屏東國中小校園飲用水設施進出水之生物性及 有機物參數之變化

31  Download (0)

Full text

(1)

大仁科技大學環境與職業安全衛生 實務專題Ⅱ

屏東國中小校園飲用水設施進出水之生物性及 有機物參數之變化

指導教授:賴文亮 教授 專題生:徐毓廷

中華民國 106 年 6 月 9 日

(2)

摘要

本研究於 2017 年 2 月至屏東縣 10 所校園採集使用水源及經淨水處理 後之飲用水作為研究對象,收集的樣本利用環檢所公告之採樣方法檢測各 項基本參數及生物性參數,如 pH、總溶解固體、硬度、硝酸鹽氮、水中 大腸桿菌、水中大腸桿菌群及水中糞便性大腸桿菌群。另藉由兩種光譜分 析技術,包括螢光激發發射光譜圖 (Excitation emission fluorescent matrix, EEFM) 及紫外光吸收光譜 (UV-Vis spectrometry),TOC 進行有機物特性之 解析,以檢視各校之水源水質及經處理程序處理過後之飲用水水質,是否 有符合法規之規定。結果顯示少部分校園原水及飲用水在基本參數及生物 性參數部分仍不符合法規標準,去除率也較低,可能為校園水源處之環境 衛生及設備維護更換之因素。 SUVA 值顯示大部分校園原水及飲用水屬 非腐植質之小分子親水性物質,部分校園飲用水測值屬大分子之疏水性腐 植質,與處程序之維護相關。腐植化指數(Humification index, HIX)及生物 性指數(Biological index, BIX)部分,顯示各校園水樣水中有機物屬原生生 物或細菌生長之代謝物,部分校園飲用水生物性指數偏高,也與設備之清 潔及濾材更新相關。各校園水中有機物螢光特性屬芳香族蛋白質(酪胺酸) 及溶解性微生物產物之蛋白質(色胺酸)為主。

關鍵字:校園飲用水、有機物、生物性參數

(3)

誌謝

本專題之完成,感謝指導教授賴文亮博士及邱俊彥博士,兩位老師的 教導及指點,使我在專題中獲益良多,也感謝實驗室學長姐熱心的協助 , 讓這次的專題能夠順利的完成。另感謝國立台灣大學公共衛生研究所王 根樹教授提供校園內之採樣計劃,讓專題生得以有機會分析校園水中有 機物之各項參數及光譜數據,並配合王教授實驗室提供有用的生物性參 數,才得完成此份有意義之報告。

(4)

摘要...I 誌謝...II 目 錄...III 圖目錄...IV 表目錄...V

壹、前言...1

貳、研究目的...3

參、研究方法及重要參數...4

3.1 研究方法...4

3.2 各校園之淨水程序...5

3.2.1 地下水...5

3.2.2 簡易自來水...6

3.3 重要參數分析...6

3.3.1 螢光激發發射光譜...6

3.3.2 紫外光吸收光譜...6

3.3.3 非揮發溶解性有機物...7

3.3.4 一般參數...8

3.3.5 生物性參數...8

肆、結果與討論...9

4.1 一般參數及生物性參數...9

4.2 一般參數及生物性參數去除率...13

4.3 NPDOC 及 SUVA 值...14

4.4 EEFM、腐植化指數(HIX)及生物指數(BIX)...16

伍、結論...23

陸、參考文獻...24

圖目

(5)

圖 1 10 所校園相對位置圖...4

圖 2 各校園(A)水源;(B)飲用水之 pH 值...9

圖 3 各校園(A)水源;(B)飲用水之總溶解固體物...10

圖 4 各校園(A) 水源;(B)飲用水之硬度...11

圖 5 各校園(A) 水源;(B)飲用水之 mg as NO3- N/L...12

圖 6 各校園水源之生物性參數...13

圖 7 各校園(A)總溶解固體(B)硬度(C) 硝酸鹽氮(D) E. coli (E)大腸桿菌群 (F)糞便性大腸桿菌去除率...14

圖 8 各校園(A)原水;(B)飲用水之 NPDOC 值之比較...15

圖 9 各校園(A)源水;(B)飲用水之 SUVA 值之比較...16

圖 10 各校園水源之螢光激發發射光譜圖之比較...17

圖 11 各校園飲用水之螢光激發發射光譜圖之比較...19

圖 12 各校園(A) 水源(B)飲用水水中有機物 HIX 值之比較...21

圖 13 各校園(A) 水源(B)飲用水水中有機物 BIX 值之比較...22

(6)

表目錄

表 1 全譜螢光掃描 (EEFM)之操作參數設定值...6

表 2 紫外光及可見光譜儀參數設定值...7

表 3 各校園水源之螢光波峰位置及強度...18

表 4 各校園飲用水之螢光波峰位置及強度...20

(7)

壹、前言

國際水協會 (International Water Association, IWA)於 2004 年強調飲用 水水質安全,內容包括自水源地經淨水場後,至各用戶之管理,並明確指 出政府與主管機關的相關責任,因此世界許多國家均紛紛提出相關法令,

用以提升飲用水安全。

學校以水池或蓄水塔儲水再經淨水處理供應校園內師生每日飲用,若 水源遭受污染或淨水處理效能不佳,將衍生校園飲水品質問題。民國 86 年 10 月新竹關西鎮某小學即因飲用地下水而爆發學童集體感染桿菌性痢 疾事件,擴散到該地區其他學校及幼稚園,共有 157 名師生及家屬受到感 染,造成痢疾擴散的原因是該校將抽取之地下水與自來水混用,而地下水 可能遭受化糞池的污染

[1]

飲用水品質的優劣,直接影響到全國國民的健康,而學生每日至少有 8 小時在學校,學校飲用水品質安全衛生與否,直接影響全體教職員、學 生的健康。台灣進 20 年來就發生了多起學校供水系統汙染事件,例如民 國 82 年 9 月台中市某國小師生集體感染阿米巴痢疾、民國 87 年 9 月某省 立啟智教養院集體感染阿米巴痢疾、民國 96 年 11 月台中市某國小爆發痢 疾疫情等,上述事件多起因於學校供水系統管理上的不足所造成

[2]

大腸桿菌群為人與哺乳動物等腸內常存在的細菌,經常隨著糞便排出 因此,若在水中大量發現大腸桿菌,即可判斷此水源受到人類或動物糞便 所污染

[3]

,國內水源標準大腸桿菌群密度 (Coliform Group)為 50 CFU/100 mL,飲用水質標準為 6 CFU/100 mL,依飲水供應機環保標章規格標準規 定,國內飲水機出水水質大腸桿菌群應符合飲用水水質標準。

陰離子交換法去除硝酸鹽的原理是溶液中的 NO

3 -

通過與離子交換樹脂 上的 Cl

-

或 HCO

3 -

發生交換而去除。樹脂交換飽和後用 NaCl 或 NaHCO

3

溶 液再生。Philipot

[4] 等開發一種新的工藝,交換和再生同向進行,硝酸鹽的

濃度可以從 15.8 mg/L 降低到 5.7 mg/L,系統可以控制 NO

3 -

的洩露小於 3.4 mg/L,再生劑的用量為 90g NaCl /升樹脂。

近年來光譜分析廣為許多研究者所採用,包括螢光光譜儀及 UV 吸收

光譜儀

[5,6,7]

,利用該方法瞭解水樣有機物性質之差異。本研究配合總有機

碳測定儀進行水體中非揮發性之溶解性有機碳含量(Non-purgable dissolved organic carbon, NPDOC ) 之 測 定 , 並 透 螢 光 激 發 發 射 光 譜 (Excitation

(8)

Emission Fluorescence Matrix, EEFM),透過 Chen, W.之文獻之研究進行有 機物分群歸類

[8]

,進行水樣中有機物性質分析,比較校園內水源及飲用水 生物性及有機物性質之變化。

(9)

貳、研究目的

本研究針對屏東縣 10 所中小學校園,採集各校之水源及飲用水,進 行包括螢光激發發射光譜、紫外光吸收光譜、總有機碳(TOC)、分子量分 佈及生物性參數測定,希望藉由光譜之特性作為生物性參數之監控,提供 校園內飲水安全性之維護。

(10)

參、研究方法及重要參數

3.1 研究方法

本研究於 106 年 2 月 13 日至 106 年 2 月 17 日,針對屏東地區 10 所中小校園內學生常用洗手台用水,代表水源,與經淨化處理之學 生飲用水,進行化學性參數與生物性水質調查,其中一般參數與生 物性參數分析由台灣大學公共衛生系王根樹教授團隊進行分析,另 螢光光譜儀及 UV-VIS 吸收光譜儀、TOC 含量及分子量測定,則由 本團隊於實驗室進行分析。其中 9 所學校使用地下水及 1 所學校使 用山泉水,各校相對位置如圖 1。

圖 1 10 所校園相對位置圖 3.2 各校園之淨水程序

為避免造成困擾,本報告之學校名稱均使用代號,並區分為地

(11)

下水源及簡易自來水說明。

3.2.1 地下水 校園 1:

該校師生人數約 804 人,淨水程序:地下水→水塔→2 個匣式過 濾器→離子交換樹脂(海鹽再生設備)→加熱器→儲水桶→飲用水(含 紫外光及加熱系統)

校園 2:

該校師生人數約 180 人,淨水程序:地下水→PP 過濾→石英砂過 濾→活性碳過濾→離子交換樹脂→煮沸→紫外光殺菌燈→飲用水 校園 3:

該校師生人數約 160 人,淨水程序:地下水→石英砂過濾→活性 碳過濾→離子交換樹脂→RO 逆滲透→棉濾→紫外光殺菌→飲用水 校園 4:

該校師生人數約 30 人,淨水程序:地下水→儲水→PP 匣式過濾 器→2 道活性碳匣式過濾器→RO 膜→匣式活性碳(細)過濾器→飲用 水

校園 5:

該校師生人數約 450 人,淨水程序:地下水→5 噸水塔→石英砂 過濾→活性碳過濾→離子交換樹脂(海鹽反洗)→RO 逆滲透→2 個 PP 過濾→2 噸水塔→加壓器→PP 過濾→飲用水

校園 6:

該校師生人數約 540 人,淨水程序:地下水→水塔→石英砂過濾

→活性碳過濾→離子交換樹脂 (海鹽再生設備)→2 套匣式過濾器

→RO 膜→儲水桶→紫外光燈→飲用水 校園 7:

該校師生人數約 1030 人,淨水程序:地下水→水塔→過濾孔徑 5 微米之匣式棉質過濾網→匣式活性碳→匣式離子交換樹脂→RO 膜→

細顆粒活性碳→飲用水 校園 8:

該校師生人數約 104 人,淨水程序:地下水→水塔→PP 過濾器

→2 道活性碳過濾器→RO 膜→後製濾材→飲用水

(12)

校園 9:

該校師生人數約 65 人,淨水程序:地下水→水塔→離子交換樹 脂→PP 過濾→2 道活性碳過濾→RO 膜→儲水塔→加熱→儲水塔→紫 外光殺菌→飲用水

3.2.2 簡易自來水 校園 10:

該校師生人數約 85 人,淨水程序:簡易自來水→6 道過濾器→水 塔→PP 過濾器→2 道活性碳過濾器→RO 膜→紫外光殺菌→飲用水 3.3 重要參數分析

3.3.1 螢光激發發射光譜

所有樣本需經 0.22 μm 之濾膜(cellulose acetate, MFS, USA )過濾 後進行測定,螢光光譜儀(F-4500, Hitachi, Japan)之操作條件如表 1 所示。

表 1 全譜螢光掃描 (EEFM)之操作參數設定值

參數 條件

Measurement type 3-D scan Data mode Fluorescence EX Start – End WL 200 - 400 nm EM Start – End WL 250 - 550 nm EX & EM Slit 10 nm

Scan speed 2400 nm/min PMT Voltage 700 V

3.3.2 紫外光吸收光譜

所有樣本經 0.22 μm 之濾膜(cellulose acetate, MFS, USA )過濾後 進行測定,將紫外光及可光譜儀(U-2900, Hitachi,Japan)之波長範 圍設定於 200-600 nm,測定前使用實驗室之超純水置入樣品槽,進 行儀器歸零校正之步驟,隨後取約八分滿之水樣於一公分之石英比 色管中,將其置入樣品槽內,進行樣本分析。紫外光吸收光譜之操

(13)

作條件如表 2 所示。

表 2 紫外光及可見光譜儀參數設定值

參數 條件

Measurement type Wavelength scan

Data mode Abs

Start Wavelength 900 nm End Wavelength 200 nm Slit Width 1.5 nm Scan speed 400 nm/min

3.3.3 非揮發溶解性有機物(non-purgeable dissolved organic carbon, NPDOC)

本研究採TOC 測定儀(Lotix,Teledyne Tekmar, U.S.A)進行水中有 機碳含量之測定。 將樣本以 0.22 μm 濾膜 (Mixed cellulose ester, Advantec MFS Inc., Japan) 過濾,後將水樣放入 TOC 測定儀中進行 測定。將樣品擺放好後, TOC 測定儀自動將樣本吸取至儀器內,

自 動 酸 化 至 pH<2 後 , 注 入 裝 填 有 高 感 度 觸 媒 之 高 溫 爐 中 , 在 680℃下與氧氣反應生成 CO

2

,並藉載流氣體攜帶 CO

2

流經無機碳 反應器及除濕、降溫與乾燥,最後CO

2

送 至非分散紅外線吸收偵檢 器 (Non-dispersive Infrared Absorption Detector) 中並配合由一系列適 當濃度之 鄰苯二甲酸氫鉀(Potassium hydrogen phthalate, KHP)標準 溶液所得之檢量線,水樣在分析時,利用酸化及氣提方式 先行去除 無機碳之步驟, 去除揮發性有機物 (Purgeable organic matter),求 得樣本中非揮發溶解性有機碳含量(mg/ L)。

3.3.4 一般參數

pH、總溶解固體、硬度、硝酸鹽氮依據環檢所規範之方法進行

[8]

, pH: NIEA W424.52A ; 總 溶 解 固 體 : NIEA W210.58A ; 硬 度 : NIEAW208.51A;硝酸鹽氮: NIEA W419.51A。

(14)

3.3.5 生物性參數

三種生物性參數,包括水中大腸桿菌、水中大腸桿菌群及水中 糞便性大腸桿菌群,均參酌環保署公告之方法進行。水中大腸桿菌 mTEC 培養基檢測方法之濾膜法(NIEA E234.51C)係以 0.45 μm 孔徑 之濾膜過濾水樣,檢測大腸桿菌(Escherichia coli)。水樣過濾後置 於 mTEC 培 養 基 (modified membrane-Thermotolerant Escherichia coli Agar,縮寫為 modified mTEC Agar)上,於 35± 1℃培養 2 小時,再 以 44.5± 0.5℃培養 22~ 24 小時,大腸桿菌會形成紅色或紫紅色菌落。

水中大腸桿菌群(Coliform group)檢測方法之濾膜法(NIEA E230.54B) 係用濾膜檢測飲用水中好氧或兼性厭氧、革蘭氏染色陰性、不產芽 孢之大腸桿菌群(Coliform group)細菌。該群細菌在含有乳糖的 LES Endo agar 或 m-Endo broth 培養基上,於 35 ± 1℃培養 24 ± 2 小 時會產生具金屬光澤菌落。所有缺乏金屬光澤的菌落,均判定為非 大 腸 桿 菌 群 ; 水 中 糞 便 性 大 腸 桿 菌 群 檢 測 方 法 之 濾 膜 法 (NIEA E214.00C)係以濾膜過濾水樣,檢測水中糞便性大腸桿菌群(Fecal coliform)細菌。該群細菌在添加薔薇酸(Rosolic acid)的 M-FC 培 養基上,於 44.5±0.5℃培養 24±2 小時會形成藍色菌落,由菌落數計 算水中糞便性大腸桿菌群的數目。

(15)

肆、結果與討論

4.1 一般參數及生物性參數

環保署水源標準規定中沒有規定水源 pH 標準值,圖 2 (A)圖可 看出各校區之原水 pH 值都偏向中性,其值都在 6.5~8.5 之間。圖 2 (B)紅線為環保署水質標準規定之 pH 值範圍,其數值為 6.5~8,由圖 2(B)顯示校園 1、5、6、7、8 及 10 飲用水 pH 值在規定範圍內,校 園 2、3、4、9 飲用水 pH 值偏酸,其中校園 2 數值最低,為 5.8。一 般純淨水的 pH 值為 5.5~6.5,推測在淨水過程中使 pH 值降低,須利 用竹炭濾芯等相關物品提升 pH 值。

圖 2 各校園(A)水源;(B)飲用水之 pH 值

圖 3 顯示各校園之總溶解固體數值,數值越高,表示水中含有 的雜質越多,環保署水源標準及水質標準的標準值為 500 mg/L。圖 3 (A)圖中顯示校園 2、3、6 及 7 總溶解固體數值較高,其值在 250~300 mg/L 之間,校園 1、4、5、8 及 9 數值落在 150~250 mg/L 之間,此差異推測與水井之深度相關,校園 10 數值最低,其數值低 於 100 mg/L,因其使用簡易自來水,其水源屬山泉水,有較低之總 溶解固體物量。圖 3(B)顯示校園 1、3、4、8 及 10 飲用水中總溶解

(16)

固體物含量,均為 0 mg/L,顯示此區校園淨水設備可有效處理總溶 解固體物含量,校園 2、5、6 及 9 飲用水中含有一些總溶解固體物,

數值在 5~30 mg/L 之間,校園 7 飲用水中總溶解固體物數值最高,

其數值在 50~60 mg/L 之間,此類差異與系統操作時間長短、保養方 式及系統單元組合方式相關。

圖 3 各校園(A)水源;(B)飲用水之總溶解固體物

圖 4(A)圖中顯示校園 2 的原水硬度是小於 60 mg/L as CaCO

3

屬 於極軟水,校園 10 的原水硬度介於 60~120 mg/L as CaCO

3

屬於軟水,

校園 1、4、8 的原水硬度介於 120~180 mg/L as CaCO

3

屬於硬水,校 園 3、5、6、7、9 的原水硬度大於 180 mg/L as CaCO

3

屬於超硬水。

環保署規定之飲用水水質標準硬度要小於 300 mg/L as CaCO

3

,由(B) 圖中顯示處理過後各校園的飲用水硬度都小於 60 mg/L as CaCO

3

(17)

於極軟水,也都在規定數值內。

圖 4 各校園(A) 水源;(B)飲用水之硬度

環保署水源標準及水質標準規定飲用水中之硝酸鹽氮數值必須 小於 10 mg/L as N,圖 5 (A)圖中顯示各校園水源皆在規定標準內,

校園 2、5、7、9 及 10 原水中硝酸鹽氮值較低,數值在 0~2 mg as NO

3

- N/L 之間,校園 1、4、6 及 8 原水中硝酸鹽氮數值在 2~6 mg as NO

3

- N/L 之間,校園 10 原水中硝酸鹽氮數值最高,數值在 8~10 mg asNO

3

- N/L 之間,圖 5(B)圖中顯示各校園飲用水的硝酸鹽氮數值皆 在標準範圍內,數值皆小於 1 mg as NO

3

- N/L,顯示校園內淨水設施 對硝酸鹽氮值之控制能力佳,其中不含 RO 的校園 1 及 2 淨水流程含

(18)

有離子交換樹脂,因此也能有效控制硝酸鹽氮數值。

圖 5 各校園(A) 水源;(B)飲用水之 mg as NO

3

- N/L

圖 6 為各校園水源之生物性參數,該圖顯示的三種顏色,黑色 為 E. coli、紅色為大腸桿菌群(Coliform Group)與綠色為糞便性大腸 桿菌(Fecal Coliform)。環保署規定簡易自來水為水源之水中大腸桿 菌群密度(Coliform Group)必須低於 50 CFU/100 mL,為圖 6 中紅色 線,地下水為水源之水中大腸桿菌群密度必須低於 6 CFU/100 mL,

為圖 6 中藍色線,水質標準為 6 CFU/100 mL,各校之飲用水中均無 被檢測出大腸桿菌,故顯示校園內淨水設施對大腸桿菌群密度之控 制能力佳。

圖 6 中顯示在簡易自來水的部分,校園 10 水源水中大腸桿菌群 數值在 80~100 CFU/100 mL 之間,不符合規定,地下水部分,校園 1 及 5 數值大於 6,不符合規定,校園 6、8 及 9 水源中含有大腸桿菌 群,數值在 2~5 CFU/100 mL 之間,屬偏低,其他學校源水中均無被 檢測出大腸桿菌群。另校園 8 檢測出含有糞便性大腸桿菌,校園 1 含有糞便性大腸桿菌及 E. coli ,顯示水源處的環境衛生需要改善。

(19)

整體而言,大腸桿菌群數值 10 處採樣點,水源被檢測出含大腸 桿菌群數,共有 6 處,其中 3 處超過法令標準值,未測測出之比例 為 40%。在飲用水部分,10 處均未被檢測出含大腸桿菌群數。

圖 6 各校園水源之生物性參數

4.2 一般參數及生物性參數去除率

將原水的測值減掉飲用水的測值在除原水的測值乘以 100 %即 可得到各參數的去除率,去除率越接近 100 %代表校園處理飲用水 設備的維護及性能越好。

圖 7 為各校園參數之去除率,圖 7 (A)顯示校園 5、7 及 9 總溶解 固體物量去除率較低,並以校園 7 去除率最低,其值為 79 %,其他 校園淨水系統去除率都接近 100%,顯示此三處校園系統之 RO 系統 操作需再進行檢視其更換時間。圖 7(B)顯示校園 1、3、4、6、8 及 10 的硬度去除率高於 95 %,校園 5、7 及 9 去除率在 75~90 %之間,

此與 RO 系統操作長期操作,效能減弱相關,校園 2 硬度去除率最 低,數值為 71 %,該校園未使用 RO 系統,顯然離子交換樹脂之更 換頻率或再生需再檢視。圖 7(C)顯示校園 1、2、3、5、6 及 10 as NO

3

-N/L 去除率較高,數值在 90~100 %之間,校園 4 及 7 數值在 75~90 %之間,校園 9 去除率最低,數值為 71 %,校園 9 之 RO 系統

(20)

當然亦需要檢視。

圖 7(D)顯示校園 1 E. coli 去除率為 100 %,其他學校因原水及飲 用 水 E. coli 測 值 為 0 , 故 去 除 率 都 為 0 。 圖 7(E) 顯 示 校 園 1、5、6、8、9 及 10 大腸桿菌群去除率為 100 %,其他學校因原水 及飲用水大腸桿菌群測值為 0,故去除率都為 0。圖 7(F)顯示校園 1、5 及 8 糞便性大腸桿菌去除率為 100 %,其他學校因原水及飲用 水糞便性大腸桿菌測值為 0,故去除率都為 0。

圖 7 各校園(A)總溶解固體(B)硬度(C) 硝酸鹽氮(D) E. coli (E)大腸桿 菌群(F)糞便性大腸桿菌去除率

4.3 NPDOC 及 SUVA 值

圖 8 為各校園原水及飲用水之 NPDOC 數值,在圖 8(A)顯示水 源以校園 3 及 9 之 NPDOC 數值較高,其數值落在 1~1.2 mg-C/L,校 園 1、2、4、5、6、7 及 8 數值在 0.6~1 mg-C/L,校園 10 數值最低,

數值為 0.54 mg-C/L。在飲用水部分(圖 7B),校園 1、5、7 及 9 的飲 用水之中還是含有 NPDOC,其中校園 5、7 及 9 有 RO 系統,但仍 無法有效如其它校之 RO 系統有效控制 NPDOC 之值至 0;至於校園

(21)

1 因無 RO 系統及活性碳,故水源及飲用水之 NPDOC 並無明顯減少,

是可理解。

圖 8 各校園(A)原水;(B)飲用水之 NPDOC 值之比較

將各樣本所測得之 UV254(cm

-1

)值除以 DOC(mg/L),再乘 100 即 得 SUVA(L/mg-m)值,值大於 4 為大多為大分子之疏水性腐植質,

值 2~4 為疏水性與親水性分子混合,值小於 2 為非腐植質之小分子 親水性物質。圖 14(A)各校的原水值都小於 2,屬於非腐植質之小分 子親水性物質,但在飲用水部分(圖 9 B),除校園 1、5、7 及 9 被檢 測出 NPDOC,其餘校園均未被測出,故 SUVA 值無法計算,校園 7 及 9 的飲用水數值大於 4,理論 RO 系統可有效去除大分子之疏水性 腐植質,故兩校園 RO 系統出水之有機物,推測與進流水之有機物 性質不同,表示兩系統 RO 單元後之儲水單元或活性碳濾床有細菌 衍生釋放出的有機物所致。

(22)

圖 9 各校園(A)源水;(B)飲用水之 SUVA 值之比較

4.4 EEFM、腐植化指數(HIX)及生物指數(BIX)

文獻之研究將水中有機物EEFM 圖譜區分為五大類

[8]

, I 類對 應位置(200-250/ 280-330 nm) 屬芳香族蛋白質(酪胺酸) ;II 類對應位 置(200-250/330-380 nm) 屬芳香族蛋白質 (BOD

5

);III 類對應位置 (200-250/380-540 nm)為似黃酸;IV 類對應位置(250-340/280-380)屬 溶解性微生物產物之蛋白質(色胺酸);V 類對應位置(250-400/380- 540 nm) 屬似腐植酸。

圖10 及 11 為各校園原水及飲用水之 EEFM 圖,各校園原水波 鋒對應位置(Ex/Em)對應之螢光強度值的範圍,並整合為螢光波峰位 置及強度如表3 及表 4。

所有校園原水(表 3)I 類有機物波峰強度值明顯。IV 類有機物除 校園2 及 10,其他校園皆有明顯波峰強度值。另外校園 2、6、7、9 及10 含有 II 類有機物波峰值,校園 8 及 10 含有 III 類有機物波峰值。

表4 得知所有校園飲用水 I 類及 IV 類有機物波峰強度值明顯。

另外校園1、4、6、7、8 及 9 含有 II 類有機物波峰值,校園 7 含有

(23)

III 類有機物波峰值。

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0

2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

1 2

3 4

5 6

7 8

9 1 0

E m i s s i o n ( n m )

圖 10 各校園水源之螢光激發發射光譜圖之比較

(24)

表 3 各校園水源之螢光波峰位置及強度

(25)

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 1 8 0 2 1 0 2 4 0 2 7 0 3 0 0 3 3 0 3 6 0 3 9 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0

2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0

2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

I I I I I I

I V V

A B

C D

E F

G H

I J

E m i s s i o n ( n m )

圖 11 各校園飲用水之螢光激發發射光譜圖之比較

(26)

表 4 各校園飲用水之螢光波峰位置及強度

腐植化指數(HIX)可作為 DOM 中腐植化來源之判斷,其計算方 式是固定激發波長 254 nm,以高發射波長 435-480 nm 與低發射波長 300-345 進行相除

[12]

。HIX 小於 4 代表 CDOM 主要由生物活動產生,

腐植化較弱;介於 10 至 16 時 CDOM 主要由陸源產生。

圖 12 中顯示校園 1、3、4、5、6、7 及 9 水源數值低於 1,依序 為 0.94、0.74、0.31、0.52、0.93、0.81 及 0.66,校園 2 及 8 水源數值 在 1~2 之間,依序為 1.86 及 1.23,校園 10 原水數值大於 2,為 2.29 。 各 校 飲 用 水 之 HIX 數 值 都 低 於 1 , 數 值 依 序 為 0.48、0.46、0.37、0.69、0.75、0.27、0.4、0.49、0.67 及 0.45,其中 校園 4 及 5 經淨水程序後 HIX 數值變高。各校園之原水及飲用水 HIX 數值皆小於 4,屬水中原生生物或細菌之生長。

(27)

圖 12 各校園(A) 水源(B)飲用水水中有機物 HIX 值之比較 生物指數(BIX)可解釋水樣中有機物形成時間,其計算方式為固 定激發波長 310 nm,發射 380 nm 與 430 nm 相除

[13]

,BIX 介於 0.6 至 0.7 代 表 低 原 生 成 分 (theindex of recent autochthonous contribution);0.7 至 0.8 為具中度原生成分;0.8 至 1 為較強的原生 成分;大於 1 微生物或細菌活動產生。

圖 13 中顯示除校園 10 之原水外,其他各校園之原水及飲用水 BIX 數值皆大於 1,有機物屬生物性或水域原生細菌,校園 10 之原 水屬簡易自來水 BIX 數值為 0.82,介於 0.8 至 1 之間,有機物屬高度 細菌代謝物,低於使用地下水的數值。其中校園 1 之飲用水數值最 高,推測在儲水桶或處理程序中生長新微生物,使數值變高,需定 期維護及更換設備濾材。

(28)

圖 13 各校園(A) 水源(B)飲用水水中有機物 BIX 值之比較

(29)

伍、結論

1. 一般參數部分,校園 2、3、4 及 9 飲用水 pH 值偏酸,須利用提 升 pH 值相關物品改善。使用簡易自來水為水源之校園總溶解固 體值低於使用地下水為水源之校園。生物性參數部分,水源為 簡易自來水之校園水源測出大腸桿菌群數值超過法規標準,水 源為地下水的校園 1 及 5 大腸桿菌群數值超過法規標準,須對 水源處、儲水處及運送管線環境衛生做改善。

2. 校園 7 及校園 9 在各項參數之去除率都較低,校園 2 在硬度之 去除率較低,顯示校園水處理程序設備效能減低,需維護及更 換設備。

3. NPDOC 值顯 示未 含有 RO 處理 程序 之校 園 1 無法 降低 水中 NPDOC,其餘校園均為降低,與設備之性能及維護相關。

4. SUVA 值顯示各校的原水屬於非腐植質之小分子親水性物質,

校園 7 及校園 9 的飲用水在 RO 處理後仍屬於大分子之疏水性腐 植質,須對 RO 處理後之處理程序做出維護及更換,其他校園 飲用水屬於非腐植質之小分子親水性物質。

5. 各校水源及飲用水大部分以芳香族蛋白質(酪胺酸)及溶解性微 生物產物之蛋白質(色胺酸)之有機物為主,佔 90~100%,部分 校園水樣中含有芳香族蛋白質 (BOD

5

)之有機物。

6. 各校園之原水及飲用水 HIX 及 BIX 數值顯示水中有機物屬原生 生物或細菌生長之代謝物,其中校園 10 水源在 BIX 部分有機物 屬高度細菌代謝物,校園 1 飲用水在 BIX 值部分偏高,須清理 及更換處理程序之設備及濾材。

(30)

陸、參考文獻

1. 林明瑞(1996),“學校飲水衛生問題及設備之探討”,環境教 育會刊,29:4-30。

2. 陳綱建(2009),“南投縣國中小學飲用水水質問題剖析”,中 興大學環境工程學系所學位論文

3. 黃淑玲(2000),“台灣南部地區學校飲用水衛生之探討",高 雄醫學院公共衛生場所碩士論文。

4. Philpot J M and de Larminant G. Nitrate removal by ion exchange:

the ecodenit process and industrial scale facility at Binic (France).

Water Supply, 1988, 6: 45-50.

5. Chen, J., LeBoeuf, E. J., Dai, S., & Gu, B. (2003). Fluorescence spectroscopic studies of natural organic matter fractions.

Chemosphere, 50(5), 639-647.

6. Her, N., Amy, G., McKnight, D., Sohn, J., & Yoon, Y. (2003).

Characterization of DOM as a function of MW by fluorescence EEM and HPLC-SEC using UVA, DOC, and fluorescence detection. Water research, 37(17), 4295-4303.

7. Sazawa, K., Tachi, M., Wakimoto, T., Kawakami, T., Hata, N., Taguchi, S. and Kuramitz, H., 2011, “The Evaluation for Alterations of DOM Components from Upstream to Downstream Flow of Rivers in Toyama (Japan) Using Three-Dimensional Excitation- Emission Matrix Fluorescence Spectroscopy,” International Journal of Environmental Research and Public Health, Vol. 8, No. 5, pp.

1655-1670.

8. Chen, W.; Westerhoff, P.; Leenheer, J.A.; Booksh, K. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 5701–

5710. (2003)

9. Huguet,A., Vacher, L., Relexans, S.,Saubusse, S., Froidefond, J. M., and Parlanti, E. “Properties of fluorescent dissolved organic matter in the Gironde Estuary.”Organic Geochemistry,40,pp.706-719.(2009).

Figure

Updating...

References

Related subjects :