• 海洋放流篇

    < 第一章 > 何謂海洋放流

    對於污水,有許許多多的解決之道,其中一種污水處理方式,是將污水排入海洋之中,讓海水來稀釋污染物,降低污染物對於環境的影響。
    為什麼不直接就近取材將污水排到溪水河流中,還要大費周章的施工遷管線到海洋裡呢?原因是為了要用大量的海水稀釋污染物,進而降低其對環境的污染性。就好比我們在一杯水中放一湯匙的糖,水可能喝起來甜甜的;相對來說,若在游泳池裡放同樣一湯匙的糖,可能把整池的水都喝光,還喝不出甜甜的味道。

    這就是海洋放流所想要達到的效果,若我們將污染物排放到河川之中,相較於海洋,河川的水並不多,無法有效的稀釋污染物,會讓污染物大大影響河川的生態環境,而排放到海洋之中,有大量的海水來稀釋污染物,對於環境的影響,相對來說就沒有那麼大。

     

    海洋放流管將處理後的污水,送到離海岸有一定距離之處,藉由廢水與海水比重的不同、速度差異,再加上海流、潮流與風力作用與海水混合,進而達到稀釋作用。臺灣四面臨海,周遭有黑潮通過,更能加速污染物之擴散。
    然而海洋放流有利當然也會有弊,儘管海洋放流有稀釋污染物等優點,但排污管附近的魚群、生態還是會受到影響,雖然污染物被稀釋,但隨著生物累積、生物放大和生物濃縮作用,有毒物質還是有可能漸漸被人體吸收。

    佛羅里達外海的排污管與魚群
    (圖片來源: Steve Spring, Palm Beach Country Reef Rescue https://goo.gl/DiJAib)

    (一)生物累積(Bioaccumulation)
    同一生物個體在其整個生活史中的不同階段,生物食用或體表吸收環境的化學物質,而這些物質沒有辦法被代謝,便繼續累積於生物體內稱為生物累積。
    海水放流中,排污管排出的污水雖然被大量的海水稀釋,但是魚群每次經過排污管會吸收一點點污染物,而沒有代謝掉,累積下來的毒素也將對魚類造成危險。

    有一句英文諺語“Mad as a hatter”(像製帽人一樣的瘋狂),用來形容一個人瘋癲不正常的行徑,就好像一個製帽人。至於為何用製帽人來形容一個人像發了瘋似的呢?這就是一個生物累積的例子。

    19世紀,在英格蘭北部有著每天與汞維生的製帽者,早期英國將汞用於毛氈的生產,而毛氈在當時多用來製作帽子。儘管製帽者不是直接接觸到汞,且沾在毛氈上的汞金屬量也不大,但汞每天一點一滴地被製帽者吸收著,最後還是使製帽者發生汞中毒的現象。

    乃狄克制帽工人(圖片來源:美國國家職業安全健康研究所https://www.flickr.com/photos/niosh/8868083304/)

    汞中毒的明顯現象是人會變得易怒、自信心低落、抑鬱、冷漠、害羞和膽怯,往往對社交活動上有顯著的惡化,本來一個溫和講道理的人,如果汞中毒則可能變為一個無可理喻的人,許多製帽者由於汞中毒,使得他們喜怒哀樂無常,因此有了這句諺語。

     

    圖為1名康乃狄克製帽工人,沒有配戴防護過濾式呼吸面罩及手套等裝備,使他成為汞中毒的高危險群。​

    (二)生物放大(Biomanification)
    在自然環境中,由於食物鏈的關係,有毒物質在不同的生物體內經吸收後逐級傳遞,不斷積聚濃縮,逐漸累積遞增的現象,稱為生物放大。
    從下圖中可看到,DDT(雙對氯苯基三氯乙烷),曾為合成農藥及殺蟲劑的著名化合物,雖然DDT本身對人類的毒性並不高,然而不易降解的特性,累積下來對魚類、鳥類的生存繁殖造成影響,破壞生態平衡,大部分國家已停用DDT,然而仍有少部分國家繼續使用來對抗瘧疾。

    海洋放流中,當浮游生物、小魚吸收排污管排放的廢水,大魚在食用這些小魚,毒物進而累積在大魚體內,吃一隻小魚可能還不致於有影響,但吃上千隻小魚,即可能對大魚造成影響;而人類若食用這些大魚,毒物也會在體內慢慢累積

    (資料來源:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=8328)

    < 第二章 > 污水放流過程

    放流各階段示意圖(圖片來源:http://www.cv.ncu.edu.tw/data/FM/EFM/EFM7%20Jet.pdf)

    (一)污水放流過程:
    初級稀釋階段:放流水的速度、密度、周遭海域流況、排放口之設計及構造,皆會影響放流水和周遭海水的混和與稀釋,此階段的擴散現象為主動混合。
    浮昇階段:若放流水的密度小於海水,在密度均勻的海域中,放流水會浮昇到海面,並且水平擴散。
    延散階段:此階段中,放流水受海流、紊流影響,而已延散的方式向水平擴散,其混合及稀釋之過程,不再受排放源影響,其擴散現象屬於被動混合。

    (資料來源:中央大學土木系朱佳仁教授http://www.cv.ncu.edu.tw/data/FM/EFM/EFM7%20Jet.pdf)

    Marina del Rey海灘禁止涉水標誌
    (圖片來源: Chuck Bennett/Daily Breeze/SCNG https://goo.gl/3NigtD)

    海洋放流管簡易構造圖(圖片來源: http://www.paps.kh.edu.tw/p6/country/b24.htm)

    (二)放流管的安置:​
    目前高雄中區污水處理廠採一級處理後,經3公里長的海洋放流管,將污水排放到旗津海域。


    儘管海洋能夠稀釋污水,但在污水排放進海洋之前,還是要在陸地上進行初級處理,再將污水排到離陸地幾公里外的海洋,以避免污染到近灘。下圖為位於Marina del Rey海灘,因受到約1公里外排污管污水影響,導致海灘關閉,禁止人們涉水。

  • < 第三章 > 放流管的安裝

    置放放流管主要有兩種方式:
    (一)掩埋型海洋放流管
    頂管法(Pipe Jacking Method)對於海洋放流工程的主要作用,是在海底鑽出一條隧道,並放置排污管,通常會先選定海岸的岬處,作為陸地上施工起始地,這樣所需要鑽取的管路徑就會較短,向下挖掘基地後,在隧道前端置一全斷面隧道鑽掘機(TBM),配合陸地上泥漿處理系統,一邊鑽取一邊將鑽取出的泥漿抽到地面,並置入水管,一節一節的將水管,從基地置入並配合頂架(Jacking frame)將水管向前頂入。待水管到達目的區域,船隻從海面上配合工具及人力取回TBM,水管開始排放污水。

    典型頂管法工程配置圖(圖片來源:http://www.sohu.com/a/242812601_750561)

    典型頂管法工程配置圖(圖片來源:http://www.sohu.com/a/242812601_750561)

    清除TBM上方積沙(圖片來源:https://goo.gl/coJ1Ec)

    回收TBM(圖片來源: https://goo.gl/coJ1Ec)

    排放污水(圖片來源: https://goo.gl/coJ1Ec)

  • (二)海面上釋放排污管至海裡
    在岸上組裝排污管後,使用駁船(Barge)將管線置入海底。

    清除TBM上方積沙(圖片來源:https://goo.gl/coJ1Ec)

    海面組裝水管(圖片來源:https://www.youtube.com/watch?v=5_ey5Q_7g0I)

    釋放排污管至海底
    (圖片來源:https://www.youtube.com/watch?v=5_ey5Q_7g0I)

  • < 第四章 > 臺灣海洋放流標準

    若海洋放流管設計不當,可能會造成嚴重的海域環境沖擊,影響海洋生態,降低海域經濟價值。
    因此,規劃時必須考慮當地海域的海洋生態與生物資源,而且要符合國家規定之海洋放流標準,當然在計畫實施前後,更必須分析與研究放流對海域生物性、化學性及物理性因子的影響,確實瞭解這些廢棄物質海洋放流之後,在海水中擴散情形、沈積於沈積物中、或是累積於生物體中之各種途徑與速度,為評估海洋放流後,對海洋生態環境之衝擊與資源維護之影響。​

    放流口附近的景象
    (圖片來源:美國海洋大會,https://oceanconference.un.org/commitments/?id=15488)

    都市污水及工廠廢水排放到海洋後,放流地點附近的海水水質會發生溫度、濁度等等的物理變化。在化學方面,因為大量海水有很好的稀釋能力和緩衝作用,pH值一般變化不明顯,缺氧問題也不嚴重。但污水若有鉻、鎳、銅等重金屬、氰化物、有機溶劑等毒物存在,就可能使魚類和其他生物中毒死亡。


    在細菌方面,通常以大腸桿菌為指標,因為大腸桿菌在糞便裡的數量極多,可以在人體外存活一段時間,所以常被用來檢查水源是否被糞便污染的指標。


    海水的稀釋能力決定放流條件最重要的因素之一,一般來說,放流海水稀釋倍數都得在100倍以上,而海水中任何一點的擴散情形都不一樣,選擇放流口時要考慮地理、氣象、經濟利用、水質調查結果,選定一個擴散良好的地點作為放流口(參考資料:海洋放流海域之水質調查及研究)。


    根據海域環境分類及海洋環境品質標準第三條中,海域環境分為甲、乙、丙3類,甲類:適用於一級水產用水、二級水產用水、工業用水、游泳及環境保育。乙類:適用於二級水產用水、工業用水及環境保育。丙類:適用於環境保育。

     

    其中甲、乙類海域的放流標準如左表:

    (資料來源:行政院環境保護署http://extwprlegs1.fao.org/docs/pdf/tw164169C.pdf)