環境工程 - 導 論

地球環境 水文循環(hydrological cycle)

生物環境 (1)光合作用， (2)CO2循環， (3)分解， 三大作用所主導控制。

人為環境 範圍包括有： 都市開發、工業發展等。 其衝擊與效應為： 改變破壞原有之地球環境、生物環境等。

環境之基本定義： 依據我國環境基本法(第2條)對環境之定義如下所述： 環境，係指影響人類生存與發展之各種天然資源及經過人為影響之自然因素總稱，包括陽光、空氣、水、土壤、陸地、礦產、森林、野生生物、景觀及遊憩、社會經濟、文化、人文史蹟、自然遺蹟及自然生態系統等。

人類對環境的影響 (1)自然資源濫用 無限制攫取使用 —→ 環境惡化 (2)產生廢污未妥善處理

環境工程的發展演進 (1)人類歷史演進 (2)生存 人口稀少 ＋ 自然環境涵容能力 → 無問題 (No problem) (3)個人健康 自來水工程 例如: 羅馬輸水渠 下水道 例如: 羅馬、伊拉克

環境工程的發展演進 (4)衛生 工業革命 —→ 鑄鐵管鑄造 抽水機動力發明 淨水方法 衛生設備 惟限於衛生工程 —→自來水工程、 污水工程 (下水道工程)

環境工程的發展演進 (5)舒適、愉快、幸福的人生 經濟成長 (GNP增加) —→ 污染防治及環境衛生改善 環境工程 —→ 以工程方法控制改善人類生 活環境品質

環境工程之問題內涵 (1)工業及科技高度發展，人口集中都市 (2)潔淨飲水缺乏 (3)污水、工業廢水大量產生 (4)固體廢棄物 (5)空氣污染 (汽、機車，工廠 (6)重金屬污染 (土壤、河川、海洋) (7)噪音振動 利用工程知識與方法，以控制人類生活環境，改善生活品質。

環境工程之範圍 依據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO)定義: (甲)衛生工程 (Sanitary Engineering) (1)空氣污染防治 (2)水污染防治 (3)自來水供應 (4)污水的收集與排除及處理 (5)糞便的收集與處理

環境工程之範圍 (6)固體廢棄物（垃圾）的收集與 處理 (7)房屋衛生 (8)食品衛生 (9)傳染病媒昆蟲與動物之防制 (10)放射性物質的處理 (11)一般環境衛生的管理

環境工程之目的 依據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO)定義: (乙)環境工程(Environmental Engineering) 應用科學原理，解決環境問題的工程而擴展至保護環境。 保護人類不至於受不利環境因子的影響。 保護環境不受因人類活動而可能造成之危害。 改進環境品質、增進人類的健康與幸福。

環境工程之內容 依據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO)定義: (1)水之處理 (2)污水之處理 (3)垃圾之處理 (4)水污染之防治 (5)空氣污染之防治 (6)惡臭之防治

環境工程之內容 (7)噪音及振動之防治 (8)工業廢水之處理 (9)放射性污染之處理 (10)環境衛生之維護 例如: 住家、 學校… (10)環境衛生之維護 例如: 住家、 學校… (11)環境與生態保育

全球性重要環境問題 (1)臭氧層破壞 (2)溫室效應 (3)酸雨 (4)海洋污染 (5)有害廢棄物之越境移動 (6)熱帶雨林減少 (7)沙漠化

臭氧層概述： (1)臭氧層(平流層) 離地面20~50公里 (2)臭氧吸收紫外線 (Ultraviolet light, UV) 屏蔽地表面生物

臭氧特性描述 (1)臭氧(ozone)之結構是由三個氧原子 組成的化合物，由化學方面來看，它與人類無時無刻所吸取而賴以生存的氧氣係為「兄弟」關係。 (2)與氧氣比較，臭氧的活性高很多，而且它是一種沸點十分低的淺藍色氣體。

臭氧特性描述 (3)在大氣層中，氧氣可以說是無處不在的，相反地，臭氧只在距離地面20至50公里的地方 (平流層) 出現。 (4)臭氧在大氣內所佔的百分比很少，如果將大氣層的所有臭氧擠壓，它們所佔的厚度只有3毫米！ (5)臭氧在大氣所佔的比例十分少，但是它對人類是十分重要的。

臭氧的生成原因 (1) 我們只可以在距離地面20至50公里 (平流層內) 的高空找到臭氧，它基本上不會出現於大氣表面的， (2) 在上述的高空才有足夠能量把氧分子 (Oxygen molecule)分解為氧原子 (Oxygen atom)，而氧原子是產生臭氧的主要元素。

臭氧的生成原因 (3) 把氧分子分解為氧原子所需要的激發能為波長175 至 200 奈米的太陽光（註︰1奈米為十億分之一米，），而帶有此波長的太陽光只會在距離地面20至50公里的上空出現。 (4) 當氧分子分解為氧原子後，由於氧原子的活性很高，所以它會和鄰近的氧分子結合，生成含有三個氧原子的臭氧。

臭氧的生成原因 (5) 臭氧的活性也是很高的，波長為250至 310奈米的太陽光可以把其分解。 (6) 臭氧生成後會稍後被分解為氧原子及氧分子。如此一來，臭氧便在20至50公里上空不斷生成及分解，從而達至化學平衡狀態。

臭氧的作用 (1) 它吸收紫外線的能力，更加可以使地球上的生物免受有害太陽紫外線的直接影響。 (2) 紫外線的定義為波長200 至 380奈米的光線。這波段的光線，也包含在太陽光內的。 (3) 波長為250至 310奈米的太陽光會用來分解臭氧，因此200 至 380奈米這段波長的光線 (紫外線)便不能抵達地球的表面，進而保護生物免受這段有害紫外線的影響。

臭氧層破壞元兇 (3) 氟氯碳化物 (CFCs) 氯原子破壞臭氧分子，為連鎖反應 例如: 南極上空 (4) 氟氯碳化物，氣化溫度低，性質安定 例如: 冷媒、發泡劑、噴霧罐、 電子器材洗潔劑

臭氧破洞之形成 極及北極臭氧洞的出現，分別是由多位科學家於1985年及1988年所發現的。 實際上情況是不至於出現臭氧「洞」這樣嚴重的，只不過是該處的臭氧含量相對於其他地方低很多而已。 很多科學家分別提出不同的理論來解釋臭氧洞的出現，其中涉及氯氟化碳(Chlorofluorocarbon，簡稱CFC )的理論最為人所接受。

南極大氣層臭氧濃度分佈

臭氧破洞之形成 氯氟化碳是由一間美國大公司於1930年所發明的，它是一種無色、無味、無嗅的氣體，而且它們的活性十分低，半衰期 (Half-life) 超過100年。 氯氟化碳一直用來製造雪種、壓縮氣樽的推進劑及作為乾洗及清潔電路板的溶劑。 在70年代，科學家發現它有破壞臭氧層的潛能，所以它漸漸被其他物品取代。到了今天，除醫學用途外，氯氟化碳經已被禁止使用。

臭氧破洞之形成 氯氟化碳的活性十分低，但是它們到達地球的平流層時，便能與太陽光發生化學反應，釋出氯的自由基 (Chloride radical)。 氯的自由基非常活躍，而且破壞臭氧的能力十分強，每一個氯的自由基能夠分解成10000個臭氧分子。 在正常的情況下，活躍的氯自由基會與其他化合物結合，產生沒有破壞臭氧能力的「貯積化合物」 (Reservoir compound)。

臭氧破洞在極地上空出現之原因 極地臭氧洞的出現是與極地獨特的氣象有關的。 極地臭氧洞的問題，在南極的春天時分（九至十月）最為嚴重。在南極的冬季，氣溫十分低，可低至零下八十度，而且南極的冬季（六至八月）是三個月長的黑夜。在這既黑又寒冷的地方會有利一種稱為「極地平流層冰晶雲」 (Polar Stratospheric Clouds，簡稱PSC) 的生成。它的生成。 南極獨有的氣象便是極地環流 (Circumpolar vortex) 的存在，它使南極的氣流活動局限在南極本身，即是南極的氣層不能與其他氣層進行大氣交換。

臭氧破洞在極地上空出現之原因 南極的冬天能使PSC生成，它的作用是當太陽光出現於南極春天時提供一個渠道給氯自由基從「貯積化合物」釋放出來，氯自由基進而破壞臭氧。極地環流便能使臭氧破壞後不能被在附近大氣的臭氧補充。 這兩種現象的同時出現使到臭氧的破壞速率遠高於其生成的速率，因此「臭氧洞」便會出現。到了南極的夏天（十二月到翌年二月），極地環流便會減弱，外來的含臭氧空氣得以補充所破壞的臭氧，最後使臭氧含量回復到正常的水平。

臭氧層破壞後對環境影響 (1)人類罹患皮膚癌機率增加 (2)人類罹患白內障機率增加 (3)降低免疫力 (4)抑制植物生長，農產品減產 (5)淺海浮游生物致命影響 (6)大氣中化學反應趨於活潑 (7)大氣污染更嚴重 (8)建築材料加速劣化

臭氧層破壞問題之解決： 1987年蒙特婁議定書，管制氟氯碳化物 找尋氟氯碳化物替代品 例如: 氫氟碳化物 (HFCs) 氫氯氟碳化物 (HCFCs) 積極行動之採取： (1)配合蒙特婁議定書。 (2)加強宣導，使用替代品。

溫室效應 溫室氣體增加，造成地球暖化危機

溫室氣體與種類 溫室氣體: 具有能吸收地表向外輻射之紅外線之氣體謂之 溫室氣體種類 例如: 二氧化碳 (CO2) 甲烷(CH４) 一氧化二氮(N2O) 臭氧(O３) 氟氯碳化合物(CFCs)

溫室氣體--二氧化碳 二氧化碳佔溫室氣體 83% 化碳濃度約 280 ppm 目前已突破 350 ppm 約增加 25%

溫室效應對地球影響之環境 (1)海平面上升，淹沒沿海城市陸地 例如: 若溫度上升1.5~3.5 o C， 則海平面將上升20~110公分 (2)農業 例如: 作物高溫障害 病蟲害 漁場變化 畜牧繁殖力

京都議定書（Kyoto Protocol） 係1997年在日本京都所召開之氣候變化綱要公約第三次締約國會議(Conference of Parties III, COP3)中通過，規定至2010年，各國需將二氧化碳排放量降至1990年標準。 台灣地區目前二氧化碳排放量居世界第二十六名，若能源結構未調整改變，則四年後將躍升第十五名，超過2010年之標準甚多，遑論回歸1990年標準。因此若無法達到目標，屆時將需支付龐大之碳稅，且面臨國際間之貿易制裁，對國家經濟之發展有強烈不利之影響。

酸雨名稱與分類 「酸雨」，顧名思義，雨是酸的。其正確的名稱應為「酸性沈降」， 酸雨可分為「濕沈降」與「乾沈降」兩大類. 「濕沈降」指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物，隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者.

酸雨名稱與分類 「乾沈降」則是指在不下雨的日子，從空中降下來的落塵所帶的酸性物質而言。 在化學上定義水之pH(酸鹼)值等於七為中性，小於則是酸性。自然大氣中含有大量二氧化碳，二氧化碳在常溫時溶解於雨水中並達到氣液相平衡後，雨水之酸鹼值約為 5.6，因此大自然的雨水是酸的.

酸雨定義 在大自然中，仍存在其他致酸的物質，例如，火山爆發所噴出的硫化氫，海洋所釋放出的二甲基硫，高空閃電所導致之氮氧化物等，均會使雨水進一步酸化，而酸鹼值會降至 5.0 左右。因此，在一九八○年代後期以來，許多國內外（包含環保署研究報告）研究者，已將所謂「酸雨」認知為當雨水酸鹼值在 5.0 以下時，即確定受到人為酸性污染物的影響。 在環保署研究報告中，已統一雨水酸鹼值達 5.0以下時，正式定義為「酸雨」。

酸雨之成因 雨水溶有二氧化碳 微酸性 PH = 5.6 一般降雨若 PH < 5.0，算是酸雨 廢氣含硫氧化物(SOX)，硫酸根離子 氮氧化物(NOX)，硝酸根離子

酸化污染物自然來源及人為來源

台灣地區雨水pH值分布圖

酸雨對環境之影響 (1)湖泊魚類生物 例如: 瑞典,美國東北部, 陽明山夢幻湖 PH < 3, 宜蘭翠峰湖, 雙連埤南橫天池 (2)森林生存 例如: 德國西南部黑森林

酸雨對環境之影響 (3)建築物與古蹟之侵蝕 例如:希臘雅典之神殿古蹟之石材 (4)土壤酸化 將溶解出土壤中之有害金屬 (5)傷害人體皮膚、眼睛 (6)隨氣流飄移擴散，跨國性環境污染問題

酸雨之防治對策 (1)污染者付費，減少二氧化硫排放 (2)燃煤、石油電廠、工廠廢氣排放量與品質管制 (3)將發電廠、石化廠、或水泥廠等所產生之二氧化碳，加以回收，經由集氣管線，從地表面注氣井以高壓方式注入地下一千五百公尺至二千公尺之蓋岩層與水層之間之空隙，藉以封存二氧化碳。此即所謂二氧化碳地下封存技術。

二氧化碳地下封存技術 適合之蓋岩層質地必須密緻，且下方有含水層，而非僅夠深即可。 美國能源部調查德州等地廢棄之油氣田，發現估計可封存全美電廠約三百四十年之二氧化碳排放量。 北海地區地下亦有足夠空間封存全歐洲電廠燃燒八百年所排放之二氧化碳。

海洋污染 (一) 油污染 油輪,海域輸油管線,海域油井鑽探, 港口儲油槽 (二) 塑膠製品 (海岸垃圾) (三) 毒性化學物質 (四) 有機氯農藥 例如: DDT, 多氯聯苯 (PCBs) 食物鏈 (毒性累積)

有害廢棄物之越境移動 1988年3月，挪威貨輪在非洲西海岸幾內亞港口，卸下 ”製磚塊原料”貨櫃。係美國賓州垃圾焚化爐灰燼(含重金屬，戴奧辛等)。 柬埔寨 台塑汞污泥事件 北韓 台電核廢料

熱帶與林之功用 (1)調節熱量 (氣溫) (2)調節水分 (3)吸收二氧化碳 (4)釋放氧氣 (5)減緩溫室效應

熱帶雨林減少 熱帶與林具有豐富之生物資源，其佔有世界2/3物種 森林破壞  土壤惡化  生態破壞  復原難

沙漠化成因 (1)氣候 (2)人為 (過度放牧)

草原土地環境沙漠化之過程演變 畜牧過度  草減少  土壤裸露 (土壤夯實家畜踐踏  不毛之地)  下雨沖蝕  有機質流失 (草更不易生長) 　　漸趨沙漠化

沙漠化結果 造成土地生物生產力減退、破壞

環境永續發展 永續發展係指做到滿足當代需求，同時不損及後代滿足其需要之發展。

環境永續發展之方法 (甲) 體認 (1)自然資源有限 (2)人是自然一部分，需遵守 自然法 則，學習與自然共存。 (乙) 實踐 (丙) 保育 (丁) 再循環

環境永續發展之方法 (戊) 再生性資源之運用 例如: 樹木、 風能、太陽能、 生物能、資源回收利用 (己) 人口控制

環境與生態系統彈性之維護 從湖泊、珊瑚礁和海洋到森林和旱地等不同環境與生態系統，都會從一種狀態突然轉變為另一種狀態，而形成強烈對比的穩定狀態。 這種轉變通常是由明顯的事件誘發的，但其內在的原因常常是，例如由氣候變化和池塘或湖泊的優養化等較慢的過程所造成的條件的逐漸變化，因而使得環境與生態系統喪失了彈性。 將生態環境保護的努力集中在維持這些生態系統的彈性上，要比常見的控制擾動的作法更實用，成本更低。

我國環境基法意義 民國91年12月11日，總統公佈《環境基本法》 意義不僅是在於法條所揭示的環境觀點，更在於諸多環保先進的理念，得以落實在法律制度上；使得我國永續發展的訴求實現有期。

我國環境基本法理想 我國這部「環境憲法」所揭櫫的理想，包括: (1)「國家環境日」的訂定、 (2)「政府政策環境影響評估」的落實、 (3)民眾團體得以向法院提起「公民訴訟」、成立專責的環境資源部會、 (4)「非核家園」的終極目標、 (5)管制二氧化碳排放、

我國環境基本法理想 (6)降低溫室效應氣體、 (7)「建立環境監測網及預警制度」、 (8)落實「污染者付費」制度， (9)「環境保護優先」精義的強調。

我國環境基本法內容 該法全文41條，共分為五章，分別為 (1)第一章：總則； (2)第二章：規劃及保護； (3)第三章：防制及救濟； (4)第四章：輔導、監督及獎懲； (5)第五章：附則。

環境日 第40條列出規定： 為促使國民、事業及各級政府深植環境保護理念，共同關懷環境問題，特訂定六月五日為環境日。