用水思源

作者/劉廣定(臺灣大學化學系名譽教授)

人類生存必需水,其他生物生存也必需水。但需要的不只是「水」,還須注意水的「質」與「量」。《科學月刊》535 期頁552~558 之拙作已談到全球缺水之趨勢,以及影響生活與衛生的一些情況。中國人常說:飲水思源。其實不只是「飲水」,「用水」就須「思源」,此所以臺北市自來水園區的地址為「思源街一號」。本篇擬續前文,再說明缺水對生活的影響,飲用水以及再生水等一些與化學相關的實際問題。

缺水現況
世界衛生組織(WHO)2009 年3 月曾提出有關缺水的十項事實:

1. 即使降雨量很多或擁有大量淡水的地區,也可能「缺水」。水在社區如何保存、使用和分配,以及供水的品質如何,乃用來決定是否足夠家庭、農業、工業和環境之需求。

2. 全球現約三分之一的人會受「缺水」的影響。由於人口增長、城市化、以及家用與工業用水之需要量日增,「缺水」的情況將愈來愈嚴重。

3. 全球約12 億人(世界人口六分之一)生活在水源稀少的地區。全球約四分之一的人還生活在因缺乏基礎設施,而須從河流和含水層(aquifer)取水的發展中國家。

4. 「缺水」迫使人們依賴不安全的飲用水源。這也表示他們不能適時沐浴盥洗,也不能適當地清潔衣著或居處。

5. 水質差可以增加霍亂、傷寒和痢疾等腹瀉疾病之傳染,以及他種經水傳播的疾病之風險。缺水會引起沙眼(可以導致失明的眼睛感染)、鼠疫、斑疹傷寒等疾病。

6. 缺水促使人們在自己的家中存儲水。這會增高家庭用水污染的風險,並造成蚊子滋生,使登革熱、瘧疾和其他疾病因而流傳。

7. 「缺水」突顯需要更好的水管理。良好的水資源管理也可減少會傳播多種疾病的蚊子等昆蟲之滋生,與防止血吸蟲病等嚴重水媒傳染病之傳播。

8. 「缺水」讓貧窮的城市和農村社區使用廢水於農業。全世界有10%以上的人所消耗的食物是由含有化學品或致病有機體的廢水灌溉產生。

9. 聯合國的「千禧年發展目標」(UN Millennium Development Goals)第七項的具體目標B(即總目標10),乃在2015年使無法持續獲得安全飲用水與基本衛生設備的人口比例(較2000 年)減半。「缺水」將妨礙達成此目標之進展。

10. 水是維持生命不可少的資源。如政府和社區組織,能以向人民供應適當量優質水為優先事項,則民眾可學習如何節用和維護他們日常生活所需的水資源。

近幾年來氣候變化異常, 使「缺水」問題更為嚴重。常見某處水災,而他處旱災,或某地區旱澇交替、民不聊生。今年四月出版的《自然‧ 氣候變遷》(Nature Climate Change)也有四篇相關之評論(頁311~320),討論西歐幾國應對之道。除廢水回收再用,節約用水外,還須考慮改變生活、生產方式。例如英格蘭東安格利亞(East Anglia)地區的安格利亞水供應公司(Anglian Water Services Ltd)2013年有六百餘萬使用者,1124個處理中心每天收集並釋出逾9億(108)公升處理過的廢水。目的是不汙染環境,或再利用。又如英國南非米勒釀酒公司(SABMiller) 的「大麥計畫(Barlay Project)」,在印度拉賈斯坦邦(Rajasthan)改進種植與生產大麥方法,目標乃2015年生產每公升啤酒的用水量,須比2008年少25%。

文章出處:科學月刊535期。

認識水的另一面

作者/劉廣定(臺灣大學化學系名譽教授)

引用出處:科學月刊/535期 

《科學月刊》近幾年有好幾篇文章介紹水的各種性質,已選錄於《益智化學續編》(臺灣商務印書館2014年4月出版)。不久前,讀到一篇今年三月發表於Clean Techn. Environ. Policy (2014) 16: 591-600有關紡織工業用水回收處理後再用的研究報告,乃思介紹另一與水資源有關的永續發展課題,希讀者認識水的另一面。

大家必須知道,當前的許多紡織工業在漂白、印染、清洗等過程都會產生汙水。在永續發展和環境保護的要求下,高效率的汙染廢水處理已成為紡織工業的熱門研發課題。上述論文的六位作者中,五位在巴西聖卡塔琳娜州(Santa Catarina)大學的化學及食品工程系工作。他們發現在45℃,41巴(bar)的條件下,利用孔徑1 nm以下的聚醯胺奈米濾膜(nanofiltration membrane)NF90與DK,幾乎可除去紡織工業廢水中所有的汙染物。已除去汙染物的工業廢水排放後將不會造成公害,甚至可以回收再利用。其實,許多國家和巴西一樣,對於工業廢水之處理甚為重視。近年來,從廢水中回收水以循環利用,更因追求永續發展而漸成科技發展之一重點。然在臺灣,工業廢水常遭胡亂排放,遑論回收利用!

筆者在本刊2012年4月號(頁314~318)介紹人類生活與工業都會製造大量廢棄物,同年6月號(頁474~477)又介紹了廢棄物之回收與再利用。現又談「水」的回收及再利用,那麼,讀者也許會問:用過的「水」也是「廢棄物」嗎?答案為實際就是如此,只是以往我們多誤認為「水」是取之不盡、用之不竭的資源,未予考慮罷了。即使以前所介紹荷蘭Delft技術大學Sheldon教授1992年所訂「環境因數」(E-factor)時,也未將水的消耗量計算在內。

水與淡水

地球約70%是水,總體積約326百萬兆(million trillion,1018)加侖,或1234百萬兆公升(L)。唯其中98%是鹽分超過1%的「鹽水」,只約2%為含鹽類及其他物質低於1%的「淡水(freshwater)」,故地球乃一「鹽水星球(salt water planet)」。淡水中又有接近70%乃冰封在南北極的冰山與冰川中,故理論上只有約7.5百萬兆公升可供地球上的生物利用。然實際上更少,因為有許多「淡水」是儲存在人煙稀少處,如約20%在俄國西伯利亞的貝加爾湖中;而只有約四分之一的雨雪是降於人口超過全球三分之二的地區。再者,溫室效應導致地球暖化,而淡水的蒸發量也變多。整個地球是一封閉的系統,其中水的量可視如不變。但全世界人口愈來愈多,據統計:1961年30億,1987年7月50億,2011年10月70億,今(2014)年5月已逾72.3億。據2012 年聯合國估計,2050年世界人口可能將有92.3億!人口增多,農工業須增產,因而生活垃圾與廢棄物也隨之增加,水汙染的情況,也愈來愈嚴重,平均每人可分配到「淨水」(潔淨的淡水)將日益降低,故必須有所作為。

婦女常須走幾公里取水。

人體約60~70%是水,各器官都需要水以維持正常生理運作,平均每人應攝取2公升水才夠。專家估計平均每人每天生活用的「淨水」至少需20公升。雖1981~1990聯合國的「飲用水十年行動」使約10億人口有了「淨水」,但是現仍有接近8 億人沒有潔淨的飲用水,以至每天有約四千個兒童因而得病死亡。據聯合國估計:2025年全球將有18億人缺乏用水;屬於開發中國家的50%人口和屬於已開發國家的18%人口,即約三分之二的人可能因感受缺水之壓力而緊張。故必須及早採取行動,以為預防。

世界水日

約自1990年代開始,國際相關的組織已察覺許多缺水地區居民的衛生和健康問題非常嚴重,例如每天因無潔淨飲用水而得病死亡的兒童有好幾千;其他地區缺水的壓力也日益增大(圖一)。第47屆聯合國大會1993年元月18日通過 47/193號決議,根據1992年6月在巴西里約熱內盧舉行的「環境與發展會議」所通過的「二十一世紀待辦事項」第18章之建議,1993年3月22日宣告每年該日為「世界水日」(World Water Day)。宗旨在推動進行水資源之統籌規劃和管理,加強水資源保護,解決日趨嚴重的缺水問題,以及藉廣泛宣傳提高民眾對開發與保護水資源的認識。