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聚丙烯醯胺毒性雖不高 但難分解 長期生態風險令人憂
但聚丙烯醯胺不僅是會有丙烯醯胺殘留的問題,其分子鏈上用來凝聚廢水中懸浮物質的眾多親水官能基,會讓水尾土遇水如爛泥,且水被這些親水基抓得緊緊地難以下滲,優點是相當保水(但據說這保水特性只能維持三個月),但若被回填到原本透水性高、對補注地下水與防洪減災具有重大貢獻的場址,則可能讓當地如同鋪了不透水鋪面,遇雨氾濫成災。
而且聚丙烯醯胺在土壤中半衰期約5.4年11(高吸水性的聚丙烯醯胺水膠,可能更久),如同一般塑膠在環境中降解速度緩慢,但在其消失之前,卻會發生許多目前學界還未能釐清其風險的事情。由於其碳鏈上掛了許多親水官能基,比起碳鏈上的碳-碳鍵更容易被微生物代謝,因此聚丙烯醯胺在土壤環境中,除了可能會降解成越來越小、移動性越來越高的分子之外,過程中分子特性可能會改變,比如醯胺親水官能基被微生物代謝成羧基,也就是慢慢轉變成聚丙烯酸,然後比較難分解的碳-碳鍵才慢慢被打斷,成為越來越小的寡聚合物。12當這些寡聚合物小到可被生物腸道吸收又還來不及被微生物分解時,對環境生態與人類健康的影響為何?會不會進入血液中造成其黏度提高,影響血液循環?
聚丙烯醯胺的親水官能基也容易與土壤中的其他組成(農藥、礦物質、營養鹽、黏土顆粒)交互作用,並受到土壤PH值影響。比如高吸水性的聚丙烯醯胺水膠,其網狀高分子會與土壤中鈣、鎂離子交互作用,交聯形成不吸水的緊密結構,成為土壤中塑膠微粒的另一來源,其會改變土質,如降低土壤孔隙度、滲水性與通氣性,且可能吸附農藥、重金屬等毒性物質,隨著蚯蚓等小動物的誤食而進入食物鏈;也可能吸附營養鹽,抑制作物生長,這種種都對土壤生態與農業生產帶來未知但令人憂心的長期影響。13
而土壤中的聚丙烯醯胺,也可能隨著雨水沖刷跑到水體中;根據研究,聚丙烯醯胺會影響水生生物,比如造成魚體(尼羅口孵非鯽)的鰓、肝與腸道的組織改變。14
這樣的環境風險,不是檢測丙烯醯胺殘留量就可以把關的,而是應該檢測水尾土中聚丙烯醯胺含量才對;而且基於預警與預防原則,實不應讓含有這種難分解高分子的水尾土(還有淨水污泥、B7類的連續壁產生之皂土),進入環境中;應當只容許再利用於燒結製磚、人工輕骨材與水泥原料才對。因此,前環保署於2009年及前工業局於2015年的函釋對水尾土是否為廢棄物的認定原則,才是正解。
非法回填疑似水尾土 應如何查驗正身?
而且前環保署在工程會協調下制定該管理規範之虞,卻未能指引地方環保局如何判定被回填到農地的土方,是否為水尾土。現在來看個實例。
去年底本協會接獲常常在住家附近看守環境的友人(下稱「清水君」)反映,有農地遭回填大量土方,其顆粒非常細、顏色淡黃均勻,疑似砂石場水尾土(當地有數家砂石場),雖已向台中市府舉報,但環保局人員卻以目視及手持XRF快篩儀器檢測土壤重金屬含量符合標準後,即認定應該不是水尾土;只以其整地行為未經申請,由農業局「轉都發局依權責辦理」;都發局則回覆「已依照行政程序法啟動調查,後續將視調查結果,依都市計畫法相關規定辦理。」後續即無下文。
在無人證下,如何判定這些土方到底是不是來自砂石場的水尾土,成了破案重點。根據前述關於水尾土的管理規範,水尾土的丙烯醯胺含量不得超過750ppb,且其有提供其檢測方法(NIEA M807.0),因此我們發文請台中市府採樣檢測丙烯醯胺含量,如若有檢測到丙烯醯胺,即表示其來源為廢水處理設施,且極可能是來自當地的砂石場。
結果20天後市府來函,答案當然是未檢出。此時我們開始搜尋資料,詳加了解丙烯醯胺與聚丙烯醯胺物性,才知丙烯醯胺半衰期果然很短,慶幸的是聚丙烯醯胺並非那麼容易分解,因此我們把檢測目標轉向聚丙烯醯胺。
經討論,我們覺得,既然聚丙烯醯胺可以吸附廢水中懸浮顆粒,使其混凝沈澱下來,那如果把這些疑似水尾土加水攪拌重新成為泥水,然後靜置,測其從混濁到澄清時所需時間,那會不會跟沒有聚丙烯醯胺的砂土有所差異?
於是,清水君在一月中旬採集現場土樣進行實驗,並以周圍農地土壤做為對照,加水攪拌疑似水尾土的水樣不到一小時就澄清了,但加水攪拌周圍農地土壤的水樣,則過了一天還是混濁狀,見下圖。
這雖然已經很充分地指出,被檢舉的回填土可能含有混凝劑,不是一般土方,但我們希望能有更充分的證據。經詢問,有在研究塑膠微粒的學者表示,FTIR(傅立葉轉換紅外線光譜儀)應該可以驗出聚丙烯醯胺,只是其在水尾土中為微量,不知其頻譜是否會受土壤中其他物質影響。所幸,FTIR檢測費用並不高,不像使用液相層析串聯式質譜儀檢測的丙烯醯胺,費用那麼昂貴(一個樣本就要2.5萬元),因此這位學者表示願意免費義務幫我們照照看。
於是清水君於二月初到現場採樣(樣本編號D、F),並採集周遭農地(樣本編號I、J、K)、更遠的高東里農地的土壤(樣本編號L、N)以及大甲溪堤外沙土(樣本編號M)做為對照組,連同去年底檢舉時即已採取留存的樣本(樣本編號A、B、C),寄送給該學者。採樣位置如下圖。
該學者在三月中旬請學生幫忙做實驗,結果如下圖。從圖中可見,樣本A(深藍色線)與B(鮮紅色線)在那些會被聚丙烯醯胺分子吸收的紅外光波長(波數分別為3419、2940 、1660、1601、1431 cm-1,都和聚丙烯醯胺的親水官能基有關),都出現了被樣本吸收的現象,穿透度較其他波數的光為低,呈現在X軸為波數、Y軸為穿透度(最下為100%,往上穿透度變小)的圖譜上,可在這幾個波數看到小小的波峰,證明其含有微量的聚丙烯醯胺。其餘樣本皆無此現象,表示沒有偵測到聚丙烯醯胺。
被檢舉農地上採集的五個樣本中有三個樣本(A、B、C),是檢舉當時採樣的,在環境中被風吹日曬雨淋的時程較短,這三個樣本中有兩個樣本偵測到聚丙烯醯胺;而另外兩個樣本(D、E)是經過了兩個月左右才採,其圖譜中那些會被聚丙烯醯胺親水官能基吸收的光,沒有被樣本吸收的現象。這有兩種可能,一是樣本中根本未含有聚丙烯醯胺,二是它本來有含聚丙烯醯胺,但經過了這兩個月左右的時間後,聚丙烯醯胺的親水官能基已被微生物或光、熱給破壞了,剩下了難以由FTIR判斷的碳鏈。無論如何,五個樣本中有兩個樣本測到聚丙烯醯胺,已證實這些回填土,極可能是砂石場水尾土。這個案例發生在該管理規範生效後十個月,充分顯見該管理規範未能解決水尾土去化問題。
應基於預警預防原則修訂法規 避免難分解親水性高分子流落四方
我們進行這些研究與調查,是想讓政府重新檢視《砂石場廢水處理設施產出物品質及管理規範》,檢討其謬誤,正視每年一千多噸的聚丙烯醯胺,隨著每年一百多萬噸的水尾土跑到環境中所帶來的風險;另有同樣數量級的聚丙烯醯胺或其他親水性高分子,隨著每年兩百萬噸左右的連續壁皂土跑到環境中。而且還有更多讓它們跑到環境中的途徑,比如聚丙烯醯胺、聚丙烯酸等親水性高分子於1980年代左右即以高吸水性高分子(水膠)的型態開始用於衛生棉、尿布等個人衛生用品15,隨後用途日廣,包括做為增稠劑與乳化劑用於沐浴乳、洗髮精16,並廣泛用於生物醫療、農業、營建與廢水處理。
如同許多其他人造化學品般,聚丙烯醯胺等親水性高分子的優點先被人類挖掘出來,並充分廣泛地加以運用,然後才慢慢開始有人注意到其風險。近年已有越來越多研究指出其可能的環境生態影響,同時開始有人發展其安全替代品,包括以天然多醣(如澱粉、纖維素、幾丁聚醣、木質素、海藻酸鈉及車前子多醣)為基質的親水性高分子,其成本不高、生物可分解、對健康與環境的風險也低。17
我們建請環境部重新把效用低的水尾土以及營建剩餘土石方中的B7類(連續壁皂土)直接認定為廢棄物,透過廢清法的再利用機制好好管理其流向,並請經濟部與內政部分別為水尾土、淨水污泥與連續壁皂土公告妥適的再利用管理方式,同時輔導業界去開發生物可分解的混凝劑,讓使用生物可分解混凝劑所產生的水尾土、淨水污泥與連續壁皂土,可當作填料使用;如若使用聚丙烯醯胺等不易分解的親水性高分子當作混凝劑者,其所產生的水尾土、淨水污泥與連續壁皂土,則只能做為磚品原料或水泥生料使用。同時請環境部比照塑膠微粒,禁止這些難以分解的親水性高分子,用於沐浴乳與化妝品等個人衛生用品,莫讓不知情的大眾,成了謀害環境生態的幫凶。
參考資料:
11. Cationic polyacrylamide copolymers (PAMs): environmental half life determination in sludge-treated soil, Hennecke D, Bauer A, Herrchen M, Wischerhoff E, Gores F. Environ Sci Eur. 2018;30(1):16. doi: 10.1186/s12302-018-0143-3. Epub 2018 May 18.
12. Current status on the biodegradability of acrylic polymers: microorganisms, enzymes and metabolic pathways involved, Gaytán, I., Burelo, M. & Loza-Tavera, H. Appl Microbiol Biotechnol 105, 991–1006 (2021).
13. Superabsorbent polymers in soil: The new microplastics? Buchmann C, Neff J, Meyer M, Bundschuh M and Steinmetz Z (2024). Cambridge Prisms: Plastics, 2, e3, 1–14
14. Exploration of polyacrylamide microplastics and evaluation of their toxicity on multiple parameters of Oreochromis niloticu, Tehreem Raza, Bilal Rasool, Muhammad Asrar, Maleeha Manzoor, Zeeshan Javed, Faiza Jabeen, Tahira Younis(2023). Saudi Journal of Biological Sciences, Volume 30, Issue 2, 2023.
15. Superabsorbent Polymers: From long-established, microplastics generating systems, to sustainable, biodegradable and future proof alternatives, Jingying Chen, Jing Wu, Patrizio Raffa, Francesco Picchioni, Cor E. Koning. Progress in Polymer Science, Volume 125, 2022.
16. 隱身沐浴用品的水溶性聚合物,謝和霖,看守台灣協會,2022.10.14。
17. 水膠於土壤保水性及農用化學品傳輸之應用簡介,陳羿樺,陳奕君。林業研究季刊 39(4):301-308, 2017。