土壤污染+書面報告

1、土壤污染生物堆 (Biopile)書面報告 昆蟲四 49536021 鄭又升前言 生物堆(biopiles)，亦稱為生物單房(biocells)、生物堆積(bioheaps)、生物土堆(biomounds)與堆肥堆(compost piles)。其運用生物降解的機制來減低挖掘土壤中受石油成份污染之污染物濃度，此技術牽涉到污染土壤堆積至堆(piles)或是單房(cells)與通入氣體或是添加礦物質、營養鹽與濕度控制等，藉此促進土壤中好氧微生物之活性；藉由微生物之呼吸作用加強微生物之活性以降解吸附之石油產品成分(petroleum-product constituents)。 生物堆與土耕法(la

2、ndfarms) 是相似的，兩者皆位於地表面上，工程建造的系統一般是使用來自空氣中的氧氣以促進好氧細菌的生長與再生能力，接著，減低石油污染物吸附在土壤中。當土耕藉由耕種或犁田供應氣體，則生物堆積供氣大部分常藉由強迫供應空氣的方式，經由注入或是抽取的方式來驅使氣體通過遍佈堆中所放置的開槽或多孔的管道系統。 整治方法優缺點 有關生物堆法之優缺點詳述整理於下表。綜合其優缺點可發現，對於設置而言，其方法較為簡單，又因位於地表上，因此維護也較容易。許多污染場址之管理者也喜歡選用本項技術，可是在環保主管機關的立場上，必須要求整治者防止場址的二次污染，包括防止VOCs 逸散措施、滲水收集處理設施等。表一 生

3、物堆法優缺點比較表優點缺點 相對於其他整治技術而言，較簡 單，且容易設置。 較短的處理時間，在已調整為最適的操作狀況之下，平均約6 個月至2 年間可以完成整治工作。 每噸土壤處理費用約 3090 美元，較其他地面處理程序便宜。 比土耕法需要較少的土地面積。 對於有機化合物具有生物降解之輔助作用。 相對於土耕法而言，可以設計密閉式的逸散氣體收集系統。 能有效處理複雜的油品類土壤污染場址。 濃度去除率95%，殘餘濃度0.1 ppm 的情形是比較難以達到的。 50,000 ppm 高濃度污染土壤可能效率較差。 2,500 ppm 高濃度重金屬土壤可能會抑制微生物作用。 揮發性高的物質可能較易被抽氣系

4、統移除，而不是被生物分解成無害物質。 需要較大的土地面積空間（雖然仍比土耕法需要較少）。 抽出之氣體必需處理，不能直接與大氣交換。 需要設置底部阻絕設施。生物堆有效性之評估 生物堆法之選用，涉及微生物生長之相關限制因子，但因挖至地面處理，對於地質狀況為次要之考量因子。污染場址是否適用生物堆法，必須由下列參數配合，主要包括下列三個項目：一、土壤特性 二、污染物特性 三、氣候條件。一、土壤特性1. 微生物量評估：一般而言，每克乾重土壤中若含有1,000 CFU（colony-forming unit）以上的異營性總菌數，將有利於本項技術的執行。2. 土壤pH值評估：微生物最適生長之pH值在7左右，

5、pH6至8左右適合微生物生 長，若超出此範圍，則必須進行土壤pH值改良。3. 溼度含量：含水率約為40%至85%，超出本項範圍則必須添加適當的水分或設 置蒐集多餘水分之設施。4. 土壤溫度：保持10至45的土壤溫度適合微生物生長。5. 營養鹽濃度：碳：氮：磷比為100：10：1 至100：1：0.5 之間為佳。二、污染物特性1. 揮發性：有機污染物因空氣注氣作用被驅散出土壤堆，這是不願意被見到的， 因為本項方法乃期望生物作用能為主要之降解污染物方式，否則必須 再進行逸散氣體的防制工作。因此，在提供曝氣作用時，必須控制曝 氣強度。一般而言，汽油、柴油在微曝氣情形下並不會大量逸散出土 壤堆，但VO

6、C 的揮發性較高，必須加以控制。2. 化學結構：汽油、柴油等油品類，較具生物分解性；但若是潤滑油、機油、 熱燃油（heating oil）等，則具較低之生物分解性。3. 濃度和毒性：總石油碳氫化合物（TPH）濃度不大於50,000 ppm，而重金屬也 必須小於2,500 ppm。若超出建議濃度範圍是否可以執行，必須 另外進行生物毒性試驗，或是必須延長預估整治時間期程。三、氣候條件環境溫度：氣溫會間接影響土壤溫度，如果氣溫超出前述土壤溫度合適範圍， 就必須採取補助升溫或降溫之措施。降雨量：一般生物堆法並未設計加蓋措施，降雨會破壞土堆結構，或是提高 土壤含水量。因此，一般而言，常年降雨量超過30

7、英吋（762 公釐） 的地區，可能不考慮採用此項方法，或是須設計加蓋、雨水收集溝 渠等輔助結構設備，底部也應設計滲水收集設施。風：風蝕作用（erosion）可能會造成土堆表層的封閉性結構產生，導致土壤 層的通氣效果下降。生物堆可處理性之評估 要確認該地土壤中的微生物含量和毒性是否適合用生物堆來進行排毒作業，那就要將該地土壤送入實驗室進行檢驗，這裡有兩種主要做法，分別是燒瓶試驗(flask studies)、(2) 培養皿試驗(pan studies)。這兩種方法可以讓我們確定土壤內含物質的參數有無需要改變的地方，主要評估的範疇如下：確定土壤中污染物的型態與濃度，其將被運用在生物可處理的研究上。

8、評估污染物存在研究樣品中的初始濃度，以便濃度的削減量可以被評估。決定是否現場的營養鹽(氮與磷)具有足夠的濃度，以加強維持細菌的活性。評估的參數也許會抑制微生物的生長(如：毒性、金屬濃度、pH值低於6或是高於8)。參數監測特性土壤毒性污染物的型態、濃度、存在的金屬與pH土壤結構顆粒大小、黏土含量、濕氣含量、孔隙率、滲透性、容積密度營養鹽硝酸鹽、磷酸鹽、其它陰離子與陽離子污染物的生物可降解性總有機碳濃度、揮發性與化學結構表二、生物堆作業評估因子生物堆的設計一、土地需求 土地需求面積決定於待處理的土壤總量，傳統的生物堆設計高度建議約為3到10英呎（約至3公尺），土壤總體積除以設計高度，即可得土地面積

9、需求，但另外需準備其他額外空間來製造土堆側邊的斜坡。至於土堆之長寬比方面，若是以機械式空氣注入，並無特別的規定；但若是以人工翻土方式提供曝氣者，土堆寬度最好不要超過6至8英呎（約至公尺）。二、布置方式 場區設計決定於生物堆的布置方式，生物堆系統可以是單一生物堆，也可以是多個生物堆。三、生物堆結構 包括準備區、路肩、底部不透水布，覆蓋物（視需要）、空氣注氣設備、集/散氣管線、營養鹽注入管線、滲水收集設施及處理系統、土壤前處理設施（如pH 調理、加藥等）、逸散氣體處理設施（視需要）以及其他耗材零件等。鼓風機等注氣設備必須提供足夠之動力，使得空氣能夠均勻的散注於生物堆之中，避免散氣不均勻之情形。表三

10、、典型的生物堆處理系統表四、生物堆法簡易流程表五、生物堆法簡易流程(續)操作與整治的評估一、監測計畫的流程。 監測計畫可用來確定系統的操作已被發展運用在生物堆的系統操作上。規律性的監測，也可確保生物降解率的最佳化，以追蹤污染物濃度的降解情形、監測蒸氣的排放及污染物滲透至生物堆底層土壤/地下水(如果沒有襯底的話)之情形。如果評估適當，同樣可以利用監測來決定暴風雨排放水或是空氣品質容許的排放值。 二、操作計畫。 在一標準的正確行動計畫(CAP)中，應該明確的訂定操作生物堆系統計畫，包括預期的通氣頻率、營養鹽的添加與水份的添加等。此計畫應該具有可調整性，並依土壤監測結果進行修正。此計畫也應該說明隨季

11、節性變化的影響因子，包括環境溫度與降雨。一般通氣、水份與營養鹽的應用，在溫暖與乾燥的月份，較常被運用到。如果生物堆系統覆蓋著不透水布(如塑膠或是不織布)，覆蓋物的狀況必需週期性地檢查其放置的位置、有無裂縫、撕裂或是其它的孔洞。如果覆蓋物的情況破損至某一程度時，應該進行更換。三、整治程序的監測計畫。 確定監測計畫與對生物降解污染物的情形(如：CO2, O2, CH4, H2S)，都有完整的包含在生物堆土壤監測中。如果有揮發性的成份存在，需對於排放的蒸氣進行空氣監測；如果污染物有可能透過滲透，由地下水向下游地區遷移，則監測計畫中需包含土壤與地下水之監測；另外也須對溢流水進行採樣，看是否達到排放許可

12、標準。確定樣品採集數、採樣的位置與收集的方法符合法定標準。 生物堆中的土壤，應該在處理期間監測其pH、水份、菌數、營養鹽含量與污染物濃度，且至少一季執行一次監測。不論生物堆系統使用空氣萃取或是使用空氣注入與尾氣的收集，生物降解的情形可以由生物堆中蒸氣的收集分析或追蹤氧與二氧化碳的濃度來得知。這些監測應該在操作的前三個月中，每週至少進行一次。這些項目之分析，可以使用電子儀器、攜帶式測試儀器或是在一臨時的實驗室中完成。監測結果則可用來調整空氣的注入或是萃取的流率、營養鹽的使用速率、水分的添加頻率與數量及pH值等。參數的最佳範圍應該維持在能夠達到最大的降解率上。 被監測的基質目的採樣頻率分析的參數生

13、物堆中的土壤決定污染物降解與生物降解的情況在操作期間，每月至每季一次細菌數、污染物濃度、pH、氨、磷、水份含量、其它速率限制條件空氣的萃取或是收集來自生物堆的決定污染物降解與生物降解的情形在前三個月每周一次，之後每月或是每季一次CO2、O2、CH4、H2S、VOCS空氣場址員工與人體健康的危害性一開始兩週的操作期間採樣兩次，之後每季一次或是為了達到空氣品質的要求揮發性的污染物、顆粒物溢流水溶解或是懸浮的成份如需要NPDES的許可時如需NPDES許可之指定項目、同樣也有有害的有機物質生物堆下的土壤污染物的遷移每季一次或是每一生物堆季節兩次有害的成份生物堆地下水下滑段溶解成份的遷移每一生物堆季節一

14、次(每年一次)有害物、溶解的成份表六、生物堆法建議監測計畫內容案例1 美國陸軍環境中心（US ARMY ENVIRONMENTAL CENTER）對於其所屬軍事基地中，最常見之污染類型-POL（Petroleum, oils, andlubricants）場址，進行委託實場整治及研究。以生物堆法而言，美國陸軍利用2 個成功案例，玆彙整其相關整治經驗提供各界參考。這兩個場址位置如下： Marine Corps Mountain Warfare Training Center Bridgeport,CA. Marine Corps Air Ground Combat Center Twenty-N

15、ine Palms,CA. 美國陸軍開發設置典型之生物堆如圖3.9-2 所示，包括處理床、通氣系統、營養鹽系統、滲出液收集系統等。監測控制項目則包括： 濕度 溫度 營養鹽濃度 氧濃度 pH 藉由以上參數之控制，可以得到生物分解之最佳條件。一般生物堆可以達到20 英呎之高度，生物堆上會蓋上塑膠材質的覆蓋，防止揮發性氣體之逸散，而生物堆產生之揮發性氣體也會收集處理。有關美國陸軍針對本項技術實場經驗所歸納之特點如下： 污染物可以完全氧化成二氧化碳及水。 對於陸軍基地典型之 POLs 污染場址而言，處理效果非常好，甚至包括重鏈碳氫化合物（例如JP-5 及柴油等）。 可輕易透過水、氮、磷等的添加加速微生

16、物作用。 處理前評估經費僅約 600,000 元台幣左右。 一個生物堆單元設計為 3 到 6 個月之處理時間。 每噸污染土壤處理經費僅約 750 到2,100 元台幣左右。 Marine Corps Mountain Warfare Training Center Bridgeport 場址在經過2 個月處理之後TPH 由1,200 mg/kg 降至120 mg/kg。圖一、美國陸軍環境中心開發之實場用生物堆案例二 以某位於英國的污染場址為例，其在污染整治後，總體開發成新型態社區，成功打造土地再利用價值之示範場址。除了整治技術外，其管理經驗、開發經驗可供我國未來推展土地再利用價值開發之參考。一

17、、土地用目標 英國CELTIC 公司（）於英國西敦（West London）地區進受到石油污染土壤之整治工作，該場址位於郊區，附近並無開發之社區，場址整治完成設定目標為成為一個現代化的新開發市鎮區，包括住、辦公室、商店以及餐廳等綜合開發區。二、場址用史 面對這個目標，首先面的是一個廣大而複雜的污染場址，該場址地區約於1830 起開始開發使用，直到1930 是造磚廠，但是1917 至1921 中間，某些小區域曾經當做掩埋場，掩埋廢棄物，而自1930 至2000 則做為工業區（工廠）使用，2000 因市規劃目標，設定土地用之未價值，因此，必須將場址內污染（主要為油品污染）整治完成。三、整治方法評估

18、 原本，場址想規劃用土壤土方挖除，當作廢棄物運到其他掩埋場掩埋的方式處，再換新土。經過調查以及可性評估，發現因為該場址腹地廣大，而氣候、土壤環境條件、污染物特性均合適用生物整治方法進，且經評估後生物整治方法有可能經濟有效。 以生物整治方法可以經濟有效之關鍵，在於英國採用風險為基準（risk-base）之整治目標設定，經開發單位提出未開發區型態，計算民眾可接受之風險後，提出TPH 為1,000 mg/kg 之整治目標，並經環保主管機關審查同意。 本場址評估選用之生物整治方法為生物堆法，將污染土壤挖至場址附近之土壤整治區進整治。整治區完善設置阻絕設施，防止生物堆下方之土壤遭受污染，其次並添灑營養鹽溶液，以及設置通氣管提供氧氣，最後並調控土壤堆之含水分，這樣馴養微生物，約6 至9 週可達預定之微生物濃。四、整治成效驗證 接下整治區生物堆分區整治期間，係以經許可之整治目標，以一個一個生物堆單獨個別驗證是否符合標準，並提報正式文件給主管機關同意。因為土方整治完成後一定要完全百分之百回填至原處，因此達到整治標準之土壤，即可單獨驗證，用全面回填後，再全面驗證，這點，和現地處之技術驗證方式同。五、整治完成土壤管制 雖然達到整治標準之生物堆土壤一定要百分之百完全回填，但為景觀、造景等其他