環境保護：世紀之毒你擔「辛」嗎？
94/03/03
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張木彬｜
中央大學環境工程研究所
令人聞之色變的「戴奧辛」，實際上是戴奧辛類化合物的統稱，包括戴奧辛群（PCDDs）及口夫喃群（PCDFs）。戴奧辛是世界公認人工合成物中毒性最高的化合物，動物試驗結果顯示，2,3,7,8－四氯戴奧辛急毒性大約是酒精的一千萬倍，尼古丁的一千倍，河豚毒性的一百倍。此外，戴奧辛不但是日本環境廳所公布的65種環境荷爾蒙之一，也列名聯合國環境規劃署（UNEP）所公告的12種持久性有機污染物（POPs）之一。
戴奧辛主要的基本鍵結架構是三環芳香族碳氫化合物，共有八個位置能與氯原子結合，因氯原子鍵結數及位置的不同，PCDDs共有75種同源物，而PCDFs則有135種，這些同源物的物理、化學及毒性都不盡相同。戴奧辛在常溫下是無色結晶固體，熔點大約在攝氏110～335度之間。一般而言，熔、沸點會隨著氯原子鍵結數目的增加而變高，溶解度及蒸氣壓則隨著氯原子鍵結數目的增加而降低。
此外，戴奧辛還有以下特性：（1）水中溶解度甚低，且水溶性隨氯數的增加而減少。（2）疏水性及穩定性都相當高。（3）具有親脂性，一旦進入人體內，易存積在脂肪組織中造成毒害，在人體中的半衰期大約是七年。（4）易與泥土或其他顆粒物質結合，因而在土壤中的戴奧辛相當穩定，半衰期約一年以上。（5）戴奧辛化合物在攝氏750度以上才可被分解，而且對酸鹼的穩定性極高。
PCDD／PCDF的同源物雖多，但僅17種具2,3,7,8鍵結的同源物才具有顯著的毒性。戴奧辛的濃度表示方法可分為總量濃度與毒性當量濃度（TEQ）兩種。總量濃度就是不同戴奧辛同源物的濃度總和，而毒性當量濃度則是把具有毒性的戴奧辛同源物，依個別的毒性當量係數（toxic equivalent factors，TEFs）轉換後計算得到的濃度總和。
由於2,3,7,8—四氯戴奧辛是所有戴奧辛物質中急毒性最強的化合物，而其他戴奧辛與2,3,7,8—四氯戴奧辛具有相同的毒性作用機制，因此學者對這17種具2,3,7,8氯鍵結位置的戴奧辛分別訂定不同的「毒性當量係數」。毒性當量濃度的計算是把2,3,7,8—四氯戴奧辛的TEF值訂為1.0，其他衍生物毒性當量係數則相對於2,3,7,8—四氯戴奧辛以小數表示。
歐洲等先進國家以及我國都已針對主要的戴奧辛排放源，即大型都市垃圾焚化爐，制定了0.1 奈克－TEQ／Nm3的排放標準。究竟0.1奈克－TEQ／Nm3有多微量呢？我們試用以下的例子來說明：一座巨蛋體育館占地約二公頃，則館內體積大約是一百萬立方公尺，只要一茶匙，約一公克重的世紀之毒2,3,7,8－四氯戴奧辛完全揮發到空氣中，就會使得一萬座聯結在一起的巨蛋體育館內的空氣品質超過管制標準。由這例子可知即使極微量的戴奧辛污染物，也會對人類健康造成巨大的影響。
戴奧辛對人類所造成的危害可追溯至一九四九年三月，美國西維吉尼亞州一間製造三氯酚的化工廠發生了戴奧辛污染事件，當時工作人員的皮膚、眼睛及肺部因受到刺激，產生腸胃不適、頭痛，接著發生氯痤瘡、肝腫大及末梢多發性神經症狀。
戴奧辛對人體健康的影響程度究竟有多大呢？根據研究可分為下列幾種。
對身體系統的影響 以人體而言，當暴露於0.1微克／仟克體重以上的2,3,7,8－四氯戴奧辛時，會導致皮膚產生氯痤瘡、快速的體重減輕、體內肝臟酵素中的血清濃度增加，並影響免疫系統。
垂直傳染 戴奧辛誘導造成的酵素活性增強，能持續相當久的時間，且對酵素的誘導作用也可經由母體胎盤到達幼兒，造成所謂的「垂直傳染」。進而使得孕婦及新生嬰兒發生流產，或生產畸形、缺陷的「可樂嬰兒」，症狀是胎兒出生時皮膚出現深棕色素沈澱、發育慢、體重輕、黃疸以及免疫功能不良。
致癌作用 人體吸收一定劑量的戴奧辛，會引起軟組織肉瘤，而長時間攝入戴奧辛，也會使得致癌機率增加，導致乳癌、攝護腺癌等病症。
基因毒性作用 研究資料顯示在人體染色體發生畸形的案例中，大部分同時發現有戴奧辛的存在。
一般而言，戴奧辛進入人體的途徑包括皮膚直接接觸及吸收，吸入受污染的氣體及微粒，以及攝食受污染的食物或飲水。
在戴奧辛的攝入量限制方面，世界衛生組織（WHO）建議每人每日容許攝取量是1～4 皮克／仟克體重（1皮克＝10-12克），故以體重60公斤的成年人來說，每天最高容許的攝取量不得超過240皮克，不然就會對健康造成影響。而戴奧辛的主要攝入途徑是大氣環境中的戴奧辛經沈降機制附著於農產品或水體，再經由食物鏈進入人體。
由於國內各主要戴奧辛排放源，如廢棄物焚化爐及電弧爐煉鋼廠，已面臨戴奧辛排放管制的要求，故需運用各種可行的控制技術，以有效減少排放量。一般控制戴奧辛的排放可由兩方面著手，分別是減少並抑制戴奧辛的生成，以及藉由空氣污染防治設備去除已生成的戴奧辛。
如何在焚化及燃燒系統中有效減少及抑制戴奧辛生成，一直是學者研究的重點。畢竟從源頭進行污染物的排放減量，比生成後再進行管末處理要經濟許多，對整體環境的負荷也較為積極且正面。一般來說，抑制戴奧辛生成的方法可歸納為下列幾種。
燃燒完全 爐體的設計必須具有混合均勻、停留時間在1.5秒以上的特性。而且燃燒區的最低溫度必須在攝氏600～650度以上，因為高於這溫度戴奧辛被摧毀的趨勢會大於生成反應，當溫度達到攝氏900～1,000度時，戴奧辛甚至可完全被摧毀。此外，對於可能生成的戴奧辛前驅物質，如苯、酚及其氯化物，也必須確定焚化溫度夠高足以把它摧毀。
淬冷設計 一般焚化及燃燒系統多設有廢熱回收鍋爐，在這單元內廢氣溫度會緩慢降到攝氏250度後排出，但這個溫度卻是戴奧辛生成的高峰區。幸好相關研究顯示在快速的淬冷下，戴奧辛的生成量可以相對減少。因此，若願意犧牲部分蒸氣量或發電量，則可利用絕熱淬冷室在少於一秒的時間內，把鍋爐排氣溫度由攝氏450度降到150度以下，這會是確保減少戴奧辛生成的最佳方式。
添加抑制物質 在廢棄物焚化過程中，若能添加抑制物質，如含硫、胺、氮及鹼性的物質，或可有效抑制戴奧辛的生成。因為這些物質容易與戴奧辛生成因子（如氯源、催化金屬、前驅物質等）反應，因而阻斷其生成途徑，進而達到抑制戴奧辛生成的目的。
至於如何去除已經生成的戴奧辛？目前已開發出多種高去除率的控制技術，但就操作成本及工程實用性而言，仍然以半乾式洗滌塔注入吸附劑，後接袋式集塵器的系統，以及煙氣排放前加設觸媒轉化設備兩種方式較被工程界所接受，分述如下。
以活性碳去除煙道氣中的戴奧辛 就各種管末處理技術而言，目前以注入活性碳的方式最被接受，且國內外實廠也多以這技術來控制戴奧辛的排放，其主要優點在於方法簡單，並可利用現有的空氣污染控制設備。另外戴奧辛控制效率也會隨活性碳注入量而產生變化。但值得一提的是，以活性碳吸附方式降低戴奧辛的排放只是一種「相的轉移」，僅能治標；而治本的方式應在焚化過程中有效地抑制戴奧辛的生成，以及採用有效的破壞分解技術。
以觸媒去除煙道氣中的戴奧辛 早期選擇性觸媒還原（SCR）程序主要是應用於減少火力發電廠NOx的排放量，後來才運用於都市廢棄物焚化爐中戴奧辛的排放控制。SCR觸媒對戴奧辛有破壞去除的能力，由於煙道排氣中的重金屬與粉塵會使SCR觸媒產生毒化現象，所以通常把它安裝在袋濾式集塵器之後。但經過集塵器後，煙道氣體會降溫到攝氏150度，而這溫度不能滿足SCR觸媒催化戴奧辛分解的適合條件，所以須用加熱設備把煙道氣體再升溫至攝氏250度，以確保觸媒的操作效率。
一般SCR觸媒多以蜂巢狀為主，使用時可同時串聯多個以增加氣流與觸媒接觸的反應停留時間。國外研究把觸媒材質混入濾袋中，結合表面過濾與催化劑的特性，開發戴奧辛觸媒分解濾袋，同時具有表面過濾與催化分解戴奧辛的功能，其破壞效率可達到98％以上。
由於戴奧辛是高沸點物質，又具有半揮發的特性，所以在大氣中是以氣相及固相共存的方式分布。污染排放源的煙道氣中，戴奧辛原有70％以上分布在氣相中，但若經空氣污染控制設備處理後，煙道氣中粒狀物的濃度可低於10 毫克／Nm3，也就是戴奧辛分布在固相的比率可降低至少於10％的水準。
另外，大氣環境的變化對於氣固相的分布也有很大的影響。隨著大氣溫度的下降，戴奧辛附著在微粒表面上的比率也會隨之增加，使得大氣中固相戴奧辛所占的比率上升。一般而言，大氣溫度降低時其邊界層高度也會隨之下降，而較低的大氣邊界層高度會造成擴散變差，使得粒狀污染物濃度升高，進而造成大氣中的氣相戴奧辛附著在粒狀物上的機率增加。此外，大氣中的戴奧辛會因環境溫度的下降，而使得本身蒸氣壓隨之下降，進而造成氣相戴奧辛冷凝在粒狀物上，使得固相戴奧辛所占的比率增加。
受限於高吸附常數、高親脂性與極低的蒸氣壓，大氣中的戴奧辛多分布在微粒上，特別是在一些含高量有機碳的顆粒上。而這些附著在粒狀物上的戴奧辛，會經由乾、濕沈降作用而降落於表土，同期間，光解及化學降解作用持續進行，低氯數戴奧辛大部分逐漸解離，留存者多是穩定的八氯戴奧辛及八氯口夫喃。因為苯環上的氫原子都已被氯所取代，所以它們的化學性質穩定，而且八氯戴奧辛及八氯口夫喃在表土中也不易受雨水溶淋而遷移。
綜觀來說，除非身處戴奧辛污染現場，否則一般人並不易吸入大量的戴奧辛。因此經由食物鏈進入人體，是戴奧辛毒害最主要的途徑，值得重視。
由於環境中戴奧辛的來源很多，大多數人體內都含有或多或少的戴奧辛，但只要攝入量不高，就算是世紀之毒，也不至於影響健康。台灣由於廢棄物處理問題嚴重，政府正大力推動垃圾焚化，預計至民國九十五年時，國內垃圾的焚化比率會提高到90％以上，成為全球垃圾焚化率最高的國家之一。但焚化爐的戴奧辛排放程度如何？相關的戴奧辛控制技術是否能因應所需？這些問題都值得國人重視。
由於國內對戴奧辛的排放特性及在環境中流布的調查研究較少，在資訊不足的情況下，容易讓民眾對都市垃圾焚化爐產生不必要的恐慌。為了國人的健康，政府應結合產、官、學界力量，積極建立台灣地區戴奧辛排放資料庫，確實掌握戴奧辛的來源及排放量。其次我們也要了解不同來源的戴奧辛在環境中的流布，以及所發生的轉化行為。有了這些資料，才能確定我們環境中的戴奧辛是從何而來？又會到何處去？會不會進入食物鏈中被人體所吸收？
另外，政府也應積極研發適合國內污染源特性的戴奧辛減量技術，並培養相關人才，才能有效控制各污染源的戴奧辛排放量，並把戴奧辛對民眾的危害降至最低，留給我們後代子孫一個乾淨的生存空間。
