核能電廠面對意外事件的幾項法寶
國家地震工程研究中心專案研究助理賴姿妤、臺灣電力公司核能工程師洪國鈞

當核能電廠遇見地震

核能電廠發電主要利用核燃料分裂釋放出大量熱能，這些熱能將產生大量的水蒸汽，而這些高溫、高壓的水蒸汽推動蒸汽渦輪，透過電磁效應，使發電機產生電力，核能電廠因此而發電，如圖一所示。當地震來襲且強度超過一定等級時，反應爐會經由設計好的機制進行緊急停機應變，主要目標為抑制核燃料之連鎖反應並確保反應爐之冷卻。連鎖反應之抑制是藉由將控制棒（對中子具有強吸收力的材料，如碳化硼）插入反應爐中達成，此時，核燃料雖然停止連鎖反應，但燃料核分裂所產生的放射性同位素仍會繼續衰變並累積熱能，此時就需藉助各種移除熱能的安全系統來維持爐心的冷卻。

圖一核電廠發電原理(壓水式反應爐)【1】
(圖片來源：《維基百科》http://zh.wikipedia.org/wiki/File:NuclearPowerPlant.gif)

核電廠地震時有那些急停系統會運作?

核電廠建立時，電廠專家會將核電廠遭受地震時所可能發生的事故列於終期安全報告(Final Safety Analysis Report，FSAR)中，例如：電廠喪失來自廠外電力的狀況（稱為電廠全黑事件，Station Blackout (SBO)）、電廠發生管路漏水的狀況（稱為喪失冷卻水事件，Loss of Coolant Accident (LOCA)）…等等，並分析需要維持安全停機條件所需的系統或設備，這些維持安全停機、保護爐心不致損害的系統組成了「成功路徑」。以核一廠為例，強震發生後，電廠中之安全成功路徑需要在72小時內建立並維持穩定停機；其中，安全成功路徑主要由電廠內四大項安全系統組成，包含有反應度控制系統、反應器冷卻系統（壓力控制）、反應器冷卻系統（水位控制）與餘熱移除系統，其安全功能流程圖如圖二所示。

新興綠建築技術：微生物仿生礦物沉積技術
國立臺灣大學環境工程學研究所楊政憲

前言

溫室效應與全球氣候變遷等全球暖化問題已受到國際重視， 1997年聯合國氣候變化委員會簽署「京都議定書」限制各國降低二氧化碳排放量，進行二氧化碳減量管制，其後各國陸續推動年度減量措施。臺灣也宣示全面推動綠建築政策，永續綠建築於近年逐漸受到國人重視，其中基地保水指標更是綠建築重要的一環。基地保水性能是指建築基地內自然土層及人工土層涵養水分及貯留雨水的能力，其保水性能越高，即表示其涵養雨水的能力越好，有益於土壤內的微生物活動，亦可改善土壤的活動，維護自然生態與環境平衡。[1]現階段各個新興建築皆以土壤壓實後鋪植地磚取代傳統水泥灌漿來達到生態環境平衡的效果，但經連日雨水侵蝕使其強度減弱，使土壤需要重新壓實，並增加土壤強度，故微生物仿生礦物沉積技術成為新的選擇。圖一所示為土壤侵蝕後強度減弱，導致地磚凹凸不平情形。

圖一 土壤侵蝕後強度減弱示意圖

微生物仿生礦物沉積技術

微生物碳酸鈣沉澱是一種生物性誘導碳酸鈣沉澱之原理，依據微生物的活性，在鈣離子充足的環境條件下既可發生碳酸鈣沉澱之現象。微生物仿生礦物沉積技術是將畜牧廢棄物當成探源，以微生物Bacillus pasteurii (B.P)誘導碳酸鈣沉積，使土壤固化，其反應方程式如下：

CO(NH₂)₂ + 2H₂O → 2NH₄⁺ + CO₃²⁻

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃ ↓

此細菌在新陳代謝時產生尿素酶，可分解尿素產生銨離子及碳酸根離子。分解出的碳酸根離子再與土壤中的鈣離子發生反應，產生碳酸鈣沉澱，稱之為微生物誘導碳酸鈣沉積 (microbial induce calcium participation, MICP)，它是一種新穎的及環境友好型生物技術 [2]。此方法可使原本鬆散的土體結構，膠結成具有力學性質的土體，不僅土體強度增強，也保有土體原有的滲透性[3]。相較於傳統的水泥灌漿，將基地之土壤挖除並灌入化學性碳酸鈣，使其喪失良好的吸水、滲透、保水能力，並破壞土體中之生態環境，微生物仿生礦物沉積技術在土壤中加入尿素並使用B.P菌產生生物性碳酸鈣，利用碳酸鈣結晶將土壤中之顆粒膠結，產生類似砂岩的材料特性，使土壤中的孔隙依然能進行呼吸作用，故不影響其透水及保水能力，且可維持土壤中之環境生態。

小心！環境賀爾蒙
國立臺灣大學環境工程學研究所 謝明季

環境賀爾蒙又稱作內分泌干擾素(Endocrine disrupting chemicals, EDCs)，泛指一些具可模仿生物體內賀爾蒙作用之化學物質，干擾生物體的內分泌系統並造成發育、生殖、神經及免疫系統影響，特別是人體的雌激素、雄激素和甲狀腺激素，可誘發、阻斷或改變激素傳遞的信號，對人類健康與生態環境造成危害。

環境賀爾蒙種類繁多，包含戴奧辛、多氯聯苯、DDT和雙酚A等。其常見來源包括工業廢水、農業用藥和污水處理廠排放等，並且於常見之日常用品中已被發現，如塑膠瓶，其中所含的穩定劑和增塑劑即為內分泌干擾物。另外人們所食用的肉類、飲料及罐頭食品中也含有內分泌干擾物，表一為常見之內分泌干擾素之整理。全國環境衛生科學研究所(Nation Institute of Environmental Health Sciences, NIEHS) 研究曝露於EDCs是否造成人類生育率降低、子宮內膜異位症發生率提高和癌症發生，研究結果指出，於產前及產後早期器官和神經系統形成發展時，曝露含EDCs之物質可能會造成嚴重影響。

對於內分泌干擾素的作用機制，目前所知不多。然而，研究顯示內分泌干擾化學物可通過多種不同的作用機制，對多個器官組織產生作用，包括：(Ⅰ)與細胞受體結合，模仿激素的生物活性，誘發細胞行不必要的反應，使天然激素呈過度反應；(Ⅱ)與受體結合，但不會活化受體，反而妨礙受體與天然激素結合；(Ⅲ)與血液的運輸蛋白結合，從而改變血液循環中天然激素的數量；(Ⅳ)干擾體內的新陳代謝過程，影響天然激素的合成或分解速度。內分泌干擾素可干擾性類固醇， 對腦部、腦下垂體、生殖腺及生殖附屬器官(例如女性的子宮和乳腺及男性的前列腺和精囊)的基本作用具有嚴重影響。

生態工程簡介
經濟部水利署郭義浩正工程司

何謂生態工程

生態工程定義為一整合兼具人類社會與自然環境利益的永續生態系統設計，其發展歷史已超過35年，尤其在近10年間更受到世界各國的重視與快速發展。生態工程的目標不僅是創造優質的生態系統環境，同時也將已遭人類經濟活動而破壞的環境，修復為兼具人類與自然的永續價值的新生態環境。

生態工程與綠色工程

對於溪流、河川、湖泊、森林、草原、濕地的恢復等經營工作，由於土木工程師往往專注於工程主體設計，而生態學家也只是說明工程與環境的交互產生問題，兩者各自專注自己領域的應用性質，似乎欠缺可共同理解相互的專業語言。因此像是如污水處理、空氣污染控制等環境保護工程，或水域環境營造工程，常被稱為綠色工程，也常被誤解即為生態工程。換句話說，如因忽視生態系統是否根本存在的問題，而未能建立一有效運轉的生態系統，則就脫離了生態工程的範疇。

生活污水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中生活污水的再生利用方式，是將生活污水經過污水處理設施處理後，其放流水透過水再生設施，或生活污水直接進入水再生設施處理後，藉由配水系統提供給具有限制性的生活、工業、農業、環境景觀等用水或地下水補注。

再生水的形式

生活污水再利用的第一類模式，是以區域污水處理廠的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途。一般都市的生活污水大都已納入污水下水道系統，設置水再生設施可將污水處理廠的放流水或污水下水道系統的污水，收集並處理至符合再生水的水質標準，再經由配水系統供給家庭用戶，或工業、農業、環境景觀用水及地下水補注等其它用途使用。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量，以避免自來水的浪費（如圖一）。

第二類模式是在公共污水下水道未到達的地區，建築物用戶的生活污水是經過自設的污水處理設施處理後，再由水再生設施處理，並透過再生水配水系統返送至用戶，作為生活次級用水使用，例如澆灌及沖廁等（如圖二）。此外，由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 生活污水再生利用統一分配使用形式

再生水的用途

1. 生活次級用水

再生水於家戶用途中主要使用於沖廁、地板清洗、洗車及其他不與人體直接接觸用途等生活次級用水，為避免與自來水混淆，需設置獨立的再生水配水系統，包含配水管線及配水池，且應有防制錯接措施，使用上需考慮衛生及水質安全問題，同時需教育使用民眾適當維護，並防止不當的接觸與用途。

工業廢水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中工業廢水的再生利用方式，是以工業廢水為水源，處理後的再生水用途以非食品及藥品為限。取水途徑可分二類，第一類為工業廢水直接由專用下水道截流引入水再生設施處理，另一類是取自工業廢污水處理設施處理後的放流水，經水再生設施處理至符合供水水質要求後，藉由配水系統供給工業用水中的冷卻、洗滌，鍋爐及製程等用途。一般來說，工業廢水的成分較為複雜，以工業廢水處理設施的處理水做為再生水源時，使用再生水應更加慎重以免造成環境危害。

再生水的形式

工業廢水再生利用典型的模式，是以區域工業廢水處理設施的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途（如圖一）。單一工業區因廢水量較少，可以考慮將鄰近數個工業區污水處理廠的放流水集中，經聯合的水再生設施處理後，再由再生水配水系統供給有意願使用再生水的事業使用（如圖二）。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量。

工業廢水變異性大，工廠自行回收廠內廢 (污) 水並再生，為各工業化國家政府節約用水的重要措施，藉以提升廠內製程和整廠用水回收率。由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 工業廢水再生利用統一分配使用形式

圖二 工業廢水再生利用分別處理並使用形式

再生水的用途

考量工業廢水的特性後，建議工業廢水再生利用應僅用於工業用水使用，或工業區內的生活次級用水使用，如沖廁、地板清洗、洗車等非與人體接觸的用途。

與自然共存之非工程防災方法
國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心博士後研究員蔡孟涵

由於全球氣候變遷的影響，拉大了氣候極端的變化，暴雨及乾旱同時在世界上不同區域發生。臺灣是個易淹水又易缺水的國家，因為河川短且地形無法有效蓄水的問題，因此也名列世界上最容易受到天災影響的國家之一。因此如何應用有效的方法進行災害之預防、應變及復原，以達到永續及維護生態的目的，是防災時必須深思的。

在臺灣面臨水旱問題時，常見的防災手段大多為工程方法，以水庫蓄洪、疏洪道分洪、堤防束洪、地下道排水等常見的工程方法來保護及維護民眾用水及淹水的問題。不論是哪種工程方法，都是基於工程設計標準所建立，它僅有一定程度的保護標準而非萬能的防護設施。以目前常遇到的短期間內降大豪雨情況而言，在氣候變遷及都市化發展（土地開發利用等）的改變下，瞬間豪大雨造成地區逕流量加大，集流時間縮短，地下道已容納不及遽增的雨水，因此若要倚靠工程方法來解決水旱問題，也無法有效防止水旱發生。

近十年來，世界各國都思考著如何以適當的非工程方法配合工程方法，來有效地減少及降低水旱災發生時的損失。以荷蘭為例，他們以還地於河[1]的方式來取代部份堤防等工程方法，將原本就屬於自然的河道還給大地，復原在工程前就存在的蓄水、淨化功能及生態環境，並減少水患所造成的問題。

在臺灣，非工程方法除了預警預報、教育宣導外，近年來更不斷倡導及實施綠屋頂、綠街道及自然滯洪公園等方法。這些方法都是以降低都市表面逕流，延長逕流匯集時間，以減少水患形成為目的。降低都市表面逕流，另一個講法就是讓水可以被土壤吸收，這樣除了可以保護植生及提升河川基本流量外，也可以藉由土壤中的水份蒸發降低都市的氣溫。