國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系

1 國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系

環境工程概論(Introduction to Environmental Engineering)

環境變遷與永續發展環境倫理全球環境問題風險與風險評估永續發展


環境倫理• 人類“自我”的程

度減低了嗎 ? • • 環境倫理包括”生

命和非生命” ? • • 何謂生態 ?

– Communities + abiotic environment


與生活習習相關的地球生態保育問題• 熱帶雨林的消失

• 酸雨現象

• 溫室效應

•

•

• 臭氧層的破壞

化學反應式 CFC + hν → Cl Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

淨反應 O3 + O → 2O2

*CFC is a catalyst

酸雨下的林木


熱帶雨林 (Tropical rain forest)


熱帶雨林 (Tropical rain forest)特徵• 分佈

V 赤道附近 V 佔地表面積 7%

•

• 年雨量 V 150-1000 公分 V

• 溫度 V 白天 : 30-35 oC

V 夜晚 : 20-25 oC

V

• 林木終年常青


多層次的生態系統• 生物多樣性

Anoconda地表層

灌木層

中間層

冠層

外露層

Dendrobatid Frogs

Anteater

Squirrel monkey

Blue and Yellow Macaw


雨林消失的原因、問題與解決之道• 消失原因

V 火耕、木材、開礦、升火煮飯 •

• 雨林中的生物涵括了地球一半以上的物種，同時負擔淨化大氣的功能，雨林逐漸消失代表物種逐漸滅絕、大氣調節功能破壞、溫室效應加速。

• 解決之道 V 永續耕作 V 生態觀光


酸雨 (Acid Rain)


酸雨現象• 酸沉降分

V 濕沈降 V 乾沈降 V

• 來源 •

• 致酸鹼物質

SO2-4

石化工業、火力電廠、燃燒

Na+ 、 Cl- 、 Mg2+

海洋的海水飛沫

NO3- 工廠高溫燃燒過程、

交通工具排放 Ca2+ 、 K+ 塵土

　　 NH4+ 農藥噴灑

人為致酸物質人為致鹼物質


pH值

可樂的 pH 值 = ?


酸雨的危害 • 禿頭

V 尚未証實 • 呼吸問題

V 二氧化硫和二氧化氮會引起哮喘、乾咳、頭痛、和眼睛、鼻子、喉嚨的過敏。

• 有毒金屬溶出 V 酸雨溶解在水中、土中的有毒金屬被水果，菜蔬和動物的組織吸收後被人食入。例如，累積在動物器官和組織中的汞與腦損傷和神經混亂有關聯的 ; 又，鋁與腎臟的問題及老年癡呆症的疾病有關。

• 建築物和雕像的毀損 • 對植物的傷害


酸雨的影響


酸雨在台灣• 在環保署研究報告中，雨水酸鹼值達 5.0( 課本為 5.6) 以下時，

正式定義為「酸雨」 •

• 主要污染物 V SO2, NOx

•

• 分佈圖 V 全台地區降雨發生酸雨的機率為 52% ，台北地區則為 85% ，高雄地區為 74%


酸雨解決之道• 從燃料著手

V 酸性污染主要來自含硫的燃料，因此預先對燃料脫硫，可以降低 SO2

的排放。　 • 攔截在煙道之中

V 這種方法是使用固態或液態化學物質，從排放廢氣的煙道中吸收 SO2

和氮氧化物，常用來吸收二氧化硫和氮氧化物 (NOx) 的吸附劑有石灰、活性碳、氧化錳、氨水及氧化鎂等。

• 控制汽車的質與量 V 交通工具所排放的氮氧化物是酸性物質的主要來源，台灣車輛密度是世界之冠，因此管制排氣不良的烏賊車，控制車數量的增長，是淨化台灣空氣的要必要行動之一。

• 國際間的合作 V 酸雨是世界性環境問題，因此要加強國際間的合作，共同限制 SO2和

氮氧化物的排放量，才能有效地達成抑制酸雨的目標。


地球溫暖化 (Global Warming)溫室效應 (Green House Effect)


溫室效應成因


溫室氣體來源、消失路徑及影響溫室氣體來源消失路徑對氣候的影響

二氧化碳 (CO2)

1) 燃料 2) 改變土地的使用（砍伐森林）

1) 被海洋吸收 2) 植物的光合作用

吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中 O3 的濃度

甲烷 (CH4)

1) 生物體的燃燒 2) 腸道發酵作用 3) 水稻

1) 和 OH 起化學作用 2) 被土壤內的微生物吸取

吸收紅外線輻射，影響對流層中O3 及 OH 的濃度，影響平流層中O3 和 H2O 的濃度，產生 CO2

一氧化二氮 (N2O)

1) 生物體的燃燒 2) 燃料 3) 化肥

1) 被土壤吸取 2) 在大氣平流層中被光線分解與及和 O 起化學作用

吸收紅外線輻射，影響大氣平流層中 O3 的濃度

臭氧 (O3) 光線令 O2 產生光化作用

與 NOx ， ClOx 及 HOx 等化合物的催化反應吸收紫外光及紅外線輻射

一氧化碳 (CO)

1) 植物排放 2) 人工排放（交通運輸和工業）

1) 被土壤吸取 2) 和 OH 起化學作用

影響平流層中 O3 和 OH 的循環，產生 CO2

氯氟碳化合物 (CFCs)

工業生產在對流層中不易被分解，但在平流層中會被光線分解和跟 O 產生化學作用

吸收紅外線輻射，影響平流層中 O3 的濃度

二氧化硫 (SO2)

1) 火山活動 2) 煤及生物體的燃燒

1) 乾和濕沉降 2) 與 OH 產生化學作用

形成懸浮粒子而散射太陽輻射


溫室氣體留存期 ( 年 ) 20 年 100 年 500 年

二氧化碳 (CO2) 未能確定 1 1 1

甲烷 (CH4) 12.0 62 23 7

一氧化二氮 (N2O) 114 275 296 156

氯氟碳化合物 (CFCs) -- -- -- --

i) CFCl3 (CFC-11) 45 6300 4600 1600

ii) CF2Cl2 (CFC-12) 100 10200 10600 5200

iii) CClF3 (CFC-13) 640 10000 14000 16300

iv) C2F3Cl3 (CFC-113) 85 6100 6000 2700

v) C2F4Cl2 (CFC-114) 300 7500 9800 8700

vi) C2F5Cl (CFC-115) 1700 4900 7200 9900


溫室效應的影響• 全球變暖

V 溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外，地球的氣候因此需要轉變來使吸取和釋放輻射的份量達至新的平衡。這轉變可包括‘全球性’的地球表面及大氣低層變暖，利用複雜的氣候模式，‘政府間氣候變化專門委員會’估計全球的地面平均氣溫會在 2100 年上升 1.4至 5.8 度。

V

• 海平面升高 V 有兩種過程會導致海平面升高 : 第一種是海水受熱膨脹令水平面上升，第二種是冰川和格陵蘭及南極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。


台灣現況• 經濟部能源委員會的資料顯示， 1990 年台灣地區能源供給結構中，含 V碳高的能源如煤炭與石油的總耗用量高達 78%

V無碳能源如核能與再生能源 ( 包括水力與新能源 )則僅占 14% 及 4%

• 展望公元 2000 年 V煤炭與石油的消耗量仍將占總能源供給的 74%

V核能與再生能源則分別佔占 12% 與 3%

• 其中含碳量最高的煤炭所占比例不降反增；自 1990年的 23.6%提升至 2000 年的 29.2% 。此意味著台灣地區在未來能源整體供給規劃上，勢將無法有效抑低二氧化碳的排放數量。


溫室效應的防制策略• 調整能源及電源結構

– 擴大使用天然氣，以改善區域空氣品質，並減少二氧化碳之排放。 – 加強開發替代能源，例如地熱、水力、風能、核能、太陽能、天然氣之取得及使用。

– 加強電力負載管理，減少尖峰用電需求。 – 加強推動節約能源計畫。

• 調整產業結構 – 鼓勵業者發展低耗能、低污染之產業，加強改善或淘汰高耗能、高污染之產業，

加強產業升級 – 調整能源價格，以價差推動產業加強提升能源使用效率 – 進行高耗能、高污染產業的二氧化碳排放削減 – 增強法規及經濟誘因，鼓勵產業界發展省能源、高效率設備及器具，以提升能

源使用效率，並減少廢熱之排放 – 發展大眾運輸系統，以達節約能源及減輕空氣污染 – 擴大綠化，優先植林，以增加吸收二氧化碳 – 配合蒙特利議定書之規定，按管制期程，減少其他溫室效應氣體之排放 – 溫室效應氣體排放削減技術之開發


臭氧層 (Ozone Layer)

臭氧層位於平流層 (stratosphere) ，即離地面 20-30 公里處之臭氧濃度最

高


臭氧殺手• 氟氯碳化物 (CHClF2)

– 廣泛使用在家庭、汽車和商用空調設備中的冷凍劑及罐裝氣膠噴沫的的推進劑；並用於電子工業中的清潔溶劑、醫學設備中的消毒劑、塑膠發泡劑

• 海龍 (halon; CH3Br) – 含溴化合物，用於手提式的滅火器，以及電腦室、博物館、電信局和銀行所使用的緊急滅火系統中、是另一組在地面時很穩定但是能存在很久的化學藥品。它們與大氣中臭氧的反應性甚至比氟氯碳化物還要強

•

• 氯仿 (CHCl3) 和四氯化碳 (CCl4) – 佔所有破壞臭氧的化學排放量的 13% 。 – 氯仿廣泛的被當成溶劑來使用，尤其是用來清洗金屬。 – 四氯化碳用來製造氟氯碳化物，而且也可以當溶劑使用，主要是在東歐和發展

中國家。這兩種化學藥品不像海龍與氟氯碳化物一樣受目前國際條約的管制。但除非這兩種化學藥品也列入管制，否則它們的使用量將會成長


破壞機制

• 氟氯碳化物和化學藥品海龍 (halons) 上升至同溫層，日光將它們分解，再由旋風將分解後的化合物往北吹到北極。

• 這些化學物質附著在北極上空形成的結晶雲層，然後停留在緩慢移動的冬季旋風中。

• 極地寒冷陰暗的冬季裡，冰雲捕捉並去除大氣中的氮化合物，否則這些氮化合物將會阻礙臭氧的破壞。

• 當春天陽光再次照耀時，氯分子和溴分子與臭氧快速地反應，每一個氯分子或溴分子足以破壞數十萬的臭氧分子。

化學反應式 CFC + hν → Cl Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

淨反應 O3 + O → 2O2

*CFC is a catalyst


新聞報導

• 2000.12.04 溫室效應拖累臭氧層修復工作至少20年 • 2000.10.07 聯合國氣象專家：南極臭氧層破洞15年來最大

• 2000.09.08南極臭氧層破洞擴大面積比美國領土大3倍 • 2000.09.05日氣象廳：南極臭氧層出現史上最大破洞

• 2000.07.05 臭氧層破洞禍延部分植物基因突變 • 2000.05.26氟氯碳化物排放雖止臭氧層破洞難補

• 2000.04.11紫外線太傷人 10 時至 14 時少見天日 • 2000.04.05北極上空臭氧層嚴重破壞威脅北歐

http://www.burningearth.idv.tw/o3/new_page_104.htm












蒙特利議定書• 1985

V 聯合國環境規劃署 (UNEP)召集世界各國共商對策，共有 28個國家於維也納達成保護臭氧層協議 (Vienna Convention) 。

• 1987 V 於加拿大蒙特利市由全世界二十六個國家共同簽署「蒙特利破壞臭氧層物質管制議定書

(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer) 」﹐管制氟氯碳化物使用之國際公約，也於 1989 年 1月起正式生效。

• 1990 V 在倫敦召開之蒙特利議定書締約國第二次會議，擴大列管物質，除原先列管之氯氟碳化

物 -11 、氯氟碳化物 -12 、氯氟碳化物 -113 、氯氟碳化物 -114 、氯氟碳化物 -115 等五項及三項海龍外，另增加氯氟碳化物 -13等 10 種，四氯化碳及三氯乙烷，計 12 種化學物質，並加速管制時程，提前於 2000 年完全禁用氟氯碳化物、海龍及四氯化碳。

• 1992 V 在丹麥哥本哈根召開之第四次締約國大會，決議將氟氯碳化物禁產時程提前於 1996 年 1月起實施，而消費量除必要用途外應減為零。

• 之後 V Copenhagen Amendment (1992), Montreal Amendment (1997), and Beijing Amendment (1999)


能源、潔淨能源 (clean energy)• 目前世界每年電力耗用 12兆瓦，其中 85%靠燃燒化石油料 ;

50 年後年總電力需求約 30兆瓦。

• 可用之能量來源 – 水力

• 量太低，不足日常使用。 – 風能

• 需架設在偏遠地區，要有新的電力傳送系統，如低溫超導電纜 – 太陽能

• 產 10兆瓦需 6個台灣大的光面板 (42-56%轉換率 ) – 再生能源

• 生物氫能仍有二氧化碳產生 ; 電解水產氫不經濟。 – 核分裂

• 鈾有限，如每年 10兆瓦，可提供約 30 年電力 – 核熔合

• 技術尚待加強 – 能量衛星 (power satellite)

• 利用太陽能板產生直流電轉成微波送至地球後，再將之轉回電能的方式提供能量。如每年 10兆瓦，則需有 660個能量衛星在地球 3萬 5千公尺上方處繞行。


生物多樣性 (biodiversity)• 生物的特性

– 快速成長 ; 形形色色 ; 討厭污染

• 物種的消失 – 美國地球之友、美國綠色和平組織、雨林行動網、野生生命保護者以

及生物多樣性法律基金會等共 18個物種保護組織向人們發出的警告。他們說，今天物種滅亡的速度要比自然速度快一萬倍，達到了每天 50種到 100 種的驚人速度，是過去 6500萬年以來的最快的，就美國而言，它有 1/3 的物種面臨著消失的威脅，其中包括大約 5000 種花卉植物、150 種淡水蝦類、 98 種兩棲動物、 113 種鳥類、 70 種哺乳動物以及 318 種魚類

• 物種保育現況 – 自 1992 年「地球高峰會議」後，迄今 (1998)已有近 180個國家簽署了

「生物多樣性公約」，積極展開生物保育與永續利用之工作


• 熱帶雨林 (38 min)

•

• 雨林 / 酸雨 (30 min)

•

• 地球溫暖化與臭氧層問題 (30 min)

介紹影片


環境風險評估• 任何事件隱藏有風險，例如 :

– Aspirin • Avoid: it causes stomach ulcers • Use: it reduces the risk of stroke

– Alcohol • Red wine reduces the chances of a heart attack • Alcohol is dangerous to your health

– Certain substances • Buy fire-retardant pajamas/wrinkle-free clothes for your children • Fire-retardant/wrinkle-free materials may be carcinogenic

• • 風險是機率問題 • • 風險去除是不切實際的，但風險管理是必須的


風險來源與評估• Risk= function of dose and exposure


效應與劑量關係• (a) 有劑量即有效應產生 • (b) 低劑量無效應 • (c) 非線性劑量 / 效應關係


暴露路徑


致癌物 /非致癌物風險• 致癌物 (risk < one in a million)

V V V

•

• 非致癌物 (hazard quotient < 1)

•

factor) slope(cancer x intake)daily (chronic

risk lifetime excess Individual

RfD

dosedaily chronicHQ


生態風險評估三步驟


永續發展 (sustainable development)

• 「人類有能力使開發持續下去，符合當代需要發展 ; 而此發展不應損及後代子孫追求其本身需要的能力」 ( 聯合國環境與發展大會 UNCED 1992)

• • 內涵

– Fairness ( 公平性 ) – Sustainability ( 永續性 ) – Commonality (共通性 ) – Development not “growth” ( 發展而非成長 )

Documents

國立高雄第一科技大學 環境與安全衛生工程系

國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程系