚至土壤中有 機污染經傳輸影響到地下的水質,間接可能造成地下水的污染。 1.2 研究目的與內容 本研究的主要目的是以實場一年多來的整治分析數據,來探討受有機 污染土壤場址以熱脫附處理之成效、經濟效益等之可行性。研究內容係針 對受有機污染物之污染土壤利用熱脫附處理,探討經不同兩組熱處理設備 -6-
  23. 23. 處理後,土壤中有機污染物之去除效率比較,並針對熱處理設備及相關附 屬設施操作費用(如燃料、水、電等)之經濟效益分析。 本研究係透過台灣桃園地區污染場址經過一段長時間的實場整治工作 之相關記錄、數據…等,一方面探討熱處理設備選用時之時間、空間等之 限制,及該設備與其他設備之限制、功能等優劣比較,一方面藉由資料文 獻收集、比較,綜合評估熱處理設備對土壤污染移除能力,並配合實際處 理情形之經濟成本考量,探討受有機污染土壤場址以熱脫附處理之成效、 經濟效益等之可行性,期能提供未來有類似場址處理時之整治經驗傳承, 並期能建立更有經濟效益之處理模式。 -7-
  24. 24. 第二章 文獻回顧 經由文獻、報告得知土壤污染種類如工業廢水、畜牧廢水、化學肥料… 等,再探討有機物在土壤中的行為如吸附機制、脫附機制。土壤特性中影 響熱脫附應用的主要物理特性有:顆粒大小、分佈、含水量…等。土壤污 染整治技術如萃取法、氣提法、土壤沖洗、化學氧化、生物法、熱處理法。 分述影響熱脫附系統的關鍵因素如設備操作因素、污染物特性、土壤特 性。再介紹場址處理土壤設備如處理設備原理、單元、流程等。 2.1 土壤有機污染現況回顧 何謂「有機污染物」,依金氏定義「有機污染物」,其依照有機化合物 來源、結構、物理及化學性質不同來作區分[金相燦,1998],以來源分類 為例,可分為以下幾類: 第一類:石油和煤油的碳氫化合物(烷烴、環烷烴、芳香族等) 。 第二類:合成有機物多環芳香族碳氫化合物(鹵代烴、鄰苯二甲酸酯、界 面活性劑等) 。 第三類:城市廢棄物(污泥、三氯甲烷、磷酸鹽)。 台灣於 1994 年 06 月美國無線電公司(RCA)桃園廠的土壤及地下水, 因廢溶劑處置不當而遭受污染,環保署為此案成立專案小組,監督整治工 作;1994 年年底高雄縣大樹鄉一處山坡地,遭人棄置工業廢液;1997 年 4 月中油公司在桃園縣蘆竹鄉的輸油管破裂,致洩漏燃料油,污染農田、河 -8-
  25. 25. 川及海域達 65 公頃;近年來高雄煉油總廠東門地區及苓雅寮輸油站漏油 事件;台灣地區目前計有 15 座加油站油槽漏油 [環保署土壤及及地下水整 治基金會,2006]污染附近土壤等。 由上述污染事件可見,全國土壤已遭污染蠶食,如再不有效遏止污染 源,將嚴重威脅我們賴以生存的基地。由環保署環保教育參考資訊 (http://www.epa.gov.tw/b/b0100.asp)[環保署,2006],全國農田土壤中, 重金屬含量較高地區約有五萬公頃,占調查面積 5.7%,亟需我們正視土壤 污染的問題,加強污染防治的工作,以遏止土壤品質的持續惡化。 綜觀國內土壤遭受污染之種類大致可區分為: 1.工業廢水中所含的鉛、鎘之重金屬沉積在土壤中,對作物有加成作 用,增加對稻作危害的程度。並經食物鏈進入人體,累積到一定限 量後,就會產生中毒現象。 2.塑膠、石化、紙廠、電鍍、染整、製革、食品、肥料等工廠的廢水, 會增高農田的水溶性鹽分,增加導電度。 3.食品、酵母製造工廠的廢水,會造成土壤缺氧現象,影響作物產量。 4.鋼鐵、砂石、煤礦廠廢水皆含有極高的懸固體,超量時會使土壤造 成缺氧現象,並降低土壤對水及空氣的通透性,使作物生長受阻。 5.使用被污染的水灌溉,會增加土壤中有機質和鉀,有效性磷降低, pH 值降低,含氮量大增,使稻作徒長、倒伏,結實不佳,多病蟲害 和米粒中的鎘含量增高。 6.流進土壤中的含砷農藥,經由食物生物鏈濃縮而進入人體、畜產及 -9-
  26. 26. 野生動物體,造成疾病等不良影響。 7.豬糞尿為高濃度的有機廢水,一旦進入土壤,一兩天內土壤氧氣就 被消耗殆盡,植物根部則因缺氧而易枯死。 8.以豬糞尿為肥料,施肥超量會使土壤的 pH 值值升高,導電度增高, 交換性鉀及可抽取性鋅和錳增加,有機物不完全分解而產生有毒物 質,導致產量的降低。 9.土壤中的毒性物質(如多氯聯苯、戴奧辛…等)通常都屬化學工業 廢棄物,這些物質如無適當的處理或回收就排到環境中,將危害生 物生存,引起公害。 10.肥料大部分為無機鹽類,可溶於土壤中,使用化學肥料過多會造成 土壤酸化,並影響到農作物的生長。鹽分的施用過多含氯肥料,將 導致重金屬有效性增加。 11.汽車使用含鉛汽油,其排放之廢氣中含有鉛化合物,經雨水洗刷沉 積於土壤中,造成鉛污染,再經由食物鏈輾轉進入人體。 12.使用含汞的農業殺蟲劑,進入土壤後為稻米所吸收、累積,最後為 人所食用。 13.酸雨使土壤酸化、礦物質流失,影響作物之生長。 14.土壤中污染物經傳輸影響到地下的水質,間接可能造成飲用水的污 染。 土壤遭受上述污染源污染後,不僅土壤品質惡化、根著其上的作物, 食用作物的生物亦受波及,甚至影響到地下水源的品質,威脅到國人飲用 - 10 -
  27. 27. 水來源的安全,甚或影響飲用者之身體健康。 2.2 土壤吸附行為 1.吸附(Sorption) 包括了吸附(Adsorption)與吸收(Absorption)兩種定義,其中吸附 是指有機物分子集中在固、液、氣等不同相的邊界上,而吸收則是指有機 物從一相轉移至另一相中,吸附的過程可由各種機制來驅動[Chiou et 、氫鍵、離子交換、偶極鍵(通 al.,1986],其中包括物理吸附(如凡得瓦力) 常發生在與黏土表面金屬離子鍵結的偶極非離子有機物,此種鍵結通常較 離子交換鍵結更強有力) ,污染物與土壤顆粒的化學鍵結,以及疏水吸附。 疏水吸附發生的原因是由於低水溶性的有機物,具有往土壤中天然有機物 分佈的趨勢,此時土壤中的有機物扮演溶劑相的角色[Karickhoff, et al.,1979],此種疏水吸附的機制對土壤中非離子有機物的吸附而言是非常 重要的,且此種機制顯然與土壤中有機質含量多寡、有機物水溶性、辛烷 /水分佈係數有關[Southworth; Keller,1986]。有機物在土壤表面的吸附可 經由上述任何一種機制發生。 2.黏土礦物與有機物的吸附機制 有機污染物若存在於土壤中,將會吸附在各種介質表面上,這些介質 主要包括黏土礦物、固有的有機質,偶而吸附在非晶形的金屬氫氧化物表 層,黏土礦物是種具有二或三層矽四面體、八面體結構的矽化物。基面主 要包含氫氧根離子及氧原子,中心原子則為矽或鋁離子,因此,黏土礦物 - 11 -
  28. 28. 的表層帶有局部的負電。這些帶有負電荷的表面通常都暴露在孔隙空間 中,故帶有正電荷的陽離子化合物會直接吸著在其表面之上,在其擴散層 中也會抓住其他帶電荷的離子[Brown; Anderson,1983]。若污染物帶有極 性,則可能會貫穿微弱鍵結的黏土礦分子層,直接吸附在土壤分子表面。 有機物在黏土礦物表面的吸附會影響黏土礦分子擴散層的厚度 [Daniel ,1987],此將影響黏土礦物的物理性質[Bodwers; Daniel,1987], 包括其水力性質及吸附和脫附的速率。與土壤中固有有機物、非晶形物質 的吸附作用,和 pH 的變化有很大的關係[Roberts, et al.,1982]。疏水性的 有機物,以含氯碳氫化合物而言,亦會吸附在其表面。 3.吸附的質傳機制 吸附是一種重要的質傳機制,有機物的吸附與蒸氣壓的平衡決定其在 各相中存在的量。若只與土壤中的擴散機制比較,吸附作用在質傳作用中 顯然佔了相當大的影響力[Mayer et al.,1982]。根據 Roberts 研究,吸附作用 會減緩有機污染物在土壤液相中的機械擾動與傳輸速率;Mayer 發現若以 生物降解來處理受除草劑污染的土壤時,土壤中的有機質含量將嚴重抑制 除草劑的生物降解,這是因為除草劑吸附在黏土礦物的顆粒上,降低其受 微生物攻擊利用的機率,吸附在介質上的物質已無法為微生物所利用,且 其降解速率亦依其所存在之相而變化。 4.影響有機物吸附過程的因素 影響有機物吸附過程的因素很多,包括土壤本身的特性、有機物本身 的特性,以及溶劑介質本身的特性。有機物本身最重要的特性為其離子性 - 12 -
  29. 29. (離子性-正電性、酸性或鹼性,非離子性-含氯碳氫化合物、含磷有機化 合物、苯胺、酯類)。由於土壤中的溶劑介質是水,因此當有機物擴散作 用往吸附端移動時必須與具有極性的水分子競爭吸附 在此過程中水的 pH , 值具有相當重要的影響。酸性有機化合物在高 pH 值下並不會吸附在黏土 表面,因為黏土表面均帶負電荷,然在低 pH 值下卻會發生吸附現象,因 為此情形下黏土表面電荷以帶正電較多,鹼性有機化合物在達到 pKa 之情 況下,最容易吸附在黏土礦物的表面,帶正電荷的分子數目會隨著 pH 增 加而減少,因此會降低其吸附率,當金屬陽離子存在於水溶液之中時,氫 離子會經由水解而產生,而氫鍵也會在有機物與黏土礦物表面產生鍵結 [Saltzman; Yariv,1975]。 5.土壤中有機物的脫附機制 萃取的機制主要是經由脫附的程序所導致,其他相關或伴隨的作用還 有許多,例如錯合與氧化作用等。吸附有時並非完全可逆的,然而,脫附 通常遵守 Freundlich 等溫吸附方程式,且吸附係數並非常數。以水作為洗 劑通常可移除大部份吸附在黏土顆粒表面的有機物,但無法移除在黏土分 子層間緊密鍵結的離子有機污染物。 土壤污染整治技術[陳谷汎等,2002] 2.3 土壤污染整治技術 美國環保署在 1996 年針對”超級基金污染場址”整治技術示範計畫進 行統計,針對受有機污染物污染場址採用之整治技術,以熱處理法及土壤 蒸氣萃取法(soil vapor extraction)佔 18%、生物降解法(biodegration)佔 13 - 13 -
  30. 30. %、氣提法(air stripping)佔 9%、土壤清洗法佔 9%、化學氧化法佔 5%等, 茲分述如下。 2.3.1 土壤蒸氣萃取法 萃取法主要作用在於透過污染物與萃取物與萃取劑間的交互結合而自 土壤中一併分離出,達到處理之目的。若以處理萃取劑的不同可分類為土 壤清洗與溶劑萃取兩種茲介紹如下: (1)土壤清洗係採用水溶液、稀酸溶液、界面活性劑溶液與螯合劑(如 EDTA)溶液,適用於處理含非揮發性親水性污染物、親水性污染物 與重金屬土壤。 (2)溶劑萃取係使用有機溶劑,如丙酮、煤油、三乙基銨等,直接自土 壤中萃取污染物,適用於非揮發性疏水性污染物之移除,但土壤需有 前處理。 2.3.2 氣提法 氣提法採用蒸氣或空氣作為土壤污染物移除的媒介,因氣體具較大的 流動性與滲透性,氣提法尤其適用於高揮發性污染物之清理,如以下之物 質: (1)難溶於水的碳氫化合物,例如苯類。 (2)難溶於水的鹵素碳氫化 合物,例如過氯乙烯、三氯乙烯、三氯苯、二氯苯等。 (3)水溶性碳氫化 合物,例如乙醇、異丙醇。 - 14 -
  31. 31. 2.3.3 土壤清洗法 受污染土壤由萃取原理將其中污染物「洗去」 ,處理方式是將水或其他 親水性溶液注入污染區內作用,再抽出受污染之淋出液至地面處理系統處 理,如此循環淋洗,直至污染物濃度達到法定管制標準以下為止。主要沖 洗劑分為溶劑沖洗地下滲出及溶液淋洗三種。常使用之溶劑有:水、酸/ 鹼溶液、螯合劑與其錯合物、界面活性劑及特定氧化劑等。 2.3.4 化學氧化法 化學氧化法係利用專利氧化劑將難分解有機污染物直接氧化為二氧化 碳及水或利用 Fenton 劑(亞鐵離子)於現地直接氧化有機污染物,使有害物 質分解,對於有機污染物處理效果較佳,須留意有機污染物降解後副產物 之毒性或氧化劑殘留毒性。 以 Fenton 法為例,是屬於高等氧化法之一種,主要是利用過渡金屬活 化過氧化氫,產生氫氧自由基,其反應機制如下: 1. H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH- + •OH 2. •OH + Fe2+ Fe3+ + OH- 3. •OH + RiH H2O + Ri• 4. Ri• + Fe3+ Fe2+ + Product 5. Ri• + Ri• Product (Dimer) 6. Ri• + Fe2+ Fe3+ + RiH 由於氫氧自由基具有僅次於氟之極強無選擇性氧化力,故 Fenton 法可 - 15 -
  32. 32. 應用於許多生物難分解之污染物。化學氧化法則在現地復育處理上具有下 列優點: 1. 適用於各種污染土壤(例如:低滲透性的淤泥、黏土等)。 2. 整治污染種類廣泛(例如:重金屬、有機污染物、輻射核種及具毒性 陰離子等)。 3. 同時可處理飽和層及不飽和層土壤。 4. 處理費用較傳統技術低。 2.3.5.生物降解法 生物處理法係利用微生物於充分的養分或水分狀況下 對污染物質 , (以 有機污染物為主)進行好氧或厭氧分解,以去除污染物質,即透過環境改 良與微生物屬的培養,強化土壤中微生物之同化作用(Catabolism)與共 代謝作用(Cometabolism) ,而達到降低或去除污染物毒性目的。 污染土壤生物復育處理技術分類方式如下: (1)依處理微生物之好氧 性與厭氧性區別。 (2)依處理地點分為就地生物處理與現場生物處理。 (3) 依微生物培養方式分為微生物植種方式與微生物生態系調理方式。 2.3.6 熱處理法 1.熱處理法有各種不同加熱熱傳方式: (1)由已加熱空氣(或其他氣體)或火焰來直接熱傳(對流或輻射)的 - 16 -
  33. 33. 熱處理。 (2)間接熱傳(例如傳導)的熱處理。 2.若以各種不同加熱類型,可區分如下: (1)焚化及熔融:焚化及熔融須供應過量空氣及耗用較高能源,處理含 氯有機化合物時,易因操作條件控制不當,尾端排氣產生戴奧辛問 題,此處理技術會破壞原有土壤性質。 (2)熱裂解:熱裂解操作係將土壤置於無氧或少量氧氣之狀態下,利用 熱能脫附、裂解有機污染物質,使其分解成為氣體、液體或殘渣, 處理後之土壤仍可保留原來土壤性質。 (3)熱脫附: A.熱脫附的定義:在氧化或非氧化環境下,於一密閉室內加熱,以足 夠之溫度與處理時間,從污染物表面或表面孔隙中,揮發出危害性污 染物,並從加熱室中以氣體排氣形態帶出污染物。 B.熱脫附原理及機制:係利用熱能使土壤中揮發性及半揮發性有機污 染物質自土壤中脫附、分解、裂解,污染物藉由熱處理系統之相轉換 (固相→氣相)後,再利用後段冷凝吸附或高溫分解,將污染物收集 或處理。 C.熱脫附(Thermal Desorption)技術應用:熱脫附處理系統依設計操 作溫度,可分為低溫熱脫附(90〜320℃)、中溫熱脫附(320〜560℃)及 高溫熱脫附(560℃以上)等多階段單元操作。熱脫附處理系統依設備處 理單元:可分為熱脫附器(Thermal Desorber) 、廢氣處理系統及殘留 - 17 -
  34. 34. 物處理系統。熱脫附器是一種加熱土壤至足夠溫度的單元,並從加熱 室中以廢氣形態移除揮發性有機污染物,而輸送有機污染物之廢氣可 能是空氣、氮氣和燃燒氣體或其他惰性氣體。熱脫附是屬於物理分離 之程序,雖然化學轉變會發生,但與有機物的熱穩定性和操作溫度有 關,而其優點為:適當的溫度和適當的能量,而能將有機污染物轉為 蒸氣態予以焚化,如表 2-1 所示,美國環保署之 ROD(Record of Decision)已選用熱脫附為清除的技術,顯示熱脫附是適合清除危害性 污染場址[林財富,2002],其符合於 1986 年 SARA(超級基金修正及 再授權法案)所建立之兩大政策:現場處理(On-Site Treatment)與永 。可知熱處理可清除含化合物之受污染土 久解決(Permanent Solution) 壤至管制標準以下,且熱處理沒有殘留物的問題,得到乾淨的土壤。 D.熱脫附系統之主要的關鍵影響因素[Gudahy et al.,1993]:Ⅰ.設備操作 因素。Ⅱ.污染物特性Ⅲ.土壤特性。分別討論如下: Ⅰ.設備操作因素(Equipment Operating Parameters) 影響熱脫附設備操作處理效率的良窳,包括土壤處理溫度、處理時 間、加熱方式等,這些因素都成為設備操作之參考依據。 (a)土壤處理溫度 影響熱脫附設備處理有機污染物之主要參數是土壤的處理溫度。土壤 的處理溫度是含水量、比熱、土壤顆粒大小、熱傳和熱脫附設備混合 特性等之函數。 - 18 -
  35. 35. - 19 - 轉速率等有關。直接加熱型熱脫附設備之總土壤停留時間,通常是少 固體在熱脫附器內的停留時間與設備的物理結構、土壤運送機制的旋 (b)處理時間 100 ppb 於低類環苯及 10 ppm 於低 - ) (物合化氫碳油石總低降時同夠能 TPH )下況狀可許規法在(土覆場埋 - 掩為作或地現回堆再可,壤土之過理處經 合結術技他其等) groundwater extraction ( - 取抽水下地或) air sparging (氣通與易 水脫要需前理處在,高較率水含 積 為因,壤土之出掘挖所層水含下地於低從 面源染污) hot spot (區度濃高輕減以用使 制管)manifesting(單聯送運行 性爭競具本成理處其 採能可及本成輸運壤土量考要需理處場離 ,) 765m3 過超積體(言而積體壤土量大對 壤土理處存貯及元單備設理處置 時小 噸 過超量容 / 25 配以,地土之積面夠足要需然顯理處場現 理處統系業商份部大;速快常非間時理處 尺公 表 7.5 備設理處之效有速迅為均,言而 地在約制限度深掘挖般一;壤土掘挖要需 理處) (場離或) off-site on-site (場現對 點 缺 點 優 表 2-1 低溫熱脫附優、缺點比較[葉迺群等,2003]
  36. 36. 於 10 分鐘;非直接加熱型設備之處理時間需 30~90 分鐘。 表 2-2 中高溫熱脫附優、缺點比較[葉迺群等,2003] 優 點 缺 點 (場離對 off-site 地在約制限度深掘挖般一;壤土掘挖要需 有速迅為均,言而理處) 備設理處之效 尺公 表 7.5 55 源能多較費耗 噸 過超量容理處;速快常非間時理處 / 時小 過超積體(言而積體壤土量大對 1500 採能可及本成輸運壤土量考要需理處場離 m3 ) 性爭競具本成理處其, (單聯送運行 manifesting 制管) 需不,壤土之出掘挖所層水含下地於低從 - 水脫先事要 較有類磷機有之除去難較對,高度溫理處 - 果效除去之好 (c)加熱方式 熱脫附設備有直接或間接的加熱系統。直接燃燒系統之燃燒器在熱脫 附室(Thermal Desorption Chamber)內。從燃燒器出來的氣態燃燒產 物直接與廢棄物接觸;而間接加熱系統廢棄物未與火焰接觸。直接加 熱系統,熱脫附器所排出的氣體體積為間接加熱系統處理等量土壤所 - 20 -
  37. 37. 排氣體體積之 2~10 倍多。 Ⅱ.污染物特性(Contaminant Charteristics)。 土壤所含污染物的特性如蒸氣壓、污染物之濃度等,這些因素將影響 污染物由土壤內部脫附至土壤表面之速率。 (a)蒸氣壓 影響污染物脫附速率主要因素是化合物之蒸氣壓。蒸氣壓是在一定溫 度下,化合物與它純固體或液體平衡下,單位面積的作用力。 (b)污染物之濃度 影響污染物脫附時間長短是污染物之濃度高低。濃度高則停留時間 長,反之亦然。 表 2-3 影響低溫熱脫附系統適用之關鍵因子[葉迺群等,2003] 土壤特性 污染物特性 粒徑分佈、含水率、土壤塑性、熱 污染物濃度、蒸汽壓、沸點範圍、 焓值、酸性物質濃度、金屬濃度、 辛醇/水分配係數、水相溶解度、熱 容積密度 穩定度、戴奧辛形成 Ⅲ.土壤特性 。 土壤本身之物理、化學特性如粒徑或顆粒大小分佈、含水量、腐植質含 量等,這些特性將直接或間接影響設備操作好壞與否及設備處理效率。 (a)粒徑或顆粒大小分佈 - 21 -
  38. 38. 依 USCS(Unified Soil Classification System)分類標準,粗粒土壤, 例如:砂粒和礫粒,是指大於 50%的土壤留於 75mm 篩網上。細粒 土壤,例如:砏粒和粘粒,是指大於 50%的土壤通過 75mm 篩網。 熱脫附設備一般需先前處理(Pretreatment)土壤至最大尺寸為 1~2 吋。細粒土壤會被氣體搭載於其中,穿過熱脫附系統時不需要足夠 的停留時間(在適當溫度下)。 (b)含水量 污染土壤之含水量可在 5~30%間或比典型的 10~20%高些。水分可 被土壤顆粒之表面所吸附或以水合反應鍵結。熱脫附處理污染土壤 中,含水量是主要的能量吸收源。熱脫附之蒸氣氣提(Stripping) 對某些化合物而言,是很重要的去除機制。 (c)腐植質含量 在土壤中之天然有機物質可在高於 287℃被分解破壞。腐植質之熱 分解(Thermal Decomposition)研究指出,其熱分解產物(如:烷 類、酚類和多環芳香烴化合物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons; PAHS))會於 385~485℃形成。土壤之腐植質也會對 TPH(Total 、BTEX Petroleum Hydrocarbon) (Benzene ,Toluene,Ethylbenzene, Xylene)在分析上造成干擾。 綜觀熱處理法之技術方面,其中熱裂解、焚化技術,土壤需先經 過脫水處理,若屬高黏粒及有機物質含量高之土壤,將使處理時間變 長,在 300~600℃時藉由熱解反應而被揮發,例如無機化合物:氰化 - 22 -
  39. 39. 物或硫化物,可在 400℃時被分解成為揮發性產物,或氧化成二氧化 硫。再藉由過氧焚化於 800~1200℃,揮發性的污染物可完全地被氧 化。理論上當土壤加熱溫度高於 300℃時,熱分解反應可能會發生, 而揮發土壤中高極性的有機化合物,例如:土壤中的天然腐植質,會 在 400~500℃時,熱裂解成烷類(Alkanes) 、烯類(Alkenes) 、酚類 (Phenols) 、苯烷類(Alkylated-benzenes)、多環芳香碳氫化合物 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)等。當土壤加熱溫度高於 500~900℃時,可再分解成較小的有機分子、CO2,和依情況而定的碳 化殘留物。而熱脫附技術屬處理有機質含量及含水量、黏粒含量較低 之土壤,且污染物易熱脫附者(例如污染物為揮發性有機物),可在 350℃時藉由直接蒸發。 2.4 各種土壤污染整治技術所需經費之比較 美國國會為整治普遍遭受污染的土壤,自 1980 年即通過超級基金法案 ,並撥款 16 億美元,作為清理污染場址之用。 (CERCLA 或 Superfund) 其後經美國環保署的調查發現應優先處理的污染場址不斷增加,故於 1986 年修正通過”超級基金修正及再授權法案(SARA)”,並增撥 85 億美元進 行污染場址整治工作,而超級基金執行的時間已超過 10 年,花費金額也 高達一百億美元以上。 由此可見,土壤整治所需花費常常是龐大的,表 2-3 比較幾種常用之 整治技術與其相對所需價格,可知,玻璃化、熱處理、化學物質萃取等費 - 23 -
  40. 40. 用相對是較高的,但有其處理上之優勢,如熱處理方法可完全破壞化合 物,直接及有效去除污染物殘留。 表 2-4 地下水及土壤污染整治技術比較[林財富,2002] 技術 優點 限制 相對價格 揮發 可清除生物法無法清除之 僅適用於揮發性物質 低廉 化合物 生物分解 有效清除非揮發性化合物 須時甚久 中等 法 淋洗 可廣泛用於各種化合物 並不普遍被應用 中等 玻璃化 - 技術發展當中 昂貴 被動方式 價格最低廉設備最簡單 清除程度變化頗大 低廉 隔離包容 物理防止或阻礙污染物移 化合物不會衰變 中等稍低 動 土地整理 自然分解方法 部份殘留 中等 熱處理 可完全破壞化合物 通常需要特殊設備 昂貴 瀝青混合 利用現有設備 較重化合物不能完全 中等 清除 固化 非移動性化合物 不能普遍應用 中等 化學物質 - 未被普遍應用 昂貴 萃取 開挖 需由設置區移除土壤 長期使用 中等 然而必須知道的是,每個污染場址都有其特殊的環境因素,因此,所需的 經費會隨案例的不同而不同。以美國超級基金法案對每個污染場址都有其 特殊的環境因素,因此所需的經費會隨案例的不同而不同,表 2-4 列出幾 種土壤整治技術之優、缺點與其整治費用。其中以低溫熱脫附法(Low 、土壤清洗法(Soil Washing)所需費用較高,約 Temp.Thermal Desorption) - 24 -
  41. 41. - 25 - 物染污除去 放排能方,理處善妥 以,劑合螯或劑凝 作再需,水之後洗淋 快度速治整 混入加以,式方理 - - 質物 便方動移備設治整 處之段後水洗淋 - - 55-90 性毒中種一另為化轉 洗淋 物染污 被能可物染污意注需 於用適能皆劑溶氯含 之氫碳或屬金重 - - 解瞭入深較質性 果效好良 含壤土出洗淋可 - 學化物染污對備具須 具除去物染污之氫碳 壤土 法洗 換置劑洗淋被物染污 或屬金重含中壤土對 洗淋劑溶學化以 清壤土 - - - 天 60-250 需約,長較間時治整 - 化業 用作解降物生 40-75 用作制抑有物生對 商已且遍普為較術技 強加以,氣空入注 - - ,物染污氫碳之氯含 - 果效好 井 等氣空、源 良具除去物染污之物 入注個數掘挖先 - 法解 養營中壤土充補需 - 合化氫碳含中壤土對 治整式方地現以 - - 降物生 速迅度速治整 - 限極測偵 除去被易不較 至降 由可度濃 2 ppm 放排再後 50-85 ,物染污氫碳之氯含 - 物染污份部中壤土對 理處統系理處氣廢 - 理處水脫先 果效好 經體氣之後附脫 - 須,時高過度濕壤土 - 良具除去物染污之物 元單熱加 法附脫 貴昂較用費置設備設 - 合化氫碳含中壤土對 轉旋於理處壤土 - - 熱溫低 析分繁頻較要需 - 理處面地於 長較間時治整 - 並,體氣壤土出抽 - 用效揮 試測場模行進易容 中壤土入注 - 20-50 發法無,壤土密緊對 - 址 汽蒸熱或水熱以 - 法 差果效物 場的小較模規於用適 井 - 取萃氣 染污之性發揮具不對 - 治整式方地現以 入注個數掘挖先 - - 蒸壤土 ) ( US$ ton Cost/ ) (點缺 Weaknesses )Strengths (點優 徵特術技 目 項 表 2-5 幾種土壤整治技術之優、缺點與其整治費用[Gudahy et al.,1993 ] 需 50-90 美金/噸-土壤。
  42. 42. 處理設備及 2.5 IRS 與 ART 處理設備及原理 IRS 為 International Recovery Systems Inc.縮寫,ART 為 Automatic Research Treatment , Inc. 縮寫。兩組熱處理設備,分別為批次式(IRS)進 料處理,及連續式(ART)進料處理。 2.5.1 熱處理設備之前處理設施 除了受限於因本場址先天之地質土壤屬於紅土台地礫石層,含黏土 層、卵礫石層..等,土壤顆粒大小不一、土壤黏性較高因素外,還須考量 有效快速地處理土壤及維持熱處理設備良好運作,因兩組熱處理設備各有 不同之進料系統、處理單元,例如 ART 連續式熱處理系統係以輸送帶傳送 土壤至爐床,爐床內之土壤以螺旋桿轉動式推進,為維持進料順暢,故限 制土壤之粒徑須小於 50mm;IRS 批次式熱處理系統係以盛土盤盛裝土壤, 可處理土壤之粒徑大於 50mm 或卵礫石等顆粒大之物質。 整治場址開始時,污染土壤經由大型挖土機開挖後,載運至前處理設 施進行土壤篩選,即前處理(Pretreatment) ,以符合上述兩組熱處理設備 之所需,如圖 2-1 所示。 2.5.2 IRS 批次式熱處理系統 由熱脫附單元、氣體排放控制單元、抽風機等單元組成,如圖 2-2 及 表 2-5 所示。 - 26 -
  43. 43. 進料器 土壤收集槽 網徑 網徑 <25mm <50mm >50mm 粒徑 輸送帶 收集槽 收集槽 旋轉篩分機(斜度) 圖 2-1 土壤前處理篩分設施 - 27 -
  44. 44. 一、熱脫附單元 (一) 紅外線輻射熱源 鋼製基座下方附有 8 只紅外線加熱管,位於土壤下約 25 公分,以 LPG 為 本處理系統之燃料源。加熱器將排列的加熱管加熱至 593~704℃,於此溫 度下,加熱管發出紅外線光譜範圍之電磁波,該紅外線能量被向上導至土 壤底部。在 10~15 分鐘之內,底層土壤(厚度約 10 公分)由 93℃加熱至 427℃;系統溫度穩定上昇,在 70 分鐘內達到約 149℃,在此同時約有 95% 或更多之水分被蒸發 每台加熱爐輸入之能量平均在 1,700,000 至 2,000,000 。 BTU/hr 之間。 (二) 處理室 每組設備之處理室裝有 2 只盛土盤,內容量尺寸為 2.44 m×2.44 m×0.65m, 約可盛裝 3.87 m3 土壤,該盤同時做為處理室之側壁用,盛土盤底部是柵 網,支撐土壤並允許空氣通過。盛土盤上方為附過濾網之排氣罩,以油壓 向下密封,氣罩加壓於耐熱及耐化學性之墊片上,使處理室內得以製造負 壓。 一旦裝載後之盛土盤就定位立即啟動加熱器,使其產生負壓。當盛土盤底 部加熱後,土壤亦受對流及傳導作用加熱。處理室內產生氣提效果,同時 所產生之負壓約在 5~15cm 汞柱左右,使土壤水份及目標污染物蒸發、脫 附。該脫附溫度低於目標污染物於標準狀態所需之汽化點。舉例而言,土 - 28 -
  45. 45. 5μ 粉塵過濾器 Coalescing Filter 40μ 粉 熱處理加熱爐 冷凝器 溼式洗滌塔 活性碳吸附塔 塵過濾器 Condenser Acid Scrubber 真空抽風機 Vacuum Fan Infrared Heater Recirculation Loop Condensed Waste 紅外線加熱器 循環迴路 冷凝器 圖 2-2 IRS 批次式熱處理系統設備示意圖 - 29 -
  46. 46. 壤持續加熱,水份約在 54~71℃間開始蒸發,當水份完全蒸發後,溫度將 會快速上升到目標溫度,開始目標污染物之脫附,在此一後期溫度上升階 段,脫附之污染物將以氣體方式離開脫附系統並由氣體排放控制系統收 集。 二、氣體排放控制單元功能介紹 (一) 乾式粒狀物過濾器(DPF) 乾式粒狀物過濾器用於使下游空氣排放控制單元(冷凝器、結合過濾器、濕 式洗滌塔、活性碳單元)之粉塵累積減至最少,並消除粒狀物排放至大氣。 (二) 冷凝器 離開處理室之氣流溫度可介於在 79~427℃,氣體進入與冷凍機連接之冷凝 器後,在經過化學塗裝之散熱片及螺旋冷凝銅管間擴散,溫度維持在 16℃ 左右。氣體速度亦被降低,由風管進入大型膨脹區或冷凝室,如此提供冷 卻蒸氣及冷凝碳水化合物所需之接觸時間。氣體通過冷凝器後,進入結合 過濾器;結合過濾器附於冷凝器單元內,結合過濾器作用系將細小之液體 粒狀物結合為較大液滴,使其附著在結合過濾器金屬擋板,凝結在結合過 濾器金屬擋板之液滴,將予以收集處理。 (三) 濕式洗滌塔 濕式洗滌塔可洗下經過冷凝器氣體之殘餘粒狀物及有機化合物。 (四) 活性碳吸附單元 - 30 -
  47. 47. 活性碳濾床鋪設約 1,000 公斤的活性碳,來自濕式洗滌塔的氣流進入活性 碳吸附單元,以吸附空氣中殘餘之有機化合物,為維護活性碳之功能,活 性碳預計每月更換一次。 表 2-6 IRS 批次式熱處理設備規格 系統佔地大小 9.14m × 24.38m 處理室容量 4.26m3 /只 處理室尺寸 2.6m × 2.6m × 0.63m 重量 3,636 kg 燃料需求 液化石油氣 燃料壓力 0.14-0.28 kgf/cm2 熱傳輸方式 紅外線能量、傳導及對流 加熱器架構 8 只紅外線發射器 總輸入能量 1,700,000~2,000,000 BTU/hr 電源需求 AC 380V,3∮ 排放氣體體積 85 Scmm (一台時) 操作負壓 -0.5cm 汞柱高 土壤溫度 350~450℃ - 31 -
  48. 48. 三、主處理程序抽風機 氣流離開活性碳吸附單元後進入誘引抽風機,並依據現場狀況分為兩股送 至不同方向,主要之一股送至排放煙囪,剩餘氣體則再送回熱脫附機底座。 四、IRS 批次式熱處理設備操作方式及操作參數 經前處理篩選後之土壤屬粒徑大於 50mm 或卵礫石,以小型堆土機盛 裝篩選後之土壤至盛土盤,再以堆高機運至可處理批次式熱處理設備上, 隨即以人工方式覆蓋該設備之上蓋,並以絞鏈鎖緊(每組設備有 6 個絞 鏈) ,設定加熱溫度為 550℃,加熱時間為 3.5 小時(參照 4.2.1 節) ,完成 加熱程序後,將盛土盤以堆高機運至一旁降至室溫,於隔日早上依「全廠 ,以每 100 m3 採一個樣品,累積 10 個樣品加採一個分樣樣 土壤整治計畫」 品,經檢驗後符合土壤整治標準值,方屬合格土壤;否則再載回處理區重 新熱處理。 2.5.3 ART 連續式熱處理系統 連續性處理系統,其處理方式係將受污染土壤置於密閉式爐床,爐床 內以踏板式螺旋桿轉動將土壤往前推進,爐床以液化石油汽為燃料加熱以 脫附裂解有機污染物。依現有資料指出,本廠址所測出之污染物種多為半 揮發性有機物及農藥類污染物質,其氣化沸點約在 350℃左右。故燃燒室 加熱至 600℃以上並加以攪動土壤,可使所有土壤顆粒均勻受熱,如此應 足以分解土壤中所含之污染物,達成處理效果。 - 32 -
  49. 49. 「第一步驟」 化學物質揮發包含兩個化學步驟: ,化學物質之溫度將被 提升至達汽化點。化學物質將初始溫度提升至汽化點溫度所需之能量,因 「第二步驟」 熱容量及化學物質含量而定; ,當化學物質到達汽化點時,液 體將在恒溫下蒸發;蒸發熱能為液相轉換成氣相所需之熱量。 本套熱處理系統備有 2 只踏板式螺旋桿之爐床、再濕潤設備單元、氣體排 放控制單元(二次燃燒室、文氏洗滌槽、分離槽),沈澱槽,如圖 2-3 及 表 2-6 所示。 一、熱脫附單元 (一) 加熱源 爐床上方二側各附有二只及三只燃燒器,燃燒器噴射火源距離爐床內之土 壤約 50 公分,處理系統以液化石油氣(LPG)為燃料源。 (二) 爐床 爐床上方裝有 5 只燃燒器 爐床內容量尺寸為 16.4m L × 2.83 m W × 3.63 m , ,即開始將土壤經由輸送帶送入爐 H。爐床一經預熱至預定溫度(350℃) 床,土壤即以踏板式螺旋桿轉動將土壤往前推進,土壤在移動過程受熱即 將土壤內之有機污染物脫附出,土壤再繼續往前進至再濕潤系統後出土。 熱脫附出之廢氣將自加熱爐前端以誘引風車將廢氣抽至氣體排放控制單 元處理。 二、氣體排放控制單元功能介紹 - 33 -
  50. 50. (一) 氧化器(Oxidizer) 由燃燒室抽出之廢氣,在氧化器系統內加熱至 704℃(1300℉) ,將有機物 及農藥污染物分解。 (二) 冷卻槽(Quench) 經氧化器系統燃燒過之氣體,將在冷卻槽以大量水自來水急速冷卻,廢氣 中所夾帶之粉塵將在冷卻槽中洗下。 (三) 文氏洗滌槽(Venturi) 廢氣離開冷卻槽進入文氏槽,廢氣將在文氏洗滌槽內加快流動速度,流向 分離槽。使細小顆粒向下掉以去除廢氣中殘餘之粉塵。 (四) 分離槽(Seperator) 分離槽可將殘餘土壤粉塵與氣體分離;廢氣經文氏洗滌槽加速後進入分離 槽,廢氣中殘餘之土壤粉塵在撞擊分離槽內之 V 形檔板,粉塵將掉至槽底 而形成污泥,污泥將被抽至沈澱池沈澱。 (五) 沈澱池(Clarifier) 廢氣排放系統處理廢氣所產生之污水將全部抽至沈澱池沈澱,沈澱池所產 生之污染將抽至再濕潤系統與處理後土壤相混合後等待檢測。 - 34 -
  51. 51. P L Make L up P NaOH L P NaOH P P F F Oxidizer L S Desorber Sizing Screen Feed Conveyor ART Thermal Desorber L 圖 2-3 ART 連續式熱處理系統設 Recycle Pump Clarifier, 備示意 Sludge Reconstitution Stacking Conveyo - 35 -
  52. 52. 表 2-7 ART 連續式熱處理設備規格 系統佔地大小 9.14m × 24.38m 爐床尺寸 13.7 m × 1.51 m × 1.9m 燃料需求 液化石油氣 爐床內旋轉桿轉速 4~6 rpm 燃料壓力 0.14-0.28 kgf/cm2 加熱器架構 5 只燃燒器 總輸入能量 10,290,000 BTU/hr 電源需求 AC 480V,3∮ 排放氣體體積 85 Scmm 土壤溫度 200~375℃ 爐床溫度 600~850℃ 三、ART 連續式熱處理設備操作方式及操作參數 經前處理篩選後之土壤屬粒徑小於 50mm,以大型挖土機盛至輸送帶 後,以自動方式傳送至連續式熱處理設備之處理單元,設定加熱溫度為, 以加熱溫度為 371℃、加熱時間為 90 分鐘,為操作熱處理設備之參數(參 - 36 -
  53. 53. 照 4.2.2 節) ,完成加熱程序後,輸送帶運至小卡車上,載運至暫存區降至 ,以每 100 m3 採一個樣品,累 室溫,於隔日早上依「全廠土壤整治計畫」 積 10 個樣品加採一個分樣樣品,經檢驗後符合土壤整治標準值,方屬合 格土壤;否則再載回處理區重新熱處理。 - 37 -
  54. 54. 第三章 研究方法及步驟 藉由從污染區域之相關背景資料收集如地質、水文,及場址背景資料 如以往所生產各種可能原料、製程、產品(農藥、環境衛生用藥、特用化 學藥品)等,再藉實地採樣工作,對污染場址內土壤之污染型態、污染概 況加以了解,再透過學理上之污染物特性如蒸氣壓、污染物之濃度等,包 括主要污染物(四氯異苯腈、安殺番)之物理化學性質。 污染場址整治步驟包含前置作業、污染土壤開挖及熱處理作業與處理 成效查核驗證、土壤回填整地作業、環保主管機關土壤驗證查核等。 研究區域之相關背景資料收集[榮民化工廠全廠土壤整治計畫,2003] 3.1 研究區域之相關背景資料收集 經由污染場址所在之水文、地質及場址污染背景及其土壤內污染物之 種類等完整了解、探討,提供後續整治工作,對污染物特性及土壤特性, 能有進一步認識。 3.1.1 污染場址水文地質資料 1. 區域地質 本區域附近出露地層依據台灣地質圖(何春蓀,1994),全部屬於第四 紀地層,主要由砂岩、泥岩、頁岩、紅土礫石及礫石層組成,依年代由老 至新,為楊梅層及店子湖層。 (1)楊梅層 楊梅層係由牧山鶴彥(1934 年)首先提出之地層名稱,出露於楊梅附近 - 38 -
  55. 55. 之楊梅背斜,主要由青灰或灰色之砂岩、粉砂岩、泥岩、頁岩和薄層礫石 組成,總厚度可達 1,000 公尺左右。 (2)店子湖層 店子湖層中礫石層與上覆之紅土層間為漸次移變關係,即下部為未受 紅土化作用之礫石層,其上方漸變為黃棕色粘土,其中散佈著岩礫碎片, 最上部則移化為紅土。紅土厚度由數十公分至六、七公尺不等。礫石層淘 選極差,礫徑以十至二十公分者最多,主要由石英砂岩組成。 2. 廠區地質 本廠址地質上屬於紅土台地礫石層,依據本廠設置監測井土壤記錄資 料圖及新設監測井土壤取樣記錄資料圖,主要之地層由上而下依序大致為: 紅棕色黏土層、卵礫石層與紅棕色或黃棕色黏土膠結、黃棕色黏土或灰白 色黏土夾細砂及灰色黏土質沈泥等數層。表土主要為紅壤黏土,其厚度可 達約 5 公尺,土壤質地黏且為酸性土壤,易形成塊狀或粒狀。底下卵礫石 層厚度約在 5 公尺至 10 公尺之間,由卵礫石夾雜砂質或粉砂質組成。卵 礫石層下為一層灰色硬質沈泥層或黃棕色黏土質細砂,其膠結良好但廠區 各區厚度分布不均,應為膠結良好之半拘限含水層且無完整連續分佈之阻 隔層。 3.水文 a. 地表水文 廠區內有一桃園石門農田水利會所管轄的灌溉溝渠,廠區排水系統由 二條排水溝渠自廠區內集流後由東南向西北方向排至廠區北側之排水 - 39 -
  56. 56. 溝,再排入屬於社子溪流域之支流頭重溪。而社子溪為桃園縣之主要河 川,發源於店子湖台地北端之矮坪仔附近,急流向北,進入頭重溪至月眉 山下遇楊梅溪,復於楊梅鎮之西與太平山下溪相會,至水尾而成社子溪之 本流。自此流向西北,經永安及笨子港之間而入海廠區附近水系。 b. 地下水文 桃園中壢台地之地下水位及地下水流向大致上由東南向西北方匯入台 灣海峽,桃園中壢台地東部於楊梅附近之等水位線則地下水層位於海平面 以上 140 公尺至 160 公尺之間,如圖 3-1 所示。由本計畫新設與既設監測 井水位資料,繪製地下水位分佈指出本廠址內週遭地下水坡降及其方向為 西南向東北方向,地下水位約為海平面以上 177 公尺至 194 公尺之間。 N 0 2 5 MK01 南 溪 崁 鄉園大 鄉竹蘆 鄉音觀 龜 桃 山 園 鄉 社 市壢中 市 溪 子 鄉屋新 市德八 鎮梅楊 市鎮平 大 溪 鄉潭龍 鎮 ( ) 鄉興復 2000 意示向流水下地域區縣園桃 圖 3-1 桃園縣區域地下水流向示意 - 40 -
  57. 57. 3.1.2 場址污染背景 本廠於 1977 年設廠生產各種農藥、環境衛生用藥及特用化學藥品,並 陸續增設廠房。至 1997 年因應市場競爭機制結束營業,於 1998 年全面停 止生產。主要污染說明-生產製造農藥及環境衛生用藥,曾生產及使用之原 體與化學品,約有 120 多種且多為有機化合物,如表 3-1 所示,可分為以 下六大類。 有機磷農藥原體:二氯松、三氯松、托福松、福瑞松等 有機氯農藥:安殺番及四氯異苯腈農藥原體等 除草劑原體:巴拉刈氯鹽、嘉磷塞等 界面活性劑:乳化劑、清潔劑、紡織染整助劑、軍用除漆劑等 成藥:顆粒劑、粉劑、乳劑片餌劑等 異苯晴 表 3-1 場址相關污染物一覽表 物棄廢要主 品產 料原 稱名程製 含 氣廢 松氯二 酯甲三酸磷亞 有 ( CH3Cl) 醛乙氯三 機 磷 酯酸磷亞含 液廢 松氯三 酸磷亞基甲二 合 ( ) 醛乙氯三 成 氣廢 ( 松福托 磷代硫 酯酸磷代硫基乙二 ) 酯乙二酸 醛甲含 水廢 醇硫基丁異 ( ) 醛甲 氣廢 松瑞福 酯乙二酸磷代硫 醛甲含 水廢 醇硫基乙 ( ) 醛甲 劑 草 除 4,4- 氣廢 劑草除 鹽氯剎拉巴 啶比口聯( ) 烷甲氯 劑化乳 - 41 -
  58. 58. - 42 - 苯甲二及 ) IPN 含 水廢 ( 氨液 氣廢 品產副 胺酸硫 ) ( 系 媒觸 ) (V2O5 晴 (IPN) 系 ) (V2O5 媒觸廢 睛苯異 苯甲二間 苯 異 媒觸 碳性活 ) ( 水 晴 品產副 水白漂 ) ( 氣氯 苯 品產副 酸鹽 ) ( 鹼液 異 (TCIPN) TCIPN) 含 碳性活廢 ( 睛苯異氯四 晴苯異 (IPN) 氯 四 劑化乳 苯甲二 體擔 氣廢 劑化乳 體原 粒磚、粒磚紅 體擔 ) ( 氣廢 劑化乳 體原 劑散分 粉石滑、士白、煙白 體擔 ) ( )塵粉 氣廢 ( 劑粒顆 體原 鼠滅可 體原劑鼠老 ) (2.5% 臘白 油生 氣廢 劑鼠滅 劑餌片 花、粉生花、粉米玉、米糙 ) ( 劑散分 粉石滑、士白、煙白 體擔 ) ( 藥 )塵粉 氣廢 ( 劑粉 體原 成 劑助濾過 土藻矽 ) ( 水 鈣酸碳 灰石) ( 醇丁正 灰石 醇甲 劑 餅濾土藻矽 收回 醇甲) ( 酸磺苯烷二十 性 活 SOP-E, SOP-F) 氣廢 鈣酸磺芋烷二十 SOP-B, AB 劑 (SOP-A, 面 界 鈉化氧氫 酸鹽 醇甲 醛甲聚 收回 醇甲 ) ( 酸胺基 酯酸磷亞含 液廢 ) ( 收回 胺乙三 ) ( 酯甲二酸磷亞 鈉化氧氫含 液廢 ) ( 塞磷嘉 胺乙三 水 物棄廢要主 品產 料原 稱名程製
  59. 59. 3.1.3 污染場址土壤之污染物之種類、型態描述 本場址之污染土壤之污染物中,經調查採樣之結果,得知以四氯異苯 表 3-2 四氯異苯腈及安殺番之物理、化學性質一覽表 品名 四氯異苯腈 安殺番 化學名稱 Tetrachloroisophthalonitrile (1,4,5,6,7,7-Hexachloro-8,9,10- ( IUPAC ) trinorborn-5-en-2,3-ylenebismethylene) :式子分 C8Cl4N2 sulfite ( IUPAC ) :量子分 265.9 :式子分 C9H6Cl6O3S :量子分 406.9 外觀 體晶結味無色無 體晶結色無 熔點 252.1 ℃ 80 , 體原(℃ ≧ ) 109.2 α(℃ -form ) , 213.3 ) β(℃ -form 沸點 350 (℃ 760 mmHg ) - 蒸汽壓 0.076 mPa 25 )℃ ( 0.83 mPa )℃ (20 溶解度 25 、 α, ) - (水 度解溶下℃ 甲、)0.81 mg/L (水 度解溶℃ 22 - 0.32 mg/L -form 80 g/kg 甲氯二、酯乙酸乙、 β, ) ) (酮己環、 (、 30 g/kg ) (苯 0.33 mg/L -form ) (醇乙、 ) 30 g/kg (苯甲、烷 甲二、 ) (胺醯甲基甲二 200 g/L 65 g/L 20 g/kg酮丙、) (風石亞基 20 g/kg 。) ( 安定性 。定安光對 。定安線外紫對,定安下溫常 腈及安殺番兩種化合物為主,藉由上述污染物之物理化學性質介紹,可增 - 43 -
  60. 60. 加處理這些污染物有更深入了解。 3.1.4 場址調查區域及污染概況 污染場址經地球物理探測後,經大型機具挖掘有極少部份區域有廢棄 物如 K 區、F 區、J 區、E 區及 W 區等,如圖 3-2 所示,因掩埋廢棄物之 表 3-3 污染土壤體積及濃度範圍統計 區分 積體 (m3) 物染污 度濃 準標治整 (mg/kg) (mg/kg) E 6,300(1998 年 ) 番殺安 (I+II) 63.9 60 413(2002 年 ) TCIPN 4.42~35.9 2 松福托 1.21~5.33 1 松殺歐 0.564 0.2 啶吡 37 20 4,4’- 啶吡聯 1613~2241 340 F 246(2002 年 ) TCIPN 1150 2 松福托 8.33 1 L8 225(1998 年 ) - - - 113(2002 年 ) TCIPN 3.79~10.1 2 0.2 松殺歐 0.639 J 145(1998 年 ) TCIPN 25.4~175 2 1,723(2002 年 ) TCIPN 2.2~2290 2 松福托 16.4 1 K 1,852(2003 年 ) TCIPN 0.3~2.2 2 番殺安 66~1765 60 利保加 8.2 87 L 226(2002 年 ) TCIPN 2.416 2 松品一 0.25~0.41 0.2 300(1998 ) 年 - - - W 562(2002 )年 區 TCIPN 4.57~78.6 2 TCIPN 338(2002 )年 區 TCIPN 2.01~9.83 2 1998 2003 於故,施實布公」法治整染污水下地及壤土「年 因,份部年 :註附 2003 年 。查調樣採新重定規律法依 - 44 -
  61. 61. 有掩埋廢 廢棄物 L8 k L J TCIPN 大門 w E F 有掩埋廢 廢棄物 圖 3-2 本場址污染土壤分佈位置示意 污染物濃度高於污染土壤,且該廢棄物掩埋於地下時長達數十年,可能引 起土壤被污染,使該區域土壤之污染物濃度高於其他沒有廢棄物之區域。 3.2 污染土壤調查採樣方法 污染土壤調查採樣方法 採樣 1.採樣過程 本場址土壤採樣工作係參照環保署所公告之「土壤採樣方法(NIEA S102.60B)」之規範,採樣工作採直接貫入雙套管法(Direct Push Duel Tube Sampler)作業 以自走式鑽機(Geo-Probe /Power-Probe)採取場址內及環境背 , 景區各層未受擾動之土壤樣品。採樣方式如圖所示,並分述作業步驟如下: a 採樣桿為雙套管式(Duel Tube),外管口徑 5.4cm,內管口徑 3.2cm。 - 45 -
  62. 62. 將襯管置於外鑽桿(中空鑽桿)內,以液壓動力直接壓入方式將鑽桿由 地表處下推,以外鑽桿前端切口切削土層,並使土層在不受擾動狀況 下,進入襯管。 b 將襯管自外鑽桿取出,編註採樣編號,完成第一層採樣。 將內鑽桿裝上鑽頭再置入外鑽桿內,以液壓動力將鑽桿繼續壓至預定 深度,準備採取第二層土樣。 c 起出鑽頭及內鑽桿,再於內鑽桿前端旋接取樣襯管後,置入外鑽桿內。 以直接壓入方式將外鑽桿連同內附之取樣襯管壓至地表下預定深度, 取得第二層土樣。 d 重複前述步驟,依序採得後續各層樣品。 採樣完成所取得之採樣襯管以約 25cm 間距分段,每段襯管均自末端 推出少許土樣置於封口袋內,以 PID/FID 量測土壤氣體濃度,記錄於土壤 採樣現場記錄表(表)。選取測值最高之一段土樣將襯管兩端以石臘膜及封 帽密封,記錄該段土樣確實深度代表該層土壤樣品,並編號置入 4℃冷藏 箱中。土壤鑽探之採樣方法為乾鑽且不擾動土壤,採樣機具均未使用任何 添加物。採樣過程係以採樣桿連續採樣,並未間斷或擾動土層。但若遭遇 礫石無法採樣時,則將礫石擊碎後再往下採樣。每鑽完一孔後均使用高溫 高壓水柱將沾附土屑清洗乾淨,再以無磷清潔劑清洗,以確保鑽具清潔及 除污。洗機具之廢水收集後,送至本工作所設置之污水處理設施處理。採 樣作業現場應於地表鋪設一層塑膠布,作為檢測儀器置放與土壤樣品現場 處理作業區。每一孔採樣點完成鑽探採樣工作後,應以乾淨石英細砂填封 - 46 -
  63. 63. 至地表。 1. 樣品編號原則 樣品編號依場址採樣分區及採樣點編號而定。例如,E 區內編號一號 採樣點之第一層土樣,即編為 E-01(0~150)。其中, E-01 代表 E 區第一個 採樣點;(0~150)代表採樣層深度,於此類推。 2. 品管樣品 (1)現場重複樣品(Field duplicates) 現場重覆樣品係指採自同一採樣點採集兩次之土樣,將之視為兩個樣 品置入不同容器,以取質地接近且距離狹窄範圍內為原則。重複採樣作業 係以經混合後之均勻樣品置入不同容器代替。 (2)設備空白樣品 用以查核採樣作業有無交互污染狀況。本計畫擬採用之直接貫入試鑽 機之鑽頭與鑽桿因與土壤重複直接接觸,故將於每一工作天選擇一個採樣 點,於完成除污程序後,以試劑水淋洗鑽桿並收集淋洗液作為設備空白樣 品。 (3)運送空白樣品 檢測揮發性有機物時必備。於檢驗室將實驗室試劑水裝入樣品容器密 封,攜至採樣現場,再與樣品一併送回實驗室分析,以研判樣品運送過程 之污染情形。 (4)野外空白樣品 用以檢測是否有揮發性或半揮發性氣體溢散。於檢驗室將實驗室試劑 - 47 -
  64. 64. 水裝入樣品容器密封,攜至採樣現場,於採樣時啟開樣品容器封蓋至採樣 完成時蓋上,再與樣品一併送回實驗室分析,以研判採樣過程之污染情 形。本計畫將於採集土壤樣品當天,準備一件野外空白樣品送交實驗室檢 測。 3. 運送樣品品管 現場作業工作人員需於托運作業前,仔細清點所採樣品是否包裝妥 當。清點檢查無誤後,將樣品置入 4℃以下之保溫冰箱中,同時檢查與填 寫採樣記錄表與樣品監管紀錄表、或樣品監控表,整批運回實驗室。所有 採樣記錄表與樣品監控表均需隨樣品同時送回實驗室,由實驗室樣品接收 人簽收。 4. 土壤檢測項目之樣品需要量與保存方法 依照環保署所公告之「土壤採樣方法(NIEA S102.60B)」 ,如表 3-4 所示。 表 3-4 土壤檢測項目樣品需要量與保存方法 ( 器 容 量品樣管品含 量少最品樣 目項測檢 ) 件條存儲 限期存保 管 PE 天 14 藏冷℃ ± 管銅屬金或 250g× 250g 2 物機有性發揮 4 2 ( 析分至樣採 ) 管 PE 天 14 藏冷℃ ± 管銅屬金或 250g× 250g 2藥農 4 2 ( 析分至樣採 ) 管 機有它其 PE 天 14 藏冷℃ ± 管銅屬金或 250g× 250g 2 4 2 物合化物 ( 析分至樣採 ) 5.分析作業之品保品管 因土壤調查檢測之樣品數量及分析項目繁多,土壤污染特性分析工作 - 48 -

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