國
立
交
通
大
學
土木工程系
碩士論文
加油站柴油洩漏與抽取模擬
Simulation of Leakage and Pumping of Diesel Fuel
at Filling Stations
研 究 生：吳志清
指導教授：單信瑜 博士
加油站柴油洩漏與抽取模擬
Simulation of Leakage and Pumping of Diesel Fuel
at Filling Stations
研 究 生：吳志清 Student：Chih-Ching Wu
指導教授：單信瑜 博士 Advisor：Dr.Hsin-yu Shan
國 立 交 通 大 學
土 木 工 程 學 系
碩 士 論 文
A ThesisSubmitted to Department of Civil Engineering College of Engineering
National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master
In
Civil Engineering July 2013
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
I 加油站柴油滲漏與抽取模擬 研究生：吳志清 指導教授：單信瑜 博士 國立交通大學土木工程學系
摘要
國內自開放民營加油站設立後，加油站的數量大量增加。近年來土壤與地下 水污染的控制與整治場址中，加油站所佔的比例亦逐漸提升。柴油相對於汽油而 言，其揮發性較低，可能導致其滲漏監測較汽油困難。因此，國內柴油污染場址 的污染量與程度均較汽油污染嚴重的現象。在國內絕大多數加油站僅利用測漏管 進行土壤氣體監測以評估油品滲漏的監測效果，但仍是難以即時掌握油品滲漏的 發生時機與污染程度。此外，在油品的污染傳輸與整治模擬方面，也因柴油的餾 分較廣且成分複雜，使得在油品污染相關的數值模擬幾乎都以汽油的滲漏與整治 為主。本研究將以柴油在加油站地下油槽洩漏為研究對象，利用 TMVOC 針對 多成分柴油精確地模擬柴油滲漏與抽取狀況，以土壤氣體與地下水中柴油與其成 分之濃度來評估監測有效性。由模擬結果顯示出柴油滲漏點位於非飽和區時，氣 體監測會優於以地下水監測井監測地下水體；當滲漏點位於地下水面下，氣體監 測和地下水體監測均難以偵測到柴油污染。土壤氣體及水中濃度監測效果方面， 高滲透係數會比低滲透係數佳，地下水位越深其監測效果越差。抽取應用於柴油 整治，在高滲透係數及孔隙率會有較高移除率。在相較同樣的汽油污染情況下， 監測井設置在距離洩漏點 3 m 範圍內，可偵測到一定程度之柴油或汽油油氣濃度 變化。但汽油揮發性高，其監測井之氣體監測會比柴油較早達到氣體濃度標準， 而汽油洩漏至一年時之油氣濃度幾乎為柴油油氣濃度的數十倍。在地下水含苯濃 度監測方面，汽油也明顯比柴油優越許多。 關鍵字：柴油，加油站，滲漏，抽取，模擬，TMVOC。II
Simulation of Leakage and Pumping of Diesel Fuel at Filling Station By
Student：Chih-Ching Wu Advisor：Dr.Hsin-yu Shan Department of Civil Engineering
National Chiao Tung University
Abstract
The number of filling stations in Taiwan increased dramatically after the government lifted the ban on private ownership. However, the filling stations account for a large proportion of the soil and groundwater pollution sites. Most filling stations in Taiwan use soil vapor monitoring to monitor leakage of underground storage tanks and pipelines. Since the vapor pressure of diesel fuel is much lower than that of gasoline, diesel fuel leakage is more difficult to detect. As a result, the amount and extent of diesel fuel pollution could be more serious. On the other hand, the composition of diesel fuel is much more complicated than that of gasoline such that the assumption of its composition for multi-components simulation becomes more difficult. Therefore, almost all of numerical simulations of LNAPL leakage and remediation has been focused on gasoline. This study performed multi-component transport simulation of diesel fuel leakage and pumping by TMVOC to evaluate the effectiveness of monitoring. The results of simulation show that diesel fuel leakage in the unsaturated zone, gas monitoring will be better than groundwater monitoring. When leakage located on the below the groundwater, the gas and groundwater monitoring are difficult to detect diesel fuel contamination. The monitoring soil vapor and contaminants in groundwater is more effective in soil with higher permeability. While the grounswater table is low, the monitoring soil vapor and contaminants in groundwater is more effective in soil with higher the grounswater table. Diesel fuel pumping used has a higher removal rate in the soil with high permeability and porosity soil. Compared to the same in the case of gasoline contamination, the monitoring soil vapor can detect a certain degree of diesel or gasoline hydrocarbon concentration which set up at a distance of 3 m leak point range. Because gasoline volatility is high, the monitoring soil vapor will be reached standards earlier than diesel gas concentration.
III
誌謝
在交大的求學生涯即將接近尾聲，終於如期所願順利地完成碩士學位。在此 期間首先要感謝我的指導教授單信瑜 博士悉心指導與督促，不管在學習及研究 上都給予充分的時間讓我探索與思考，得以讓研究能順利而如期畢業。在老師課 堂與研究討論上，我從老師身上學習許多土木相關專業與態度，讓我對土壤及地 下水污染能有更進一步瞭解與認知，特別是在加油站污染相關領域使我對此領域 深感興趣與嚮往，也讓我在對一些事情看法可以用多方面的角度去思考。在論文 口詴期間也要感謝林明德 教授與侯善麟 博士悉心指正，並對本研究提供許多寶 貴的意見與建議，而使本論文能更加完善。 研究室生活中感謝凱仁、效丞、智緯、潤翰、昱辰、建智、佩衡學長們在課 業及研究經驗的傳承，使我在研究摸索上能有一定基礎與自信；同時也要感謝書 銘、麒淯、政信及其他各門研究室的學弟們學習相伴與幫忙，讓研究室能一直保 有著歡樂氣氛，也希望這個氣氛能一值保持下去。 另外，在研習環境水文地質課時兼任助教並與你們一起修課，讓我從各位學 弟妹們身上學習到不少，也體會到自己還有很多不足的地方。當然也要感謝實驗 室的戰友(電腦)，跟我度過一段艱辛的模擬過程，不管在白天或著晚上行程持續 不斷為我奮戰，感謝讓模擬案例能順順利利的模擬成功，我相信戰友的功勞是最 大的。 最後要感謝我的家人，沒有你們支持我的求學階段是無法走到這裡，尤其是 我的老爸順應我許多的要求而讓我在研究所生涯可以全心全意地專注於學業， 並且在我背後默默地支持，如今我畢業了，希望我的畢業能帶給你們些微欣慰與 放心。再次將本文獻給曾給我幫助的師長、家人、同學及朋友們，在此致上最深 的謝意，有你們的相伴及關心而讓我在碩士求學階段能畫上一個完美的句點，並 給予勇氣與自信能讓我再往人生下一個階段繼續邁進，謝謝你們!IV
目錄
中文摘要 ... I 英文摘要 ... II 誌謝 ... III 目錄 ...IV 圖目錄 ...VI 表目錄 ...IX 第一章 緒論 ... 1 1.1 研究動機... 1 1.2 研究目的... 1 1.3 論文架構... 1 第二章 文獻回顧 ... 3 2.1 加油站污染概論 ... 3 2.1.1 加油站洩漏 ... 3 2.1.2 柴油油品概述 ... 5 2.1.3 污染物 LNAPL 傳輸 ... 8 2.2 加油站監測方法 ... 10 2.2.1 監測系統 ... 10 2.2.2 監測概況 ... 14 2.3 油品污染整治 ... 16 2.4 柴油成分... 19 2.5 數值模擬污染物相關研究 ... 22 2.6 數值模擬 TMVOC ... 23 2.6.1 基本原理 ... 23 2.6.2 成分設定 ... 26 第三章 研究方法 ... 28 3.1 柴油成分設定 ... 29 3.2 模型參數訂定 ... 30 3.3 穩態地下水流場建立 ... 32 3.4 柴油洩漏情境設定 ... 33V 3.5 抽取井及監測井設置 ... 35 3.6 柴油洩漏模擬 ... 36 第四章 模擬結果與分析 ... 39 4.1 柴油洩漏... 39 4.1.1 洩漏點位於油槽上方處 ... 45 4.1.2 洩漏點位於儲槽區內 ... 46 4.1.3 洩漏點位於油槽上方與輸油管連結處 ... 48 4.1.4 洩漏點位於儲油槽下方 ... 49 4.2 柴油和汽油洩漏比較 ... 67 4.3 油品洩漏整治 ... 73 4.4 敏感度分析... 79 4.4.1 孔隙率對移除量之影響 ... 79 4.4.2 滲透係數對移除量之影響 ... 85 4.4.3 地下水位對移除量之影響 ... 89 4.5 佈井位置對移除量之影響 ... 93 第五章 結論與建議 ... 98 5.1 結論... 98 5.2 建議... 100 參考文獻 101 附錄 柴油合成物之 TMVOC 化學性質設定 ... 105
VI
圖目錄
圖 1-1 研究流程圖……….……….…2 圖 2-1 加油站帄面配置圖……….….…4 圖 2-2 GC-MS各種柴油之指紋圖……….7 圖 2-3 LNPAL 在土層傳輸過程……….9 圖 2-4 美國測漏管配置示意圖………13 圖 2-5 二次阻隔層型式………13 圖 2-6 油品洩漏鋒面移動距離與達到濃度標準值時間曲線圖………15 圖 2-7 多相抽除法示意圖………18 圖 2-8 生物漱洗井………18 圖 2-9 等碳數與沸點回歸曲線………20 圖 2-10 液體在各相之組成與變化圖………..24 圖 2-11 TMVOC 離散模型………...25 圖 3-1 研究流程圖………28 圖 3-2 模擬場址………30 圖 3-3 不同地下水位設置儲油槽………31 圖 3-4 地下水位於地下 2 m 和 5 m………..32 圖 3-5 地下水位達穩定狀態………33 圖 3-6 加油站洩漏點設置………34 圖 3-7 場址監測井配置………36 圖 3-8 地下水位 2 m之 x-z 剖面圖………...37 圖 3-9 地下水位 5 m之 x-z 剖面圖………...37 圖 3-10 地下水位 2 m之 x-y 剖面圖………...38 圖 3-11 地下水位 5 m 之 x-y 剖面圖………...38 圖 4-1(a)洩漏點 Case 1 柴油飽和度達一天分佈………41 圖 4-1(b)洩漏點 Case 1 柴油飽和度達一年分佈………41 圖 4-2(a)洩漏點 Case 2 柴油飽和度達一天分佈………42 圖 4-2(b)洩漏點 Case 2 柴油飽和度達一年分佈………42 圖 4-3(a)洩漏點 Case 3 柴油飽和度達一天分佈………43 圖 4-3(b)洩漏點 Case 3 柴油飽和度達一年分佈………43 圖 4-4(a)洩漏點 Case 4 柴油飽和度達一天分佈………44 圖 4-4(b)洩漏點 Case 4 柴油飽和度達一年分佈………44 圖 4-5(a)洩漏於油槽上方之模擬結果………51VII 圖 4-5(b)洩漏於油槽上方之模擬結果………52 圖 4-5(c)洩漏於油槽上方之模擬結果………53 圖 4-5(d)洩漏於油槽上方之模擬結果………54 圖 4-6(a)洩漏於儲槽區內之模擬結果………....55 圖 4-6(b)洩漏於儲槽區內之模擬結果………....56 圖 4-6(c)洩漏於儲槽區內之模擬結果……….…...57 圖 4-6(d)洩漏於儲槽區內之模擬結果……….…...58 圖 4-7(a)油槽上方與輸油管連接處之模擬結果………....59 圖 4-7(b)油槽上方與輸油管連接處之模擬結果………....60 圖 4-7(c)油槽上方與輸油管連接處之模擬結果……….……...61 圖 4-7(d)油槽上方與輸油管連接處之模擬結果……….…...62 圖 4-8(a)儲油槽下方之模擬結果……….…...63 圖 4-8(b)儲油槽下方之模擬結果……….…...64 圖 4-8(c)儲油槽下方之模擬結果……….…...65 圖 4-8(d)儲油槽下方之模擬結果……….…...66 圖 4-9 地下水位 2 m之汽柴油模擬結果……….69 圖 4-10 地下水位 5 m 之汽柴油模擬結果………..70 圖 4-11(a)汽柴油洩漏於地下水位 2 m 之模擬結果……...………71 圖 4-11(b)汽柴油洩漏於地下水位 5 m 之模擬結果………...………72 圖 4-12 整治一年柴油 SO 剖面圖………74 圖 4-13 Y=59.5 m，Z=-2 m 之油品 X 方向飽和度分佈……….74 圖 4-14 油品移除量與時間之變化………..76 圖 4-15 移除速率與時間之變化………..76 圖 4-16 整治期間監測井水中含苯濃度變化………..77 圖 4-17 整治期間監測井水中含萘濃度變化………..77 圖 4-18 整治期間監測井水中 TPHd濃度變化.………..78 圖 4-19 整治期間監測井氣體濃度變化………..78 圖 4-20 抽取井在不同孔隙率一年之移除量變化………..81 圖 4-21 抽取井在不同孔隙率一年之移除速率變化………..81 圖 4-22 監測井在抽取一年之水中含苯濃度變化………..82 圖 4-23 監測井在抽取一年之 TPHd濃度變化………83 圖 4-24 監測井在抽取一年之土壤氣體濃度變化………..84 圖 4-25 抽取井在不同滲透係數一年之移除量變化………..86 圖 4-26 抽取井在不同滲透係數一年之移除速率變化………..86 圖 4-27 監測井在抽取一年之水中含苯濃度變化………..87 圖 4-28 監測井在抽取一年之氣體濃度變化………..88
VIII 圖 4-29 抽取井在不同水位之一年移除量變化……….……….90 圖 4-30 抽取井在不同水位之一年移除速率變化……….……….90 圖 4-31 監測井在抽取一年之水中含苯濃度變化……….……….91 圖 4-32 監測井在抽取一年之氣體濃度變化……….….92 圖 4-33 抽取井在不同位置之一年移除量變化……….……….94 圖 4-34 抽取井在不同位置之一年移除速率變化………….……….94 圖 4-35 監測井在整治一年之水中含苯濃度變化……….……….95 圖 4-36 監測井在整治一年之氣體濃度變化………..96
IX
表目錄
表 2-1 公告污染列管場址……….…….4 表 2-2 柴油成分………..6 表 2-3 BTEX 物理化學特性………..6 表 2-4 油氣檢測器項目………11 表 2-5 土壤及地下水管制標準-加油站常見污染物………..15 表 2-6 模擬 TMVOC 初步假設之柴油成分………20 表 2-7 柴油成分………20 表 2-8 模擬柴油分類………21 表 2-9 樣品柴油成分………21 表 3-1 簡化柴油組成成分百分比………29 表 3-2 模擬土壤相關參數………31 表 3-3 柴油各成分洩漏量………34 表 3-4 抽取井參數………35 表 4-1 模擬洩漏案例………401
第一章
緒論
1.1 研究動機
國內自 1987 年開放民營加油站設立後，加油站需求增加，實際營運數量已 超過二千座以上(經濟部能源局，2013)。地下油槽就以數量而言，大都以加油站 設置居多，其中販售油製品以汽、柴油為主，使得油品類污染物對於土壤及地下 水污染問題逐漸增加。在申報污染物整治費比例中，石油系有機物佔整體的91.24 %(環保署，2011)。但台灣相對於歐美國家而言，在土壤及地下水污染防範觀念 啟蒙較晚，通常在加油站污染場址中，普遍因監測設備不齊且疏於保養、損壞率 高，使得監測效果不佳，造成在現場難以判斷有無發生洩漏、洩漏時間長短、哪 種油品污染及洩漏位置及範圍。 加油站油品洩漏是屬於不易察覺的地面下環境污染問題，常要洩漏到一定程 度的油量才會發覺，也隨著後續所帶來龐大的土壤和地下水污染問題，使得加油 站業主難以承擔長期的污染整治及整治費用。所以對於油品污染場址而言，要能 找出污染源及適時切斷源頭，並在初期污染的整治獲得一定程度效果，是極為關 切的議題。1.2 研究目的
本研究目的是透過數值軟體，模擬加油站地下儲槽之柴油洩漏，對於各種洩 漏情況於在不同地質條件進行探討，以評估監測井土壤氣體與地下水監測的有效 性。最後對此污染團進行多相抽取法(MPE)作整治，以監測井之土壤氣體與地下 水監測變化，來探討柴油之整治效率。1.3 論文架構
本研究針對加油站以柴油洩漏作污染情況。會先蒐集柴油成分及污染傳輸行 為的相關文獻，由於油品是屬於多相流傳輸，加上其成分複雜且難以確定。而2 TMVOC 數值模擬在多相流傳輸中對化學物質有清楚的定義，且也適合用來模擬 多成分傳輸，因此選用 TMVOC 進行柴油污染模擬，其研究流程，如圖 1-1 所示。 圖 1-1 研究流程圖
文獻回顧
1.加油站洩漏狀況。 2.監測方法。 3.柴油成分。 4.污染物模擬相關研究。 5.數值模擬TMVOC。研究方法
1.柴油十項成分。 2.設置不同的洩漏源。 3.模擬各種洩漏於不同孔隙率、絕對透水係數及地下水位。 4.在加油站場址中置入監測井作監測。 5.設置抽取井模擬MPE。 6.針對不同地質條件的污染團進行整治。數據整理
1.監測井之土壤氣體濃度值。 2.監測井之水中含苯、萘濃度值。 3.油品整治量與時間之變化。 4.整治井在不同地質條件下之抽取量變化。結論與建議
3
第二章
文獻回顧
探討加油站地下儲槽之柴油洩漏行為，先將文獻回顧分為加油站污染概論、 加油站監測系統及油品污染整治方法-多相抽除法。並回顧柴油中主要成分、油 品數值模擬相關研究及本研究所用之數值模擬軟體 TMVOC。2.1 加油站污染概論
2.1.1 加油站洩漏
依據環保署之加油站及大型儲槽可能洩漏源分析，在加油站主要可分為四個 污染途徑(環保署，2009)：洩油口、地下油槽、輸油管線及泵島區之加油機。而 其在加油站基本設備配置，如圖 2-1。在這些污染途徑中，又以地下油槽和輸油 管線洩漏較難及時發現與處理。美國在 1995 年總計有 1,200,000 座儲槽，保守估 計至少有 270,000 座儲槽發生洩漏(環保署，1996)。而美國環保署將地下油槽和 輸油管線區，定義為地下儲槽系統(Underground Storage Tank System, USTs)，泛 指儲槽及相關之管線設施及附屬設備等有 10 %以上體積位於地表以下稱之。據 美國賓州環境資源統計，在地下油槽系統洩漏中，油槽佔 49 %，管線佔 39 %， 而兩者同時發生為 12 %。也就是當加油站發生油品污染時，油槽和管線所導致 污染比例相當的高。 由於台灣地狹人稠，加油站皆在地面下構築密閉油槽。國內每座加油站均有 四個油槽以上，至今統計全台已有 2510 座(經濟部能源局，2013)，估算油槽數 就有 10,040 個以上。早年加油站依據「加油站設置管理規則」設立，對其設施 要求不夠嚴謹，直到民國 89 年之「土壤地下水污染整治法」制訂，才對於管線、 油槽材質及空間設計皆嚴格要求，但對已超過 10 年的老舊加油站，因其當初設 計時未做周詳的規劃，使發生油品潛在洩漏機率提升。加油站站齡超過 10 年以 上均未於在輸油管線區及泵島區設置土壤氣體監測及預警系統，使這類型加油站 易成為監測死角(環保署，2006)。再加上國內加油站監測設備不齊全，且常保養 不善、損壞率高，使得監測未發揮應有的效果。加油站涉及土壤地下水污染被公 告列管場址已有 57 筆；整治場址 12 筆(環保署土壤及地下水整治基金管理委員 會，2013)，表 2-1。4 圖 2-1 加油站帄面配置圖 表 2-1 公告污染列管場址(環保署土壤及地下水整治網 ，2013) 狀態\類別 加油站 農地 儲槽 工廠 非法棄置 其它 總計 列管場址 57 613 1 69 14 32 786 整治場址 12 0 1 22 3 8 46 解除列管場址 2 88 0 4 1 1 96 非列管場址 0 0 0 1 0 3 4
5
2.1.2 柴油油品概述
石化柴油(Petroleum Diesel)是原油蒸餾過程中的一項產物，密度約 0.8 g/ml。 沸點普遍落在 163 ~ 382°C。為 10 到 27 個碳原子的鍊烷、環烷或芳香烴所組成 的。通常碳氫化合物分子量或沸點越低，蒸氣壓就越大，其容易揮發。柴油相對 於汽油(C4 ~ C12)，擁有較高的分子及碳數，普遍有較高的沸點且不容易揮發， 而含有成分也比汽油複雜。所以在分析柴油裡的化學成分比例較難以掌握，不過 大致可循(Calabrese,1988)的分類，將其分成正烷類、含支鍊類及環烷類、異烷 類、芳香族和極性物質，如表 2-2。 由於柴油成分複雜且含較多雜質，燃燒後會產生大量煙灰和氧化硫(SOx)， 而柴油的含硫量，演變成環境污染密切關注的焦點。為了改善其對空氣污染影響， 進一步促使柴油產品往含低硫化的生質柴油(Biodiesel)發展，生質柴油相對於石 化柴油是較為含硫量低且可生物分解性較高的燃料。 基本上，生質柴油與石化柴油特性相近，除了可單獨使用，也可以一定比例 混入石化柴油來提高潤滑性。常見 B1 生質柴油是以 1 %純生質柴油(B100)與 99 %石化柴油的混合物，目前典型的混合生質柴油範圍落在 B1~B20，在台灣市面 上的中油超級柴油與台塑環保柴油都是混合一定比例的 B1 生質柴油。 原油是由低沸點到高沸點所組成複雜產物，可應市場的需求，經不同製程方 式(例:蒸餾、加氫裂解等)製成各種形式煉製油品，柴油會以許多產品形式出現， 所以難以有一致性的物理及化學性質，Chen et al., (2008)在實驗室以氣相層析質 譜儀(Gas Chromatography Mass Spectrometry, GC-MS)建立全範圍之各種常見柴 油組成分佈的指紋圖(Fingerprint)，不同的製成柴油會有不同的指紋圖，但差異 性幾乎變化不大，如圖 2-2，普遍都可看出碳數幾乎都落在 C10 ~ C27 間。因此， 國內環保署於 100 年 7 月 1 日規定中油的超級柴油限用含硫量 10 ppm 以下，作 為產品管制標準(環保署車用汽柴油成分及性能管制標準，2009)。 在水文地質土壤污染部分，是針對人體危害性較大的 BTEX，分別為苯 (Benzene)、甲苯(Toluene)、乙苯(Ethylbenzene)及二甲苯(Xylene)作為指標。其中 的苯相較其他三者擁有極高溶水性，因此在土壤中易經由水攜帶傳輸，散佈到更 廣的範圍，甚至影響到地下水。再加上苯已被證實，在人體內長期累積具有致癌 性，所以國內在土壤氣體及地下水監測都將 BTEX 列為管制標準，其物理化學 性質如表 2-3。在油品污染場址中，也常發現含有萘(Naphthalene)存在，而萘在 石油煉製過程存在於柴油中，所以在污染場址常以萘作為判斷有無柴油洩漏污染 依據。美國環保署在 1989 年將萘歸類為 C 類可能人類致癌物質，而我國也將萘6 列入地下水污染管制標準中(經濟部工業局，2007)。 表 2-2 柴油成分(Calabrese,1988) 成分 百分比(%) 正烷類 CnH2n+2 37.59 異烷類 I-CnH2n+2 3.47 含支鍊及環烷類 CnH2n 37.59 芳香族類 CnH2n+6 20.22 極性物質 1.13 表 2-3 BTEX 物理化學特性(經濟部工業局，2007) 物理化學特性 苯 (Benzene) 甲苯 (Toluene) 乙苯 (Ethylbenzene) 二甲苯 (Xylene) 分子式 C6H6 C7H8 C8H10 C6H4(C2H3)2 分子量(mg/mole) 78 92 106 106 熔點(°C) 5.53 -95 -95 -25.2 沸點(°C) 80 111 135.2 144.4 密度(g/mL) 0.876 0.866 0.867 0.868 溶解度(mg/L) 1780 500 150 150 沉積物-水分配係數(Koc) 97 242 622 570 辛醇-水分配係數(Kow) 135 540 1410 1320 蒸氣壓(mm-Hg) 76 22 7 5 半衰期(T1/2)(day) 5 4 3 7 亨利常數(Pa- 3/mole) 532 673 864 493
7
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2.1.3 污染物 LNAPL 傳輸
非水相液體(Non-Aqueous Phase Liquid，NAPL)其物質特性難溶於水，會獨 自形成一個分離相液體流動。一般柴油比重較水低，若油品在土壤傳輸途徑中遇 到地下水面，則會有部份油品堆積並浮於水面上形成一層薄浮油面，屬於典型的 輕質非水相溶液(Light Dense Non-Aqueous Phase Liguid，LNAPL)。當 LNAPL 發 生洩漏至土層過程，可分為三個階段：污染物進入地表下、洩漏至飽和帶及最後 污染源停滯，如圖 2-3 所示。
一開始隨著重力影響將油品往地表下移動，但在非飽和土層移動中會伴隨生 物降解、揮發、吸附、傳輸擴散及化學反應等因素，使得 LNAPL 在地下傳輸及 分佈難以掌握。油品在土壤中向下傳輸時，部分經由孔隙揮發至地表成為蒸汽相 (Vapor Phase)，而有部分成為吸附在土壤顆粒表面的吸附相(Adsorbed Phase)，當 LNAPL 洩漏量未累積超過殘留飽和度時，則會以殘留飽和度留存在非飽和層孔 隙中形成殘餘相(Residual Phase)，若有較多洩漏量使其繼續往下傳輸擴散直到飽 和帶。在 LNAPL 進入飽和帶前，會先堆積在飽和帶上的毛細緣層(Capillary Fringe) 形成浮油面，以自由相形式隨著水力梯度向下游移動。 隨著堆積量增加逐漸產生局部高壓，使該層形成向下凹面，終至突破毛細緣 層而進入地下水中，進一步溶解於水中成為溶解相並隨著地下水流動。最後當洩 漏源不再繼續發生洩漏行為，在先前以存在土壤中的油品量逐漸減少，以再次回 到殘於飽和困於孔隙中，而在飽和帶部分也隨堆積量減少逐漸降低壓力，使在 LNAPL 與飽和界面之凹面稍微回升，但仍有部分會留存在飽和面下持續溶解至 地下水中往下游散佈，造成二次污染來源。所以 NAPL 發生洩漏會以氣相、吸 附相、殘餘相及自由相存於土壤。 污染物在土壤間的移動速度可以三種方式呈現：帄流(Advection Transport)、 擴散(Diffusion)及機械延散(Mechanical Dispersion)。以微觀角度來看水在土壤顆 粒間的移動情況：水流動於孔隙中心其速度會比流動於顆粒邊緣較快、在同樣距 離下水流在孔隙間流動會有不同的水流路徑及水流經土壤顆粒較大的孔隙流速 較快。說明水在土壤孔隙裡並非全都以相同速度及方向移動(Bear, 1972)。帄流是 指汙染物隨著水流方向而移動的現象。擴散作用描述污染物溶於水中，藉由濃度 差異由高濃度往低濃度地區移動。只要濃度梯度存在，即使水沒有移動，仍會有 擴散發生(Fetter, 1999)。 機械延散是將所有含有溶質的地下水假設全部有相同速度下，會與無含溶質 地下水形成一個界面，但含有溶質地下水在流經各孔隙間無法有相同的速度，會
9 產生靠近孔隙中央速度越快而靠近邊緣較慢的縱向速度偏差機械延散，及因水流 路徑並非直線順著水頭差蜿蜒流動造成的橫向速度偏差的機械延散。但污染物在 地下水流傳輸時，擴散和機械延散是同時發生的，也因為機械延散作用造成污染 物濃度分布與分子擴散類似，因此將這兩項合併用水動力延散 (Hydrodynamic Dispersion)來描述定義之。 圖 2-3 LNPAL 在土層傳輸過程(經濟部工業局，2007)
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2.2 加油站監測方法
2.2.1 監測系統
加油站的儲油及輸油相關設施皆埋於地下，為了判斷在區域內是否有洩漏污 染疑慮，大都在四周設置數支測漏管(Vapor Monitoring Well，土壤氣體監測井)， 透過油氣檢測器定期檢測，如光離子偵測器(Photo Ionization Detector, PID)、火焰 離子偵測器(Flame Ionization Detector, FID)等，以在洩漏過程中能及時掌握污染 範圍。環保署於民國 100 年「地下儲槽系統防止污染地下水體設施及監測設備管 理辦法」，對地下儲槽系統之監測方法作相關規範。依管理辦法第八條，監測方 法包括：密閉測詴、土壤氣體監測、地下水監測、槽間監測及其他中央主管機關 核准之監測方式，依序針對地下儲槽系統以各種監測方法作下列概述。 地下儲槽密閉測詴為在儲槽中加入氮氣，以加壓至 0.21 ~ 0.35 kg/c 2壓力， 量測儲槽 1 小時內之壓力變化，來判斷儲槽之密閉性(經濟部工業局，2009)。在 管理辦法中第十條規定，自民國 102 年 1 月 1 日起應依下列頻率進行監測及記 錄： 1. 地下儲槽：每三年一次。 2. 壓力式管線：每年一次。 3. 吸取式管線：每年一次。 其地下儲槽密閉測詴應符合一小時壓力變化率低於 0.01 kg/(c 2〃hr)及自 動壓力記錄器所繪製之圓盤圖需密合，或應符合滲漏率低於 0.378 公升/小時。美 國地下儲槽法規則是要求密閉測詴能夠偵測每小時 0.1 gal 之洩漏率(US EPA, 1988)。
土壤氣體監測在管理辦法中第十一條，定義為泛指設置於地下儲槽系統周圍 用以監測土壤中的揮發性有機氣體(Volatile Organic Compounds, VOCs)濃度變化 之設施。由於油品洩漏傳輸過程中，首先經由土壤非飽和層帶，在此區間多是利 用測漏管量測土壤中油氣濃度。依說明監測井需有條件：
1. 監測設備應具有不因降雨、地下水、土壤濕度或其他因素，於儲存物
滲漏發生後測得滲漏物揮發之功能。
11 3. 依開挖區範圍、回填孔隙介質、儲存物質及監測設備之功能，決定土壤 氣體監測井之數量及位置。 4. 土壤氣體監測井應符合透氣度小於錶壓 500 mmHg。 5. 土壤氣體監測井應標記並加蓋，其監測範圍以監測井為中心，半徑不得 大於五公尺。 地下水水位最高水位或井內水位距地表二公尺內，且透氣度大於錶壓 150 mmHg 者，不得採用土壤氣體監測法。也規定土壤氣體監測項目需為爆炸下限百 分比(LEL, Lower Explosive Limit)或揮發性氣體濃度，其中氣體濃度偵測至少包 括光離子偵測器及火焰離子偵測器。
偵測 土壤之揮 發性有機 氣體方法 有可燃性 氣體檢測 器 (Combustible Gas Detector, CGD)簡稱測爆器、火焰離子化(Flame Ionization Detector, FID)及光離子 化(Photo Ionization Detector, PID)偵測器。測爆器則是國內最常用的偵測儀器，利 用觸媒燃燒的原理，吸入有機氣體與測爆器內的觸媒發生氧化作用後，經由電橋 將溫度變化轉成油氣濃度指數(黃冠良，1997)；FID 是採用氫火焰將有機氣體離 子化，藉由自由離子造成電壓與採樣濃度成相對關係加以量測；PID 而是以紫外 線將有機氣體分子游離，利用不同氣體特定的游離能和效率以偵測化合物游離後 所產生的電流大小(經濟部工業局，2007)。第十一條管理辦法規定測爆器之爆炸 下限值百分比(%, LEL)大於 25 %，FID 和 PID 之檢測值大於 500 ppmV，得進行 污染調查，以研判是否有污染洩漏發生。各項油氣檢測器項目偵測範圍，如表 2-4。當油品由土壤非飽和層帶到達飽和帶過程中，會有部分溶解於孔隙水或地 下水體。地下水位監測為僅適用於未密實顆粒土層並以監測飽和含水層地下水質， 取得井周邊地下水水樣的方法(環保署，2002)，在管理辦法第十二條指出地下水 位監測井應符合以下： 表 2-4 油氣檢測器項目 項目 偵測範圍 判別油氣污染基準 可燃氣體檢測器 (CGD) 0 ~ 100 % LEL > 25 % 光離子偵測器 (PID) 0 ~ 9999 ppmV > 500 ppm 火焰離子偵測器 (FID) 0 ~ 9999 ppmV > 500 ppm
12 1. 地下水監測井應於地下儲槽區及管線區上游設置一口以上、下游設置二 口以上。 2. 地下水水位不得低於地表下七公尺。地下儲槽系統與監測井間介質之水 力傳導係數不得小於 0.01 公分。 3. 監測井於高、低地下水位應能測得滲漏物質，其地表至濾料頂端並應予 密封。 4. 地下水標準監測井應標記並加蓋。 規定自 102 年 1 月 1 日起，其監測項目為苯、甲苯、乙苯、二甲苯及柴油總 碳氫化合物(TPHd)，而「地下水質監測井設置規範」也要求監測井在監測可溶或 非可溶性 LNAPL 之鑽孔深度，在非受壓含水層部分於豐水期鑽孔需至當時地下 水面下 5 m；枯水期鑽孔需至當時地下水面下 1 m。至於受壓含水層則是鑽孔需 貫穿不透水層進入含水層中 2 公尺處。監測井部分，美國認為土壤氣體監測井要 能在 30 日內測出半徑 10 ft 遠的油槽洩漏，雖依不同監測網設置，但普遍要求井 兩者間隔不超過 10 至 17 英尺的間距，測漏管的配置如圖 2-4 所示(US EPA, 1990)。 槽間監測則是在地下儲槽系統在其外圍或下方設有第二層阻隔層，在此阻隔 層與地下儲槽間的監測稱之。設置二次阻隔層常見有三個型式：設置混凝土外牆、 舖設不透水襯墊及使用雙層設計之雙層壁體儲油槽，如圖 2-5。在第十三條管理 辦法規定二次阻隔層(例：混凝土外牆和不透水襯墊)應符合以下： 1. 地下儲槽系統外層阻隔物，應使用小於 6 cm/s 之材質。 2. 外層阻隔物應高於地下水位，且需與儲槽內之儲存物質相容。 3. 具有陰極防蝕系統之地下儲槽系統，其外層阻隔物設計不得妨礙陰極防 蝕系統之正常操作。 4. 槽間監測井應標記並加蓋。 又規定採用雙層槽之地下儲槽系統設計，其監測設備應具有測得雙層槽之內 層槽內物質滲漏之功能。美國環保署也規定第二層阻隔層應具有充足厚度及透水 性，隔層材質不受到洩漏油料裂化，且要能在發生洩漏 30 天內其裝置檢測出油 氣而不受到地下水、雨水及土壤干擾，最後在現場需經過確認第二隔層及監測設 計要高於地下水位，且不在 25 年洪水帄原上(US EPA, 1988)。此監測是唯一可以 在油品滲漏進入地層之前偵測出來的監測方法，不適用於非雙層儲槽或無二次阻 隔系統之儲槽系統。儲存有害物質的地下儲槽或者當儲油槽位於飲用水抽水井或 地表水取水口附近、以及地下水保護區或環境敏感地區時，均必頇採用二次阻隔 系統與槽間監測系統(單信瑜，2010)。
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圖 2-4 美國測漏管配置示意圖(US EPA, 1990)
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2.2.2 監測概況
加油站污染調查是根據監測井在現場的土壤及地下水採樣，並配合國內於 89 年「土壤及地下水污染整治法」陸續對土壤及地下水中各項污染物訂定管制 標準，作研判的依據。加油站常見的油品(例:汽油、柴油等)所含有各種化學物質， 對人體也都有一定程度的危害性，為了易於掌握石油碳氫化合物污染的概況，因 此將石油系污染(C6 ~ C40)物質，定義為總石油碳氫化合物(Total Petroleum Hydrocarbon, TPH)作為法規中判斷污染狀況的基準(經濟部工業局，2007)。 一般而言，測漏管深度淺而施工容易，再加上取樣方便，國內加油站均在油 槽區附近設置測漏管監測土壤氣體濃度。但在測漏管設置部分，僅對油槽數量作 設置，並未明確建立完善監測系統。 Weber and Schwille (1989)以模擬軟體 CFEST(Contaminant Finite Element Solute Transport)注入以甲烷、丁烷與三氯乙烯 (Trichloroethylene, TCE)混合模擬汽油，指出在缺乏了解污染源之特徵下，若無 定量洩漏速率量測是無法制定有佳效果之監測系統，即使知道偵測設備的性能與 靈敏性，也是難以設定確切的污染濃度警示值。另外以 0.05 與 0.2 gal/hr 洩漏達 到油氣濃度值 1 %和 10 %之距離位置與時間關係，如圖 2-6。結果可看出氣體濃 度標準值與油氣移動距離是成反比。陳培旼(2010)以 TMVOC 模擬汽油傳輸，結 果發現測漏管在氣體監測效果會優於地下水體監測。 現地土壤偵測與採樣方面，劉敏信等(2012)以現場 PID/FID 量測土壤氣體濃 度與實驗室量測土壤污染濃度做對比，結果發現現場用 FID/PID 偵測濃度小於 500 ppm 時，土壤之TPHd柴油污染成低度正相關；而濃度大於 500 ppm 時，TPHd成 無相關性，說明柴油在現地土壤氣體偵測效果並不理想。油品是屬於有機物質， 在洩漏過程也會伴隨一定程度的生物降解(Biodegradation)。油品在地下土壤中普 遍是處於缺氧狀態，會被厭氧微生物代謝為甲烷(黃冠良、曾玲玲，1995)，Schulz and Farrell., (2010)在 MNA (Monitored Natural Attenuation)中，也以油品生物降解 過程所產生的甲烷量來推估洩漏位置，但結果兩者是無相關性。 在實驗室的氣相層析質譜圖分析，以不同碳氫化合物指紋圖與現地 FID 偵 測結果與做對比，發現風化效應對油品污染判定種類與洩漏時間影響極大，說明 在無法確立油品土壤中時間長短下，容易造成錯誤的油品判讀(黃德坤等，2004)。 以土壤環境模擬柴油洩漏研究，也發現柴油濃度與生物降解密切相關，在洩漏初 期柴油氣相層析質譜圖變化不大，但 27 天後其指紋圖譜幾乎無法判斷(羅文杰， 2005)。在 TPH 檢測方法之石油系污染分析中，汽油類是屬於低碳數分析(
C4 ~ C12)；而柴油歸屬於高碳數分析(C10 ~ C27)。在地下水管制標準中，將溶於水中15 的高碳數(C10 ~ C40)物質，另訂定柴油總碳氫化合物(TPHd)，做為判斷有無柴油 污染標準。而加油站污染常見污染項目，如表 2-5 所示。 圖 2-6 油品洩漏鋒面移動距離與達到濃度標準值時間曲線圖(Weber and Schwille,1989) 表 2-5 土壤及地下水管制標準-加油站常見污染物 分類 項目 管制標準 單位 土 壤 苯(Benzene) 5 mg/kg 甲苯(Toluene) 500 乙苯(Ethylbenzene) 250 二甲苯(Xylene) 500 總石油碳氫化合物(TPH) 1000 地 下 水 分類(飲用水水源水質保護區) 第一類(保護區內) 第二類(保護區外) mg/L 苯(Benzene) 0.005 0.05 甲苯(Toluene) 1 10 乙苯(Ethylbenzene) 0.7 7 二甲苯(Xylene) 10 100 萘(Naphthalene) 0.04 0.4 柴油總碳氫化合物(TPHd) 1 10
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2.3 油品污染整治
土壤及地下水污染整治技術應用廣泛，大致可區分為物理、化學及生物整治。
但為了達到最佳的整治效果，會將不同整治技術結合應用。而加油站的土壤污染
整 治 以 土壤 氣 體 抽除 法 (Soil Vapor Extraction, SVE)、 水 下 空 氣 注 入 法 (Air Sparging)、地下水抽除處理法(Pump and Treat)及浮油回收最為常用。
SVE 原理是在非飽和土壤中抽除氣體方式引起氣體流動，使在孔隙中的溶 解相或自由相，因抽氣所產生的負壓而持續揮發至氣相，再隨著氣體流動而被帶 至地表。適用於低到中等滲透率地層，因地下氣流路徑在高滲透土壤會過短，而 在低滲透土壤卻難以產生氣流路徑(API, 1996)。水下空氣注入法是以注氣井方式 將空氣打入地下飽和帶，使水中溶氧提升以增加生物降解，再用 SVE 方式將部 分 NAPL 揮發至非飽和帶抽除，但場址若有浮油存在，不能同時處理，必頇先 將其移除(環保署，2006)。而地下水抽除處理法直接設置抽水井將污染地下水抽 除到地表上，經過處理後再回注於含水層。因為 NAPL 移動為一個連續性的來 源，地下水抽除對此執行效果差(US EPA, 1992)。此法雖可作為防止污染擴散的 緊急處理，但在抽除過程中因有較高的地下水抽取率，產生出較陡的洩降錐，表 現出低效果的污染物回收率(US EPA, 1996)。 對發生洩漏油品場址而言，其整治最直接的方法就是抽除浮油。早期是利用 浮油回收機(Oil Skimmer)在開挖處使用油水分離設備，藉由重力自然流動方式將 地下水面上浮油移除。但僅能針對開挖面周圍區域進行抽除，而地質孔隙越小， 浮油回收效果越差。隨著技術改進，目前浮油回收以多相抽除法 (Multi-phase Extraction, MPE)效果較佳。MPE 主要是於污染區土壤上方，挖設回收井，於井 中設置泵，以移除土壤及地下水中不同型態的污染物質，包括油品自由相、溶解 相及揮發相，是屬於油、水、氣可同時抽除處理之整治技術。 藉由 MPE 在非飽和土壤中不斷抽除土壤氣體，造成真空狀態，也因回收井 附近之抽氣作用，使得污染區以外之氣體引入而產生通氣氣流現象，持續供氣以 補助整治區土壤層，提升非飽和區土壤的生物降解作用。MPE 可在設計和實作 上做多種配置。目前主要形式有單、雙泵配置和生物漱洗(Bioslurping)，依據抽 取系統配置上可分為使用單泵與雙泵系統，如圖 2-7 所示。 單泵系統是採用單一泵同時進行回收浮油及地下水，再用油水分離槽將油品 和水分離；雙泵系統則是一組泵抽除浮油，另一組泵抽取地下水以同時提供土壤 污染整治時必要的水位洩降，其主要目的是在最佳洩降錐變化以達到高效率的浮
17 油回收率。至於生物漱洗設計將抽除管出口置於空氣與浮油界面，藉由負壓將浮 油、空氣及水一起抽除，同時在回收過程中引發生物通氣(Bioventing)作用，進 入抽除管的氣體和液體，再由氣液分離器和油水分離器處理分離，圖 2-8 所示。 一般在低滲透土壤的飽和區上緣會擁有較厚的毛細緣層，毛細緣層中的流體 會因毛細力而停留滯在小於大氣壓力的孔隙空間內。LNAPL 會積聚於毛細緣層 區之空氣與水界面上，MPE 系統優勢可突破毛細管力並從毛細緣層移除油品(US EPA, 1996)。因此，認為 MPE 最適用於整治石油烴類、含氯或不含氯的溶劑及 脫脂劑（EPA, 1997）。
應用短期(Short-Term) MPE 針對 15 個 UST 洩漏場址進行整治，從 44 個監 測井所獲得資料進行統計分析，並利用 MAGNAS3 模擬現地浮油做比較(Pearlgin et al., 1999)。從監測資料及模擬結果，均表示 LNAPL 能在 MPE 於低滲透性土質 整治 8 小時內，在井超過 1 m 範圍外其飽和度降低約至 0.1 %，整治時間至 30 天在井 10 m 內飽和度可降低 5 %。建議對於細顆粒土壤而言，要依賴氣相傳輸 特性來延長整治效果，不能僅靠 MPE 超過 8 小時之後移除效率。 環保署(2006)也對多相回收抽除法列出適用條件： 1. 低到中等的透水地質(水力傳導係數 3 cm/s)或較薄的浮油厚度 (<15 cm)。 2. 地下水位介於 1.5 到 6 m。 3. 傳統得抽出法或回收溝技術不適用。 4. 浮油位於舖面或不透氣表面之下。 建議當浮油回收體積不夠時，應考慮停止操作。停止運作標準包括總浮油回 收率(例如:每月少於 2 加侖或者浮油回收體積對地下水抽出速率的比例小於 0.1 %)與回收/監測井中浮油厚度(小於 3 公分)。浮油厚度應按季或按月進行監測， 以確保回收/監測井中的浮油厚度在規定時間內(如 2 年) 沒有超過閥值 (如 3 公 分)，此閥值也可同時作為重新啟動回收設備的參考。 另外，在某些情況應用 MPE 整治效果有限，也建議 MPE 應有下列限制: 1. 特別是回收柴油時，所使用之液環式泵以及其他的高速抽氣泵較容易產 生乳化的情形。 2. 由於有強化好氧生物活動的效果，所以有可能在井篩中產生出生物性積 垢物(Biofouling)。 3.
不能處理飽和層中受污染的土壤。
4.難以處理地下水位變動較大的地區。
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圖 2-7 多相抽除法示意圖(a)單泵回收井(b)雙泵回收井(API, 1996)
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2.4 柴油成分
油品是由不同的 NAPL 所組成的混和物，在數值模擬上，常因各項 NAPL 在油品內所占比例不同，難以確認整體的黏滯力、密度及蒸汽壓等物理性質。一 般柴油(C10 ~ C27)所含的成份比汽油(C4 ~ C12)複雜許多，而裡面具有揮發性有 機物質也相對較少。因此也難以用單一有機物質來代表整體柴油的性質。Gustafson et al., (1997)以等碳數(Equivalent Carbon)概念將汽油做分類研究。 等碳數是將碳氫化合物之沸點對正烷類之沸點做正規化的概念，也就是碳氫化合 物之飽和蒸汽壓、溶解度、密度等化學性質與沸點成正相關，如圖 2-9。可用碳 數與等碳數較接近的正烷類來代表其物理與化學性質。
陳培旼(2010)和江潤翰(2012)也以相同方式，將汽油各自簡化為八成分和五 成分，進行 TMVOC 汽油模擬。Rasmusson (2009)參照 Gustafson et al., (1997)汽 油成分分類，以等碳數方式將柴油分成十二項成分進行模擬，表 2-6。但以 TMVOC 用多成份混合進行模擬，常在 NAPL 注入模擬中常發生數值計算的不收 斂，所以再將成份縮減到六項成份，分別為癸烷(Decane)、十二烷(Dodecane)、 苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲苯(o-Xylene)及萘(Naphthalene)，來進行較小量 柴油洩漏模擬。Kolve (2007)直接將柴油簡化成三項，依比例加權帄均各項物理 性質，合成單一成分進行模擬，如表 2-7。 本研究在決定柴油成分過程中，參考 Molson et al., (2002)數值模擬柴油和 Alaska Statement of Cooperation Working Group (2006)用石油產品分析及 Raoult's Law 計算出樣品柴油所含成分和物理性質，表 2-8 和表 2-9。
但 Molson et al., (2002) 的 柴 油 模 擬 研 究 ， 是 將 BTEX 、 甲 基 奈 (Methylnaphthalene)、二甲基萘(Dimethylnaphthalene)和三甲基萘(Trimethylnaphthalene) 七項成分，再加上自行假設的“pseudo-component”作為其柴油成分，相當於將柴 油裡非芳香族類的成分併成“pseudo-component”一項來考量。但一般柴油的芳香 族類成分含量較低(約 15 %)，而烴烷類的成分含量幾乎占大量(約 85 %)，所以其 在柴油烴烷類部分的考量不夠詳細。在多項成分柴油模擬中，也較難找其物理性 質來代表整體烴烷類的性質，所以需再將其細分。
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圖 2-9 等碳數與沸點回歸曲線(Gustafson,1997)
表 2-6 模擬 TMVOC 初步假設之柴油成分(Rasmusson and Rasmusson,2009)
項目 帄均等碳數 成份 百分比(%) 1 8 正辛烷(n-Octane) 0.17 2 9.71 正癸烷(n-Decane) 2.85 3 11.52 正十二烷(n-Dodecane) 8.10 4 14.52 正十五烷(n-Pentadecane) 19.25 5 18.77 正十九烷(n-Nonadecane) 15.23 6 6.5 苯(Benzene) 0.10 7 7.58 甲苯(Toluene) 0.70 8 8.78 二甲苯(o-Xylene) 11.98 9 11.58 萘(Naphthalene) 6.49 10 13.65 甲基萘(1-Methylnaphthalene) 31.04 11 18.71 菲(Phenanthrene) 3.92 12 22.77 芴(Fluoranthene) 0.17 表 2-7 柴油成分(Kolev, 2007) 成份 百分比(%) 石蠟族(Paraffin) 45.6 萘(Naphthalene) 25.6 芳香烴(Aromates) 28.6
21 表 2-8 模擬柴油分類(Molson et al., 2002) 柴油成分 密度 (kg/ m3) 注入質量 (kg) 莫耳數 (mole) 莫耳分量 (mole fraction) 苯 876 4.7 6 6. 5 0.000028 甲苯 870 .8 4 2. 3 0.000095 乙苯 870 5.3 4 5. 3 0.00237 二甲苯 870 . 3 . 2 0.00475 甲基萘 1000 . 3 7. 3 0.00332 二甲基萘 1000 5. 3 3.2 2 0.0152 三甲基萘 1000 5. 3 2.9 2 0.0138 其它成份 862 4.6 3 2.022 0.9596 總計 4.8 3 2.107 1.0
表 2-9 樣品柴油成分(Alaska Statement of Cooperation Working Group, 2006)
成份 等碳數 百分比 芳香烴 (Aromatics) 14.7353% 苯(Benzene) 6.5 0.0189% 甲苯(Toluene) 7.58 0.1940% 乙苯(Ethylbenzene) 8.5 0.1440% 二甲苯(Xylene) 8.63 0.8210% C9~C10 9.25 0.0589% C10~C12 10.5 1.4327% C12~C16 13 4.5750% C16~C21 16.25 6.4975% C21~C35 28 0.9934% 烴烷族 (Aliphatics) 85.2647% C5~C6 5.5 0.0427% C6~C8 7 0.4627% C8~C10 9 5.2171% C10~C12 11 18.5755% C12~C16 14 34.8777% C16~C21 19 25.2764% C21~C35 28 0.8126%
22
2.5 數值模擬污染物相關研究
Chetverushkin et al., (2006)用 IMPES (IMplicit Pressure Explicit Saturation)方 法以二維方式來探討 LNAPL 在通氣層入滲行為，呈現出土層中油品飽和度趨近 1 而毛細壓力會接近 0，說明 LNAPL 遇到低滲透層時，當進氣壓力等於零而能 持續往下入滲。但在研究 LNAPL 傳輸行為，不管是在油品傳輸或整治方面，都 是針對污染物在水中溶解性較高的 BTEX 進行探討，Kererat and Soralump (2009) 探討 LNAPL 傳輸過程，以 TMVOC 呈現苯在水力梯度為 0 及 0.017 的非飽和區 情境，呈現出苯在梯度為 0 下，隨重力往水層移動並往側向擴散，其移動距離會 隨土壤滲透性而減少；在梯度 0.017 時呈現出污染物在土壤滲透性減少下，擁有 較長的移動路徑。 顏伯穎(2002)以 T2VOC 模擬水下空氣注入法並結合土壤氣體抽除法整治三 氯乙烯(TCE)及二甲苯，兩者在初期都能快速達到整治，尤其在吹氣設備涵蓋之 有效範圍內，孔隙率越小污染物能被移除的時間越短。並建議 TCE 洩漏在透水 性質不佳之地層並不適用水下空氣注入法。王智緯(2012)將加油站場址假設為單 一砂質飽和含水層，用 MODFLOW 以模型 500 100 20 和格網大小 5 5 進行 BTEX 自然衰減反應分析的模擬，結果 BTEX 在洩漏 2 年期間會有 20 ~ 40 %降 解反應。由於汽油中 BTEX 比例極高，在汽油污染場址也常發現 BTEX 蹤跡， 所以有許多數值污染研究都以 BTEX 特性來模擬汽油傳輸，Molson et al., (2002) 使用 BIONAPL/3D 模擬酒精汽油中苯污染的含水層的持久性，呈現出 BTEX 在 水中溶解量增加，其 BTEX 污染團(Plume)長度也會增長，發現除了汽油洩漏量 之外，其土壤環境氧化程度、苯的遲緩特性(Retardation)及洩漏時間長短也都會 影響 BTEX 污染團長度。 同樣陳培旼(2010)以 TMVOC 建立模型砂質土層 120 120 10，模擬加油站 汽油洩漏，結果發現在同樣假設條件下，汽油污染物傳輸速率與孔隙率大小是成 反比關係，透水係數相較孔隙率而言，其變動對汽油污染傳輸影響較大。楊凱仁 (2012)也依循相同模型將污染場址引入地下水位變動，油品在有遲滯現象下，測 漏管偵測土壤氣體濃度效果差，反而地下水監測較合適。另外江潤翰(2012)也用 TMVOC 建立 400 200 16 砂質土層模擬油品 MPE 整治，探討抽取井位置的整 治效率，模擬結果於洩漏點下游 10 m 處能獲得最佳的整治效率，設井位置隨著 距離增加，其整治效率會下降，建議在洩漏點上游 10 m 至下游 30 m 範圍內佈井， 可預期整治效率達到 11 %。
23 柴油是由 C9 ~ C28 所組成的碳氫化合物混合物，其揮發性相對於汽油低， 一般在現場監測及採樣普遍難以發覺，而且所含的 BTEX 比例極低，無法在模 擬上僅用 BTEX 污染行為來代表整體柴油污染傳輸，再加上柴油會因不同煉製 方法呈現許多不同形式的柴油產品，以至柴油成分範圍廣泛及所佔成分比例難以 確定。所以在數值方面的柴油污染模擬研究，普遍比汽油相對較少。
在柴油污染模擬方面，Rasmusson (2009)將 TMVOC 應用在 LNAPL 污染整
治上，以軸對稱三維圓柱形模型，模擬柴油洩漏 30 年，洩漏量約 700 3。其呈
現出兩點重要結果，一是模擬比較 Kolev (2007)單一成份柴油與多成分柴油 (Decane, Dodecane, Benzene, Toluene, o-Xylene, Naphthalene)洩漏，發現在小量洩 漏多成分柴油，其體積會些微比單一成份高。另一項則是在抽除過程中，油品會 以接近殘餘飽和度存在於抽取井周圍土壤孔隙中，其移動性會隨時間快速降低， 導致整治回收時間緩慢，油品到回收井的滲流率也會在幾年時間減半。Molson et al., (2002)也用 BIONAPL/3D 成功地以七項成分(BTEX、甲基奈、二甲基萘和三 甲基萘)，模擬柴油洩漏 1500 天，並利用腐植酸(Humic Acid)來模擬對柴油污染 整治，其結果得到模擬整治柴油洩漏量 500 ml，幾乎可在五年之間完全地溶解與 降解。但在無加入腐植酸下，其柴油洩漏量完全溶解所需時間要達到六倍之久。
2.6 數值模擬 TMVOC
2.6.1 基本原理
TMVOC 是能模擬水、氣體及 VOC 在三維空間裡非恆溫情況下的流體系統， 可依使用者設置不同氣體和 VOC 呈現在三維的不同孔隙介質中(Pruess and Battistelli,2002)。是由美國勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)所開發，為 TOUGH2 做延伸的有限差分數值程式。為 了 描 述 流 體 在 多 相 系 統 的 組 成 和 組 態 ， 不 同 相 之 間 的 轉 換 是 根 據 Newton-Raphson 疊代過程，依循熱動力條件和不同成分相互關係，可存在七種 不同相的結合體(Pruess and Battistelli., 2002)，如圖 2-10 描述液體可在不同相中 由氣體、液體和 NAPL 所組成。
在質量與能量帄衡的方面，仍是以某區間中其質量變化通量，會等於進入該 區域的 質量淨通量 ，再加 上其它能量所導 致該區域的質量變 化為基礎 ， 而 TMVOC 是以 2-1 式來描述在任何區間內的質量或熱量淨增加量：
24 圖 2-10 液體在各相之組成與變化圖(g-氣體、w-液體、n-NAPL) 𝑑 𝑑𝑡∫ 𝑀𝑉𝑛 𝑘𝑑𝑉𝑛 = ∫ 𝐹𝑛 𝑘𝑛𝑑 𝑛 + ∫ 𝑞𝑛 𝑛𝑘𝑑𝑉𝑛………..(2-1) 上式的𝑉𝑛為模擬流體系統內任一區域的體積； 𝑛有界的封閉曲面面積；k 代 表不同成分(如:水、VOC、NCGs)；M 為區域內每單位體積的質量或能量的累積 量；F 為質量或熱通量；q 為匯合源；n 為封閉曲線的法線向量；t 為時間。至於 TMVOC 空間與離散部分，使用積分式有限差分（Integral Finite Difference）來漸 近帄均體積值。控制體積中的累積總量為系統內任一區域的體積乘上在此區中的 通量帄均值，可表示為： ∫ 𝑀𝑑𝑉𝑉 𝑛 =𝑉𝑛𝑀𝑛 𝑘………..(2-2) 式中 M 為 Vn中質量或能量的累積總量，𝑀𝑛𝑘為 M 在 Vn中的帄均值。在離散空間 下，其任二個體積元素的表面積分（Surface Integral）近似於其兩者的垂直分量 帄均值𝐹𝑛 乘上相接表面段 𝑛 的離散總和，如圖 2-11 所示。相當於在離散空間 下，各連接面淨通量帄均值的總和等於控制面積上內延性質通量的表面積分，表 示為： ∫ 𝐹𝑘 𝑛
⋅ n
𝑑 𝑛= 𝑛 𝐹𝑛 ………....………..(2-3)25
Γn為控制面積， 為控制面積上法相量， k代表為不同物質 K 的流速，
Anm為 Vn和 Vm的相接表面段，Fnm為在 Anm上的垂直分量帄均通量。而物質 k
可在不同相流體所攜帶，所以 Fnm可表示為：
𝐹𝑛 =∑𝛽𝑋𝛽𝑘𝐹𝛽,𝑛 ………...(2-4)
圖 2-11 TMVOC 離散模型(Pruess et al., 2002)
Xβk為 k 在 β 相流體的濃度，Fβ,nm為β 相在 A nm上的垂直分量帄均流速。Fβ,nm 以廣義達西定義可表示成： 𝐹𝛽,𝑛 = − 𝑘𝑛 , 𝑘𝛾,𝛽𝜌𝛽 𝜇𝛽 -𝑛 [ 𝑃𝛽,𝑛 𝑃𝛽,𝑚 𝐷𝑛𝑚 − 𝜌𝛽,𝑛 g𝑛 ]...………..(2-5) 𝑘𝑛 為在 Vn中的絕對滲透係數（Intrinsic Permeability），𝑘𝛾,𝛽為β 的相對滲透 係數，𝜌𝛽為β 相密度，𝜇𝛽為在β 相的黏滯力，𝑃𝛽,𝑛與𝑃𝛽, 分別代表β 在 Vn及 Vm 的壓力，𝐷𝑛 為 Vn及 Vm的節點距離，g𝑛 為重力加速度在節點 n、m 連線上的 分量。將 2-2 及 2-3 式帶入 2-1 式中，以一階有限差分式表示： 𝑑𝑀𝑛𝑘 𝑑𝑡 = 1 𝑉𝑛∑ 𝑛 𝐹𝑛 𝑘 + 𝑞𝑛𝑘..………..(2-6) 其中 q 為匯合源在 Vn中的帄均值，此即為 TMVOC 的控制方程式。
26
2.6.2 成分設定
不同化學物質擁有各自不同的物理及化學性質，但大多模擬軟體僅用密度區 分 LNAPL 和 DNAPL，或者是成分在水中的縱向及橫向延散度來對不同成分作 定義。TMVOC 在污染傳輸部份模擬較為困難，特別是當污染物在非飽和及飽和 間，是因為其對化學物質定義較為詳述。化學成份設定在 TMVOC 裡，是以溫度、 壓力、壓縮性、Pitzer’s acentric factor、化學偶極矩(Chemical dipole moment)、沸點、 蒸汽壓、莫耳分量、理想氣體熱常數(Ideal gas heat constant)、密度(NAPL density)、 空氣中的 VOC 的擴散係數(Binary diffusivity of VOC in air)、氣體發生擴散溫度 (Temperature for gas diffusivity)、黏滯度(Viscosity)、體積、水中溶解性(Solubility)、土壤中有機物吸附量、吸附係數(Koc)、生物降解，以上 20 個參數來描述成份的 物理特性。 本研究在生物降解部分未考慮，所以各成份在此部分均設為 0，而在模擬過 程中又以蒸汽壓、黏滯性及在水中溶解性參數設定對物質傳輸影響較大 。對 TMVOC 模擬而言，化學成份的蒸汽壓決定物質的揮發性，往往在設置上易在非 飽和區發生計算上的不收斂，Rasmusson (2009)模擬柴油洩漏中，常在當 VOCs 到達地下水面時會易發生模擬計算上的不收斂情況。VOCs 普遍在水中溶解性較 小，而柴油中成分在水中溶解度幾乎落在 2 ~ 12莫耳分量間，在
TMVOC 之各個化學物質的飽和蒸汽壓計算，則是以 Wander equation 計算得出， 公式如下：
Pvap=Pcexp*,a( − Tr) + b( − Tr)1.5+ c( − Tr)3+ d( − Tr)6-/Tr+……(2-7)
Pc為臨界壓力，Tr為臨界溫度，a、b、c、d 為描述化學物質常數值，其不同
VOCs 的常數值可參照 Reid et al., (1987)的 Appendix A。但有些 VOCs 的常數值 無法得知，其蒸汽壓計算也可以用較少準確的 Antoine correlation，其將所需參數 降至三個經驗參數：A、B 及 C，同樣可參照 Reid et al., (1987)，公式如下:
lnPvap=A-T+CB ……….……(2-8) 至於化學成分的黏滯性，可用 Yaws et al.(1976)的溫度函數方程式來計算， 公式表示: lnμ=A′-B′ T+C ′T+D′T2………...(2-9)
27 式中的A′、B′、C′、D′為黏滯性常數，但在模擬傳輸上，各項成份的黏滯性 會容易影響到整體的黏滯性。也可將C′和D′設為 0，只考慮A′和B′參數來描述化 學物質黏滯性的 Velzen et al., (1972)所提供之簡化相關參數，來降低所需之數值 計算量。 修正黏滯參數設定在程式中，除了會影響污染團傳輸速度外，也會影響到污 染模擬開始的讀取時間。因各成份擁有各自不同的黏滯力，TMVOC 則是下列公 式描述整體污染物黏滯力，但此式卻忽略成份之壓力與黏滯力的相關性： μ =∏kμxnk………(2-10) 數值 TMVOC 也可模擬將多種物質應用在熱場及流場之傳輸上，除了前述 應用於探討碳氫化合物或有機溶劑，滲漏於飽和及非飽和區的汙染傳輸或整治。 另外，Battistelli (2006)將 TMVOC 應用於探討有機物洩漏在沿海地表下污染的情 況，以二維垂直向形式，將洩漏點設置在鹽水與淡水交界附近，以呈現海水入侵 對污染影響，並假設當淡水或鹽淡水(Sea Water)在海水邊界兩種情境，其發現當 鹽淡水假設在海水邊界時，證實海水入侵會減少含水層流率及帄均含水層上游的 水力梯度，使污染物無法在往下擴散。
28
第三章
研究方法
本研究使用 TMVOC 數值模擬加油站之柴油洩漏與整治，從相關柴油文獻 決定其含成分，依柴油洩漏在不同污染條件下，再針對污染團進行抽油整治。在 此章說明之研究方法，其內容可分為四部份：模型建立、柴油成分、控制參數及 柴油模擬階段。進一步將整個場址模擬流程分為兩大階段:柴油污染階段和加入 抽取井整治階段，其研究方法流程可由圖 3-1 所示。 圖 3-1 研究流程圖29
3.1 柴油成分設定
本研究的模擬柴油成分採用 Alaska Statement of Cooperation Working Group (2006)的 Sample 10, Diesel，如表 2-9。其樣品柴油簡單分成烴烷類(85 %)和芳香 類(15 %)，主要針對兩大類的 C5 ~ C35 碳數範圍進行分類。但 TMVOC 在模擬 過程中，各項 NAPL 成分會因在油品所佔比例，及擁有各自的飽和蒸汽壓、溶 解度、黏滯性等性質，造成模擬的困難性。所以無法將樣品柴油所有成分完全進 行模擬，勢必需將柴油成分簡化。 考慮加油站監測常見監測項目，故將模擬柴油成分仍保留住 BTEX 部分， 再加上在柴油污染場址中，也常發現含有萘成份。所以本研究柴油芳香類就分成 BTEX 和萘成份。而烴烷類部分在柴油比例幾乎佔絕大部分，也需將其細分。故 針對樣品柴油成分分類，依下列三項進行柴油成分簡化，以降低模擬計算的不收 斂情況： 1. 柴油組成範圍一般都在 C8 ~ C27，刪除掉芳香類 C21 ~ C35 和烴烷類 C21 ~ C35。 2. 萘在柴油的芳香類相對較多，將芳香類 C9 ~ C10、C10 ~ C12、C12 ~ C16 和 C16 ~ C21 合併成一項，作為本研究柴油的萘。 3. 考慮烴烷類的 C5 ~ C6 在柴油的重量百分比低及碳數較小情況下，也將 其排除掉。 故本研究的柴油，將簡化到以十項成分來進行模擬，如表 3-1，其本研究 TMVOC 的柴油十項成分物理及化學參數設定參見附錄。 表 3-1 簡化柴油組成成分百分比 成分 百分比 (%) 密度 (kg/ 3) 黏滯力 (cp) 莫耳質量 (g/mole) 蒸汽壓 (atm) 苯 0.0189 885 0.652 78.114 .3 1 甲苯 0.194 867 0.590 92.141 3.8 2 乙苯 0.144 867 0.669 106.168 8.1 3 二甲苯 0.821 880 0.620 106.168 9.7 3 萘 12.5641 971 0.892 128.174 3 4 庚烷 0.4627 679.5 0.542 100.204 6.3 2 壬烷 5.2171 715 1.423 128.258 6.3 3 十一烷 18.5755 748 1.437 156.312 5.7 4 十四烷 34.8777 769 2.836 198.392 4.8 5 十九烷 25.2764 772 23.31 268.529 7.6 7 總計 98.1514 1590.838 柴油整體性質:密度= 885 kg/ 3 蒸汽壓= 1.7 mm-Hg 黏滯力= 4.32 cst
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3.2 模型參數訂定
本研究是延續陳培旼(2010)和楊凱仁(2012)的加油站模型作為柴油洩漏及整 治的模擬場址。其模擬尺寸長為 40 m、寬為 40 m、深度至地下 10 m，作為加油 站主要模擬區域。為了避免邊界效應影響，將主要模擬區域之四個邊界再往外延 伸，則範圍變為長為 120 m，寬為 120 m。 而在網格切割部分，各自將 X 軸分割成 29 個網格(grid)、Y 軸分割為 21 個 網格。Z 則依地下水位深度之不同(2 m 和 5 m)而分別切割成 13、16 個網格。並 在此區的 X 軸與 Y 軸方向網格各自細分為 1m/grid，Z 軸則為 0.5 m/grid，如圖 3-2。此區域之三維座標是採用卡氏座標(Cartesian System)表示之。為了呈現加油 站配置情況，而在主要模擬區內，放置四個儲油量約為 55 公秉之儲油槽。尺寸 為矩形面積 3×3 𝑚2、長度 8.2 m，並埋設於地表下 1 m 處，以符合規範之地下 油槽頂部距地表至少 0.6 m 之規定，如圖 3-3。 加油站的模型土層採用土壤孔隙率為 0.3 的單一砂層。水帄方向的絕對滲透係數(Horizontal Intrinsic Permeability)設置在為 2.5× 12 𝑚2，至於垂直方向而是
參考一般垂直透水係數約為水帄透水係數之 1/5~1/100 間(Noonan and Curtis, 1990; Testa and Winegardner, 1991; Nyer, 1993; Domenico and Schwartz, 1998)。因
此採用垂直絕對滲透係數(Vertical Intrinsic Permeability)為 5.0× 13 𝑚2，將場址
視為均質土壤，其土壤在水帄方向具有等向性，但在垂直方向不等向性的模型。
31 在土水特徵曲線(SWCC)方面，則是使用 Paker 3-phase 的理論，相關參數為： 𝑆 =0、n=1.84、α𝑔𝑛=100、α𝑔𝑤=110；相對滲透係數是使用 Stone’s 3-phase 的理論， 相關參數為：S𝑤𝑟=0.1、S𝑛𝑟=0.05、S𝑔𝑟=0.05、n=3。以上模型採用的土壤參數整 理於表 3-2。 圖 3-3 不同地下水位設置儲油槽(左為 2 m；右為 5 m) 表 3-2 模擬土壤相關參數 SAND
Horizontal Intrinsic Permeability Vertical Intrinsic Permeability Porosity
2.5× 12𝑚2 5.0× 13𝑚2 0.3
Stone's Model Parameter
n S𝑤𝑟 S𝑛𝑟 S𝑔𝑟 3 0.1 0.05 0.05
Paker 3-phase
n 𝑆 α𝑔𝑛 α𝑔𝑤 1.84 0 100 110
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3.3 穩態地下水流場建立
在 TMVOC 地 下 水 流 場 之 上 下 游 邊 界 條 件 設 為 定 水 頭 邊 界 (Dirichlet Boundary Condition)，將地下水流梯度設置為 0.005，地表面則是設為大氣壓力邊 界(Atmospheric Pressure Boundary Condition)，並且假設地表無逕流及無降雨入滲 情形發生。為了符合環保署地下水質監測井設置規範中，則將地下水位分別假設 在地表下 2 m(豐水期)和 5 m(枯水期)處，以便在模擬場址設置全開篩且深至地下 6 m 的監測井，以符合規範建議在非受壓含水層設置井篩 6 m，在豐水期(2 m)需 要 1 m 的井篩置於地下水面以上及 5 m 井篩需置於地下水面以下；在枯水期(5 m) 需要 5 m 的井篩置於地下水面以上及 1 m 井篩需置於地下水面以下，如圖 3-4 所 示。 以研究中設置地下水位為 2 m 為例：在模型左側水頭(上游)設置於地面下 2 m 處，於模型右側水頭(下游)設置於地面下 2.6 m 處。將場址設定完上下游水頭後， 再以進行長時間的地下水流模擬後，使整個模型產生一個達到穩定帄衡的流場， 而得到地下水流 0.005 之水力坡降，如圖 3-5 所示。本研究模擬場址的地下水流 方向皆為由左向右帄行 X 方向流動。 圖 3-4 地下水位於地下 2 m 和 5 m
33 圖 3-5 地下水位達穩定狀態
3.4 柴油洩漏情境設定
在加油站的模擬洩漏點設置，參考美國賓州環境資源部對儲槽洩漏統計分析 和經濟部能源局92 年 6 月委託工研院能資所對台灣加油地下儲槽洩漏研究。前 者統計儲槽洩漏占 49 %、管線占 39 %及兩者同時發生占 12 %；後者則是指出在 國內加油站洩漏比例大部分發生在管線區內。故將柴油洩漏情況，集中在發生可 能性較高的地下儲槽和管線區上，並假設四種不同洩漏位置，分別為油槽上方與 輸油管連接處(case 1)、位於儲槽區內的輸油管(case 2)、位於洩油口下方輸油管 (case 3)及位於儲油槽下方(case 4)，如圖 3-6 的(a)、(b)、(c)和(d)。本研究為了模擬柴油裡各成份在土壤移動情況，不以單一成分來進行模擬， 而是將多個柴油裡含有的成分同時注入單一網格，形成一個混合柴油的洩漏源。 注入簡化柴油為十項成分分別為：BTEX、萘、庚烷、壬烷、十一烷、十四烷及 十九烷。至於洩漏量部分，根據美國規範中加油站之測漏管應於 30 天內測得 150 加侖之 油品洩漏 量，所以 將四種洩漏情況 下均假設柴油整體 洩漏速率 為 5 gal/day(約 15.2 kg/day)，並以此速率持續洩漏一年，估計一年總洩漏量為 5400 kg。 其各成分的洩漏速率依在柴油中所占的百分比，整理於表 3-3。 由於 PetraSim 軟體模擬時間過長，為了使多成分柴油能順利模擬，勢必需 將模型進行簡化以降低變數。首先無探討柴油中各成分的化學變化，故將模型設 定在恆溫 25°C 下，讓各成分化學參數不會因溫度而產生變化，其 VOC 成分在 TMVOC 中的相關化學參數設定可參考附錄。最後在地下水位部分，也未考慮地 下水水位季節性波動，所以在模型無加入降雨入滲的條件，而且 Rasmusson(2009) 的模擬經驗與結果，也指出以 Skimming Pump 方式設置抽取井所造成洩降並無 法隨著水位上下移動，故水位高於井底一定程度會有抽不到油品的情況。而且地
34 下水變動所導致土壤遲滯現象，楊凱仁(2010)將 TMVOC 模擬汽油污染加入水位 變動條件，結果發現在此過程中，對土壤氣體濃度監測效果差且模擬時間也會大 幅增加，但要在模型中呈現完整地下水變動，仍需進一步的探討與研究。 圖 3-6 加油站洩漏點設置 表 3-3 柴油各成分洩漏量 混合柴油洩漏量 成分 百分比(%) 洩漏速率(kg/s) 一年洩漏量(kg) 苯 0.02 3.3 8 1.000 甲苯 0.19 3.4 7 11.00 乙苯 0.14 2.5 7 8.000 二甲苯 0.82 .4 6 44.00 萘 12.56 2.2 5 694.0 庚烷 0.46 8. 7 26.00 壬烷 5.22 9.2 6 290.0 十一烷 18.58 3.3 5 1041 十四烷 34.88 6. 5 1925 十九烷 25.28 4.4 5 1388 總計 98.15 .8 4 5429
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3.5 抽取井及監測井設置
為了清楚掌握柴油在加油站流動情況，依四種洩漏情況，將監測井集中配置 在油槽之間，每兩支相鄰監測井間距為 3 m，並配置 11 支監測井，井深至 6 m， 以全井開篩方式來獲得在豐水期(地下水位 2 m)和枯水期(地下水位 5 m)時，各 VOC 在非飽和層之氣體濃度及溶於飽和層水中濃度。 當場址模擬柴油洩漏一年後，除了配置監測井來探討柴油流動情況以外，也 在最後階段加上抽取井的設置，來針對場址中的柴油污染團進行抽除整治。在 TMVOC 是以 Deliverability Model 中的生產力指標(Productivity Index,PI)和井底 壓力來描述抽取井強度(Coats, 1977)。藉由井周邊區域與井底形成壓力差，而 PI 則是定義在單位壓差下每單位時間的出水量。其公式如下： Sβ =kμr,β β ρβ∙ PI ∙ (Pβ− Pwb) ………(3-1) 式中Sβ為抽取強度、kr,β為相對滲透係數、μβ為在β相中黏滯係數、ρβ為在β相 中密度、PI生產力指標、Pβ和Pwb分別為在β相中壓力及井底壓力。 井底壓力的設置，在模型內深度 2.5 m 處，設定一個小於大氣壓(101,325 Pa) 的壓力源(90,000 Pa)。藉由與大氣之間的壓差(11,325 Pa)，在抽取井周圍形成壓 力梯度，分別對柴油四種洩漏場址進行抽除整治，其抽取井參數設定如表 3-4 所 示。監測井在加油站分佈位置，如圖 3-7 所示。 表 3-4 抽取井參數(江潤翰，2012) 抽取井影響半徑(m) 0.1 表面因子 0 生產力指標( 3) 1.78 11 井底壓力(Pa) 90000 大氣壓力(Pa) 101,325 大氣壓力與井底壓力差值(Pa) 11,32536 圖 3-7 場址監測井配置（陳培旼，2010）
