及人中學本位課程 日月潭校區 環境中的化學.

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1 及人中學本位課程 日月潭校區 環境中的化學

2 大觀水力 發電廠 明潭水力 發電廠 再生能源指的是來源無所匱乏的能源，要讓人類能在地球上永續發展，再生能源是必須的。目前，人們所使用的再生能源技術包括太陽能、風能、地熱能、水力能、潮汐能、海洋熱能轉換、生質能。除了火力和核能發電(非再生能源)之外，其中水力發電是台灣最主要的再生能源發電形式，約占總發電量的5%，產值約190萬千瓦。

3 大觀水力發電廠 大觀發電廠位於車埕及水里上方，並分為二廠，一所慣常水力發電廠（簡稱大觀一廠）及一所抽蓄水力發電廠（簡稱大觀二廠），兩廠合稱為大觀發電廠，發電用水均來自日月潭。潭水來自濁水溪上游，在南投縣仁愛鄉武界地區築壩攔水，經13,727公尺長之隧道，引注於日月潭，形成離槽水庫，滿水面積8.3平方公里，最大水深27公尺，最大儲水量可達一億四仟二百四十萬立方公尺。

4 明潭抽蓄水力發電廠 明潭抽蓄發電廠位於南投縣，管轄濁水溪流域之明潭抽蓄、水里、北山、濁水等機組及鉅工分廠。共十三部機，總裝置容量達 千瓦。其中明潭抽蓄機組總裝置容量1602千瓦，為亞洲第一，全球第四大之抽蓄發電廠。 明潭抽蓄發電廠距大觀二廠下池壩下游約四公里處，是利用水里溪河谷依地形築起大壩，以日月潭為上池，攔日月潭沖下的水，水里溪築壩為下池，形成的人工湖泊，利用夜間剩餘電能自下池將存水抽貯於上池，至尖峰時段再由上池放水發電，貯存於下池。 日月潭就是此發電廠的「上池」，發電廠旁的水域為「下池」，

5 水力發電原理 當位於高處的水（具有位能）往低處流動時位能轉換為動能，此時裝設在水道低處的水輪機，因水流的動能推動葉片而轉動（機械能），如果將水輪機連接發電機，就能帶動發電機的轉動將機械能轉換為電能。 水力發電一般可分為川流式、調整池式、水壩（庫）式及抽蓄式發電。抽蓄式發電是在白天用電尖峰時水庫放水發電，夜間時則利用過剩的電力，把水抽上水庫（電能轉換為位能），以供白天用電尖峰時發電。

6 水力發電簡圖

7 抽蓄水力發電之概念 深夜用電約僅白天的六成，故於深夜用電量少時必有剩餘，但白天尖峰時段之發電量又常不足，抽蓄機組恰可利用離峰時剩餘之電能，抽取下池之水貯存於上池，於尖峰時再利用上池放水發電，以補充系統尖峰發電量之不足，也就是把深夜多餘的電能，轉變為水的位能儲存起來，供第二天白天使用。 抽蓄發電除可增加尖峰時之發電量，提高發電機組之效率及降低系統成本外，並可隨時調整系統之電壓與頻率，必要時更可緊急發電或停止抽水，以補充因大容量機組故障而不足之電力以免限電，確保供電品質，故抽蓄發電實為目前實施負載管理調節系統尖峰與離峰用電量最佳方式。

8 台灣的水力發電-發展有限 水力發電是「再生能源」中的一種。目前在台灣，水力發電約占總發電量的5%，產值約190萬千瓦。以台灣的面積而言，這樣的比例並不算低。 在水力發電設施方面，由於台灣的水庫開發已達飽和，能開發的地方幾乎都已經開發了。若還要再興建大型的水庫或水力發電廠，一定會侵入國家公園用地或保護區，勢必對環境造成極大的傷害。反之，小型的水力發電設施較不會破壞環境。故此，台灣水力發電應以小型、小規模的開發方向為主。 話雖如此，但由於台灣的土地資源並不餘裕，小型水力發電的發展空間卻也有限。誠如我們現今所開發的電廠，亦多屬數千或一萬多千瓦規模的水力發電站。畢竟，發電的瓦數越大，對於環境的傷害也就越大。

9 水力發電之優缺點 優點: 1.可以重複使用且取之不盡 單位成本低 水能轉換成電能的效率是90% 不會造成空氣污染 可以用來生產氫氣 缺點: 1.建築費用相當高 在河川土築水壩，會破壞河川的生態 很難找到適合築水壩的地點

10 水力發電對自然環境的影響 巨大的水庫可能引起地表的活動，甚至有可能誘發地震。
此外，還會引起流域水文上的改變，如下游水位降低或來自上游的泥沙減少等。 水庫建成後，由於蒸發量大，氣候涼爽且較穩定，降雨量減少。

11 水力發電對生態的影響 對陸生動物而言，水庫建成後，可能會造成大量的野生動植物被淹沒死亡，甚至全部滅絕。
對水生動物而言，由於上游生態環境的改變，會使魚類受到影響，導致滅絕或種群數量減少。 同時，由於上游水域面積的擴大，使某些生物的棲息地點增加，如釘螺。進而使得一些地區性疾病(如血吸蟲病) 創造了有利的蔓延條件。

12 水力發電對物化性質的影響 流入和流出水庫的水在顏色和氣味等物理化學性質方面會發生改變。 水庫中各層水的密度、溫度、甚至熔解氧等有所不同。
深層水的水溫低，而且沉積庫底的有機物不能充分氧化而處於厭氧分解，故水體的二氧化碳含量明顯增加。

13 日月潭

14 日月潭萬人泳渡 日月潭泳渡活動參加人數超過2 萬人，已達飽和程度，顯然已對日月潭水質 生態環境造成汙染與破壞。

15 日月潭萬人泳渡後 煮菜免放鹽 垃圾大增 衝擊環境 遊客湧進 增排汙量 2010年8月4日
萬人泳渡對魚池鄉飲用水質帶來衝擊，岸上垃圾也是大增，魚池鄉公所統計活動當天垃圾量從九萬噸增加到十一萬噸，至於人群所造成的水質影響，因活動前後缺乏嚴格檢測處理，讓鄉民憂心飲用水受污染。 魚池鄉公所說，不反對在日月潭中舉辦大型觀光活動，希望能分散活動的泳客人潮，給魚池鄉鄉民乾淨的水喝。 遊客湧進 增排汙量 黃有來表示，魚池鄉十三村中除東光村，其餘十二村的民生用水為日月潭潭水，曾向自來水公司反映日月潭水質不佳，希望能另覓水源，水公司保證潭水經淨化處理後水質沒問題，但鄉民還是不放心。 鄉公所認為，除了萬人泳渡活動，日月潭水上遊憩活動多，加上餐、旅館排放汙水未經處理就排入潭內，令鄉民對於取用潭水飲用感到心裡不安，泳渡活動一下子湧進可觀人潮，都質疑主辦單位究竟有無在活動前後做好水質檢測把關，至少讓民眾能夠心安。 2010年8月4日

16 汙染日月潭 涵碧樓挨罰 2007年12月21日 環保署指出，日月潭區內符合水汙染防治法管制對象的飯店有六家：涵碧樓、日月潭教師會館、天廬育樂、日月潭青年活動中心、水沙蓮飯店、中信酒店。 過去三年的稽查紀錄，除了中信酒店、日月潭教師會館外，其他四家都曾因廢汙水處理不當被罰。 環保署表示，四家飯店中以涵碧樓違法次數最多、違法情節也較嚴重。據指出，去年初前環保署長張國龍接獲一名自稱涵碧樓離職員工的檢舉信，指涵碧樓的廢汙水未依法處理到符合放流水標準，卻藉由與大量乾淨水稀釋後排放，且詳細繪出稀釋管線位置圖。 依水汙法規定，廢水必須處理到符合放流水標準後才能排放，藉稀釋降低水中汙染濃度已違法，可處六到六十萬元罰款。

17 ◤涵碧樓飯店後方暗管排廢水 ◣水社碼頭岸邊商家排汙水管

18 船屋激增排汙水日月潭生態災難 2010年09月27日 船屋急速崛起，霸佔日月潭。大量遊客入住，令污水大量排入日月潭，部分沒有公德心的遊客更隨意棄置垃圾，污染日月潭生態環境。南投縣農業處長表示，由於船屋是日月潭的獨特現象，縣政府原希望訂定自治條例納管，但兩度送議會審議都不獲通過，農業處預定下月四日召集水利署、台電及日月潭風景管理處開會討論違法船屋的管理權責。 日月潭遭受污染，亦引起本港環保團體關注。綠色力量總幹事文志森指出，日月潭是死水潭，即不連接其他河流或大海，其自淨能力極低，一旦遭污染，後果不堪設想：「日月潭不能透過潮汐漲退去排污，只能透過蒸發、落雨去淨化，但速度極慢，往往要四、五年時間。台灣當局應立即打撈固體廢物，再淨化潭水。」

19 日月潭船屋

20 水汙染種類與影響 種 類 來 源 影 響 廢熱 工廠和核能電廠所使用的冷卻水。 使得水溫升高、溶氧減少，進而改變生態如珊瑚白化。 需氧廢料
種　　類 來　　　　　　　源 影　　　響 廢熱 工廠和核能電廠所使用的冷卻水。 使得水溫升高、溶氧減少，進而改變生態如珊瑚白化。 需氧廢料 動物廢料、腐敗植物與工廠有機廢水。 溶氧減少，使汙水呈現髒臭的現象，並使水中生物缺氧。 清潔劑 及 植物營養素 清潔劑與農藥、生活廢水、工廠、肥料。 直鏈的易被分解（軟性清潔劑） 分枝的不易被分解（硬性清潔劑） (1) 清潔劑的碳鏈為直鏈時，稱為軟性清潔劑，可被細菌分解，但易降低溶氧量。 (2) 清潔劑的碳鏈為支鏈時，稱為硬性清潔劑，難被細菌分解，且易造成泡沫汙染。 (3) 含有磷酸鹽，為植物養料，導致水質優養化。 重金屬 (1) 砷（As）——來自地下水。 (2) 鉛（Pb）——來自油漆及鉛製器皿。 (3) 鎘（Cd）——電鍍工廠、電池。 (4) 汞（Hg）——日光燈，含汞農藥、電池。 鎘——痛痛病； 鉛——腦損害； 砷——烏腳病； 汞——水俣病 懸浮物質 草木及垃圾 水質不良、惡臭。

21 廢熱汙染 ◤ 珊瑚白化 ◥ 珊瑚像五彩繽紛的百摺裙 ◢

22 有機廢水及懸浮物質汙染 ◤ 養豬場廢水臭氣沖天 工業有機廢料 ◥ 垃圾汙染 ◢

23 清潔劑及植物營養素 ◤ 油汙泡沫汙染 ◥ 優養化 ◢

24 重金屬 ◤ 痛痛病 痛痛症，又稱疼痛病、痛痛病、骨痛病，是1950年發生在日本富山縣的世界最早的鎘中毒事件。鎘中毒導致骨骼軟化（骨質疏鬆症）及腎功能衰竭。病名來自患者由中毒之病人將會全身骨骼疼痛，幾天後病人的近端腎小管被破壞，導致腎臟萎縮，產生尿毒症。且大量流失鈣質，易發生骨折現象。於關節和脊骨極度痛楚而發出的叫喊聲（日文：「痛い、痛い」）。 烏腳病，為1950年代末期，臺灣西南沿海地區特有的末梢血管阻塞疾病，因患者雙足發黑而得名。其中又以八掌溪下游南北兩岸的嘉義縣布袋鎮、義竹鄉及臺南縣學甲鎮、北門鄉等四個濱海鄉鎮案例最多。 烏腳病很早就確定為飲用深井水有關，隨著自來水普及後病患已大幅減少。而當地深井水中含有高量砷，因此被懷疑是可能之致病因，但烏腳病其真正致病原因仍未明確。 初期由於四肢末端血液不流通，無法獲得足夠之營養及氧氣，皮膚會變成蒼白或紫紅色。患者會感到末端麻痺、發冷及發紺等症狀，若受壓迫就會產生刺痛感，有時亦會間歇性跛行等。 病情更進一步會造成靜止組織的營養缺乏，產生劇烈的疼痛。其疼痛程度可讓活人生不如死－痛到顏面變形、身體扭曲、在地上打滾。此時症狀為趾部發黑、潰爛、發炎，甚至造成壞疽再自然脫落。嚴重者發炎區域會擴散，腳組織可能悉數壞死，祇能以手術切除。 水俁病由於工廠排放汙水，使有機水銀經過海生物分級濃縮，最後使人體累積至一定程度而發病。受害的主要器官為大腦皮質，主要症狀有隧道視野、運動失調震顫、語言障礙等。 烏腳病 ◥ 水俣病 ◢

25 日月潭汙水廠位置圖 日月潭污水處理系統乃擇依日月潭區人口群聚、遊客密集之水社商圈及伊達邵商圈，分別設置水社廠與日月廠及其下水道系統。
交通部觀光局日月潭國家風景區管理處於2005年動工興建水社、伊達邵二地區之汙水收集管線系統及汙水廠，將鄰近之一般旅館、餐廳、店家及住戶之廢汙水匯集後，藉由下水道管線與揚水站輸送至汙水處理廠處理，再放流至潭水之中，其中水社汙水廠與日月污水廠分別於2009年9月及2010年3月陸續竣工啟用，用戶接管率亦達到95%，2座污水處理廠操作運轉後，其放流水的水質均已符合環保署公告的水質檢驗標準，對於控制日月潭地區居民及遊客排放的廢汙水水質效益卓著。

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27 進放流水處理標準 法規標準: 生化需氧量(BOD)：30 mg/L 化學需氧量(COD)：100 mg/L
懸浮固體(SS)：30 mg/L 總氮(T-N)：15 mg/L 總磷(T-P)：2 mg/L 大腸桿菌：2.0×105 CFU/100mL

28 以化學物(如KMnO4、K2Cr2O7等)當氧化劑
需養廢料 物質介入水中後，會減少水中的溶氧量。 生化需氧量（BOD） 化學需氧量（COD） 定義 嗜氧細菌在汙水中分解有機廢料所消耗氧的總量 以化學方法氧化汙水中的有機廢料，依此計算需氧總量 氧化劑 以水中溶氧當氧化劑 以化學物(如KMnO4、K2Cr2O7等)當氧化劑 時間 需5日方可測得 3小時即可測知 在稀薄水溶液中，1 mg／L＝1 ppm。 同一試樣:COD值≧ BOD值。 BOD值或COD值愈大表示污染愈嚴重。

29 範例【93學測】 (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 (F) 6
水中的微生物會使水中的有機物（例如C6H10O5）轉化為CO2 與H2O，在這過程中所需O2的量，稱為生化需氧量(BOD)。試問要使水中的 1 個C6H10O5分子完全變成CO2 與H2O，需要幾個氧分子？ (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 (F) 6

30 範例 某一家庭污水中含18ppm的耗氧廢料，平均化學式可寫成C6H12O6，此耗氧廢料氧化的化學方程式可寫成：
C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O。 (1)此污水的化學需氧量(COD)為多少克/升？ (2)若此耗氧廢料能夠完全被微生物分解， 其生化需氧量(BOD)為多少ppm？ (3)若在20°C，1atm下，氧的溶解度為0.0092克/升， 問魚類能否在此污水中生存？ 解】 (1)典型的化學計量 ∵ C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O 且耗氧廢料為18ppm=18mg/L=0.018g/L，換算成C6H12O6的莫耳數為0.018/180 ∴ COD=(0.018/180)*6*32=0.0192克/升。 (2)∵ 此耗氧廢料能夠完全被微生物分解， ∴ COD=BOD，∴BOD=0.0192g/L=19.2mg/L=19.2ppm。 (3)∵ COD=0.0192克/升＞0.0092克/升，∴魚類無法生存。