鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (DEHP) 於污泥掺合土壤中降解之研究

全文

(1)鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (DEHP) 於污泥掺合土壤中降解之研究學生 : 涂宏旭. 指導教授 : 林志高博士國立交通大學環境工程研究所摘要. 由於台灣生活水準的提升與工商業高度的發達，生活污水及工廠所排放的廢水量逐漸增加，而污水處理後所衍生出的龐大污泥量，將是一個潛在的棘手問題。由於污泥本身含有豐富營養鹽與有機質，可作為土壤肥料或土壤改良劑，使污泥資源化回收再利用，此舉已為歐美各國於污泥處置上之趨勢。然而污泥中若含有危害性有機物質，將降低污泥於土地利用上之可行性。實際上污水廠所產生的污泥餅常含有 DEHP 物質，且 DEHP 濃度分佈範圍可能相當地廣泛。本研究針對不同 DEHP 濃度之污泥餅，將其依不同比例與土壤進行掺合，瞭解污泥掺合土中 DEHP 降解之情形，作為污泥在實際土地利用時之參考依據。. 實驗結果顯示適度水份維持與土壤翻拌程序，以現地污泥餅及土壤中之微生物可降解污泥掺合土中 DEHP 物質。經過 70 天試驗時間，DEHP 於污泥掺合土壤中仍有 48-79% 之殘留率，顯示污泥掺合土中 DEHP 生物降解速率較為緩慢，其一階速率係數 (k1) 為 0.0032-0.0111 d-1 之間，DEHP 濃度降解半衰期 (t0.5) 為 63-215 天；而 DEHP 於污泥掺合土中之降解速率分別高於其在污泥餅 (t0.5 為 232 天) 及土壤中 (t0.5 為 376 天)。依中央合成設計試驗之反應曲面情形，得知當污泥餅中 DEHP 濃度為 700 mg/kg ，污泥掺合土壤比率為 110 g/kg 時有最佳的 DEHP 降解率 (54%)。若污泥餅中 DEHP 濃度低於 365 mg/kg 時，污泥掺合土壤之比例對於系統 DEHP 之降解並無顯著的影響；當污泥餅中 DEHP 濃度為 365-1000 mg/kg 時，污泥掺合土壤比例控制於 I.

(2) 45-170 g/kg 時，其系統可達 45% 以上之 DEHP 降解率；縮小污泥餅中 DEHP 濃度至 585-820 mg/kg 範圍時，污泥掺合土壤比率為 85-130 g/kg 時，其 DEHP 降解率最高可達 53%。整體而言，以污泥掺合土中 DEHP 降解率為主要考量因素時，本研究建議最佳的污泥土壤掺合比例為 110 g/kg。另外藉由不同比例之污泥施用於土壤，對於提升土壤中有機質、總氮、總磷、陽離子交換能力與改變土壤 pH 值等理化影響均有正面之效果。關鍵詞: DEHP、資源化、土壤肥料、改良劑、污泥掺合土壤、中央合成設計. II.

(3) Biodegradation of di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) in sewage sludge-amended soil Student : Hung-Hsu Tu. Adviser : Dr. Jih-Gaw Lin. Institute of Environmental Engineering National Chiao Tung University. Abstract In order to correspond with the promotion of living standard in Taiwan, as a result of the industry and commerce are highly prosperous. Then the quantity of sewage sludge which is discharged by families and factories is increasing gradually. However, the huge sludge quantity comes into being due to the sewage disposal, which will be a potential troublesome problem as well. Due to the sewage sludge contains a substantial amount of nutrients and organic matter, it can act as a soil fertilizer and conditioner. It may be disposed by application to agricultural land, increasing the attraction at agricultural area suitable for sludge application recently in European and America countries. The presence of hazardous organic matters would reduce the attractive act for converting sludge into renewable resources. DEHP is one of the most abundant and representative hazardous organic matters in sewage sludge, and may be a widespread distribution of DEHP concentration in sewage sludge. The objective of this study is to realize the biodegradation of DEHP in sludge-amended soil with different amended ratios and the concentrations of DEHP in sludge. From the results obtained in this study, we’ll get the suitable amended ratio when the concentration of DEHP in sludge is between 110-1000 mg/kg. The results obtained of this study showed that the indigenous microorganism can decompose DEHP in sludge-amended soil slowly if we support sufficient water content and turn up the soil daily. The residue percentage of DEHP concentration in sludge-amended soil is between 48-79% after 70 incubation days. The first-order rate coefficient range from 0.0032 to 0.0111 (d-1), and the half live is from 63 to 215 days. The reduction rate of DEHP in sludge-amended soil is faster than that in sludge cake or that in soil. III.

(4) From the curve of response of central composite design ， we get some conclusions. When the concentration of DEHP in sludge is below 365 mg/kg, the factor of amended ratio is not important for bioreduction in this system. If DEHP concentration in sludge is at 365-1000 mg/kg and amended ratio is at 45-170 g/kg，it would reach 45% reduction rate at least. The highest reduction rate in this study is about 53% when DEHP concentration in sludge is at 585-820 mg/kg and amended ratio is at 85-130 g/kg. When only reduction of DEHP in sludge-amended soil is considered, the more suitable amended ratio of 110 g/kg is obtained. In addition, the application of sludge cake to soil will enhance the contents of total nitrogen and phosphorus, organic matter, CEC and pH of soil. Keyword: DEHP, recyclable, fertilizer, conditioner, sludge-amended soil, central composite design. IV.

(5) 誌謝時光飛逝，忙碌的研究生涯瞬間已至謝幕時刻了。何其榮幸得以在交通大學的學術殿堂上，取得碩士學位。研究期間的辛勞都已結為甜美的果實，細細回憶修業過程中的一切，踏實我心。懷著感恩的心，衷心謝謝在這段研究路上曾經鼓勵及協助過我的家人、師長與同儕朋友們，因有你們無私的付出，才能成就今日的我。茫茫的學術研究路上，首先感謝我的指導教授林志高老師為我指引方向，無論在課業及待人處事上均以無比的耐心與誠懇的態度，對我細心指導與諄諄教誨，使我有所成長。論文實驗期間，亦感謝台大農化系陳尊賢教授除了提供其實驗室，讓我完成論文中的部份實驗外，並在實驗方法上提供許多的建言，獲益匪淺。口試期間，承蒙陳尊賢教授、曾迪華教授與董瑞安教授三位委員，對本論文給予指正並提供寶貴的意見，使本論文內容得以充實。此外並感謝義守母校翁誌煌教授於本研究期間適時的鼓勵與關懷，支持著我順利完成此論文。同時也感謝本研究室學長陳勝一博士，提供我在論文方面許多的構思與方法。再次對於我敬重的師長們，致上個人最深摯的感謝。研究生活中，感謝曉芬學姊傳授其寶貴的研究經驗與實驗方法，並解答許多研究上的疑點，令我受益良多；同時感謝文碩、振義及憲進學長們的經驗傳承。感謝同學伯亨、至誠、昆宏、峻銘，還有研究室學弟們榮杰、仕音、憲昌及揚根在各方面的幫忙。此外好友們力群、景翔、政郎與伊喬，平時對我的關心、相互砥礪與加油打氣，實為我心中重要的暖流，使我繼續克服種種難關，謝謝你們! 最後，也是最重要的，要特別感謝我最親愛的父母及姊姊，您們對我無條件的支持與付出，一直是我精神上最大的支柱與最牢靠的避風港；還有關心我的親友們，亦是我努力以赴的重要源頭。在此致上我最真心與最誠摯的謝意與祝福，獻給所有關心我的人，謝謝您們對我的好，我將永記其在心中。收拾研究生涯中所有點點滴滴的回憶，扛載著豐碩的收獲，於返鄉的路上，再別風城。. 涂宏旭謹誌於交大環工所. V.

(6) 目錄中文摘要 ............................................................................................................. І 英文摘要 ........................................................................................................... III 誌謝...................................................................................................................VI 目錄...................................................................................................................VI 表目錄 ................................................................................................................X 圖目錄 ..............................................................................................................XII 第一章緒論 ....................................................................................................... 1 1.1 研究緣起................................................................................................... 1 1.2 研究方向................................................................................................... 2 1.3 研究目的................................................................................................... 2 第二章文獻回顧................................................................................................ 4 2.1 污泥中之危害性有機物 ............................................................................. 4 2.2 環境荷爾蒙 (ENVIRONMENTAL HORMONE).................................................. 7 2.2.1 何謂環境荷爾蒙 ................................................................................. 7 2.2.2 環境荷爾蒙的種類及影響................................................................... 7 2.3 鄰苯二甲酸酯類 (PHTHALATE ESTERS, PAES)......................................... 10 2.3.1 鄰苯二甲酸酯類之物理特性 ............................................................. 10 2.3.2 鄰苯二甲酸酯類之應用及環境中分佈............................................... 10 2.3.3 台灣的鄰苯二甲酸酯類之污染分佈情形 ........................................... 14 2.4 鄰苯二甲酸酯類之分解 ........................................................................... 15 2.4.1 有機化合物在環境中的分解機制...................................................... 15 2.4.2 影響微生物分解鄰苯二甲酸酯類的環境因子.................................... 16 VI.

(7) 2.4.3 鄰苯二甲酸酯類於環境中的主要分解作用 ....................................... 18 2.5 鄰苯二甲酸-2-乙基已基酯 ( DEHP ) ....................................................... 20 2.5.1 DEHP的物化性質 .......................................................................... 20 2.5.2 環境中的 DEHP ............................................................................ 22 2.5.3 人體暴露於 DEHP 之途徑及 DEHP 產生的影響........................... 23 2.5.4 DEHP 的分解途徑與代謝.............................................................. 25 2.6 國內外都市下水污泥產生量及其最終處置之趨勢 ................................... 30 2.7 下水污泥土地施用 .................................................................................. 36 2.7.1 污泥土地施用之定義......................................................................... 36 2.7.2 下水污泥之特性 ............................................................................... 36 2.7.3 污泥中之重金屬 ............................................................................... 42 2.7.4 污泥中污染物之曝露途徑................................................................. 46 第三章實驗方法.............................................................................................. 48 3.1 實驗內容概述 ......................................................................................... 48 3.2 實驗設備與器材...................................................................................... 49 3.3 實驗流程................................................................................................. 50 3.3.1 試驗樣品來源與前處理 .................................................................... 50 3.3.2 實驗流程 .......................................................................................... 52 3.4 實驗設計方法 .......................................................................................... 55 3.4.1 反應曲面方法概念 ........................................................................... 55 3.4.2 中央合成反應曲面設計 .................................................................... 55 3.4.3 可旋轉中央合成設計........................................................................ 57 3.4.4 本研究之實驗設計 ........................................................................... 58 3.5 品質保證與品質管制 (QA/QC) ............................................................... 64 3.5.1 檢量線製備與確認 ........................................................................... 64 VII.

(8) 3.5.2 方法偵測極限 (MDL)....................................................................... 64 3.5.3 重覆樣品分析與再現性 .................................................................... 65 3.5.4 添加樣品萃取分析 ........................................................................... 65 3.6 樣品萃取方法及分析方法 ....................................................................... 65 3.6.1 樣品萃取方法................................................................................... 65 3.6.2 分析方法 .......................................................................................... 66 3.7 樣品基本項目分析方法 ........................................................................... 67 第四章結果與討論 .......................................................................................... 68 4.1 品質保證與品質管制 (QA/QC) ............................................................... 68 4.1.1 DEHP 檢量線 (Calibration curve)................................................. 68 4.1.2 DEHP 分析 ................................................................................... 69 4.1.3 方法偵測極限................................................................................... 69 4.1.4 空白樣品分析................................................................................... 70 4.1.5 樣品回收率與再現性........................................................................ 70 4.2 土壤與污泥餅之基本特性 ....................................................................... 72 4.3 中央合成反應曲面之分析 ....................................................................... 73 4.3.1 概述 ................................................................................................. 73 4.3.2 殘差分析 .......................................................................................... 74 4.3.3 迴歸分析 .......................................................................................... 75 4.3.4 平穩點位置 ...................................................................................... 78 4.3.5 特徵化反應曲面 ............................................................................... 81 4.4 污泥掺合土中 DEHP 降解情形 .............................................................. 83 4.4.1 DEHP 於不同系統中之降解 .......................................................... 83 4.4.2 中央合成設計組試驗........................................................................ 86 4.4.3 不同污泥掺合比率之探討................................................................. 90 VIII.

(9) 4.4.4 Michaelis-menten model ............................................................... 93 4.5 污泥掺合土之理化變化 ........................................................................... 94 4.5.1 污泥掺合土中之有機質 .................................................................... 94 4.5.2 污泥掺合土中 pH 值之變化 ............................................................ 96 4.5.3 污泥掺合土壤之肥份........................................................................ 97 第五章結論與建議 .......................................................................................... 99 5.1 結論........................................................................................................ 99 5.2 建議事項............................................................................................... 101 參考文獻 ........................................................................................................ 102. IX.

(10) 表目錄表 2-1 污泥中有機化合物種類及其濃度值 ........................................................ 5 表 2-2 歐洲各國對下水污泥施用農地中之有機污染物限值 ............................... 6 表 2-3 工業上常見的 PAEs 種類 ................................................................... 12 表 2-4 PAEs 之物理特性.............................................................................. 13 表 2-5 歐盟、美國及日本已列管之鄰苯二甲酸酯類化合物 ............................. 14 表 2-6 各種PAEs之水解半生期....................................................................... 19 表 2-7 降解鄰苯二甲酸酯類之微生物 ............................................................. 19 表 2-8 DEHP 基本物化性質與毒性影響 ....................................................... 21 表 2-9 台北地區都市下水污泥中 DEHP 濃度值之分佈 ................................. 23 表 2-10 美國下水污泥使用及處置方式 ........................................................... 31 表 2-11 歐盟各國於 1990 年下水污泥使用或處置方式 ................................. 31 表 2-12 日本於 1997 年下水污泥使用或處置方式......................................... 34 表 2-13 台北市各污水處理廠污泥分階段預估產量表...................................... 34 表 2-14 未穩定化與穩定化後之污泥其典型病原體變化情形 ........................... 40 表 2-15 污泥中常見的典型病原體及其可能引起之疾病 .................................. 41 表 2-16 USEPA 40 CFR 503 污泥土地施用之重金屬限值........................... 44 表 2-17 國外污泥農地利用之重金屬限制標準................................................. 45 表 2-18 國內污泥重金屬成分分析之平均量值................................................. 45 表 2-19 USEPA 對污泥土地施用之風險評估途徑 ........................................ 47 表 3-1 本研究使用之儀器設備 ........................................................................ 49 表 3-2 各國都市下水污泥中 DEHP 濃度值之分佈......................................... 60 表 3-3 污泥掺合土試驗之掺合範圍相關文獻................................................... 60 表 3-4 試驗操作條件 (實驗組)........................................................................ 61 表 3-5 試驗操作條件 (對照組、空白組) ......................................................... 62. X.

(11) 表 3-6 氣相層析儀之操作條件 ........................................................................ 66 表 3-7 土壤樣品基本項目分析之方法依據 ...................................................... 67 表 4-1 GC-FID 與索氏萃取之方法之偵測極限 ............................................. 69 表 4-2 不同樣品於索氏萃取中之回收率與再現性 ........................................... 71 表 4-3 土壤與污泥之基本特性 ........................................................................ 72 表 4-4 中央合成反應曲面設計試驗結果.......................................................... 73 表 4-5 反應曲面迴歸分析與變異數分析表 ...................................................... 76 表 4-6 污泥掺合土試驗對照組別之試驗結果................................................... 77 表 4-7 污泥掺合土 (CCD 試驗組) 之 DEHP 降解動力 ................................ 88 表 4-8 不同掺合比率時污泥掺合土之 DEHP 降解動力 ................................. 91 表 4-9 固定掺合比率時污泥掺合土之 DEHP 降解動力 ................................. 93 表 4-10 污泥掺合後之土壤總氮、總磷與陽離子交換能力............................... 98. XI.

(12) 圖目錄圖 2-1 天然荷爾蒙結構及其對細胞之作用機制 ................................................. 8 圖 2-2 環境荷爾蒙之作用機制 .......................................................................... 9 圖 2-3 環境中鄰苯二甲酸酯類化合物之生物分解途徑 .................................... 28 圖 2-4 DEHP 之代謝物 ................................................................................ 29 圖 2-5 歐盟各國污泥產生量 ............................................................................ 32 圖 2-6 1998 年歐盟各國污泥處置之情形 ..................................................... 32 圖 2-7 一般污水處理流程及污泥處置方法 ...................................................... 37 圖 3-1 樣品試驗前處理程序 ............................................................................ 51 圖 3-2 實驗主要流程圖 ................................................................................... 54 圖 3-3 二因子之中央合成設計 ........................................................................ 57 圖 3-4 二因子之中央合成設計之變異數函數等高線圖 .................................... 58 圖 3-5 本研究之中央合成設計 ........................................................................ 63 圖 3-6 氣相層析儀管柱升溫程式..................................................................... 67 圖 4-2 50 mg/L DEHP 標準溶液之 GC 圖譜 .............................................. 70 圖 4-3 殘差對 DEHP 降解率擬合值的散佈圖................................................ 74 圖 4-4 系統中 DEHP 降解之反應曲面圖 ....................................................... 80 圖 4-5 系統中 DEHP 降解之等高線圖........................................................... 80 圖 4-6 DEHP 於不同系統中之降解情形 ....................................................... 84 圖 4-7 不同掺合比率時掺合土中 DEHP 的降解情形 ..................................... 92 圖 4-8 污泥掺合土中有機質之變化 ................................................................. 95 圖 4-9 污泥掺合土中 pH 值之變化 ................................................................ 96. XII.

(13) 第一章緒論. 1.1 研究緣起. 近年來，隨著工業廢水及都市污水量逐漸增加之趨勢，加上政府提高下水道的接管率，以降低廢污水對河川之衝擊，因此污水處理廠所產生之污泥量也隨之增加。據估計民國 98 年時台灣地區污水下水道人口普及率將達 36%，污泥產量將達每日 40,000 公噸，相當於年產量 14,600,000 公噸，約佔目前全台垃圾產量的四分之一 (曾，1998)，污泥的處置已逐漸成為環境保護的一大課題。由於廢水成份複雜，其中可能存在危害性有機物，因而累積於污泥固體顆粒表面上，使污泥具有相當程度之危害性，亦造成污泥在後續處置上之負面問題。. 台灣地區目前最常使用之污泥處置方式為焚化及掩埋，而當地民眾對此二種方式的接受意願卻相當低。由於污泥中含有豐富的營養鹽物質，如氮、磷等，可以作為土壤之肥料或改良劑，用來改善貧瘠土壤之理化特性，並增加土壤肥沃度，以提升地上農作物或經濟作物之產量與品質並降低生產成本。因此具有資源回收再利用之優點的污泥農地利用，則成為近幾年來社會大眾所矚目的焦點之一，尤其歐美地區，其污泥於土地利用上之比例有逐年增加之現象，顯示土地利用為未來污泥處置上之趨勢；然而污泥中若含有危害性有機物質，其在農地上之適用性，則需進一步地加以評估；相較歐美地區，我國尚未對施用於農地之污泥有明確的法規限制，顯見有其研究之必要，以作為我國日後污泥處置之參考準則與依據。. 1.

(14) 1.2 研究方向. 鄰苯二甲酸酯類 (phthalate esters, PAEs) 為工業上大量使用之塑膠增塑劑，其中以鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (di-(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP) 最為常見，DEHP 尤其在 PVC 加工過程之增塑劑用量佔最大宗。隨著台灣地區塑膠製造業的產量不斷提高，致使廢水、河川、底泥、水生動物、土壤與污泥中，均可檢測出 DEHP 的存在；由於 DEHP 為高疏水性之有機物，因此相當容易累積於環境中之固相，因而對環境造成污染。 DEHP 對人體可能具有致癌性與致突變性，並會干擾人類體內荷爾蒙之運作，目前已有多種鄰苯二甲酸酯類列入環境荷爾蒙之名單中，加上其具有不易被生物分解之特性，因此 DEHP 在健康風險評估中逐漸成為大眾關切之焦點。. 以污泥施用於農地利用上的角度而言，若污泥中含有 DEHP 物質，勢必大幅地減低污泥資源化回收再利用的可效性，因此本研究以 DEHP 作為研究之目標物種，瞭解含有 DEHP 之污泥餅於自然條件下，其在污泥掺合土中 DEHP 濃度降解變化情形，試驗結果可作為污泥於農地利用上之參考依據。. 1.3 研究目的. 污泥掺合土壤中關於有害人體健康之物質，目前有較多的文章為針對污泥中之重金屬物質方面進行探討，而在危害性有機物質方面的討論仍不多見。實際污水廠所產生的污泥餅，其 DEHP 濃度分佈範圍可能相當地廣泛，因此污泥施用於土壤時，掺合比率則為考量之重要因素。. 2.

(15) 本研究目的為主要針對不同污泥餅中 DEHP 濃度，將其以不同比例掺合於土壤中，探討污泥掺合土於自然環境中其 DEHP 生物降解情形。依據污泥掺合土中 DEHP 濃度降解結果，提供未來使用不同濃度 DEHP 污泥餅於土地利用時，較適污泥掺合比例之參考依據，使含有若干 DEHP 濃度之污泥餅，仍得以資源化回收再利用於土壤上。另外本研究將污泥與土壤依不同比率進行掺合，亦可瞭解污泥餅對原始土壤之理化改變程度。. 3.

(16) 第二章文獻回顧. 2.1 污泥中之危害性有機物. 由於工業與民生用水量逐年增加的影響，其伴隨著污水處理廠所產生的污泥量也隨之增加，污泥減量與其後續之有效處理方式為現今各國政府於環境保護上逐漸重視之工作之一。其中都市污水處理廠產生之污泥含有相當豐富的營養鹽物質，可以作為肥料再行利用，因此將污泥以土壤改良劑之型式應用於農地或森林等土壤上，應可達成廢棄物資源化之目標。但近年來卻因石化工業與其他高科技產業的興起，因此大量的有機污染物會從許多工業製程或使用來源因而進入都市污水處理廠中，而使污泥中增加許多化學成份或難以分解的有毒物質。一般而言，污泥中人造有機物化合物的來源，大多是來於自工業廢水或家庭污水的排放以及殺蟲劑的使用。. 丹麥政府於 1997 年針對每乾重污泥中可能導致危害性的重金屬、化學物質及其總氮 (TN)、總磷 (TP) 的含量都予以限制其最大濃度值，該國環境主管部門也已著手於各項污染物種的鑑定，及針對各污染物訂定相關的排放標準，此外並成立一研究小組，針對丹麥境內 19 種不同來源的污水處理廠產生之污泥，進行成份分析及毒性試驗，研究結果指出 PAHs、LAS、NPEs 及 DEHP 為丹麥國內污水處理廠中最常見的污染物種，並透過風險評估的技術將污染物對環境可能造成之影響加以量化 (Madsen et al., 1997)。在瑞典的都市污水處理廠中，有超過 137 種類之有機污染物在都市污水處理廠之進流端曾被檢測出來，其中最主要的有機污染物項目為 PAHs、PCBs、DEHP、PCDD/PCDF 及界面活性劑。此外 Schnaak (1997) 表示酚類物質及總石油碳氫化合物 (TPH) 等物質也會存在於污泥中，表 2-1 為美國環保署列出污泥中存在之有機化合物的種類， 4.

(17) 其中以 Bis (2-ethylhexyl) phthalate (即 DEHP) 物質被檢測出的次數為最多，與上述文獻呈現相同的現象。污泥中有機物之組成相當複雜，加上污泥中之危害性有機污染物種類有多樣化且有逐年增加之趨勢，顯示污泥中有機污染物之含量與其毒性對環境與人體之影響皆不容忽視。. 表 2-1 污泥中有機化合物種類及其濃度值 Selected Organic Compound Aldrin Benzene Benzo[a]pyrene Bis (2-ethylhexyl) phthalate Chlordane 4,4-DDD 4,4-DDE 4,4-DDT Dieldrin Dimethyl nitrosamine Heptachlor Hexachlorobenzene Hexachlorobutadiene Lindane PCB-1016 PCB-1060 PCB-1221 PCB-1232 PCB-1242 PCB-1248 PCB-1254 Toxaphene Trichloroethylene BDL* = Below detection limit. (USEPA, 1990). Number of Times Detected 8 4 7 189 1 1 4 7 6 0 1 0 0 2 0 20 0 0 0 23 13 0 7. 5. Mean (mg/kg). Minimum (mg/kg). Maximum (mg/kg). 0.029 0.098 10.785 107.23 0.489 0.391 0.100 0.051 0.024 BDL* 0.023 BDL BDL 0.074 BDL 0.671 BDL BDL BDL 0.740 1.765 BDL 0.848. 0.019 0.012 0.671 0.510 0.489 0.391 0.030 0.015 0.013 BDL 0.023 BDL BDL 0.072 BDL 0.031 BDL BDL BDL 0.043 0.312 BDL 0.024. 0.046 0.220 24.703 891.29 0.489 0.391 0.190 0.121 0.047 BDL 0.023 BDL BDL 0.076 BDL 4.006 BDL BDL BDL 5.203 9.347 BDL 3.302.

(18) 歐洲委員會所制定的法規 (Directive 86/278, EU) 對於污泥施用於農地上已有明確的管制規定 (表 2-2)，用以避免乾淨土壤受到污染；美國對下水污泥於土地施用有詳細的污染物限值規範 (40 CFR 503)，但其僅針對重金屬污染物。此外美國、挪威、德國、瑞士亦分別訂定相關規定避免污泥中致病菌造成危害 (Skjelhaugen, 1999)。因此，將污泥以土壤改良劑或肥料之型式進行資源化時，必須考量並加以評估污泥中具危害性之有機、無機物質與致病菌等因素，才能進一步使污泥於農地利用上為一適行之方式。歐盟亦對 DEHP 進行風險評估，在陸棲生物暴露於 DEHP 土壤中的研究結果，18 天的植物種子發芽試驗裡，其 NOEC (no observed effective concentration) 為 130 mg/kg，14 天的蚯蚓毒性試驗觀察中其 NOEC 為 1000 mg/kg，至於微生物部份之 NOEC 值則較具爭議性，若以最惡劣的情形下來計算時，NOEC 300 mg/kg 則為一可被接受的範圍。. 表 2-2 歐洲各國對下水污泥施用農地中之有機污染物限值 AOX1. DEHP2. LAS3. NP/NPE4. PAH5. PCB6. PCDD/F7. mg/kg. mg/kg. mg/kg. mg/kg. mg/kg. mg/kg. ng-TE/kg. 500. 100. 2600. 50. 6. 0.8. 100. Denmark. -. 50. 1300. 10. 3. -. -. Sweden. -. -. -. 50. 3. 0.4. -. Austria. 500. -. -. -. -. 0.2. 100. Germany. 500. -. -. -. -. 0.2. 100. -. -. -. -. 1.5-4/comp. -. -. EU. France 1. adsorbable organic halogen compounds. di (2-ethylhexyl) phthalate. 3 linear alkylbenzene sulphonates. 4 nonylphenole and nonylphenolethoxylates with 1 and 2 ethoxy groups. 5 sum of various polycyclic aromatic hydrocarbon. 2. 6 7. sum of some polychlorinated biphenyls. polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans.. 6.

(19) 2.2 環境荷爾蒙 (Environmental hormone). 2.2.1 何謂環境荷爾蒙. 環境荷爾蒙係指外因性干擾生物體內分泌之化學物質 (Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs)，干擾生物體內天然荷爾蒙的合成、分泌、傳輸及作用，因而影響了生物體的發育、生長、行為及生殖繁衍等。聯合國環境計畫 (United Nations Environment Programme, UNEP) 定出之 12 種持久性有機污染物 (persistant organic pollutants, POPs) 亦為其成員。此類化合物在環境中為殘留之微量化學物質，通常經由食物鏈進入體內，形成假性荷爾蒙，傳送假性化學訊號，影響生物體內天然的荷爾蒙含量，進而干擾內分泌之原本機制 (圖 2-1)，造成內分泌失調，可能阻害生物體內生殖機能或引發惡性腫瘤，對於懷孕期胚胎或成長初期影響頗大；整體而言內分泌干擾素可經由下列三種途徑，對生物體造成不幸的健康效應: (1) 模仿天然激素之功用，矇騙身體，而使其產生反應過度或不足，或使其在不恰當的時間產生反應等；(2) 搶奪天然激素之受器，防止「激素-受器複合體」之生成，以抑制天然激素之功能；(3) 直接刺激或減低內分泌系統之功能，造成激素之分泌過度或不足 (凌永健，2001)。例如鄰苯二甲酸酯類 (PAEs)、多氯聯苯 (PCBs) 及戴奧辛 (Dioxin) 等皆屬此類物質，其對生物體內細胞之作用機制如圖 2-2 所示。. 2.2.2 環境荷爾蒙的種類及影響. 環境荷爾蒙可分為 (1) 合成雌性激素；(2) 動物體中的生長激素；(3) 植物型雌性激素；(4) 工業及農業用化學物質等四大種類 (Sharpe, 1998)。環境荷爾蒙係包含我國毒性化學物質管理法第二條定義的第一類 (難分解性)、第二類. 7.

(20) (慢毒性)、第四類 (疑似毒性) 之毒性化學物質。有相關研究報告指出野生動物受到環境荷爾蒙的影響，包括鳥類與魚類之不正常的甲狀腺功能，降低生殖能力 (Reijnders, 1986)；異常生殖行為 (Fry and Toone, 1981)；孵化成功率下降；免疫功能降低 (Martineua et al., 1988) 等。日本環境廳 (1998) 所整理環境荷爾蒙對野生動物之影響的相關研究，由資料中可發現目前主要受到影響的動物是以水生動物或是生存在水邊的動物為主，例如: 貝類、魚類、爬蟲類、鳥類及海洋哺乳類。環境荷爾蒙對人體健康之影響，會隨年齡與性別而不同，尤其暴露在環境荷爾蒙的成年人的後代，最容易受到傷害，尤其是新生兒，除了會在胎兒發育期影響性別差異外，亦會影響腦組織和中樞神經某些部位的發展，目前有許多文獻報導環境荷爾蒙對人體之影響，譬如: 男性生殖力下降、攝護腺癌的增加、女性生殖力下降、乳癌增加、免疫系統受損、甲狀腺腫癌、過動兒、與孩童學習能力及注意力集中等問題 (Colborn et al., 1993)。. 圖 2-1 天然荷爾蒙結構及其對細胞之作用機制 (Japan Environmental Agency, 1998) 8.

(21) (a). (b). 圖 2-2 環境荷爾蒙之作用機制 (a) 雌性化的機制；(b) 抑制雄性化的機制 (Japan Environmental Agency, 1998). 9.

(22) 2.3 鄰苯二甲酸酯類 (Phthalate esters, PAEs). 2.3.1 鄰苯二甲酸酯類之物理特性. 鄰苯二甲酸酯類化合物 (phthalate esters, PAEs) 是羧酸衍生物種中酯的一類，亦是環境荷爾蒙中的一種；PAEs 亦是鄰苯二甲酸衍生物，此類化合物一般具有芳香氣味之無色液體，中等黏度，低揮發性，其在水中溶解度很小，因而易溶於多數有機溶劑中 (張等，2000)。工業上最常見的 18 種 PAEs 化合物及其基本物理特性分別如表 2-3 及表 2-4 所示；PAEs 化合物的烷基側鏈長度為 1 至 13 個碳分子。表 2-4 中之各項 PAEs 物質其熔點幾乎皆低於 -25°C，其沸點則介於 230°C 至 486°C 之間，由於 PAEs 具有低熔點及高沸點的特性，因此利於塑化劑、熱傳送流體之使用。. 2.3.2 鄰苯二甲酸酯類之應用及環境中分佈. 由於鄰苯二甲酸酯類化合物通常屬於高分子量物質 (alkyl chains ≥ 6 carbons)，其具有高穩定性、良好之流動性與低揮發性等特性，因此非常適合地做為塑膠之增塑劑 (Staples et al., 1997; 鄭，1999)，並廣泛地用於聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯的生產。全球 PAEs 的生產量逐年增加，從 1974 年到 1994 年產量平均每年增加 50%。而在 PAEs 中應用最為廣泛的則屬鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯 (di-(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP)，其佔全球 PAEs 用量之 40-50% (Ejlertsson et al., 1997)。至於國內增塑劑生產量總計約 45 萬噸，其中 DEHP 佔全體需求量之 75-80%，因此 DEHP 在 PAEs 中其對環境所造成可能的負面影響，已成為歐美日等各國進行研究與評估的重點之一。. 10.

(23) 鄰苯二甲酸酯類在工業用途上相當地廣泛，例如建築材料、家具設備、玩具、衣物、膠合劑、塗料、食品包裝與醫藥產品等 (Giam et al., 1984; Graham, 1973)。由於鄰苯二甲酸酯類被大量在兒童玩具及日用品中檢測出，因此歐盟已於 1999 年決定在歐盟成員國內，對三歲以下兒童所使用與口接觸的玩具以及其他兒童用品 (如: 嬰兒奶嘴、出牙器等) 中的聚氯乙烯塑料 (PVC 塑料) 中的塑化劑含量予以限制，要求 PVC 中所含的六種鄰苯二甲酸酯類物質: 鄰苯二甲酸二 (2-乙基已基 ) 酯 (DEHP) 、鄰苯二甲酸二異壬酯 (DINP) 、鄰苯二甲酸二辛酯 (DNOP)、鄰苯二甲酸二丁酯 (DBP)、鄰苯二甲酸二異癸酯 (DIDP)、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯 (BBP)，其總含量不得超過 0.1%。目前歐盟、美國及日本已列管的鄰苯二甲酸酯類化合物如表 2-5 所示。其中鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯、鄰苯二甲酸二甲酯及鄰苯二甲酸二丁酯也已於民國 88 年由我國環保署公告為毒性化學物質。. 鄰苯二甲酸酯類於加工製造、使用與最後處理棄置過程中極易釋出因而污染環境，這即為 PAEs 進入生態系統的主要人為來源 (Wams, 1987; Cadogan et al., 1993)。由於此類化合物用途廣泛，使用量與廢棄物產量亦有逐年增加的趨勢，導致都市下水污泥、河川底泥與土壤中皆可發現此類化合物的存在，在各國的研究報導中顯示，鄰苯二甲酸酯類在環境中污染濃度最高的地方有: 塑膠產品工廠、工業及民生污水處理場、垃圾場、受污染之河川底泥及下水道污泥。因 PAEs 其具有生物蓄積性、致突變性 (mutagenic) 與致癌性 (carcinogenic)，並可干擾生物體內分泌正常作用，所以此類物質的去除與管理將愈顯其重要性 (Wang et al., 1997)。. 11.

(24) 表 2-3 工業上常見的 PAEs 種類 Abbreviation. Phthalate Ester. CAS Number. DMP. Dimethyl Phthalate. 131-11-3. DEP. Diethyl Phthalate. 84-66-2. DAP. Diallyl Phthalate. 131-17-9. DPP. Dipropyl Phthalate. 131-16-8. DnBP. Di-n-Butyl Phthalate. 84-74-2. DIBP. Diisobutyl Phthalate. 84-69-5. BBP. Butylbenzyl Phthalate. 85-68-7. DHP. Dihexyl Phthalate. 84-75-3; 68515-50-4. DnOP. Di-n-Octyl Phthalate. 117-84-0. BOP. Butyl 2-Ethylhexyl Phthalate. 85-69-8. 610P. Di (n-Hexyl, n-Octyl, n-Decyl) Phthalate. 25724-58-7; 68515-51-5. DEHP. Di (2-Ethylhexyl) Phthalate. 117-81-7. DIOP. Diisooctyl Phthalate. 2754-26-3. DINP. Diisononyl Phthalate. 28553-12-0; 68515-48-0. DIDP. Diisodecyl Phthalate. 26761-40-0; 68515-49-1. D711P. Di (Heptyl, Nonyl, Undecyl) Phthalate. 3648-20-2; 68515-44-6 68515-45-7; 111381-89-6 111381-90-9; 111381-91-0. DUP. Diundecyl Phthalate. 3648-20-2. DTDP. Ditridecyl Phthalate. 119-06-2; 68515-47-9. (Staples et al., 1997). 12.

(25) 表 2-4 PAEs 之物理特性 a Formulab. Alkyl Chain Length. Molecular Weight (g/mole). Melting Point (°C). Specific Gravity (20°C). DMP. C10H10O4. 1. 194.2. 5.5. 1.192. DEP. C12H14O4. 2. 222.2. -40. 1.118. DAP. C14H14O4. 3. 246.2. --. --. DPP. C14H18O4. 3. 250.3. --. --. DnBP. C16H22O4. 4. 278.4. -35. 1.042. DIBP. C16H22O4. 4. 278.4. -58. 1.050e. BBP. C19H20O4. 4, 6c. 312.4. -35. 1.111. DHP. C20H30O4. 6. 334.4. -27.4. 1.011. DnOP BOP 610P. C24H38O4 C20H30O4 C25H40O4. -25 -37 -4. 0.978 -0.970. DEHP. C24H38O4. 8. 390.6. -47. 0.986. DIOP. C24H38O4. 8. 390.6 {376.6-390.6}. -46. 0.986. DINP. C26H42O4. 9. 418.6 {418.6-432.6}. -48. 0.970. DIDP. C28H46O4. 10. 446.7 {432.7-446.7}. -46. 0.961. D711P. C26H42O4. 7, 9, 11 418.6 {362.6-474.7} < -50. 0.970. DUP. C30H50O4. 11. 447.7 {432.7-474.7}. -9. 0.960. DTDP. C34H58O4. 13. 530.8 {506.8-544.8}. -37. 0.953. Compound. 8 390.6 6,8 334.4 {278.4-390.6} 6, 8, 10 404.6 {334-447} c. a. (Howard et al.,1985; Howard et al., 1989; Staples et al., 1997) For mixtures, the formula for the most representative isomer is provided. c Aromatic ring. d { }: molecular weight range of isomer. e At 15°C. b. 13.

(26) 表 2-5 歐盟、美國及日本已列管之鄰苯二甲酸酯類化合物國家. 鄰苯二甲酸酯類化合物 Benzyl butyl phthalate，鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯 Dipropyl phthalate，鄰苯二甲酸二丙酯. 歐盟. Di-n-octyl phthalate，鄰苯二甲酸二辛酯 Di-n-butyl phthalate，鄰苯二甲酸二丁酯 Di-(2-ethylhexyl) phthalate ，鄰苯二甲酸二 (2- 乙基己基 ) 酯 Di-Isodecyl Phthalate，鄰苯二甲酸二異癸酯 Dimethyl phthalate，鄰苯二甲酸二甲酯 Diethyl phthalate，鄰苯二甲酸二乙酯. 美國. Dipropyl phthalate，鄰苯二甲酸二丙酯 Di-n-butyl phthalate，鄰苯二甲酸二丁酯 Di-(2-ethylhexyl) phthalate ，鄰苯二甲酸二 (2- 乙基己基 ) 酯. 日本. Di-n-octyl phthalate，鄰苯二甲酸二辛酯 Benzyl butyl phthalate，鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯 Diethyl phthalate，鄰苯二甲酸二乙酯 Dipropyl phthalate，鄰苯二甲酸二丙酯 Di-n-butyl phthalate，鄰苯二甲酸二丁酯 Di-(2-ethylhexyl) phthalate ，鄰苯二甲酸二 (2- 乙基己基 ) 酯 Dicyclohexyl phthalate，鄰苯二甲酸二環已酯 Diphenyl phthalate，鄰苯二甲酸二苯酯 Dihexyl phthalate，鄰苯二甲酸二已酯. 2.3.3 台灣的鄰苯二甲酸酯類之污染分佈情形. 台灣的工業廢水或生活污水中通常含有毒性物質，這些污染物經由沈澱、吸附或生物體食物鏈的循環作用，最後易沈積於污水廠中之污泥及河川底泥中，使得污泥及河川底泥中可能含有相當多種類的污染物質，例如: 重金屬、有機氯化物與農藥等。環保署調查資料顯示在淡水河系中關渡橋、台北橋、忠孝橋及中興橋之河川底泥中含有鄰苯二甲酸酯類化合物 (行政院環保署，1998)。其中包 14.

(27) 括鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯及鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯，其濃度範圍分別為 ND-0.007 µg/g， ND-0.16 µg/g，ND-1.04 µg/g，0.17-0.93 µg/g，5.61-90.9 µg/g (行政院環保署， 1998)。此外，在中港溪、客雅溪、淡水河與二仁溪之河川底泥中，鄰苯二甲酸酯類包括鄰苯二甲酸二己酯、鄰苯二甲酸丁酯苯甲酯、鄰苯二甲酸二環己酯、鄰苯二甲酸二 (2- 乙基己基 ) 酯、鄰苯二甲酸二丁酯，其濃度範圍分別為 ND-Trace，ND-2.4 µg/g，ND-6.2 µg/g，Trace-13.9 µg/g，13.1-37.3 µg/g (張等人，2000)。此結果初步證實鄰苯甲酸酯類化合物已流入台灣地區河體環境中。當污染物釋放進入河川中，即使污染濃度不高，但是經由食物鏈濃縮之作用，亦可能會對人體健康造成危害。. 2.4 鄰苯二甲酸酯類之分解. 2.4.1 有機化合物在環境中的分解機制. 自然環境中的碳氫化合物係主要以下列幾種機制進行分解 (林，2001): 1. 化學分解 (chemical breakdown): 碳氫化合物受環境中的金屬催化，進行水解或者和其他有機酸反應，造成自身氧化作用而分解。 2. 生物降解 (biodegradation): 環境中有多微生物皆能自行利用碳氫化合物，經吸收這些碳氫化合物後，再利用自身酵素系統氧化此碳氫化合物，將其轉換成所需的碳源及能量。當有機物被微生物所分解時，有兩種基本現象發生，即氧氣為微生物所消耗，並以此產生所需能量及新細胞，此反應如式 (2.1) 與式 (2.2) 所示: 有機物 + O2 + N + P. ⎯⎯→ ⎯ 細胞. 新細胞 + CO2 + H2O + 生物不可分解之有 (2.1). 機物殘質 15.

(28) 細胞 + O2. ⎯⎯→. CO2 + H2O + N + P + 不可分解之細胞殘質. (2.2). 3. 光解作用 (photolysis): 部份碳氫化合物對光具有敏感性質，在適度的光照強度下則有光解現象產生，而使碳氫化合物分解。. 2.4.2 影響微生物分解鄰苯二甲酸酯類的環境因子. 微生物的生長過程受其所處環境因子之影響極大，而這些環境因子也會彼此因而相互影響，主要的環境因子分敘如下:. 1. 鄰苯二甲酸酯類之組成一般環境中微生物代謝有機化合物的通則由易至難，例如直鏈 > 支鏈，低分子量 > 高分子量 (Leahy and Colwell, 1990)。此外有機化合物取代基的種類、數目及位置也會影響微生物降解的難易度。通常疏水性越高的鄰苯二甲酸酯類極愈不易為微生物所分解，而苯環上的支鏈 (side-chain) 則會影響其水溶性。故不同支鏈的鄰苯二甲酸酯類會影響其水溶性，也因此影響了微生物降解的速率 (Ejlertsson et al., 1997)。. 2. 溫度生化反應的速率受溫度的直接影響，即微生物的生長速率亦受溫度之影響。一般而言，不同種類系統的微生物均有其最適生長的溫度範圍。以細菌為例，依溫度的高低分成三類: (a) 低溫細菌，生長範圍 2-30°C，最佳溫度為 12-18°C； (b) 中溫細菌，生長範圍 20-45°C，最佳溫度為 25-40°C； (c) 高溫細菌，生長範圍 45-75°C，最佳溫度為 55-65°C。. 16.

(29) 大部份中溫區域內操作的好氧生物處理法中，其生物反應速率會隨溫度的上升而增加，並在 31°C 左右達到最高的反應速率值，在 39°C 後便會隨溫度的上升而下降。. 3. pH 值微生物體內每種酵素都有其最適 pH 值，在適合的 pH 值範圍下反應的酵素，可以表現出最高的活性。一般而言，微生物其生長有最高與最低的 pH 值限制，大部份是介於 pH 5 至 9 間，而最佳的範圍則是在 pH 6.5 至 8.5 間。所以環境中微生物也應僅能在一適合的 pH 值範圍內生長並分解鄰苯二甲酸酯類化合物。. 4. 營養鹽微生物在分解有機物時常需要多種礦物質以幫助代謝作用。一般水中去除氮、磷以外的礦物質通常均已足夠，只有在製程中有去離子程序時，才有礦物質不足的情況，在這種情況下，鐵及其他稀有元素可能會有不足之現象。大部份受碳氫化合物污染的環境中，皆含有足夠的的碳源，然而其主要的營養限制則是氧、氮及磷等元素。許多大型的污水處理廠中，磷以磷酸的型式，而氮以氨水溶液的型式被加入反應池內；在小污泥水處理廠中則以磷酸氫二銨的型式加入，因此氮和磷的添加有可能加速鄰苯二甲酸酯類的分解作用。. 5. 氧氣氧氣主要影響微生物的代謝能力、有機物的利用及微生物的生長，且在生物復育系統中，好氧分解可以避免厭氧分解產生的異味，使其降解完全。鄰苯二甲酸酯類在好氧狀態下可被微生物部份分解，然在厭氧的狀態下卻可能產生累積的現象 (Thomas et al., 1986)。因此氧氣的存在與否亦會影響鄰苯二甲酸酯類的降解速率。 17.

(30) 2.4.3 鄰苯二甲酸酯類於環境中的主要分解作用. 鄰苯二甲酸酯類在環境中極易分配 (partition) 或吸附 (adsorption) 至懸浮顆粒、土壤及底泥中，其中烷基側鏈長度愈長者之 PAEs，其吸附程度隨其辛醇 -水分佈係數 (octanol-water partition coefficients, Kow) 增加，隨蒸氣壓 (vapor pressure) 下降而有遞增之現象。 PAEs 具有低蒸氣壓，揮發性極低，甚至不揮發之性質。表 2-6 為各種 PAEs 水解半生期之文獻，顯示 PAEs 的水解半生期從鄰苯二甲酸二甲酯的 3.2 年到鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯的 2000 年不等；Howard (1991) 推估 PAEs 在液相光解之半生期方面，從 DEP 的 2.4 年至 DnBP 的 12 年時間，而 DEHP 則為 0.12 年至 1.5 年的時間。許多研究顯示 PAEs 化合物在好氧及厭氧的狀態下，可為土壤中的微生物逐步分解利用；若經污泥植種馴化方式進行生物降解 PAEs，在 28 天內可達至少 50% 之礦化率 (Roslev et al., 1998)，有些研究更可達 90% 的降解率 (Irvine et al., 1993)。相反地，若處於一厭氧、貧養 (oligotrophic) 且陰冷的試驗條件下，則會使此類化合物的降解半生期延長 (Staples et al., 1997)。對於 PAEs 而言，水解作用、光解作用和揮發作用皆不是其重要的降解反應過程，此三種作用相對於生物作用之降解速率則顯得相當緩慢，因此生物作用應為此鄰苯二甲酸酯類化合物於土壤、底泥與表面水之主要分解機制。常見具有降解鄰苯二甲酸酯類的菌株整理如表 2-7，這些好氧及厭氧的微生物可利用鄰苯二甲酸酯類化合物作為碳源及能源 (Eaton and Ribbons, 1982；Kurane et al., 1984；Nozawa and Maruyama, 1988；Gibbons and Alexander, 1989；Jackson et al., 1996； Ejlertsson et al., 1996；Ejlertsson and Svensson, 1997；Kurane, 1997；Roslev et al., 1998；Wang et al., 2000)。. 18.

(31) 表 2-6 各種 PAEs 之水解半生期 Phthalate Ester. Aqueous Hydrolysis Half-Lives (years) 3.2 8.8 22 > 0.3 107 2,000 157 -. DMP DEP DAP DPP DnBP DIBP BBP DHP DnOP BOP 610P DEHP DIOP DINP DIDP D711P DUP DTDP (Staples et al., 1997). 表 2-7 降解鄰苯二甲酸酯類之微生物 Bacteria strain. Reference. Micrococcus sp.. Eaton and Ribbons, 1982. Nocardia erythropolis. Kurane et al., 1984. Pseudomonas sp. Strain P136. Nozawa and Maruyama, 1988. Mycobacterium sp.. Gibbons and Alexander, 1989. Aureobacterium saperdae NRRL B-14840. Jackson et al., 1996. Rhodococcus erythropolis. Kurane, 1997. Pseudomonas cepacia. Kurane, 1997. Pseudomonas acidovorans. Kurane, 1997 19.

(32) 2.5 鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (DEHP). 2.5.1 DEHP 的物化性質. 鄰苯二甲酸二 (2-乙基己基) 酯 (di-(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP) 為一人工合成的化學物質，此種化學物質又稱酞酸二丁酯 (dioctylphthatlate, DOP) 或酞酸對二乙基己基酯 (bis (2-ethylhexyl) phthalate, BEHP)，其基本物化性質與毒害影響如表 2-8 所述。 DEHP 是一種無色的液體，幾乎沒有任何味道且不易蒸發，易溶解於汽油及油漆去除劑等物質中。 DEHP 為聚氯乙烯塑膠 ( polyvinyl chloride, PVC) 之增塑劑，於常溫下具有良好的撓曲性 (flexibility)，因此被廣泛地應用於 PVC 製品的加工過程中，此外，亦可作為工業上之軟化劑與油漆添加物，因此在塑膠物品中通常都可發現 DEHP 的存在，特別是 DEHP 在乙烯的含量可高達 40%；而一般的塑膠物品例如雨衣、鞋類、室內裝潢材質、皮革類仿制品、包裝食品的材料，甚至嬰兒的玩具都可發現 DEHP 的存在。美加地區已禁止於口腔會直接觸碰之玩具使用，另歐盟亦針對在三歲以下幼兒之口腔玩具中 DEHP 的添加含量予以管制，顯見其安全性仍受到歐美國家的關注。尤其 DEHP 為眾多高分子量增塑劑中使用頻繁最多的一種，目前也已由我國行政院環保署公告為毒性化學物質。. 20.

(33) 表 2-8 DEHP 基本物化性質與毒性影響 PAEs 種類. 鄰苯二甲酸-2-乙基己基酯 (DEHP) - 1,2-benzenedicarboxylic acid bis (2-ehtyl-hexyl) ester (CAS name). 同義字. - phthalic acid bis (2-ethylhexyl) ester (IUPAC name) - bis (2-ethylhexyl) 1,2-benzenedicarboxylate - bis (2-ethylhexyl) phthalate - di (ethylhexyl) phthalate - dioctyl phthalate - octyl phthalate - phthalic acid dioctyl ester. 分子量分子式. 390.56 g/mole C24H38O4 O O. 結構式. O O. (CH2)3CH3 CH2CH3 (CH2)3CH3 CH2CH3. log Kow 溶解度 (25°C) 蒸氣壓 (1 atm) 比重 25°C 沸點 (1 atm) 熔點 (1 atm) 閃火點亨利常數值半衰期用途. 毒性. 7.54 0.4 mg/L 1.0 × 10-7 mm-Hg 0.986 384°C -47°C 199°C 1.71 × 10-5 atm-m3/mol 2000 年 (aqueous hydrolysis) 0.2-2.0 天 (atmospheric photooxidation) 聚氯乙烯塑膠 (PVC) 之增塑劑、工業上之軟化劑、油漆添加物、食品包裝材料、建築塗料、電線、電纜、室內裝潢材料、醫用輸血管與注射袋、化妝品、農藥載劑等。對哺乳動物具有致肝臟毒害性 (hepatotoxic)、致腎臟毒害性 (nephrotoxic) 並可能影響生物的生殖系統；於生物體內具有富集作用 (bioconcentration)，且易藉由食物鏈累積於生物的內臟，營養層級 (trophic level) 愈高，毒害愈明顯。. (Staples et al., 1997；鄭，1999)。 log Kow: 有機物於水與辛醇的分佈比值；log Kow > 3，此化合物則極易吸附於顆粒物質表面 (Danish Environmental Protection Agency)。. 21.

(34) 2.5.2 環境中的 DEHP. 當 DEHP 於生產過程、販賣或添加至 PVC 樹脂時均有可能因此而釋放至環境中，另亦可經由工業、都市廢棄物掩埋或焚化後，以消費產品於使用中或使用後流入環境中，它也會在塑膠燃燒過程中從塑膠材質釋放出來，因此 DEHP 相當廣泛地存在環境中。其最常在工業區、垃圾掩埋場、廢水處理廠及廢棄物處理廠附近發現。在垃圾掩埋場大部份被燃燒的塑膠中均含有 DEHP，在廢棄物處理廠附近的地下水也可以發現 DEHP 的存在 (行政院環保署，2000)，處置含 DEHP 的塑膠類產品時，不論是掩埋或者是焚化，其為環境釋放主要來源之一 (WHO, 1992; ATSDR, 1993)。當 DEHP 釋放至土壤時，其會附著土壤顆粒上，而不會轉移到遠處去；當 DEHP 隨水流排放出來時，其會緩慢地溶於地下水或地表水中，此過程一直會持續相當多年直至 DEHP 從慢慢地從環境中消失。. Irvine et al., (1993) 針對美國新澤西州一處製造 PVC 塑膠水管之工廠進行研究，發現土壤中 DEHP 濃度竟高達 10-25,000 mg/kg；此外根據丹麥都市下水污泥的調查結果發現，DEHP 的濃度範圍為 4-1700 mg/kg (乾污泥重)。國內位於台北縣市的三座都市污水處理廠，也發現污泥中皆含有 DEHP (表 2-9)，且濃度均高於 100 mg/kg (Cheng et al., 2000)。在空氣環境中 DEHP 因其物化特性而不易蒸發，一般而言極少會進入空氣中。室內場所經由塑膠物質、油漆塗料及工作環境釋放出 DEHP，雖然污染程度不大但卻有可能導致室內空氣中的 DEHP 較外界空氣還來的高 (行政院環保署，2000)。. 22.

(35) 表 2-9 台北地區都市下水污泥中 DEHP 濃度值之分佈 Municipal sewage treatment plants (MSTPs). Sludge type. DEHP concentration (mg/kg dw). 民生廠. Aerobically digested. 142.9 (0.15%). 八里廠. Anaerobically digested. 105.2 (2.11%). 迪化廠. Anaerobically digested. 153.2 (1.26%). Data in brackets were the relative standard deviation (RSD) values, n=3. (Cheng et al., 2000). 2.5.3 人體暴露於 DEHP 之途徑及 DEHP 產生的影響. 人體可以經由空氣、水、食物和皮膚接觸而暴露到 DEHP，其中經由食物為最常見的暴露途徑，每天攝取的食物平均含有 0.25 mg 的 DEHP。 DEHP 也會在塑膠加工處理和儲存過程中會進入食物中。另外脂類食物通常也含有 DEHP，例如牛奶、乳酪、奶油、油酥和植物油等物質。肉類、魚類和蛋類也可能因環境轉變而含有 DEHP。根據統計，每天經由食物、空氣和水而接觸到 DEHP 的總平均暴露值約為 0.27 mg (Oie et al., 1997；Jaakkola et al., 1999)。雖然不是很明確，但很有可能經由皮膚接觸到含有 DEHP 的塑膠衣物或物質暴露到少量的 DEHP。根據估計這種轉移的量是很少的，因為如雨衣之類的塑膠衣物並沒有直接接觸到皮膚，即使接觸到也可能只有少量的 DEHP 會轉移。. 另外 DEHP 也會經由特定的醫療程序進入身體內，塑膠醫療製品會釋出 DEHP，用來給予液体或藥物所使用的管子也會將 DEHP 傳給病人。洗腎使用的塑膠管經常含有 DEHP，也會將 DEHP 帶進病人的血液中。 DEHP 也會經由呼吸器的塑膠管進入肺部。經由飲水也會暴露到 DEHP，在一些都市發現飲水中含有 0.04-30 ppb 的 DEHP，平均一天中會經水攝取到 0.02 mg DEHP。 23.

(36) 如果飲用的是靠近垃圾掩埋場或廢棄物處理場附近的飲用水，可能會接觸到比平均值還高的 DEHP (行政院環保署，2000)。. DEHP 對人體的急毒性是相當低的，曾經有志願者服用 5 或 10 g 的 DEHP，結果顯示在低劑量 (5 g) 的患者身上，並無任發現何有害的反應，但在高劑量 (10 g) 的患者身上則造成輕微的胃擾動 (ATSDR, 1993; Woodward, 1988)。 DEHP 對動物的影響是從大鼠和小鼠的食物中添加高劑量的 DEHP (1000 及 2000 ppm) 試驗而得知。研究發現 DEHP 對大鼠和小鼠的影響比對人類或是其他動物較為明顯。從大鼠的實驗發現吸入 DEHP 並不會造成嚴重的健康危害，也不會影響它們的壽命或生育能力。因為 DEHP 很難蒸發至空氣中，而且不易由皮膚吸收，因此由皮膚接觸到 DEHP 對於人體健康應不致有影響。在大鼠及小鼠的實驗也發現，短時間內暴露在高濃度的 DEHP 會干擾精子的形成，這些影響為可逆的。而如果在青春期前暴露到 DEHP，性發育會有延遲成熟的現象；若是其期暴露於高劑量的 DEHP，則對公鼠和母鼠的生殖能力產生影響。若在短時間內暴露 DEHP 對於雄性生殖能力則未發現有影響。對於懷孕中的小鼠和大鼠暴露在高濃度的 DEHP 下會影響胎兒的發育 (Tyl et al., 1988; Peters et al., 1997)。因此當婦女在懷孕期間暴露到高濃度的 DEHP，則可能會有嬰兒出生體重過輕及骨骼和神經系統方面的問題產生，但這方面的影響至目前為止仍未能十分確定。. 長期暴露 DEHP 的大鼠會造成腎臟結構及功能的改變，這個改變是可以確定的，因為洗腎時腎臟會暴露到 DEHP，而大鼠腎臟結構上的改變與長期洗腎的病人是很類似的。目前尚無法確定人類腎臟的改變是由 DEHP 所導致的還是與腎並本身的關聯因子有關。人體吸收和分解 DEHP 的過程與大鼠和小鼠不一樣。因此，許多會對老鼠造成的影響並不一定會發生在人體上，或是高等動物如猴子 (靈長類動物) 身上。人類和其他靈長類動物在暴露 DEHP 後對於肝臟 24.

(37) 的傷害比大鼠和小鼠的敏感程度較低。而以上試驗為將老鼠暴露在高劑量 DEHP 之下，因此暴露到 DEHP 是否會提高人類發生肝癌的風險還須進一步地確認，而目前為主 DEHP 對人體各方面的危害機制還尚未確定；但也有文獻指出 DEHP 對人體具有致癌性的潛勢，特別是 DEHP 非常容易累積於生物體內，同時對生物之作用具有抑制性，尤其是對哺乳動物具有致癌性 (carcinogenic)、致肝臟毒害性 (hepatotoxic)、致腎臟毒害性 (nephrotoxic) 等，更重要的是長時間暴露於 DEHP 所影響生物的生殖系統 (Rettenmeir and Mettang, 1997; Ejlertsson and Svesson, 1997; Huber et al., 1996)。然而，為了安全上的考量，許多機構將 DEHP 分類為潛在性致癌物。美國衛生人力部已經決定將 DEHP 列為致癌物質，國際癌症研究署也已經決定將 DEHP 列為可能的人類致癌物 (possible carcinogen)，而美國環境保護署也決定將 DEHP 列入很可能的人類致癌物 (probable carcinogen)。. 2.5.4 DEHP 的分解途徑與代謝. DEHP 為高疏水性之有機化合物，其對生物所造成之毒害影響以慢毒性為主要機制 (Rhodes et al., 1995)，因為其水溶性相當低 (僅有 0.4 mg/L at 25°C)，所以很容易地進入並累積於水棲動物的內臟與脂肪層中，而當 DEHP 存在於都市污水中則極易吸附於固體顆粒上，最後累積於污泥中，導致污泥具有潛在的危害性，降低污泥於農地上利用之可效性。雖然有部份研究顯示 DEHP 在好氧狀態以及足夠營養鹽的條件下，可被微生物逐漸地分解，然其分解或礦化速率仍相當緩慢，且在經過長時間的分解後仍有相當濃度的 DEHP 殘留，若以經特殊馴化後的 DEHP 分解菌進行降解試驗，則 DEHP 之分解率可達 90% 以上 (Irvine et al., 1993; Roslev et al., 1998)。厭氧分解 DEHP 之速率相較之下則更為緩慢，甚至沒有分解的作用。 25.

(38) 環境中 PAEs 化合物 (包括 DEHP) 其主要的生物分解途徑如圖 2-3 所示。. DEHP 進入生物體內後會發生水解作用. (hydrolysis) ，形成. mono-(2-ethylhexyl) phthalate (MEHP) 及 2-ethylhexanol (2-EH) 等兩種中間產物，經過氧化反應，最後這些開環後之有機物 (ring cleavage products) 可在生物之腎臟內進一步地被代謝成其他氧化產物，除生物體內之反應外，此類中間產物在土壤環境中，更可被進一步分解為苯甲酸 (benzoic acid) 與其他過渡產物 (Rettenmeir and Mettang, 1997; Ejlertsson and Svensson, 1997 )。由人類和動物的研究資料指出 DEHP 的代謝，其包含著 30 種或更多種類代謝產物的一系列複雜反應。不論對老鼠以口服或靜脈注射等方式導入在老鼠的尿液中發現 20 種. 14. 14. C-DEHP 於其體內，. C-DEHP 的代謝物。在許多組織中 (包括肝、腎、. 肺、血漿、胰腺、腸黏膜及動物性脂肪等組織)，可發現使 DEHP 水解成 MEHP 及 2-EH 的酵素，其中以胰腺組織佔最大宗。 MEHP 並不會藉由這些酵素水解成 phthalic acid，唯一曾被報導過可以水解 MEHP 變成 o-phthalic acid 及 2-EH 的酯類酵素，其則是位於肝臟微粒組織中 (Albro and Lavenhar, 1989, Albro, 1986)。. 有研究指出由好氧菌所分離純化出的一些酯解酶 (esterases) 也能夠對 PAEs 進行水解反應；也有學者由好氧菌 Nocardia erythroplis 分離出水解酵素，可將 DEHP 水解成 phthalic acid 與 2-EH (Kurane et al., 1984)。 Gibbons and Alexander (1989) 發現好氧菌會分泌出乳化劑 (emulsifiers) 或助溶劑 (solubilizers) ，使得 DEHP 在水中的溶解度可以由 0.4 mg/L 增加到 4.7 mg/L，這將有助於 DEHP 的降解反應。. 26.

(39) 2-EH 最終會經由氧化的途徑被代謝成醋酸鹽及二氧化碳，途中 2-EH 在許多組織中會很快速地代謝成 2-ethylhexanoic acid，此酸取決於 ω-及 ω-1-氧化作用，產生 5-hyfroxy-2-ethylhexanoic acid、2-ethyl-5-ketohexanoic acid 與 2-ethylhexandioic acid，以及後續發生的 ß-氧化成為醋酸鹽及二氧化碳 (Albro and Lavenhar, 1989)。 DEHP 的氧化代謝初始階段裡，MEHP 其 C-8 側鏈上不同位置氫氧根群的引種物質，會被催化成與 fatty acid ω- 及 ω-1-hydroxylases 有關的細胞色素 (cytochrome)。水解代謝物會被進一步氧化成酮類及羰基代謝物，羰基代謝物經由 α-或 ß-氧化作用減少側鏈上的碳原子，其代謝途徑如圖 2-4 (僅代謝物關係) 所示 (Albro and Lavenhar, 1989; Albro, 1986)。. 27.

(40) COOR COOR Dialkyl Phthalate. H2O ROH COOR COOH Mono Alkyl Phthalate H2 O. CO CoA COOH. CO CoA COOH or. OH. OH. OH. 3, 4 Dihydroxy Phthalate. AEROBIC O2. OH. ROH COOH COOH Phthalic Acid. ANAEROBIC. CO CoA COOH Phthalic Acid - CoA. ADP ATP + CoA. 4, 5 Dihydroxy Phthalate. CO2 CO CoA Benzoyl - CoA. CO CoA. 4H. Protochatechuate. OH meta COOH. CHO. CO CoA. OH. ortho cleavage. COOH. 2-hydroxy-4carboxymuconic semialdehyde. Cyclohex -1 -ene carboxyl - CoA H2O. COOH. CO CoA OH. COOH. 2-Hydroxycyclohexane carboxyl - CoA CoA. COOH beta - Carboxy-CisCis-Muconate. 2H 3 Acetate + 3 H2 + CO2. CO CoA CO CoA Pimelyl di-CoA. Acetate + CO2 + Succinate. 2 Pyruvate + CO2. 圖 2-3 環境中鄰苯二甲酸酯類化合物之生物分解途徑. (Ejlertsson and Svensson, 1995). 28.

(41) C H3 C H2 C O O -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3. C OO. R= C OO H. C H3. C O O -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3 C H2 C H3 2 -e th y l h e x a n o l C H3. DEHP. C H2 C H 3 -(C H 2 ) 3 -C H -C H 2 O H. C H2 C O O -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3. 2 -e th y lh e x a n o l. COOH COOH. P h th a lic A c id. COOH M EHP. C H 2O H. CH3. CH3. CH3. CH2. CHOH. CH2. CH2. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 2 -C H -C H 3. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 2 O H. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3. CH3 CH2 R -C H 2 -C H -C H 2 -C H -C H 2 -C H 3. OH OH 2 -e th yl-5 -h yd ro x yh e x yl p h th a la te (IX ) 2 -e th yl-4 -h yd ro x yh e x yl p h th a la te (V III). 2 -(2 -h yd ro x ye th yl)h e x yl p h th a la te (V II) 2 -(1 -h yd ro x ye th yl)h e x yl p h th a la te (X V II) 2 -e th yl-6 -h yd ro x yh e x yl p h th a la te (X ). COOH. CH3. CH2. C. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3 2 -c a rb o x ym e th ylh e x yl p h th a la te (IV ). COOH R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3 2 -c a rb o x yh e x yl p h th a la te (II). O. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C H 3. CH3. CH3. CH2. CH2. R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 3 -C O O H. 2 -(1 -o x ye th yl)h e x yl p h th a la te (X X V I). R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 2 -C H -C H 3. O 2 -e th yl-5 -c a rb o x yp a n tyl p h th a la te (V ) 2 -e th yl-5 -h yd ro x yh e x yl p h th a la te (V I). CH3. CH3. CH2. CH2. R -C H 2 -C H -C H 2 -C O O H 2 -e th yl-3 -c a rb o x yp a n tyl p h th a la te (I). R -C H 2 -C H -(C H 2 ) 2 -C O O H 2 -e th yl-4 -c a rb o x yp a n tyl p h th a la te (III). 圖 2-4 DEHP 之代謝物 (Albro, 1986) 29. CH3. CH2. R -C H 2 -C H -C H 2 -C H -C H 2 -C H 3. O 2 -e th yl-4 -o x yh e x yl p h th a la te (X II).

(42) 2.6 國內外都市下水污泥產生量及其最終處置之趨勢. 隨著世界各國政府在污水下水道接管率之提高以及持續污水處理廠的興建，使惡質化的水體環境有明顯地改善，而由污水處理廠運轉所伴隨的污泥產量則每年持續穩定地增加當中，以美國而言，Smith (1977) 估計從 1972 年起美國境內每年約有 4.29 百萬噸下水污泥需為處置。至 1997 年時美國污泥年產量 Bastian (1997) 估計已達 6.23 百萬噸。由於歐盟都市污水法案 (Urban Wastewater Directive, 91/271/EC) 的要求，歐洲各國開始廣設二級都市污水處理廠，因此大部份歐盟國家內的污泥產量自 1990 年代起即大幅度地增加，且在未來的幾年內，仍有持續增加的現象。圖 2-5 為歐盟各國從 1992 年至 1998 年污泥產生量 (包含 2000 年至 2005 年的預估污泥產量)，圖中可見大部份的歐盟國家其污泥產量為逐年增加的現象與趨勢，顯示每年漸增的污泥產生量其最終的處置，已成為各國政府所需重視的環境課題之一。. 一般而言污泥的處置方式有土地利用、掩埋、固化及海拋等方法。美國從 1972 年至 1997 年的污泥使用或處置方式如表 2-10 所示；1972 年時僅約有 20% 的污泥總產量用來作為土地利用，另外有 25% 的污泥則以焚化處置；到了 1997 年已有高達 55% 的污泥產量是用來作為土地利用，同時污泥焚化的比例則下降至 17%，在 1991 年 12 月美國政府也已禁止污泥海洋拋棄這類污泥的處置方式。顯見美國在近二、三十年來已逐漸將下水污泥，視為一種可重新利用的資源，有效地使用在農田、森林地與需開墾地上土質改良等地方，使污泥在土地利用的處置方式之比例有明顯地增加。歐盟 (European Union, EU) 估計在 1990 年時已超過 7 百萬噸 (乾重) 的污泥產生，表 2-11 顯示歐盟各國在其污泥處置中農業方面所佔的比例，分別介於 10% 至 80% 之間，整體而言農業利用有 45%，而掩埋部份則有 38%，農業利用相較掩埋方式為稍多，但其中. 30.

(43) 表 2-10 美國下水污泥使用及處置方式 1972a. 1989b. 1997c. Land application (%). 20. 33.3. 54.8. Surface disposal (%). -. 10.3. 19.2d. Landfill (%). 40. 33.9. -. Incineration (%). 25. 16.1. 17.3. Ocean disposal (%). 15. 6.3. 0. -. -. 8.7e. Practice. Other (%) a. (Smith, 1977); b (USEPA, 1993); c (Bastian, 1997); d Included co-landfilling with solids waste, and monofilling; e Included some material to other areas for landfilling and long-term storage.. 表 2-11 歐盟各國於 1990 年下水污泥使用或處置方式 Country. Agriculture (%) (103 dry-t/y) Total. Landfill (%). Incineration (%). Sea (%). Belgium. 35. 57. 43. 0. 0. Denmark. 150. 43. 29. 28. 0. France. 900. 27. 53. 20. 0. 2750. 25. 65. 10. 0. Greece. 200. 10. 90. 0. 0. Ireland. 23. 23. 34. 43. 0. 800. 34. 55. 11. 0. Luxembourg. 15. 80. 20. 0. 0. Netherlands. 280. 53. 29. 10. 8. Portugal. 200. 80. 12. 0. 8. Spain. 300. 61. 10. 0. 29. 1500. 51. 16. 5. 28. Germany. Italy. UK. (Lue-Hing et al., 1996). 31.

(44) 0. 32. 圖 2-6 1998 年歐盟各國污泥處置之情形 UK. 2000. UK. Landfill. Sweden. Spain. Portugal. Norway. 1998. Sweden. Spain. Incineration. Norway. Netherlands. Luxembourg. 1995. Netherlands. Luxembourg. Recycling. Ireland. Greece. Germany. France. Finland. Denmark. Belgium. 3. Amount of sewage sludge (10 tonnes). 1992. Ireland. Greece. 1400. Germany. Finland. Denmark. Belgium. Austria. 0. Austria. 3. Amount of sewage sludge (10 tonnes). 3000 2005. 2500. 2000. 1500. 1000. 500. 圖 2-5 歐盟各國污泥產生量 (包含 2000 及 2005 年之預估值). Surface water. 1200. 1000. 800. 600. 400. 200.

(45) 很少數的國家在污泥焚化上佔有顯著的比例，如愛爾蘭；一直持續至 1998 年末為止少數部份國家仍繼續使用污泥海拋此種處置方式 (Lue-Hing et al., 1996)。從圖 2-6 中很明顯地得知在大多數的歐洲國家中，回收再利用 (土地施用) 為最常用的污泥處置方式，尤其在丹麥、盧森堡、挪威及英國等國，其污泥在回收利用的增加與土地掩埋減低的比例有高度的相關性。從 1990 年至 1998 年其中又以德國在污泥回收利用的成長率為最大 (表 2-11 及圖 2-6)，隨著污泥 (廢棄) 資源再利用的觀念，現今歐盟各國的污泥處置，予以回收再利用 (土地施用) 的比例幾乎明顯較土地掩埋或焚化方式為高。. 亞洲國家方面以日本為例，在 1981 年下水道污泥以含水率 97% 之濃縮污泥作為比較基準時，污泥年產量約 3,428 萬立方公尺 (下水道人口普及率近 30%)，採脫水、焚化等減容方式中間處理後，將近 80% 以陸地衛生掩埋及海拋為最終處置。自 1974 年發生石油危機以後，日本改採節省資源及節省能源的觀念進行研發，再加上土地資源有限，因此開始檢討下水道污泥的最終處置方式。當時日本農業面臨化學肥料過度使用，造成土壤地力不足之問題，有機肥料的使用重新獲得重視，因此以下水道污泥作為農業利用可同時解決污泥最終處置及農業有機肥料的需求。但當時因污泥重金屬含量超出農業肥料規範，1981 年堆肥成品使用於綠農地者僅佔再利用的 1.5%。 1991 年時都市污泥運用於農地利用上成長至 8.6%，並有逐年提升之趨勢，至 1997 年為止污泥有效再利用的部份已達 33% 左右 (如表 2-12 所示)。與歐美各國近十幾年來污泥在土地施用方面共同有逐年上升之現象，顯見此為世界各國在污泥處置上的未來趨勢。. 33.

(46) 表 2-12 日本於 1997 年下水污泥使用或處置方式 (1000 m3) Sanitary Land Beneficial landfill reclamation in reuse marine bay. Others. Total (%). Dewatered cake. 766. 247. 527. 60. 1600 (68). Incinerated asha. 102. 146. 101. 12. 361 (15). 14. 0. 165. 10. 189 (8). 0. 0. 0. 214. 214 (9). 882 (37). 393 (17). Dried sludgeb Digested sludge Total (%) a. 793 (33). 296 (13). 2364 (100). Incinerated ash including slag; b Dried sludge including compost.. 表 2-13 台北市各污水處理廠污泥分階段預估產量表年份. 2003. 2009. 污泥餅性質. 2020. m3/day. ton/day. m3/day. ton/day. m3/day. ton/day. 含水率. 比重. 民生廠. 3.5. 3.7. -. -. -. -. 80%. 1.050. 迪化廠. 272. 283. 272. 283. 274. 283. 80%. 1.040. 內湖廠. 151. 154. 241. 247. 241. 247. 80%. 1.023. 八里廠. 87.4. 90. 229. 236. 290. 298. 75%. 1.030. 合計. 514. 531. 733. 766. 805. 828. -. -. (童等，2002). 都市下水道接管率，一直是用來評鑑一個國家是否為已開發國家的指標之一，因此污水下水道已列入國家未來重要建設項目；以台北市為例，2003 年時達每日 531 噸的污泥量。至 2009 年則每日污泥產量將增至 766 噸，估計到了 2020 年後下水污泥將產出約 828 噸 (童等，2002)。台北市各廠的污泥產量預估如表 2-13 所示。台灣下水道人口普及率至 1999 年已達 6.4%，依規劃的下水道人口普及率每年將成長 3%，至 2009 年污水下水道人口普及率將達 36%，而隨著全國污水下水道人口普及率的提昇，未來運轉的市鎮污水處理場共 34.

(47) 有 8 個廠 (台北八里、迪化及內湖；台中黎明及南區；南投中興新村；台南安平；高雄中洲)，預期台灣都市生活環境，以及水體水質均可獲得改善，並預估將達每日 40,000 噸，相當於年產生量 14,600,000 噸，約為目前全台垃圾產量的四分之一 (曾，1998)。. 對於處理未來龐大下水污泥量，在海洋投棄的方式禁止使用後，污泥之處置方式僅剩下掩埋、焚化與資源再利用；台灣現有衛生掩埋場所又已嚴重不足及場所取得不易。對於大多數以傳統活性污泥法為主軸的污水處理廠而言，污泥的含水量高，若以焚化處理並不符合經濟效益，並且有二次污染之虞。因此未來下水污泥的處置，勢必要走向資源化，同時其再利用的管道也應具備多元化特性。所以污泥於掩埋、焚化之外，應該另外開拓一條成本較低廉且對環境影響最小，可資源再利用的新途徑。. 經由以上資料顯示，目前的國際廢棄物管理已趨向生態保護的觀點，亦即將所有的廢棄物皆視為資源，以期望達到資源再利用之目的。如此，便可將廢棄物量減至最低、甚至達到沒有任何廢棄物產生的最終目的。污泥於土地利用方式為一合乎天然、合理的自然處理方法，且符合國際趨勢和生態保護的觀點，是為一種資源化的程序與途徑。. 35.