中部都市垃圾焚化爐周界空氣中之垂直重金屬濃度分布及污染來源探討
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(2) 誌謝 時光冉冉，兩年的時間，就在研究所學習與工作之間匆匆的流過，辛苦不可 言喻，然而獲得的卻是自己最受用的東西，那就是知識。 首先要感謝恩師-郭錦堂及許惠悰老師，在求學期間無論在知識的學習上或生 活態度上，所給予的指導及支持，甚至郭錦堂老師及宋鴻樟老師在最後大力相挺， 使論文完成並順利口試，學生誠摯感謝。 論文口試期間感謝鄭教授政峯、洪教授益夫及梁教授正中逐字的審查，並提 供寶貴之建議，使得本論文更為完善；感謝學校的授課老師們課堂上的講授，使 得在知識領域之追求上，給予一臂之力。 此外，實驗室的同學-靜君在這兩年中細心的協助下，讓我能在學習與工作上 遊刃有餘；同門師弟元宏、智超、珒淳平日的支持；許惠悰老師實驗室的梅瑛、 雅玲、雯萱、明哲，與活潑的他們在一起，讓我感受到年輕人的活力，彷彿時光 倒流，重溫年少時光，使得在學習期間過得很愉快。 在職生在要完成進修拿到學位，除了個人的努力之外，工作單位的支持更是 重要，在此特別感謝李局長立德、白課長玨瑛、陳課長政良、施場長慶煌及張股 長明哲，這二年如果沒有他們在工作上之通融、學術上給予寶貴之意見，我相信 此學位將難以順利完成。 再者，以我為人妻、為人母的角色而言，只能說這兩年實在愧對於我的家庭， 而我先生無怨無悔的付出，妥善的照顧家庭，甚而隨時給予精神上之支持，使得 我在修業期間無後顧之憂，且更有動力向前走，難以想像，如果沒有他的付出、 犧牲，我的日子將如何度過；而我最親愛、懂事的一雙兒女，會在我最忙碌的時 候協助我，甚至陪我挑燈夜戰，心中滿懷對家人的謝意，溢於言表，只能於未來 的日子加倍奉獻於我最愛的家人。. I.
(3) 最後，僅將此論文獻給我最敬愛的人~~. 2006 年 7 月. II.
(4) 中文摘要 本研究為了建立焚化爐週邊垂直剖面重金屬濃度之數據，並瞭解都 會垃圾焚化爐周界空氣中重金屬之濃度及其污染特性分布，分別於 2005 年 3 月及 7 月距離該焚化爐西南方下風處約 800 公尺之處，利用繫留氣 球進行二次垂直採樣，氣球釋放至高度 150 公尺，每 50 公尺設一採樣點， 收集不同粒徑大小之粉塵並分析微粒中十六種重金屬之濃度。結果顯 示，濃度較高之金屬元素為鎂，而對健康危害較大之重金屬，鉛、錳、 3. 鉻、砷、鎘皆＜0.1 μg/m ，比較二次之濃度差異性時，於細粒徑(PM2 ) 中之 重金屬濃度達統計上顯著差異（p-value＜0.05） ，其次依序為 PM2-10 、 PM10。於粒徑成分上，第一次採樣中 PM2 成分約佔 40-60%、PM2-10 約佔 20-40%、PM10 則為 10-20%；較特別的是第二次採樣，Pb 在 0、50、100 米 高度細粒徑部分超過 80%以上，經分析數據發現晨間所收集到之濃度最 高；在高度分析上 Al、Fe、Zn 在 100m 高度之濃度為最高，50 公尺高度 為最低，另 Pb、Mn、Ba、Ni、Cd 粒徑在 2μm 時卻發現皆為地面之濃度 較高。 在因素分析上，依其因素解釋力依序歸納為：粒徑＜2μm 主要為街 塵/營建、工業及交通之影響為大：而粒徑 2-10μm 為街塵/營建、工業 之影響較大；而粒徑＞10μm 則主要受到土壤揚塵及交通之影響。整體而 言，採樣地區周圍可能污染源有土壤揚塵/營建工程、交通移動源、工業 等影響此次採樣結果。 因此推論當時除了當地之污染源外，可能也有交通及其他工業之排 放以及其他污染源經由中、長程傳輸影響此次採樣結果。 關鍵詞：都市垃圾焚化爐、繫留氣球、垂直採樣、微粒、因素分析. III.
(5) Abstract In order to understand the ambient air concentration of heavy metals in the vicinity of a solid waste incinerator in central Taiwan, a monitoring program was implemented.. Samples were taken in March and July, 2005.. The sampling site is located at southwest of incinerator and is 800 m from incinerator. The sampler was carried by a tethered balloon up to 150 meters height to take aerosol sample.. Sampling was conducted by installing a. personal cascade impactor at each 50 meter to take aerosol sample at that level .. Then,the analysis of concentrations of 16 metal elements was. performed.. The results showed that Mg has the highest concentration than. other elements.. For the elements with toxic effect on human, such as Pb,. Mn, Cr, As, and Cd, their concentrations were all below 0.1 μg/m3. Characteristic size distributions allowed identification of three main behavioral type： 1.metal composition in fine particles constitute the major part of total particles. 2.at second sampling found Pb in 0、50、100 meters level height over 80%，respectively.3.in 100 meters element Al、Fe、Zn were higher than others.But element Pb、Mn、Ba、Ni、Cd in the 2μm aerodynamic size were found high concentrations in the ground. The study makes use of factor analysis to qualitatively categorize potential pollution sources of ambient particulate matter.The PM2 might be influenced by the soil dust ,industry , and vehicular emissions;PM2-10 were connected to soil dust and industry emissions,PM10 to be related to soil dust,vehicular emissions. Combining the results from characteristic size distributions and factor analysis, it suggests that results might be due to the different sources,such as soil dust,traffic and industy to influence the sampling area.. IV.
(6) Key words:Municipal solid waste incinerator, tethered balloon, vertical sampling, aerosol,factor analysis. V.
(7) 總目錄 誌 謝 ........................................................ I 中文摘要 ................................................... III 英文摘要 ................................................... IV 表目錄 ...................................................... X 圖目錄 ..................................................... XII 第一章 緒論 .................................................. 1 第一節 研究背景與研究動機.............................................. 1 第二節 研究的重要性 ................................................... 2 第三節 研究目的 .................................................... 3 第四節 研究問題與研究假設 .......................................... 4. 第二章 文獻查證 ............................................. 5 第一節 重金屬之特性及危害性 ........................................ 5 2-1-1 重金屬之來源及特性 ........................................ 5 2-1-2 重金屬之危害性 ............................................ 6 2-1-3 自然及人為排放之重金屬來源 ............................... 10 2-1-4 金屬元素之環境遷移能力 ................................... 13 第二節. 都市垃圾重金屬焚化之理論基礎 .............................. 15. 2-2-1 燃燒過程重金屬之傳輸 ..................................... 15 2-2-2 焚化廠中重金屬之濃度分布 ................................ 16 2-2-3 都市垃圾焚化爐排放之重金屬及其周界之濃度 ................ 18 第三節 懸浮微粒特性 ............................................... 22. VI.
(8) 2-3-1 台中地區懸浮微粒特性 ..................................... 22 2-3-2 焚化爐排氣中懸浮微粒特性 ................................. 22 2-3-3 燃燒中重金屬蒸氣（顆粒化）氣膠化之反應機制 .............. 25 2-3-4 氣膠物種的粒徑分布 ....................................... 25 第四節 ISC 空氣污染擴散模式理論 .................................... 27 2-4-1 空氣污染現象 ............................................ 27 2-4-2 擴散係數 ................................................. 28 第五節 因素分析 ................................................... 30 第六節 研究架構 ................................................... 33. 第三章 研究設備與方法 ...................................... 34 第一節 都市垃圾焚化爐之特性 ....................................... 34 第二節 採樣 ....................................................... 36 3-2-1 採樣點選擇 ............................................... 36 3-2-2 採樣執行與樣品分析 ....................................... 37 3-2-2-1 採樣時間 ...................................................................................... 37 3-2-2-2 採樣設備 ..................................................................................... 38 3-2-2-3 實驗室品保品管 ......................................................................... 38 3-2-2-3-1 濾紙選擇 ......................................................................... 38 3-2-2-3-2 濾紙調理 ......................................................................... 39 3-2-2-3-3 採樣程序 ......................................................................... 39 3-2-2-4 重金屬分析 .................................................................................. 40 第三節氣象資料 .................................................... 43 3-3-1 水平氣象資料 ............................................. 43 3-3-2 大氣垂直剖面氣象參數之量測 .............................. 43 VII.
(9) 3-3-3 氣象場分析 ............................................... 47. 第四章 結果與討論 .......................................... 49 第一節 垂直氣象資料 ............................................... 49 4-1-1 第一次採樣（2005 年 3 月） ................................ 49 4-1-2 第二次採樣（2005 年 7 月） ................................ 50 第二節 空氣污染物濃度之推估 ....................................... 61 第三節 煙道資料 ................................................... 64 第四節 垂直剖面重金屬濃度 ......................................... 66 4-4-1 總懸浮微粒數據 .......................................... 66 4-4-1-1 重金屬濃度與高度之比較 .......................................................... 66 4-4-1-2 重金屬濃度與時間之比較 ......................................................... 68 第五節 重金屬粒徑分析 ............................................. 71 4-5-1 二次採樣濃度比較 ......................................... 71 4-5-2 粒徑成分分析 ............................................. 73 4-5-2-1 粒徑百分比分析 .......................................................................... 73 4-5-2-2 粒徑與高度之關係 ..................................................................... 74 4-5-3 次都市與都市污染源之比較 ................................ 77 第六節 因素分析 ................................................... 79. 第五章 結論與建議 .......................................... 84 第一節 結論 ....................................................... 84 第二節 研究限制 ................................................... 86 第三節 應用與建議 ................................................. 86. 第六章 參考資料 ............................................ 87. VIII.
(10) 第七章 附錄 ................................................ 94 附錄 A 平面文山監測站逐時氣象資料 .................................. 94 附錄 B 固定污染源空氣污染物排放標準 ................................ 98 附錄 C 重金屬數據 ................................................. 104. IX.
(11) 表目錄 表 2-1 垃圾中重金屬可能之來源 ................................ 5 表 2-2 各國都市垃圾中無機物含量 .............................. 6 表 2-3 金屬元素對人體健康之危害性 ............................ 8 表 2-4 重金屬特性及焚化後可能的來源 .......................... 9 表 2-5 文獻中常見之污染源指標元素 ........................... 12 表 2-6 北部二座焚化廠煙道排氣及周界下風處空氣中重金屬濃度調查結 果彙整表 ............................................. 21 表 2-7 氣象穩定度的分類表 ................................... 28 表 2-8 擴散係數代數式常數值分類表 ........................... 28 表 3-1 都市垃圾焚化爐煙道重金屬平均排放值歷年趨勢圖.......... 35 表 3-2 各採樣點座標 ......................................... 37 表 3-3 採樣時間 ............................................. 37 表 3-4 檢測數據品保目標 ..................................... 40 表 3-5 分析方法彙整圖 ....................................... 42 表 3-6 採樣彙整總表 ......................................... 42 表 3-7 環保單位文山站之氣象監測 24 小時平均值 ................ 43 表 3-8 無線電氣象探空儀之精確度 ............................. 45 表 4-1 煙道重金屬採樣結果 ................................... 64 表 4-2 二次重金屬之不同高度、粒徑差異性比較表 ............... 72 表 4-3 第一次採樣 PM2,PM2-10 and PM10 因子分析結果（2005,3） ..... 82 X.
(12) 表 4-4 第二次採樣 PM2,PM2-10 and PM10 因子分析結果（2005,7） ..... 83. XI.
(13) 圖目錄 圖 2-1 金屬元素於環境中之傳輸循環圖 ......................... 14 圖 2-2 垃圾焚化廠內重金屬之反應過程 ......................... 16 圖 2-3 都市垃圾焚化廠中之重金屬分布情況 ..................... 17 圖 2-4 北投及木柵焚化廠煙道廢氣中重金屬之特徵剖面 ........... 19 圖 2-5 都市垃圾焚化爐煙道廢氣及附近採樣點金屬濃度關係圖 ..... 20 圖 2-6 含金屬之廢棄物焚化時，金屬之礦質化作用 ............... 25 圖 2-7 空氣污染擴散說明圖 ................................... 27 圖 2-8 研究架構圖............................................33 圖 3-1 台中市垃圾焚化廠重金屬濃度逐年分布圖 ................. 35 圖 3-2 採樣點位置圖 ......................................... 36 圖 3-3 無線電氣象探空儀之示意圖 ............................. 45 圖 3-4 垂直採樣探測儀器 ..................................... 48 圖 4-1 2005 年 3 月 8 日 00Z、06Z、12Z、18Z 東亞地區綜觀氣壓場以及 風場分析圖 ............................................. 53 圖 4-2 2005 年 3 月 8 日 00Z、06Z、12Z、18Z 台灣地區綜觀風場模式模 擬圖 ................................................... 54 圖 4-3 2005 年 3 月 8 日 00Z、06Z、12Z、18Z 台灣中部地區地面風場模 擬圖 ................................................... 55 圖 4-4 2005 年 7 月 13 日 02Z、06Z、12Z、18Z 東亞地區綜觀氣壓場以及 風場分析圖 ............................................. 57 圖 4-5 2005 年 7 月 13 日 02Z、06、12Z、18Z 台灣地區綜觀風場模式模 擬圖 ................................................... 58 XII.
(14) 圖 4-6 2005 年 7 月 13 日 02Z、06Z、12Z、18Z 台灣中部地區地面風場模 擬圖 ................................................... 59 圖 4-7 水平風場垂直分佈時序圖 ............................... 60 圖 4-8 σz 和氣象條件及下風處距離關係圖 ...................... 62 圖 4-9 兩次煙道中重金屬濃度比較圖 ........................... 64 圖 4-10 重金屬濃度與高度趨勢圖 .............................. 67 圖 4-11 重金屬濃度與時間趨勢圖 .............................. 69 圖 4-12 重金屬總粉塵濃度與高度-時間趨勢圖.................... 70 圖 4-13 金屬濃度、粒徑與高度趨勢圖 .......................... 71 圖 4-14 重金屬粒徑分析 ...................................... 74 圖 4-15 第一次採樣重金屬粒徑趨勢圖 .......................... 75 圖 4-16 第二次採樣重金屬粒徑趨勢圖 .......................... 76 圖 4-17 次都市-都市污染物比較圖 ............................. 77 圖 4-18 二次採樣重金屬比值(採樣點/煙道) ..................... 77. XIII.
(15) 第一章 緒論 第一節 研究背景與研究動機 大氣中之懸浮微粒會吸附一些有毒物質，如多環芳香烴化合 物、戴奧辛及重金屬，這些污染物中有些已被證實與癌症之發生 有關，有些則易導致人體細胞之傷害或造成慢性疾病。因此，這 些重金屬的存在狀況，向來最為人們所關心。而台中市隨著工業 迅速發展、中部科學園區、台灣高速鐵路重大國家工程及個人交 通工具普及化，導致環境問題日益嚴重，而來自垃圾與事業廢棄 物焚化爐燃燒所排放之重金屬問題，更一直為各方關注的焦點。 為能有效解決垃圾掩埋場只難覓的棘手問題和日益嚴重之垃 圾問題，行政院經建會提出「都市垃圾處理方案」以焚化取代掩 埋處理方式，而重金屬在高溫焚化過程處理後轉化成氣態形式， 冷卻後凝聚附著於微粒上，若未能妥善加以處理，隨著廢棄透過 空氣污染防治設備排放之大氣中，再經由不同傳輸途徑擴散至環 境中，可能對焚化廠操作人員及附近居民之身體健康造成嚴重之 危害，並對環境造成不可逆的衝擊。 有鑑於此，對於環境中重金屬之污染源掌握，以及重金屬在 不同季風下之時空分布，已刻不容緩；另由於台灣地小人稠，人 口密度高居世界第二位，人與地爭的結果便是大廈林立，人們居 住高處已是尋常現象，而高處之空氣污染是否有別於地面之污 染，急需釐清，所以本研究目的將藉由詳細調查台中地區重金屬 之各個污染源進行全面實測、採樣、分析以建立焚化爐周邊垂直 剖面重金屬濃度之數據及了解焚化爐周界之重金屬經垂直量測在 不同高度、時間之濃度分布特性與其粒徑大小之關係，並配合因 素分析，藉以釐清當地之污染來源。 1.
(16) 第二節 研究的重要性 焚化爐焚化垃圾過程中，會產生多種毒性空氣污染物，包括 重金屬(如砷、鎘、汞，鉛、鎳、鈹、鋇、鉻、鋅、鎂、錳、鐵、 鋁、鈷、銅、釩、鈦)、多環芳香族碳氫化合物(PAH)、多氯聯苯 (PCB)以及戴奧辛等，並隨廢氣及飛灰排放至一般環境中，直接或 間接造成空氣、食物鏈和其他環境介質之污染，而可能對現有生 態環境與人體健康造成衝擊。 重金屬亦是焚化爐排放廢氣重要之污染物，根據研究指出在 一般都市廢棄物中含有相當高量之重金屬，而重金屬並不會隨著垃 圾焚化而消失，反而會濃縮於飛灰或以蒸氣型態存在於氣相中，經 由煙囪排放進入人類之生活環境中。在一般環境中由於重金屬具濃 縮特性，極易經由食物鏈進入人體，進而累積導致慢性中毒。 而在目前台灣的腹地大小、生活型態、人口急遽增加的結果， 垃圾處理成了一大問題。政府機關爲能妥善處理廢棄物，導致焚化 爐如雨後春筍般逐一設立，而焚化爐所排放之污染物，對人體健康 之危害已漸漸被證實，而長期居住在焚化爐的居民，風險相對提高。 因此，焚化爐週界之重金屬濃度調查更形重要，雖有相當多 的學者針對焚化爐週界污染物的調查研究皆有相當多的數據，然而 卻無人針對焚化爐週界垂直剖面重金屬建立相關數據，污染物由煙 囪排放，藉由氣象，如風速風向之影響，傳輸至大氣中，故其垂直 濃度及粒徑分布資料之建立有助於了解其傳輸特性。. 2.
(17) 第三節 研究目的 1. 經由不同季風下，收集焚化爐周界近地表與垂直剖面各種(16 種) 重金屬之濃度，以了解重金屬之大氣傳輸。 2.了解焚化爐周界之重金屬經垂直量測在不同高度、時間之分布特 性與其粒徑大小之關係。 3.配合因素分析法，以評估焚化爐周界主要污染來源，藉以釐清污 染源。. 3.
(18) 第四節 研究問題與研究假設 依據空氣污染物的擴散現象，其傳輸過程以三維的散佈，煙 囪污染物沿著順風方向被帶到下風處，因其擴散空間明顯增大，因 此污染物濃度急速降低，且污染物之分佈近似高斯分布，其平均值 為中心向兩邊對稱分布，其中最大值發生在中心處，故推估研究採 樣之高度 150~200m，煙囪高度為 120m，污染物之最大值應落於 100m 處。另因採樣期間為 24 小時連續採樣，如以氣候穩定度為 A 級（日 間風速＜2m/s、輻射強） ，盛行風向為東北風向，採樣點為焚化爐之 下風處之假設，推估地面最大濃度點位於焚化爐周界 1 公里以內。. 4.
(19) 第二章 文獻查證 第一節 重金屬之特性及危害性 2-1-1 重金屬之來源及特性 台灣地區由於都市垃圾並未妥善分類處理得宜，因而常混入 許多合有有害物質之物品，其中又以重金屬之來源最為廣泛，舉凡 電器用品、油漆塗料、廢棄燈管、乾電池、電鍍製品等，均為都市 垃圾中重金屬可能之來源。含有重金屬之物質進入垃圾焚化爐，並 經過焚化處理後，常會濃縮於底灰及飛灰中，或隨廢氣排放至大氣 中，對人體健康及環境生態之危害性甚大，值得我們加以重視。都 市垃圾中重金屬之可能來源，可歸納整理如表 2-1 表 2-1 垃圾中重金屬可能之來源 重金屬種類. 自商業、工業及農業來源與用途. 鎘(Cd). 低熔合金、黃銅合金、鎳鎘蓄電池、墨汁、油漆、塗料、電鍍製品 及塑膠等。 鉻(Cr) 防腐用之金屬合金、氣車之附屬設備之保護層、油漆、釉料、色料 及皮革等。 鉛(Pb) 汽車添加劑、電纜被覆、塑膠製品、焊接劑、電池製品及塗料等。 鋅(Zn) 金屬表面處理、鍍鋅、橡膠製品、塗料、木材、防腐劑及橡膠等。 銅(Cu) 油漆、塗料、電子材料、玻璃及陶瓷製品等。 砷(As) 金屬合金添加劑，尤其是對鉛及銅，作為電池極板、染料、醫學用 品、金屬合金添加劑及殺蟲劑等。 汞(Hg) 汞合金、鹼氯製程之陰極、日光燈、電池、農藥殺蟲劑及塗料等。 資料來源： （Pacyna,1989(32);Tchobanoglous,1993(39);顧順榮,1995(59)）. 就燃燒特性而言，垃圾一般可分為可燃份及不可燃份兩大類， 且常由於地理環境、生活型態、生活水準及習慣之不同而有所差異。 典型的都市垃圾成份中，不可燃份佔 29.4％，其中重金屬佔 8.9％、 5.
(20) 玻璃類佔 10.5％、其它則佔 10％，可燃份佔 70.6％而可燃份中亦含 有相當的重金屬濃度。國內外許多專家學者曾歸納各國都市垃圾中 各種無機成份含量之研究結果，如表 2-2 所示，由表中可知生垃圾 之重金屬含量頗高，經焚化處理後，無機物經濃縮作用而易累積於 灰份中，若無妥善處理必將對環境造成危害。 表 2-2 各國都市垃圾中無機物含量 重. 各國都市垃圾中重金屬濃度比較（mg/kg）. 金. Taiwn (43). 屬 Cd. （Wang1997. 11.03. USA. ;顧 1995. (59). ）. 113-150. (Law,1979). Germany (19). 2-22. (Reimann,1989). 3-15. Europe (33). (Williams,1994). Sweden (45). (Tamaddon,1993). 10-40. 20. Italy (28). Morselli,1993) (27). ND-8. Pb. 842.6. 641-1173. 110-1500 430-1200. 750-2500. 1500. 405-629. Zn. 1293.4. 2652-2774. 200-2500 1000-2000. 900-3500. 3000. 27-1703. Cu. 1219.5. 80-900. 450-2500. -. -. Hg. -. 1.93-2.57. 2-7. 5. ND-8. As. -. 0.13-0.15. ND. Cr. 60.4. -. 11.5-25.8. 0.66-1.9. 200-600 2-5. -. 4. -. -. 20-100. 250. 100-450. -. 276-849. 資料來源:（Wang,1997;顧順榮,1995;Law,1979;Reimann,1989;Williams,1994; Morselli,1993; Tamaddon,1993）. 2-1-2 重金屬之危害性. 金屬元素在空氣中大多是以吸附於粒狀物表面存在，易經 由呼吸道進入人體內而累積在人體呼吸系統，依顆粒大小決定 其沉積在鼻咽部，氣管及支氣管與肺泡等部位。一般而言，粒 徑越小對人體健康之危害越大，且越易累積在呼吸系統內部。 粒徑大小介於10∼15 µm之粗粒可被阻留在鼻腔及咽部。而粒徑 6.
(21) 小於5 µm之顆粒可進入肺泡，其中粒徑1∼5 µm之顆粒大多數會 由於沉降作用而在氣管、支氣管沉積。小於0.5 µm則是藉由擴 散運動沉積於肺泡中。0.01µm以下之顆粒不會留在肺表面，一 (52). 般被體液吸收或排泄出體外（高秋實.袁書玉,1989）. 。重金. 屬必須要為水溶性及會與蛋白質結合者才能被消化器官吸收。 一般而言，金屬元素僅5%能為消化器官所吸收，其餘未被吸收 者將由人體之排泄器官排出。 某些金屬元素為人體所必需，如Cu、Ni、Zn、Cr、Na、 K、Ca及Mg 等，有助於生物體生長需求。但若大量攝取可能 有害，當超過臨界濃度 (Critical Concentration) 即會產生症狀 和病變。重要金屬元素對人體健康之危害性，整理如表2-3所示。. 7.
(22) 表 2-3 金屬元素對人體健康之危害性 金屬元素 價數 Al. ＋3. As. ＋5. Ba. ＋2. Be. ＋2. Cd. ＋2. Co. ＋3 ＋2. Cr. ＋6. Cu Fe Hg Mn Ni Pb V Zn. 對人體之毒害性 暴露於結晶矽中易產生矽肺病（slicosis） ，容易造成咳嗽、氣喘及肺部 間質纖維化。 累積性之砷具有致癌性，會刺激皮膚，造成支氣管炎。進入人體後易 與維持細胞膜酵素等生活機能之物質結合降低正常代謝功能而引起中 毒，亦會造成肝硬化、門脈硬化、肝癌及肝血管癌，As 亦為著名烏腳 病之禍首。 易引起心臟及腎臟疾病。 鈹之化合物一般都具毒性，在高濃度下有致死性。若長期暴露在含鈹 之微粒下，將導致如：皮膚炎、結膜炎、慢性及急性肺癌。 累積性之鎘引起高血壓，影響生殖，肺氣腫，腎受損及新陳代謝發生 障礙或所謂之痛痛病。 具致癌性及可能為過敏型接觸性皮膚炎之過敏物質。. 具致癌性，造成肝臟受損，鼻黏膜發炎，鼻中隔穿孔及引發氣喘。輕 者引起皮膚潰爛、浮腫；若過量攝入將引起腹痛、尿毒症，甚至死亡。 ＋2 銅雖為非累積性毒物，但對水生動植物之毒性影響大。若人體長期攝 ＋1 入銅將造成肝中毒、刺激消化系統、腹痛等。 ＋3 鐵中毒，造成塵肺症。 ＋2 ＋2 容易蓄積於人體中之腎、肝及腦，對鹵化汞而言將導致中樞神經疾病 ＋1 如水俁病。 ＋4 具致癌性及急毒性，其燻煙會導致皮膚及呼吸器官疾病。 ＋3 具致癌性，可能為過敏型接觸性皮膚炎之過敏物質及引起呼吸器官疾 ＋2 病。 ＋2 對腦和腎造成傷害，常見為鉛中毒，引起中樞神經傷害，導致智力減 ＋4 退、痴呆及失明等現象。 ＋5 造成上呼吸道刺激、慢性支氣管炎，具致癌性，導致心臟血管疾病。 氯化鋅被 US EPA 列為優先管制之污染物，人體內含量過高將引起疲 ＋2 勞、黏膜刺激、刺激消化系統及關節炎等。若攝入過量時，會引起發 育不良、新陳代謝失調及腹瀉。 資料來源：（Mathews,1989(25)；吳家誠,1991(50)；郭育良,1998(51)）. 重金屬污染排放之特性，主要隨著重金屬存在型態之多變性、重 金屬遷移轉化型式之廣泛性、對人體或生物毒性之累積性及對環境危 8.
(23) 害之持續性等特性而有不同的危害性。表 2-4 為重金屬之危害特性及 其焚化可能之來源及物種形成型態。 表 2-4 重金屬特性及焚化後可能的來源. 汞 （Hg）. 沸 點 溶點 （℃） （℃） 357 -38.87. 可能分佈型態. 可能來源. 危害性. 氯化汞(303℃) Hg ( g ) 、氧化汞. 鹼氯工業、電 器用品、日光 燈及水銀燈 廠等。 電子產品、染 料、殺蟲劑、 皮革及金屬 合金添加劑 等。 電池產品、塑 膠製品、塗 料、農藥製品 等。 乾電池、電鍍 工業、塗料木 材防腐、顏 料、金屬表面 處理場等。 電鍍工廠、 PVC 安定劑 (塑膠製 品)、塗料、 電子工廠等。 塗料、金屬表 面處理廠、皮 革、化學藥品 等。 人造絲、電鍍 工業、銅鎳製 造廠、電子材 料、塗料、玻 璃製品等。 電子材料產 品、合金材 料。. 容易蓄積在人體的腎、肝 及腦中，對鹵化汞而言疾 病如 Minamato。. 砷 613 （As）. 813. 氯化砷、氧化砷 (130℃) As ( g ) 、硫化砷. 鉛 1740 （Pb）. 327.5. 氯化鉛 (950℃)、氧化 鉛、Pb ( g ). 鋅 907 （Zn）. 419.58. 氯化鋅 (732℃)、氧化 鋅、氟化鋅 (1500℃). 鎘 767 （Cd）. 320.9. 氯化鎘 (960℃)、氧化 鎘、氫氧化鎘、 Cd ( g ). 鉻 2672 （Cr）. 1857. 銅 2567 （Cu）. 1083. 氯化鉻（＋3， 1300℃)、氧化 鉻(＋3， 4000℃) 氯化銅(993℃ 分解成氯氧化 銅)、銅、氧化 銅. 鈹 2970 （Be）. 1278. 氯化鈹 (520℃)、氫氧 化鈹氧化鈹. 砷的累積將引發急性中 毒，其症狀為脫水、循環 器官障礙等，如烏腳病。 致死量為 120-200mg，且 無機砷比有機砷毒性大。 其屬於慢性累積性中毒， 尤其對於神經、造血系統 及循環系統產生極大危害 性。 氯化鋅被 US EPA 列為優 先管制的污染物，人體內 含鋅過量將引趇發育不 良、新陳代謝失調及腹瀉 等問題。 於生物體內累積性強的鎘 也會引發貧血、腎傷害、 肝病變及新陳代謝等危 害，如痛痛病(Itai Itai disease)。 鉻對於人體的呼吸道、皮 膚、細胞及遺傳都會造成 傷害。 銅雖非累積性毒物，但對 水生植物的毒性影響大， 若人體長期攝入銅將造成 肝中毒、剌激消化系統、 腹痛等疾病。 鈹的一般化合物都具有毒 性，在高濃度下都有致死 性。. 資料來源：（樊邦堂,1994(49); Paasivirta,1991(31);Mathews,1989(25)) 9.
(24) 2-1-3 自然及人為排放之重金屬來源 由於重金屬通常以附著在固體物上、附著於其他粒狀物或與 其他化學物質形成化合物而殘留於灰份或蒸氣中，如Hg 為揮發性 很高之金屬，在溫度高時，主要以蒸氣型態存在。而Pb 及Cd 等 (7). 半揮發性金屬元素主要吸附於微粒表面（EER,1996） 。 (32). 根據（Pacyna,1986）. 所作之研究指出，風塵、火山爆發、. 森林火災及海洋所產生之飛沫等，均為自然重金屬之主要來源。 以下為上述活動中可能產生之重金屬： （一）地面揚塵：其特徵與地殼、土壤的成分十分相似，粒徑通常 大於1µm，含有大量之Al、Ca、Fe、Sr 等金屬元素（高秋實. 袁書玉,1989）. (52). 。. （二）海水濺出之浪沫：主要為Na 與Mg 等金屬元素（高秋實.袁書 玉,1989）. (52). 。. （三）火山爆發：產生如Fe、Mn、Zn、Co、V等金屬元素（Pacyna,1986） (32). 。另外，亦被認為是空氣中Se 的來源，在火山周圍的土壤，. 其含Se量較高。 土壤及植披為大氣中重金屬主要之去處（Meneses et al., (26). 1999） 。 人為排放之金屬元素可分為下列三項： (一) 固定性污染源：包括發電廠、焚化爐、鍋爐（工業型、商業 型及家庭性）、鋼鐵工業、水泥工業、金屬基本工業及各種 (8). 高溫製程（Eldered et al.,1997） 。 (二) 移動性污染源：都會區內之懸浮微粒含較郊區高量之 Pb 與 Zn，主要為汽機車所排放（Singh et al.,1997）. (36). 。Pb 為. 高級汽油中之四乙基鉛添加劑隨廢氣排出，而 Zn 之來源則為 10.
(25) 車輛行駛時輪胎之磨損。 (三). 逸散性污染源：地表揚塵所含之金屬包括 Fe、Mn、Zn、Pb、 Al、Si、Ca、K 與 Mg（Nicole et al.,1997）. (29). 。. 表 2-5 列出各種污染源之指標金屬元素。污染源排放之金屬元 素與污染源原料或燃料之成份有密切之關係存在，一般可由污染源 原料或燃料之金屬元素含量來推斷排放出之指標元素。. 11.
(26) 表 2-5 文獻中常見之污染源指標元素 污染源 煉鋼廠. 鋼鐵 廠. 高爐 轉爐 煉焦爐 電弧爐. 燃煤電廠. 重油燃燒 水泥廠 電廠 冶金廠 食品工廠 海鹽 街塵. 垃圾處理. 農廢燃燒 地殼元素 交通排放. 指標金屬元素 Fe、Zn、Se Fe、Mn Mn、Cr Al、Fe Al、Fe Fe、Mn Fe、Zn、Mn Al、Si、Fe Al、Si、Fe As、Cd、Cu、Ni、Cr As、Cd、Cu、Ni、Cr V、Ni V、Ni S、V、Ni Ni、V Al、Ca、Mn Al、Se、Fe Al、Se、Fe Al As、Cd、Cu、Ni、Zn Ni、V Na Na、K Na、Cl Si、Fe、Ca、Al Ca、Fe、Mn、Mg Zn、K、Cl Cl、Zn、Pb Zn、Ba Cd、Zn、Cl Zn、K、Cl K、Cl Al、Fe、Ca、Mn、K Pb、Zn. 參考文獻 Hopke and Glover,1991(14) Hopke and Glover,1991(14) Sweet and Vermette,1993 (37) 楊錫賢,1998 (56) 楊錫賢,1998 (56) 楊錫賢,1998 (56) 楊錫賢,1998 (56) Mamana,1990 (24) Hopke and Glover,1991(14) U.S. EPA 1998 (41) (55) 郭崇義.洪伶慈,2001 (18) Kowalczyk et al.,1978 Hopke and Glover,1991(14) Waston,1979 (44) 楊錫賢,1998 (56) 楊錫賢,1998 (56) Mamana,1990 (24) Hopke and Glover,1991(14) 楊錫賢,1998 (55) Pacyna,1998 (32) 黃俊彥,2001(56) Mamana,1990 (24) Kowalczyk et al.,1978 (18) 楊錫賢,1998 (56) (44) Waston,1979 楊錫賢,1998 (56) (24) Mamana,1990 Greenberg et al,1978 (12) 楊錫賢,1998 (56) Sakto et al.,2000 (34) 黃俊彥,2001(57) U.S. EPA,1995 (40) 台中縣環境保護局,2002(47) 台中縣環境保護局,2002(47). 12.
(27) 2-1-4 金屬元素之環境遷移能力 金屬元素大多數以粒狀物型態排放至大氣中，再經由氣流之 傳送與重力沉降作用，而廣泛分佈於環境中（James et al.,1995） (16). 。 在自然界所存有的或是由污染源排放之金屬元素，其在環境. 中之遷移能力主要係受金屬元素本身物化條件（氧化還原性、溶 解度）及環境參數（pH 值、吸附、脫附、吸收條件）之影響。 金屬元素於環境中之遷移可分成三種： (一)、化學性遷移：存在於土壤或顆粒中之部份金屬，會因與某些 物質鍵結，而由土壤或顆粒上脫附，此將提昇金屬元素於存在介 質中之遷移能力。如氯化型態之重金屬會提高其在介質中之活動 能力，且會因重金屬不同而有差異（林慧華,1992）. (58). 。當水溶. 液中存有不同配位體之競爭反應下，將產生穩定性不一之金屬元 素化合物，使得穩定性小之金屬元素遷移至其他介質中，而造成 -. 遷移性之污染，如：水域中 OH 濃度高(即 Ph 值大時)，將極可能 產生氫氧根型態之化合物，其穩定性之次序為：Hg＞Pb＞Fe＞Co ＞Zn＞Mn＞Cd＞Mg＞Ca。 (二)、物理性遷移：非可溶性型態之金屬元素在水域中大都以顆粒 為攜帶介質。 (三)、生物性遷移：微生物會進行甲基化或脫甲基化作用，因而改 變金屬元素之氧化還原型態，進而影響原本存在於介質中之穩定 性。 由以上所述可瞭解金屬元素可依環境條件而有不同之傳輸方 式，其於環境中之主要循環途徑，如圖 2-1 所示。. 13.
(28) 衰退. 蒸發. 大氣環境 攝入. 冷凝 蒸發. 沈澱 攝入. 微生物圈. 水域 衰退 沈澱. 衰退. 固態基質. 生物反應. 圖 2-1 金屬元素於環境中之傳輸循環圖（Mulholland and Sarofim,1991）(28). 14.
(29) 第二節. 都市垃圾重金屬焚化之理論基礎. 2-2-1 燃燒過程重金屬之傳輸 在焚化爐中重金屬之運動有粒子傳輸、蒸氣凝結、膠結現象， 而在燃燒過程中之金屬與金屬與金屬化合物的動態可分為下 列四種情形： （一）揮發性小者隨灰燼或飛灰飄散，而飛灰的形成決定於下列 因素，如灰粒的總量、粒子大小、形狀、密度及氣流速度 並與當時操作情形有關。 （二）隨排氣溫度上升，具較大揮發性之金屬在焚化爐燃燒下揮 發，在氣流溫度下降時，重金屬又重新凝聚出來。而此種 透過同質成核凝聚出新的粒子，其粒徑皆小於 0.04μm， 隨著這些微粒表面積增大，到一定表面積時，就不會在形 成粒子。 （三）異質成核會凝附在既有之顆粒表面上如飛灰，或凝結在大 氣污染懸浮微粒之核心上，作為凝結之核心，如此聚集形 成較大之顆粒。 （四）重金屬化合物之蒸汽及汽化重金屬會隨著氣體排出，所以 其不揮發程度將支配氣相重金屬化合物之存在。 在燃燒過程中在爐床內為傳輸作用（Entrainment） ，但在第二 燃燒室為成核（Nucleation）、在鍋爐管線區則為凝結 （Coagulation） ，而在靜電集塵器內為重金屬沉積在飛灰內， 而重金屬在沉積後在濕式洗煙塔內則由螯合劑捕捉。未經以上 方式去除之重金屬則為煙囪排放出去，如圖 2-2。. 15.
(30) （61）. 圖 2-2 垃圾焚化廠內重金屬之反應過程（陳清南,1997）. 綜合以上反應機制，主要經過焚化過程之熱反應行為（Lee, （20）. 1988）. （1）. 及（Barton,1990）. 指出在反應過程中藉由灰燼之. 傳曳作用及在焚化過程之重金屬化學交互反應作用、揮發作用 及重金屬粒狀物之冷凝作用、凝聚作用同時產生蒸氣及粒狀物 之沉積作用。 2-2-2 焚化廠中重金屬之濃度分布 焚化溫度、垃圾特性、供氣量、滯留時間、焚化效率、廢 棄冷卻率及氣流擾動程度等參數，將影響垃圾焚化廠中重金屬 （30）. 濃度分布及灰份結構。根據（Ontiveros,1989）. 之實廠採樣. 研究發現，Cd、Pb 及 Cr 金屬隨其顆粒粒徑變小，其濃度愈大。 16.
(31) 而沸點遠比爐床溫度高之元素，如矽、鋁、錳、銅及鎳等金屬 將形成成核顆粒，提供氣流中揮發性高之物質著床之用。此類 金屬有可稱為核心金屬（Core Metals），其所呈現的濃度分布 與顆粒粒徑變化不大，其於焚化廠氣流中輸送主要以傳曳方式。 （27）. 由(Morselli,1993）. 提出（圖 2-3） ，都市垃圾焚化廠中. 之重金屬分布情況，在 Pb、Zn、Cr、Mn、Hg、As 的研究中發現， Hg 因揮發性高，在焚化廠之濃度分布以煙道微粒為主，而飛灰 及底灰為相近，此外於煙道氣體中重金屬濃度次高為 Cd （27）. （Morselli,1993）. ； （Reimann,1989）. （33）. ，而在飛灰中則. 以 Cd、Zn 分布較高，底灰中以 Cr 及 Mn 所含為高，此種重金屬 分布不一的現象，預期將受重金屬本身蒸氣壓高低及焚化程序 中氯含量多寡所支配。. （27）. 圖 2-3 都市垃圾焚化廠中之重金屬分布情況(Morselli,1993）. 17.
(32) 2-2-3 都市垃圾焚化爐排放之重金屬及其周界之濃度 （4）. （Chen et al.,1998） 指出在焚化過程中，當PVC 增加時， 形成高揮發性金屬氯化物之機會較金屬氧化物高。高揮發性之金 屬氯化物會隨著煙道廢氣排出，而金屬元素與氧結合產生之金屬 氧化物由於其高沸點，大多留於底灰中。除此之外，並發現溫度 對Cr 之排放並無顯著之影響，因其主要物種Cr在600∼1200K 時 相當穩定。Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Zn 等金屬元素為典 型的都市垃圾焚化爐煙道廢氣排放之污染物（Morselli,1993） （27）. 。因具高毒性、人類活動而造成高濃度及可藉由土壤與植物. 而進入食物鏈等因素，使這些金屬元素被認為是重要的污染物追 （42). 蹤者（Voustsa and Samara,1998）. 。. 圖2-4為北投焚化廠及木柵焚化廠煙道廢氣中排放之重金 （50）. 屬特徵剖面（臺北市政府環境保護局,2002）. ，結果顯示在北. 投焚化廠煙道廢氣中之重金屬以Ca、K及Zn 之濃度較高，分別為 3. 6.31、3.58 及0.726mg/ Nm ，而在木柵焚化廠煙道廢氣中之重 金屬以Ca、Fe、K、Zn 及Pb 之濃度較高，分別為0.924、0.819、 3. 0.765、0.162 及0.127 mg/ Nm 。. 18.
(33) （a）北投煙道重金屬 濃度單位：mg/Nm3. （b）木柵煙道重金屬 濃度單位：mg/Nm3. 圖 2-4 北投及木柵焚化廠煙道廢氣中重金屬之特徵剖面（台北市政 (46) 府環境保護局,2002）. 圖2-5在中台灣一座都市垃圾焚化爐附近各採樣點金屬濃 度與煙道之關係。由圖可看出各採樣點測得之金屬元素其性質 與焚化爐煙道排放之金屬元素相近，此結果顯示當地大氣中之 金屬污染物與焚化爐煙道廢氣有相當之關聯性（Hu et al., 19.
(34) 2003）(15)。. 圖 2-5 都市垃圾焚化爐煙道廢氣及附近採樣點金屬濃度關係圖（Hu et (15) al., 2003）. （Chang et al., 2000）(3)以不同之兩座都市垃圾焚化爐探討 重金屬在不同粒徑下之濃度，且針對二座不同之焚化爐污染防制 設備之污染移除效率所作之評估，其結果為廢棄物經焚化過程 後，其所排放之污染物因有污染防制設備而分別可移除99.93％及 99.52％之污染，另亦發現重金屬微粒（Zn、Pb 與Cu）粒徑之分 析，有80％存在於細粒徑當中；20％存在於粗粒徑（Chang et (3). (9). al.,2000 ；Fang et al.,2000 ），綜合而言，其發現重金屬Zn、 Pb 與Cu 均存在於粒徑小於3.2 µm 之微粒上。此外，無論在何種. 粒徑大小，三種金屬元素在微粒上之濃度均為Zn>Pb>Cu。Hg 雖 然以氣態存在於煙道廢氣中，但部份汞元素排出後會因大氣溫 度突然下降而被吸附在微粒上（Sakata and Kurata,2002）(35)， 20.
(35) 而（Collett et al.,1997）(5)在蘇格蘭Bladovie 附近一座都市 垃圾焚化廠研究大氣及土壤中Cd與Pb 之分佈時，發現在此都市 垃圾焚化廠周圍五公里內土壤之Pb 濃度(11 to 82mg/kg )與焚 -. 化廠煙道廢氣排放之Pb 有直接的關係，至於Cd(0.03 to0.17 mg/kg)則被認為對於當地土壤污染之影響並不大。 另（曹國田,1998）(62)針對北部二座焚化廠為對象，進行其 煙道排氣及周界下風處空氣中重金屬濃度調查，研究結果整理如 表2-6： 表 2-6 北部二座焚化廠煙道排氣及周界下風處空氣中重金屬濃度調查結果彙整表 濃度單位μg/Nm3 A焚化廠. B焚化廠. 煙道. 周界下風處. 煙道. 周界下風處. Pb. 26.45~39.92. 0.0018~0.0322. 2.51~8.77. 0.032~0.3789. Cu. 153.54~192.02. 0.0042~0.935. 3.41~16.64. 0.0303~0.197. Cr. -. 0.0061~0.0347. 2.74~191.76. 0.004~0.164. Cd. -. 0.0002~0.00131. 0.62~0.64. 0.00085~0.00536. 調查分析研究顯示二座焚化廠無論於煙囪排氣及周界下風處 空氣品質四種重金屬濃度皆屬微量值，符合煙道排放及空氣品質 (63). 標準；（張順欽,2002） 針對某垃圾焚化廠周界大氣、水體及底 泥進行重金屬之採樣與分析，顯示垃圾焚化廠周界大氣中重金屬 3. 鉛 之 濃 度 介 於 0.0178~0.133µg/Nm 之 間 ， 平 均 濃 度 為 0.042 3. 3. µg/Nm ；金屬鎘之濃度介於0.00023~0.0031 µg/Nm 之間，平均 3. 濃 度 為 0.000905 µg/Nm ； 金 屬 汞 之 濃 度 介 於 0.000014~0.0015 3. 3. µg/Nm 之間，平均濃度為0.000362µg/Nm 。. 21.
(36) 第三節 懸浮微粒特性 大氣中之微粒，尤其是人為引起之二次懸浮微粒，已被證明 (6). 其主要衝擊到人類之健康（Dockery and Pope,1996） 。整體而 3. 言，每增加 10μg/m 之 PM10 濃度則會增加大約 1％之死亡率 （Lippmann,1998）. (22). 。. 2-3-1 台中地區懸浮微粒特性 (60). （吳啟文,1995）. 研究顯示，台灣中部地區氣懸微粒以交通. 污染為首要的污染來源，而海水飛沫與光化學產物分別於粗、細粒 範圍內佔有相當重要的比例，其中光化學產物又以二次硫酸鹽為主 要的貢獻源，光化學產物的整體貢獻量與交通污染相近，顯示台中 都會區光化學作用的污染顯著。海水飛沫的貢獻則與盛行風及採樣 地點特性有關，且不同的天氣型態對微粒之傳輸及分布有相當程度 的影響；另（Fang et al.,2002）. (10). 指出，酸性及二次形成氣膠為. 在中、南台灣主要之空氣污染物。 (9). （Fang et al.,2000） 經採樣研究台灣中部半都市區分析鐵、 鈣、鉛、錳、銅、鋅等元素，發現鐵、鈣大部分存在於粗粒徑中； 而鉛、錳於細粒徑當中（＜PM2.5）之相關顯著，故推定此二組元素 互為同一排放源。 2-3-2 焚化爐排氣中懸浮微粒特性 焚化處理是利用高溫和富氧情況下，使得垃圾中之可燃物能 氧化轉成 CO2 及 H2O，不可燃物則轉化為穩定之灰燼，已達到固體 廢棄物或衍生性垃圾之減量化、安定化、衛生化資源化的目標， 然而一般垃圾中含有頗高的重金屬含量，經燃燒焚化處理後，因 濃縮作用而累積於灰份中，再經由焚化爐污染防治設備排至大氣 22.
(37) 中將對環境造成莫大衝擊。垃圾燃燒時含金屬廢棄物之無機物質 的流轉變化情形如圖 2-6 所示，焚化中重金屬流轉有(1)直接揮發 (2)被融化而與其他金屬顆粒形成液滴(3)高熔點金屬難以被氧化 而 直 接 形 成 穩 定 結 構 (4) 反 應 形 成 新 物 種 等 變 化 ， 包 括 膠 結 (coagulation)、凝結(condensation)、成核（nucleation）等內 部物理變化，焚化過程中重金屬排放途徑主要包括蒸發作用、揚 起作用、冷凝作用及金屬粒狀物之凝結作用，如 Be、Hg、Pb 及 Zn 等金屬有較高的蒸氣壓，一揮發後以均質作用形成金屬液滴或經 異質作用沉積於揚起粒子表面；而焚化產生的懸浮微粒中粒徑小 於 2μm 者有 75%是由重金屬 Cd、Pd、Zn 等凝結而成，其煙道氣中 濃縮程度較集塵灰大 100 倍；濃縮於飛灰中化學元素分為以下四 類： （1） 第一類：如 Al、Be、Ca、Fe、K、Mg、Si 及 Ti 等高沸點類， 於焚化區域不具揮發性者，故為飛灰之主體，僅少部分存 在表面。 （2） 第二類：如 As、Cd、Cu、Pb、Se、Sb 及 Zn 等，此類元素 較具揮發性，少量存在於底灰，主要由冷凝作用而沉積於 飛灰粒子表面。 （3） 第三類：Br、Cl 及 Hg 等元素，此類以氣相居多，遍佈焚化 過程中，主要由揮發作用分布於煙道氣中。 （4） 第四類：以上三類組合，物種隨操作條件(如溫度、氯含量， 氧含量)不同而有所差異。 一般而言，焚化系統重金屬分布特性取決與操作條件有 關（燃燒溫度、氧含量）垃圾特性（種類、含氯量）及空氣. 23.
(38) (27). 污染防治設備有關。 （Morselli,1993） 把重金屬來源分為： Ag、Cd、Cr、Pb、Zn 等在焚化爐中主要來自不可燃物，而不 可燃物中具可燃性化合物中所含重金屬有 Ba、Co、Ni、Sb 等， 其他如 Ca、Cu、Hg、K 等則來自可燃物。這些不同來源的金 屬在熱供給充分的高溫情形下，經由氧化、還原、氯化等作 用，改變低或中揮發性金屬的動態特性，使其於飛灰及煙道 (23). 氣的分佈比例增加； （Maenhaunt,1996） 以 K、Cu、Zn 為焚 (13). 化爐指標元素， （Harrison,1997） 以 Cu、Zn 為焚化爐指標 元素；近年來亦有相關之研究指出台灣中部某焚化爐附近之 重金屬濃度其可能藉由空氣傳輸過程而污染當地之環境，並 且以 Cd 為指標元素與其他之重金屬作相關性分析，發覺 Mg、 Ti、Mn、Ni，其與 Cd 別呈現高度相關，故作者認為，以上元 素皆可能來自同一個污染源（Hu et al.,2003）. (15). ；（Sakata. (34). et al.,2000） 研究顯示在大部分之日本都會區，鉛為焚化 爐主要之排放源，來自於焚化爐之在 Cd、Zn 和 As 到 Pb 比值 無顯著之不同，且以 Pb 為指標，則 94％Cd、78％Zn 和 71％ As 是來自於垃圾焚化爐之貢獻。. 24.
(39) 凝結及吸附. 揮發性無機物 (Na, Zn, SO x, As, Cd) . Ba, Pb, Fe, As . ... . 氯化及揮發作用 . ... ... (PbCl, BaCl2, AsCl3, FeCl2) . . . .. 內部還原環境 灰分顆粒. 膠凝 作用 燻煙 ( ~ 0.05μm). 燃燒時 之顆粒 金屬顆粒 (Al, Mg, Cr, Ca). 液滴. 清除 剩餘之飛灰 (1 ~ 20 μm). (Fe, Si, Ca) 固體物燃燒床. 殘餘物. (7). 圖 2-6 含金屬之廢棄物焚化時，金屬之礦質化作用(EER,1996). 2-3-3 燃燒中重金屬蒸氣（顆粒化）氣膠化之反應機制 (19). （Law and Gordon,1979）. 及（Link and Wendt,1993）. (21). 指出在各種研究中焚化爐所製造之重金屬，其中具有高蒸氣壓 （Cd、Hg、Pb）等較易進入大氣中。而重金屬化合物進入燃燒後， 由於許多環境因素諸如溫度、時間等的影響，將形成許多不同的 物理型態之溶解金屬鹽，例如硝酸鹽、磷酸鹽等。根據許多理論 和實驗證明，在燃燒過程中有極高比例之重金屬將汽化而進入氣 相中或揮發形成氣懸微粒（Airborne aerosol ）。 2-3-4 氣膠物種的粒徑分布 氣膠中粗微粒與細微粒主要化學物種之組成有很大的不 同，顯示氣膠的特性會因粒徑不同而有顯著的差異。 (2). （Buerki et al.,1989） 以粒徑分布的觀點針對五種都會 25.
(40) 區中常見的粒狀污染物排放源進行採樣分析，結果顯示交通污染 源所排放的為例主要分布於小於 0.71μm 的粒徑範圍內，且質量 粒徑分布與機動車輛中車種的組成有關聯；相對的，工業區大型 燃燒器所排放的微粒則主要分布於 2.8-11.3μm 粒徑範圍內。在 分析氣膠 Cu 元素之粒徑分布中，發現粒徑小於 1.4μm 範圍內的 Cu 主要來自於交通污染源，而粗微粒範圍內的 Cu 則來自於交通 污染源與重油燃燒；此外，交通污染源溢散之 Pb 微粒分布於整 個 PM10 的微粒範圍內，但重油燃燒所造成的 Pb 微粒則主要分布 於細微粒。 （Fang et al.,2003）. (11). 於台灣中部一農場採樣分析，發現重. 金屬成分 Mg、Cu、Mn 大部分在 TSP 中；Fe、Cd 存在於 PM2.5~10 之 成分居多；而 Pb、Zn、Cr、Ni 主要為 PM2.5 之成分。並以主成分 分析得知，採樣當地受到不同之排放源如土壤、交通、工業及揚 塵之影響。. 26.
(41) 第四節 ISC 空氣污染擴散模式理論 2-4-1 空氣污染現象 （54）. （陳維新.江金龍,2000）. 提出，空氣污染物是以噴煙型態排放. 到大氣中，而後以煙柱形狀散佈，在三維(three dimension)的散佈過 程中，污染物沿著順風方向被帶到下風處。通常以 x 軸代表風流動的 方向，z 代表離地面的高度。. （54）. 圖 2-7 空氣污染擴散說明圖（陳維新.江金龍,2000）. 污染物的散佈具有下列的特徵： (1) 污染物離開煙囪口後，因本身具有速度，同時其溫度較外界為 高，因此在擴散的過程中仍會持續上浮一段距離，此上浮的距離 加上煙囪本身的高度稱之為「煙囪有效高度(stack effective height， He = Hs + Δh)。 (2) 以煙囪有效高度為中心線，空氣污染物的濃度將會最高，且延此 27.
(42) 線向四周(y and z direction)以高斯分布函數形式擴散。 (3) 空氣污染物隨著向下風處擴散，因其擴散的空間明顯增大，因此 污染物濃度急速降低，但氣象條件為穩定時則例外。 2-4-2 擴散係數(diffusion coefficients) 擴散係數即為標準偏差。標準偏差數值的大小會影響分布函數的 形狀和峰度，換言之，當擴散係數(標準偏差)變大時，則污染物易向 四周散佈。因此，以污染的觀點來看，擴散係數應該愈大愈好。擴散 係數的大小會受到氣象條件的影響，同時亦會因為位置而變。 氣象穩定度的分類：. 表 2-7 氣象穩定度的分類表 地面風速 (m/s) (距地面 10M 處) < 2 2 ∼ 3 3 ∼ 5 5 ∼ 6 > 6. 陰天的白 白天太陽輻射 有雲的夜間 強 中 弱 天或夜間 薄雲遮天 高雲量 D A B A∼B A∼B B C D E F B B∼C C D D E C C∼D D D D D C D D D D D （54） 資料來源：（陳維新.江金龍,2000）. 常數 a, b, c, d, f 之大小如下： 表 2-8 擴散係數代數式常數值分類表 穩定度 A. B C D E F. x ≤ 1 km. a 213 156 104 68 50.5 34. c 440.8 106.6 61.0 33.2 22.8 14.35. d. f. c. x ≥ 1 km d. f. 1.941 9.27 459.7 2.094 -9.6 1.149 3.3 108.2 1.098 2.0 0.911 0 61.0 0.911 0 0.725 -1.7 44.5 0.516 -13.0 0.678 -1.3 55.4 0.305 -34.0 0.740 -0.35 62.6 0.180 -48.6 （54） 資料來源：（陳維新.江金龍,2000）. 28.
(43) 從表 2-8 中可以明顯發現，當氣象條件愈不穩定或隨下風處距離的 增加，擴散係數(σy 與σz)亦會顯著地成長。換言之，空氣污染物在相同的 氣象條件而愈下風處，其擴散的特徵將愈加明顯而造成污染物濃度的急 遽下降；相同的，在相同的下風距離處但氣象穩定度愈不穩定者，其擴 散的特徵同樣將愈加明顯而造成污染物濃度的急遽下降。. 29.
(44) 第五節 因素分析（Factor analysis） 因素分析的目的在於解釋變數間有什麼型態（pattern）的關連，甚 至可說，它企圖想知道「我們能否用少數稱做因素（factor）的潛在變 (53). 數去解釋大部分的可觀察變數間的相關」（林傑斌.劉明德,2001）. 。. 現今大多數的統計方法用於研究自變項、依變項間的關係；而因素分析 是用來研究多個變項間是如何相關的，欲以此找出那些在背後影響這些 變項的潛在變項，即使這些變項並沒有直接被測量出來。這些被推論出 來的潛在變項即稱為因素（factor）。 因素分析重視的是如何解釋變數之間的「共變異數」(covariance) 問題，因每一位受試者的反應變量均為一些「共同因素變量 (common factor variate)」和「唯一因素變量 (unique factor variate)」的線 性函數。例如，若我們能找出 F1,F2,F3，使得： X1= λ11F1+λ12F2+λ13F3+ε1 X2= λ21F1+λ22F2+λ23F3+ε2 . . X0= λP1F1+λP2F2+λP3F3+εP. 則 F1,F2,F3 就叫做「共同因素」，而ε1 為變量 X1 的「唯一因素」， ε2 為變量 X2 的「唯一因素」等，而ε1,ε2,……, εP 為誤差項。其中「共 同因素變量」可產生反應變項之間的共變數(它們在標準化以後時, 即為 相關係數)，而唯一性變量部分則只對其所屬的變項之變異數有所貢獻， 所以因素分析是「共變異數」導向的方法。在因素分析裡，我們要設法 找到 F1,F2,…,Fm 等因素，使得. 30.
(45) X1=filF1+ filF2+…fimFm+εi,i=1,2,…,P 因素分析是在「建立模型」，雖然做法上和常做的利用迴歸分析來建模 的不一樣，但「利用一試再試，以達到一個令人滿意的模型」的基本想 法卻是一樣的。因此在這裡會有誤差項 ε 存在。上面的兩個形式裡， XI=1,2,…P 為原始資料的反應變項，fij 為第 j 個共同因素，在第 i 個變 項下的重要性，一般叫做共同因素負荷量(common factor loading)，有 時，我們會省去「共同」(common)，而只說因素負荷(factor loading)。 而 F1,F2,…,Fm 為共同因素(common factors)，εi 為第 i 個唯一因素變 量(unique factor)。若以矩陣的形式表示，則為 XP×1=Fp×m．Cm×1+ep×1. 它們的假設前題是： 1. 共同因素變量之間互為獨立，平均數為 0,變異數 1。 2. εi 之間也互相獨立，平均數為 0，變異數為 Pi，「Pi 為唯一性變異 數. (unique variance)」 。. 有學者於高雄環保署測站對 PM2.5 細粒徑氣膠採樣分析，以因素分析 氣膠可能污染源，將因子負荷大於 0.7 者是為高度相關；因子負荷介於 0.5~0.7 為中度相關，介於 0.3~0.5 為低度相關，至於因子負荷的正負相 關性，則可對於此一因子予以輔導性的判斷。 (11). （Fang et al.,2003） 經採樣中台灣農場之微粒成分，分析發現 重金屬成分 Mg、Cu、Mn 大部分在 TSP 中；Fe、Cd 存在於 PM2.5~10 之成分居 多；而 Pb、Zn、Cr、Ni 主要為 PM2.5 之成分。故採樣當地受到不同之排放 源如土壤、交通、工業及揚塵之影響。. 31.
(46) (64). （謝振友,2000） 針對北投、文山區總懸浮微粒進行因素分析，結 果北投區總解釋量為 87.9％，因子一主要成分（因素負荷＞0.7）有 Al、 Ca、Fe、Mn、Pb、Zn、風向，Al、Ca、Fe、Mn 與街塵及營建工程有關， Pb、Zn 與交通移動源有關，而 K、Zn 與焚化爐排放有關；文山區總解釋 變異量為 91.6％，因子一主要成分有 Al、Ca、Fe、Mn、Pb，Al、Ca、Fe、 Mn 與街塵及營建工程有關，Pb、Zn 與交通移動源有關，綜合而言，台北 地區可能污染源有揚塵（土壤及街塵）/營建工程、光化污染、海水飛沫、 交通污染源、燃油與垃圾焚化等。. 32.
(47) 第六節 研究架構. 重金屬來源調查 收集文獻. 周界垂直 採樣. 焚化爐煙 道採樣. 市區同步 採樣. 採樣前後品管. 樣本分析. 文獻對照. 因素分析. 重金屬特徵 剖面分析. 1.建立焚化爐周圍污染源 資料。 2.藉由粒徑及因素分析， 以釐清污染源. 圖 2-8 研究架構圖. 33. 氣象監測 （MM5）.
(48) 第三章 研究設備與方法 第一節 都市垃圾焚化爐之特性 此垃圾焚化廠廠址位於市區西側，大度山東邊山坡上，範圍自井 子頭向東至虎寮埔段，為台中市垃圾掩埋場用地進口附近劃分用地， 面積約 4.4 公頃，海拔高度為 149.75 公尺（東經 120.5900、北緯 24.1546） ，台中工業區及高速公路分別位於焚化爐東北方及東南方。 其設計處理量為 900 噸/日（300 噸/日×3 爐，設計基準熱值為 。. 1,500 kcal/kg） ，燃燒溫度為 850-1050 C，其爐床為雙氣流式具旋轉 爐床焚化爐，廢棄處理系統為半乾式洗煙塔及袋濾式集塵器，並有除 汞吸附劑噴入設備，煙囪高度為 120 公尺。另為因應垃圾焚化廠戴奧 辛排放之管制，行政院環境保護署於民國八十六年八月六日公告「廢 棄物焚化爐戴奧辛管制及排放標準｣，明定新設焚化爐排放標準 3. 0.1ng-TEQ/Nm 、O2 11%，而既設焚化爐也應於九十年八月八日起符合 3. 戴奧新規定限值 0.1ng-TEQ/Nm 、11% O2。該廠由環保局於八十九年八 月進行戴奧辛污染防治設備改善工程，並於九十年六月完工驗收，且 自九十年十二月起正式操作，目前皆符合法規標準。 目前因生活型態改變，以及我國石化工業發達，國人大量使用塑 膠類製品，垃圾熱值大幅提昇，平均熱值約 1,800~2,300 kcal/kg， 導致焚化廠每日焚化量約 660 公噸/日，焚化量大幅降低，目前環保 局正進行強制垃圾分類工作，降低垃圾之高熱值物品，以期提昇垃圾 焚化量，由表 3-1、圖 3-1 可看出九十二年度縣市環保機關開始配合 當年行政院環境保護署之資源回收政策－資源物質進場管制後，其資 源物質經於焚化前加強廢棄物進場檢查作業後，重金屬之排放有下降 之趨勢。. 34.
(49) 表 3-1 都市垃圾焚化爐煙道重金屬平均排放值歷年趨勢圖. 3. 空氣污染物排放保證值(參考基準 O2 為 10%) Hg As Cr Zn 108.475 0.2828 2.25 44.35. Pb 34.175. Cd 2.1. 89 年. 31.75. 3.8. 25.3. 0.2948. 18.5. 29. 90 年. 9.5. 6.275. 28.5. 0.3705. 19.25. 43.225. 91 年. 9.625. 8.75. 29.25. 0.3448. 19.25. 43.225. 92 年. 40.25. 2. 17.5. 2.375. 8.5. 84.75. 93 年. 14.25. 0.966667. 4.268. 0.075. 2.25. 16.25. 94 年第一季. 21. 0. 4. 0. 2. 2. 94 年第二季. 4.5. 0. 2.8. 0.1. 2. 13. 94 年第三季. 5.0. 1.0. 3.1. 0.1. 2.1. 2.0. 94 年第四季 94 年 3 月 （本研究) 94 年 7 月 （本研究). 21 ND ND. 1.9 ND ND. μg/Nm 88 年. 0.6 0.3 20 25 ND ND ND 27 1.3 2 2.5 12 資料來源：台中市環保局垃圾處理場網站(69) 92年度配合環保署 政策實施資源物質 進場管制作業. 1000. 濃度(ug/m3). 100. 10. 1. 0.1. 第 四 季 本 94 研 .7 究 月 ) （ 本 研 究 ) 月 （. 第 三 季. 94. .3. 94. 採樣日期. 94. 第 二 季. 94. 第 一 季. 92 年. 93 年. 94. 94年起實施垃圾 強制分類. 91 年. 90 年. 89 年. 88 年. 0.01. 圖 3-1 台中市垃圾焚化廠重金屬濃度逐年分布圖. 35. Pb Cd Hg As Cr Zn.
(50) 第二節 採樣 3-2-1 採樣點選擇 以焚化爐周界方圓約二公里內，選擇之垂直採樣點位於焚化爐西南 方約 800m 處進行進行垂直粒狀物採樣，每次連續進行 24 小時，其中每 四小時採樣一次，每次採集五個不同高程之粒狀物試樣 （0-10-50-100-150m） ，共十六種重金屬（Pb、Cd、Hg、As、Cr、Zn、Mg、 Mn、Ba、Al、Co、Cu、Ni、Fe、V、Ti），相關採樣位置如圖 3-2。 另本研究於市區內擇一對照點，並且同步採樣，藉由比較分析以試 圖了解並釐清焚化爐對當地污染源之貢獻。相關採樣點座標如表 3-2. Taichung industrial park. MSW. #. !. urban site. !. suburban site. 0 7001,400. 2,800. 4,200 Meters. 圖 3-2 採樣點位置圖. 36.
(51) 表 3-2 各採樣點座標 地點 焚化爐 半都市點 都市對照點. 座標（x） 座標（y） 208336 208124 216691. 2672220 2671626 2672452. 海拔高度 （m） 150 158 111. 與焚化爐距離（m） 0 727 8358. 3-2-2 採樣執行與樣品分析 於此階段將進行 16 種重金屬現場採樣與檢測分析工作。 3-2-2-1 採樣時間 於本階段的工作，我們進行了兩次的採樣與分析。於位於焚化爐 西南方約 800 公尺處進行垂直粒狀物之採樣，並同步配合煙道重金屬 採樣共二次。採樣時間為 94 年 3 月 8 日上午 11 時至 3 月 9 日上午 11 時、94 年 7 月 13 日上午 10 時至 7 月 14 日上午 10 時，二次採樣共計 48 小時。其中，每四小時採樣一次，第一次採集五個不同高程之粒狀 物樣品（0、10、50、100、150m） ，另第二次採樣收集至 200m 高度之 粒狀物（0、50、100、150、200m） 。兩次採樣皆為焚化爐正常操作狀 態。採樣之時間整理如表 3-3 所示： 表 3-3 採樣時間 起始時間. 結束時間. 備註. 第一次. 94/3/8. 94/3/9. 焚化爐正常操作. 第二次. 94/7/13. 94/7/14. 焚化爐正常操作. 37.
(52) 3-2-2-2 採樣設備 （1）垂直量測重金屬採樣，利用 Marple 六階分徑採樣器（Personal ，採集粒徑分布之樣 Cascade Impactor Model 296，Andersone） 本，其第一階至第六階濾紙層所採集懸浮微粒之截點粒徑如下： 10、6、3.5、2、1、0.6μm 及 0μm (back up)，收集懸浮微粒， 設定流速為 2L/min，如前述之高程每四小時收集一次，共收集六 次，總共為 406 個樣品。 （2）個人採樣器（Personal air sampling pump），設定流速為 3L/min，分不同高程第一次高度為 0-10-50-100-150m；第二次採 樣增加採樣高度至 200m，每四小時收集一次，共收集六次，總共 為 58 個樣本。 （3）另以微孔均勻沉積衝擊器（MOUDI，Model No. 110，USA） ，所 採集懸浮微粒之截點粒徑如下：18、10、5.6、3.2、1.8、1.0、 0.56 及 0.18μm，使用 PETF filter，設定流速為 30L/min，二十 四小時連續採樣，以比較半都市及都市二點之懸浮微粒採樣濃度 相關性之分析，共採集 36 個樣本。 3-2-2-3 實驗室品保品管 為確保實驗室數據之品質，將實驗誤差減至最低，採樣時遵循 一定之操作規範，毎個步驟確實做好品質管制，以確保數據之準 確性。 3-2-2-3-1 濾紙選擇 （1）使用 Marple 採樣器配合 Teflon 濾紙，尺寸為 37mm，於採樣 前後，分別進行二十四小時之恆溫、恆濕控制、噴膠，再以五 位數天平進行秤重。. 38.
(53) （2）個人採樣器收集總粉塵(Total dust)，使用石英材質濾紙， 尺寸為直徑 37mm（Pallflex 2500QAT/UP） ，其對 0.5μm 的懸 浮微粒捕集效率高達 99.999％；而對 0.3μm 之懸浮微粒捕集 效率亦達 99.99％。 （3）微孔均勻沉積衝擊器（MOUDI）使用之濾紙為 Teflon 濾紙(PTFE filter)，直徑 37mm，使用時入口處及第一至第九階之衝擊平 板上。 3-2-2-3-2 濾紙調理 濾紙對於溫溼度極為敏感，因此在採樣前後須至於溼度為 40 ％之乾燥箱中使濾紙之溫度與溼度平衡 24 小時以上，將平衡一天 後之濾紙取出，於其表面進行噴膠後再置於乾燥箱中 24 小時，採 樣前再將濾紙從乾燥箱中取出後秤重，將濾紙置於培養皿中以避 免污染，另同步進行採樣器之流量校正。 3-2-2-3-3 採樣程序 （1）採樣濾紙檢查：採樣前再次檢查濾紙及採樣袋之資料。 （2）採樣器檢查：確認採樣器零件和馬達之功能是否正常。 （3）採樣器操作： 裝設濾紙. 流量紀錄. 時間紀錄. 氣象狀況、污染源排放情形等須紀錄） 濾紙置入乾燥箱. 秤重. 環境狀況紀錄（如 採樣結束濾紙收回. 送實驗室分析。. (4)、樣品管制 a.樣品運送 樣品運送之作業，以快速、保鮮為原則，並符合以下之規定： （a）樣品須遵守樣品保存規定。 39.
(54) （b）採樣記錄表及現場分析記錄等應隨樣品同時送回實驗室。 b.採樣人員自行送樣： 採樣人員於樣品採集完成後，儘快送回實驗室。 表 3-4 為檢測數據品保目標，以增加分析數據準確度。 表 3-4 檢測數據品保目標. 檢測類別. 準確度 精密度 完整性 （％） （％） （％）. 檢測項目. Pb、Cd、Hg、As、Cr、 Zn、Mg、Mn、Ba、Al、 煙道分析 80~120 <20 85 Co、Cu、Ni、Fe、V、 Ti Pb、Cd、Hg、As、Cr、 周界大氣分 Zn、Mg、Mn、Ba、Al、 80~120 <20 85 析 Co、Cu、Ni、Fe、V、 Ti Pb、Cd、Hg、As、Cr、 周界大氣垂 Zn、Mg、Mn、Ba、Al、 80~120 <20 85 直向分析 Co、Cu、Ni、Fe、V、 Ti （48） 資料來源：（臺中市環境保護局,2005）. 3-2-2-4 重金屬分析 採樣後之重金屬送經環保署認證之合格實驗室進行煙道重金屬 檢測及正修科技大學之超微量中心進行檢驗大氣重金屬樣品分析。 煙道重金屬樣品分析依據行政院環境保護署公告「排放管道中 重金屬檢測方法(NIEA A302.72C). (66). 」、大氣重金屬樣品分析依據行. 政院環境保護署公告「空氣中粒狀污染物之鉛、鎘含量檢驗法－火 40.
(55) 焰式、石墨式原子吸收光譜法(NIEA A301.11C). (67). 」及大氣重金屬樣. 品分析依據行政院環境保護署公告「感應耦合電漿質譜儀法 (68). （ICP-MS）檢測環境樣品中微量元素(NIEA M105.00B). 。. (1)使用感應耦合電漿質譜分析儀 (ICP-MS) 分析鎂、鋁、鐵、 鋇、鎘、鉻、鈷、銅、鉛、錳、鎳、釩、鈦及鋅等金屬。 a.校正：準備標準品，並以製造商建議之程序校正儀器，然後 每一小時檢查一次校正。如果儀器對標準品濃度之再 現性相差10%以上，應執行完整的校正程序。 b.一般進行污染源檢測主要在執行下列品質管制措施： 兩項儀器標準檢測、兩項空白校正、一項開始分析時 之干擾測試(標準添加方法應落於25%以內)、分析一 品質管制樣品用以檢查校正標準的準確度(必須在校 正標準的 25%之內)以及一項重覆分析(必須落在平 均值的20%之內否則重覆分析所有的樣品)。 (2)AAS分析(包括GFAAS及CVASS) 汞及砷以原子吸收光譜分析。 a.校正：準備標準品，並以製造商建議之程序校正儀器。重覆 對標準溶液進行測試並用其平均值計算檢量線。大約 檢測每10-12個樣品應對其儀器進行再校正。 b.使用AAS或GFAAS分析待測金屬時，所有的樣品應重覆分析。 對至少一個前半段樣品及一個後半段的樣品或一個 合併的樣品執行基質添加。如果其回收率低於75%或 高於125%，則使用標準添加法分析所有的樣品。另再 分析一個品質管制樣品以檢查校正標準品的準確 度。其結果如超過20%，重新進行校正程序。. 41.
(56) c.CVAAS分析汞：所有的樣品應重覆分析。並進行品質管制樣 品之分析以確認校正標準品的準確度。其結果如超過 15%，重新進行校正。對樣品執行基質添加試驗，如 果超過25%，則使用標準添加法分析所有的樣品。 將相關重金屬檢測方法整理如表 3-5： 表 3-5 分析方法彙整圖 檢測類別. 檢驗方法 NIEA. 檢測項目. 煙道分析 周界大氣分析. Pb、Cd、Hg、As、Cr、Zn、Mg、Mn、 Ba、Al、Co、Cu、Ni、Fe、V、Ti Pb、Cd、Hg、As、Cr、Zn、Mg、Mn、 Ba、Al、Co、Cu、Ni、Fe、V、Ti. 周界大氣垂直向 Pb、Cd、Hg、As、Cr、Zn、Mg、Mn、 分析 Ba、Al、Co、Cu、Ni、Fe、V、Ti. A302.72C A302.72C/A301.11C. A302.72C/A301.11C. 以上介紹本研究之相關採樣流程，有關採樣分析彙整成表3-6 表 3-6 採樣彙整總表 採樣 類別. 採樣器. 濾紙. 流速. 樣本數 （n）. 濃度計算. 總懸浮 微粒. 個人採樣器 （Personal air sampling pump）. 石英材質濾 紙，（Pallflex 2500QAT/UP, 37mm）. 2L/min. 58. 垂直 分階. Marple 六階分徑 採樣器（Personal Cascade Impactor Model 296， Andersone）. 石英材質濾 紙，（Pallflex 2500QAT/UP, 37mm）. 3L/min. 406. 實際濃度 (μg)＝分 析值(μ g/L)×稀釋 倍數×最終 體積 (mL)/1000. 水平 分階. 微孔均勻沉積衝擊 器（MOUDI）. 鋁箔濾紙 (Aluminum foil,37mm）. 30L/min. 36. 42.
(57) 第三節氣象資料 3-3-1 水平氣象資料 以環保單位文山站之當地區平面氣象監測資料，以瞭解東北與西南 季風下，本市轄區內近地表與垂直剖面大氣結構與水平面風場資料， 當日之氣象資料（如表 3-7） 。 表 3-7 環保單位文山站之氣象監測 24 小時平均值 風速. 盛行風向. 溫度. -1 （ms ）. （deg）. （oC）. （%） （mBAR） （mm）. 94.3.8. 1.42. 南南西. 17.11. 63.44 1008.59. 0. 94.3.9. 1.55. 北北西. 20.67. 61.05 1004.63. 0. 94.7.13. 2.58. 南南西. 29.59. 64.93. 998. 0. 94.7.14. 2.03. 西. 28.96. 65.7. 998.96. 0. 日期. 溼度. 壓力. 雨量. 3-3-2 大氣垂直剖面氣象參數之量測（台中市環境保護局，2005）. (48). 本研究採用 VAISALA 公司之探空量測系統，以繫留之方式搭配測 風 氣球，進行地面到有效煙囱高度(約 200m)之大氣垂直剖面上之壓 力、溫度、相對溼度、風向及風速之分佈量測。 （一） 壓力、溫度、溼度之繫留探空量測法 繫留探空系統包括： （1）探空氣球及偵測器 （2）地面接收天線 43.
(58) （3）訊號處理器 （4）電腦主機控制系統。 以下分別介紹： （1). 探空氣球及偵測器 氣球及偵測器依量測項目不同而有不同選擇，本研究使用 其 PTU+GPS 偵測器（RS80-15G） （PTU, pressure –temperature -humidity；GPS, global positioning system），此型偵測 器可量測壓力、溫度、相對溼度。 （2). 地面接收天線 包括 UHF 及 GPS 天線，另外 LOCAL VLF. &. LORAN-C 天線. 則是配合 VLF 及 LORAN-C 系列之偵測器使用。 （3). 訊號處理器 訊號處理器上接天線，下接電腦主機控制系統，其最重要 的功能是將無線電電壓訊號轉換成數位值，並將相關數據即 時送往工作主機進行相關之控制及加值計算。 （4). 電腦主機控制系統 電腦主機接收來自訊號處理機之數據，其內建置有 DigiCORA 加值及控制軟體，能即時監控整個系統之操作現 況，並加值產生相關之氣象資料。圖 3-3 及表 3-8 為此探空 系統之構造示意圖以及準確度表。. 44.
(59) 圖 3-3 無線電氣象探空儀之示意圖(RS 80-15G, Vaisala). 表 3-8 無線電氣象探空儀之精確度 量測項目. 相關特性 量測範圍 1060hpa~3hpa(mb) 壓力 解析度 0.1hpa 準確度 0.5hpa o o 量測範圍 +60 C~-90 C 溫度 o 解析度 0.1 C o 準確度 0.2 C 量測範圍 0~100％ 相對溼度 解析度 1％ 準確度 2％ o 量測範圍 1~360 風向 o 解析度 1 量測範圍 0~180m/s 風速 解析度 0.1m/s 以上氣象參數之採樣頻率為 0.5~1.0S，垂直解析度為 2~10m. 45.
(60) 使用 VAISALA 之 PTU+GPS 組合偵測器，在使用前無需進行 任何校正，在進行大氣垂直剖面量測時，是將偵測器繫於探空專 用之氣球下，此氣球可填裝氫氣（H2）或氦氣（He），氣球的大 小是依偵測器的型式而定。氣球上昇的速度控制在大約 300m/min，溫度、壓力、相對溼度等氣象參數在大氣垂直方向上 之解析度約 10~20m，視氣球上昇的速度而定。在氣球逐漸上昇的 過程中，繫於氣球下方的偵測器每 0.5~1.0sec 將最新的壓力、 相對溼度及衛星定位資料，利用內建於偵測器內部的無線電發報 器，將相關資料傳送至地面，再利用地面天線接受來自偵測器的 訊號。要接收 PTU+GPS 組合偵測器訊號必須包括一個 UHF 的接收 天線及一個 GPS 之接收天線，此二天線連接至訊號處理器，此處 理器將無線電波轉換成數位資料，再將壓力、溫度、相對溼度及 衛星定位資料傳至含有 VAISALA. DigiCORA 軟體之電腦控制系. 統，配合軟體的分析，可即時顯示及監控各種量測現況。 （二）測風氣球觀測法 測風氣球觀測近地層之風速與風向是利用經緯儀追蹤測風 氣球之軌跡，利用氣球軌跡線反推垂直剖面之風速與方向。此 方法將經緯儀(theodolite)在腳架固定後進行儀器水平和地磁 北方位訂正程序，觀測者在經緯儀目視追蹤測風汽球(Pibal Balloon)之過程，不得晃動經緯儀本體，進而影響儀器水平點 設定。經緯儀銜接之數位紀錄器功能設定後，等待汽球充灌。 淨重 W(g)的測風汽球在充灌氦氣約達 60cm 直徑時停止充灌，繫 綁氣嘴後使用拉力計測量其浮力 L(g)。然後根據英國氣象局的 經驗公式，計算求得該汽球上升速度 W(m/min.) W = 150 * L1/2/ (L+B)1/3 46.
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