C007 自然科學概論　第六版 Chapter 8 環境保與污染防治 編著：杜平泉、方　慧、杜鳳棋、吳鎰州 　　　唐幼華、柴御清、蔡忠賢.

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1 C007 自然科學概論　第六版 Chapter 8 環境保與污染防治 編著：杜平泉、方　慧、杜鳳棋、吳鎰州 　　　唐幼華、柴御清、蔡忠賢

2 章 節 簡 介 8-1 我們脆弱的地球 8-2 人口的膨脹 8-3 土壤的敗壞 8-4 水污染 8-5 空氣污染 8-6 平流層臭氧的衰竭
章　 節　 簡　 介 8-1　我們脆弱的地球 8-2　人口的膨脹 8-3　土壤的敗壞 8-4　水污染 8-5　空氣污染 8-6　平流層臭氧的衰竭 8-7　全球暖化現象 8-8　物種的滅絕 8-9　拯救地球之道 學習摘要

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4 8-1 我們脆弱的地球 對於這個星球的破壞，我們可以依人口的膨 脹、土壤的敗壞、水質的污染、空氣的污染
、平流層臭氧的衰竭、全球暖化現象，以及 物種的滅絕等觀點來探討。

5 8-2 人口的膨脹 目前全世界的人口數已逾60億 ( )人口的增長率每年約1.7%。在公元1850年時，世界的人口才10億，我們可以想像出人口膨脹是何等的快速。 任何數目若依一定的比率增加，增加的數目將成指數級數增加。依照下列的公式，人口在公元2040年時 ( 如圖8-2)，將為2000年的兩倍 (70/1.7=41.2)。 數目加倍所需要的年數=70/增加的比率。

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7 8-2 人口的膨脹 人口成長的現象沒有預期的快，天然資源消 耗的速度也將因為人口的快速遞增，而呈指 數級數增加，這些天然資源包括森林、礦產
、土壤、水資源等。而天然資源的快速消耗 ，使得預防措施不足或天然資源再生的速度 ，將不及消耗或破壞的速度，因此土壤的敗 壞、水質的污染、空氣的惡化、生物的絕種 等伴隨而來，使得地球的生態環境嚴重遭到 破壞。

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9 8-3 土壤的敗壞 土壤污染防治的工作十分重要。由於土壤污染與空氣污染、水污染、有害固體廢棄物處理不當有密切關係。因此有效的預防方法，必須兼顧水污染及空氣污染的防治工作，同時做好有害廢棄物的處理及處置，則可有效的減少土壤受污染的機會。 若土壤已受污染，在整治方面應使土壤中污染物活性鈍化，並積極進行受污染土壤的改良及復育，將受污染的土壤挖除，換上乾淨土壤也可種植具有強吸收重金屬的非食用作物，如棉、麻、花卉等，使土壤中的重金屬含量減少而恢復成可供耕種的土壤。

10 8-4 水 污 染 人類的排泄物，一向是造成水污染的第一個因素。自古為了取水方便，人類總是逐水而居，而取之於水、用之於水之外，也將排泄物傾注期間，導致病毒或微生物於水中大量滋養繁殖，造成嚴重的水污染，進而演變成大瘟疫。 水污染源的種類可分為：(1) 病原體；(2) 耗氧性廢棄物；(3) 養分；(4) 懸浮物；(5) 鹽類或重金屬；(6) 農藥等 ( 如圖8-4)。

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12 8-4 水 污 染 病原體 導致疾病發生的微生物稱為病原體 (disease ca-using agents)，常見的寄生性及繁殖於水體中之病原體，計有霍亂、痢疾、傷寒等細菌，以及肝炎、小兒麻痺等病毒，導致阿米巴痢疾或梨型蟲病的原生動物，與引起住血吸蟲症與龍型蟲症的寄生蟲。

13 8-4 水 污 染 病原體 受污染的水通常攜帶水媒病害 (waterborne dise-ase) 或水接觸病害 (water-contact disease) 兩類病毒。 水媒病害之病原體，需經過人或畜牲的口而進入病患體內，如傷寒、霍亂、痢疾、肝炎等；水接觸病害之疾病，則不需經動物的攝食，而以接觸的方式吸附於生物體的皮膚上，穿透後進入血液中，讓生物體遭受感染的病原體如住血吸蟲，全球目前大約有2億人感染到此類病原體。

14 8-4 水 污 染 耗氧性廢棄物 水族性動物或植物，需靠著溶於水中微薄的氧氣呼吸。氧氣不易溶於水，且溶於水中飽和溶氧的量受溫度及水的深度而定，如海平面上 1 升水中含氧氣量約為 9 mg。 若流入河川或湖泊的有機廢棄物增加，水中的含氧量將由於有機廢棄物的氧化而降低。通常耗氧性廢棄物 (oxygen-consuming wastes)，皆以人與牲畜的排泄物、市鎮家庭廢水、食品、造紙等之工業廢水為主。當溶氧值下降時，水族類生物將遭受威脅甚至死亡 ( 如圖8-5 )。

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16 8-4 水 污 染 優氧化 市鎮廢水、工業廢水及農業施肥、農藥的逕流水都會使得湖泊內營養 ( 如：N、P、K等元素 ) 增加而促進藻類大量生長，導致水質惡化。一旦水中藻類繁殖過甚或腐敗死亡，都會使水體產生惡臭、淤塞而降低溶氧量。氧氣不足時，生活在湖底部的魚群極易死亡，在嚴重的缺氧下，產生硫化氫，且原本以沈澱物存在的鐵 (Fe)、錳 ( Mn ) 等金屬元素也被游離出來，這對生態環境會造成極大的破壞。這種因水中養分過高的現象，謂之 “ 優養化” ( 如圖8-6 )。

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18 8-4 水 污 染 優氧化 氮、磷的主要來源有市鎮家庭的廢水、畜牧業排放廢水、化學肥料等，酸雨也會造成水中含氮量的增加，而含磷的清潔劑或洗衣粉則也會造成水中的含磷量增加現象。

19 8-4 水 污 染 懸浮物 森林的砍伐、市鎮的開發，犁田、耕種、開挖礦產等，都將使得河川及湖泊水中懸浮物 (suspe-nded solids) 大量增加，其中以市鎮的開發所造成水污染的現象最為嚴重 。 水中懸浮物的增加，使得水的透光度降低，導致水中的光合作用遞減，水中植物即大量凋謝使含氧量降低，最後威脅到水族生物的生存。

20 8-4 水 污 染 鹽類和重金屬 分析水中含鹽量稱為總溶解固體量 ( total disso-lved solids；TDS )，一般所謂飲用水是指 TDS 值在500毫克 / 升以內，淡水為1500 毫克 / 升，而海水大約為30,000~34,000毫克 / 升。 工業廢水或大量的使用農藥，都會使得土壤及地下水中重金屬及鹽類的含量增加。

21 8-5 空氣污染 大氣含有一種或多種以上的污染物質，如落塵、燻煙、氣體、露滴、臭味、煙霧或蒸氣等，其存在之量、特性與時間之長短，危害到人類植物及動物之生命時，稱為空氣污染 (air pollution)。 主要空氣污染物質有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物 (volatile organic compounds； VOCs) 以及懸浮粒子等五種 ( 如圖8-7)，稱為一級空氣污染物 (primary air pollutants)。

22 8-5 空氣污染 一級空氣污染物與空氣中的成份起化學變化 ，產生第二類的污染物，稱為二級空氣污染
　，產生第二類的污染物，稱為二級空氣污染 　物 (secondary air pollutants)。 二級污染物包括硫酸、硫酸化合物、硝酸、 　硝酸化合物、臭氧，以及其他化學反應所產 　生之化合物，例如甲醛、丙醯醛、過氧硝酸 　乙醯酯 (PAN)。

23 8-5 空氣污染 一氧化碳 一氧化碳 (CO) 主要來源為車輛、火力發電廠、固體廢棄物堆積場等，其中車輛為一氧化碳產生之最主要來源，所佔比率約為 65.7% ( 如圖8-7)。

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25 8-5 空氣污染 二氧化硫 二氧化硫為產生酸雨之主要物質之一。二氧化硫的固定污染源，主要由燃料如重油及煤炭等的燃燒而來，其中以火力發電所產生的比率最大，約為79.7% ( 如圖8-7)。 二氧化硫為無色，有強烈刺激味道的毒性氣體，二氧化硫易導致呼吸系統的疾病。二氧化硫於空氣中與氧作用繼續氧化成三氧化硫，再與空氣中的水蒸氣結合變成硫酸，為酸雨 (acid rain) 的一種成份： 　　　　　2SO2+O2→2SO3 　　　　　SO3+H2O→H2SO4

26 8-5 空氣污染 二氧化硫 硫酸隨著降雨或重力的影響，而被土壤、湖泊及河川所吸收，使得土壤酸化，降低森林的增長率及植物的生產力，並使得水族類停止繁殖及水中植物枯萎等現象。

27 8-5 空氣污染 氮氧化物 氮氧化物(NOX)為酸雨的另種來源，主要的污染源是汽車及火力發電廠 ( 如圖8-7)，所產生的氮氧化物比率各佔55.8% 與39.7%。 空氣中的氧及氮氣是相當安定的氣體，但在高溫如燃燒爐或引擎室內，兩者將反應產生一氧化氮，一氧化氮進入空氣中再和氧氣作用將產生二氧化氮。一氧化氮和二氧化氮合稱氮氧化物： 　　　　　　N2O2→2NO 　　　　　　2NO+O2→2NO2

28 8-5 空氣污染 氮氧化物 二氧化氮於大氣中與水氣結合而產生硝酸。亦為酸雨的主要成份： 4NO2+2H2O+O2→4HNO3
二氧化氮為紅棕色的有毒氣體，帶有強烈刺鼻刺眼的味道。吸入二氧化氮將造成肺部嚴重受損，若吸入二氧化氮濃度200 ppm以上的氣體時將會有死亡之虞。

29 8-5 空氣污染 揮發性有機物 (VOCs) 空氣中的揮發性有機物，主要由汽車 ( 如圖8-8 ) 及加工製造業而來(如圖8-7)，兩者之比率分別為34.6 與43.8%。至於顏料廠、油漆廠及洗滌服務業等有機溶劑的蒸發，也是產生揮發性有機物的來源。 揮發性有機物為產生光化學煙霧的主要物質 ( 如圖8-9 )。光化學煙霧常會造成呼吸系統的疾病，如刺眼、咳嗽、氣喘、頭痛、胸部緊壓等現象。

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32 8-5 空氣污染 懸浮微粒 大氣中任何散佈的固體或液體粒子，其粒徑小於或等於10微米，以表示，稱為懸浮微粒 (suspe-nded particles )。粒徑大於10微米者，會受重力影響而落下，稱為落塵。懸浮微粒依物理及化學特性可概略區分 ( 如表8-1)。 懸浮微粒的來源可分為兩類，分別為自然來源與人為來源。自然來源包括森林火災、火山爆發、灰塵、花粉孢子、細菌、霉菌等，而人為來源主要由工業製造、營建工程、車輛等引起。

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34 8-6 平流層臭氧的衰竭 大氣中平流層的臭氧(O3)，具有阻隔99% 的紫外線到達地球表面的功能。這項阻隔的作用，使得人類得以避免皮膚癌、眼癌、白內障以及免疫系統功能障礙等疾病的侵襲，也保護住地球上植物、水族類動植物，以及其他陸地動物免遭受到紫外線的破壞。 破壞臭氧的主要化學物質為氟氯碳化物 ，氟氯碳化物 ( CFCs ) 是相當穩定、無毒性且無燃性的化合物，廣被用為冰箱以及冷氣機的冷媒、噴髮膠和除臭劑，也被用於微電路的清洗劑。

35 8-7 全球暖化現象 太陽能以無線電波、微波、紅外線、可見光 、紫外線、Ｘ射線等不同的方式，大量的輻 射至地球。
由於大氣的氣體以及浮於大氣中的微粒子，阻隔了約一半的輻射線進到地球表面，至於另外50%的輻射線雖然被地表面吸收，最後大部分又再被輻射回太空，這些再被輻射回太空的輻射線都屬於紅外射線。

36 8-7 全球暖化現象 輻射線回大氣層的紅外線，被大氣中的溫室氣體 ( greenhouse gases ) ，如：二氧化碳(CO2)、甲烷 (CH4) 、氧化亞氮 (N2O) 、水 ( H2O )、氟氯碳化物 ( CFCs ) 等所吸收，將使得大氣的溫度升高，這種現象稱為溫室效應 (greenhouse effect) ( 如圖8-10)。

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40 8-7 全球暖化現象 氣象學家以分析過去地球溫度的資料，發現二氧化碳的含量的確和大氣的溫度有相當的關聯性，當大氣中二氧化碳濃度低時，大氣溫度明顯下降，但若濃度增加時，大氣溫度也跟著提昇 (如圖8-12)，兩者呈現明顯的相關聯性。

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42 8-8 物種的滅絕 地球形成到今天，已有約99% 的物種 (species)，從地球上永遠消失掉，顯示出滅絕 (extinction) 似乎是絕大多數物種的最終命運。 物種遭滅絕消失的因素有：基因突變、遭遇巨大天然災害、棲息地消失、引進外來物種及過度獵捕。第一類是在環境突然改變時，物種無法產生基因突變，以抗衡環境的突然變異而遭滅絕，如台灣早期的雲豹、鮭魚等；第二類為無法抗拒的天然災害如火山爆發、隕石撞擊地球等，使得物種突然遭到致命的衝擊，從它的棲息地突然消失，如恐龍於中生代末期突然消失。

43 8-9 拯救地球之道 人類意識到地球的脆弱，瞭解到沒有健康的地球就沒有人類生存的空間，因此環境保護的觀念和環保意識的提昇，都比二十年前來得強烈，今天所面臨的環境生態上的問題，許多大城市依然籠罩在高度污染的煙霧中，河川和湖泊仍承受著未經妥善處理的工業廢水以及有毒化學物品，港口及海灘大量遭受到原油的污染，大氣中二氧化碳不斷增加，氟氯碳化物依然大量存在於臭氧層中等等問題依然存在且比以前更嚴重，因此更積極的污染防治以及落實環境保護與生態的工作，乃是人類一致共同的目標。

44 8-9-1 空氣污染的防治 1.研究開發無污染或污染性低的能源：
　由於大量依賴化石燃料，導致空氣的惡化，因此研究石化能源的替代科技，是勢在必行的趨勢，如以太陽能系統、風電系統及光電系統及開發安全性高的核能電廠，來減低對於煤及石油的消耗量。 2.抑制有害氣體的生產與排放： 　為了有效減低 CFCs 的使用量，全世界 24 個國家曾於公元1987年於加拿大蒙特婁簽訂蒙特婁公約 ，要求於公元1998年CFCs的使用量需降為1986 年使用量的一半，因此開發能源消耗小又無污染現象而可以取代 CFCs 的新冷媒，乃是首要的目標和工作。 3.鼓勵育林與減少砍伐： 復育森林有助於減少空氣中二氧化碳的含量，減低大氣的溫度，進而減少空氣調節器的負擔 ( 如圖8-13)。

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46 8-9-2 水污染的防治 工業廢水、家庭污水及農牧業的排放水均是水污染的主要污染源，因此盡量減少廢水的排放，是水污染防治最根本的方法，如改變製程或處理方法，以減少廢水的產生、廢水再循環使用、廢水中回收重金屬、廢水分類並落實管理方法、農藥使用量的抑制、有效控制高污染的牧業等，都是該努力的方向。 此外不當的固體廢棄物的掩埋 ( 如圖8-14)，亦為水污染的原因之一，規劃完善的掩埋場與合乎標準的焚化爐，乃是解決固體廢棄物造成水污染的方法。

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48 8-9-3 土壤的維護 土壤的污染防治，最高的原則當然是避免過量的污染源進入土壤中，因此土壤的污染容量之研究需積極進行，同時嚴格控制排入土壤之放流標準，並避免用污水灌溉田地。 為使土壤不至於遭到大規模的破壞，需設立較嚴謹的法規，以有效管制土壤不當使用，如禁止高爾夫球場的大量濫建，並避免無止境的開發新市鎮等。

49 8-9-4 保護物種免遭絕種 保護野生動物及稀有植物免遭滅絕的命運，可以從三方面來著手： (1) 立法以保護此類物種之棲息地；
(2) 嚴訂狩獵季節、狩獵數目並設定物種之 繁殖目標； (3) 成立保護區，以保護瀕臨滅絕之野生動 物及稀有植物 ( 如圖8-15)。

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51 學 習 摘 要 1. 對於地球的破壞，我們可以依人口的膨脹、水質的污染、空氣的污染、土壤的敗壞以及物種的滅絕等觀點來探討。
學 習 摘 要 1. 對於地球的破壞，我們可以依人口的膨脹、水質的污染、空氣的污染、土壤的敗壞以及物種的滅絕等觀點來探討。 2. 目前全世界的人口逾60億，人口的增長率大約每年1.7%。 3. 天然資源包括森林、土壤、水資源等。 4. 天然資源的快速消耗，使得預防措施不足或天然資源再生的速度不及消耗或破壞的速度，因此土壤的劣化、水質的污染、空氣的惡化、生物的絕種等伴隨而來，使得地球的生態環境嚴重遭到破壞。

52 學 習 摘 要 5. 人類的排泄物，一向是造成水污染的第一個因素。
學 習 摘 要 5. 人類的排泄物，一向是造成水污染的第一個因素。 6. 水污染源的種類：(1) 病原體；(2) 耗氧性廢棄物；(3) 養分；(4) 懸浮物；(5) 鹽類或重金屬；(6) 農藥等。 7. 導致疾病發生的微生物稱為病原體。常見的寄生性及繁殖於水體中之病原體有霍亂、痢疾、傷寒等細菌，肝炎、小兒麻痺等病毒，導致阿米巴痢疾或梨型蟲病的原生動物與引起住血吸蟲症與龍型蟲症的寄生蟲。

53 學 習 摘 要 8. 受污染的水通常攜帶兩類病毒： 9. 優養化現象：水中養分過高的現象。 (1)水媒病害：需經過人或畜牲的口，而進入病患
學 習 摘 要 8. 受污染的水通常攜帶兩類病毒： (1)水媒病害：需經過人或畜牲的口，而進入病患 體內，如傷寒、霍亂、痢疾、肝炎等之病原體； 水接觸病害：不須經動物的攝食，而以接觸的方式吸附於生物體的皮膚上，穿透後，進入血液中讓生物體遭受感染的病原體如住血吸蟲。 9. 優養化現象：水中養分過高的現象。

54 學 習 摘 要 10. 森林的砍伐、市鎮的開發，犁田、耕種、開挖礦產等，都將使得河川及湖泊中水中懸浮物大量增加，其中以市鎮的開發所造成水污染的現象最為嚴重。 11. 總溶解固體量 (TDS)：水中含鹽量之總稱。 12. 一般所謂飲用水是指 TDS 值在 500 毫克 / 升以內，淡水為 1500毫克 / 升，而海水大約為 30,000 ~ 34,000毫克 / 升。

55 學 習 摘 要 13.空氣污染：大氣含一種或多種以上的污染物質，如落塵、燻煙、氣體、露滴、臭味、煙霧或蒸氣等，其存在之量、特性與時間之長短，危害到人類植物及動物之生命。 14. 一級空氣污染物：空氣中之一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物以及懸浮粒子等五種之通稱。 15. 二級空氣污染物：一級空氣污染物與空氣中的成份起化學變化，產生第二類的污染物之通稱。二級污染物包括硫酸、硫酸化合物、硝酸、硝酸化合物、臭氧和其他光合作用下產生之化合物。

56 學 習 摘 要 16. 污染源： (1) 一氧化碳：主要來源為車輛、火力發電廠、固體廢棄物堆積場等，其中車輛為最主要來源，所佔比率約為 65.7%。 (2) 二氧化硫：主要來源為燃料如重油及煤炭等的燃燒而來，其中以火力發電所產生的比率最大，約為 79.7%。 (3) 氮氧化物：主要來源為汽車及火力發電廠，所產生的氮氧化物比率各佔 55.8% 與 39.7%。

57 學 習 摘 要 16. 污染源： (4) 揮發性有機物：主要由汽車及加工製造業而來，兩者之比率分別為 34.6 與 43.8%。至於顏料廠、油漆廠及洗滌服務業等有機溶劑的蒸發也是污染的來源。 懸浮微粒：來源可分為兩類： 自然來源：包括森林火災、火山爆發、灰塵、 花粉孢子、細菌、霉菌等。 人為來源：主要由工業製造、營建工程、車輛 等引起。

58 學 習 摘 要 17. 溫室效應：輻射回大氣層的紅外線，被大氣中的溫室氣體如二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氟氯碳化物等所吸收，使得大氣的溫度升高之現象。 18. 空氣污染的防治： (1) 研究開發無污染或污染性低的能源； (2) 抑制有害氣體的生產與排放； (3) 鼓勵育林與減少砍伐。 19. 盡量減少廢水的排放，是水污染防治最根本的方法。

59 學 習 摘 要 20. 土壤的污染防治，最高的原則是避免過量的污染源進入土壤中。
學 習 摘 要 20. 土壤的污染防治，最高的原則是避免過量的污染源進入土壤中。 21. 保護野生動物及稀有植物免遭滅絕的命運，可以從三方面來著手： (1) 立法以保護此類物種之棲息地； (2) 嚴訂狩獵季節、狩獵數目並設定物種之繁殖目標； (3) 成立保護區，以保護瀕臨滅絕之野生動物及稀有植物。