[台灣的地下水]

地下水中的鐵

作者：陳文福　(台灣大學地質科學系博士)

　　鐵溶於水中形成鐵離子，主要有二價鐵(亞鐵)及三價鐵，在不含有其他離子時，pH值中性且氧化環境(氧化還原電位Eh大於零)時，會形成氫氧化鐵沉澱，這也就是地表水(通常含有溶氧)不含鐵離子的主要原因(通常濃度小於0.3 mg/l)。

　　地面水開始流入地下後，就沒有氧氣的來源，加上地層中的生物殘餘所形成的有機碳，開始消耗溶氧，經過一段距離後，地下水中的溶氧就被「用」光了。以濁水溪沖積扇為例，扇頂區的地下水中還有溶氧，但往中下游流動，到扇央時溶氧就沒了，尤其泥層越多，溶氧消耗越快。

　　地下水缺氧後，地層中礦物裡的鐵質，經由微生物作用，就開始被還原出來，形成二價的亞鐵離子，此時控制厭氧(缺氧)水中鐵濃度的因子，主要為「碳酸氫根」及「硫化氫」離子。

淨化水質的重要功臣

　　「硫化氫」是硫酸根離子被「硫酸根還原菌」(sulfate reducing bacteria: SRB)還原而形成。氣態的硫化氫(H2S)是有毒的，微量的硫化氫具腐蛋味，但高濃度反而無味，除了一氧化碳中毒的案例外，硫化氫害人的新聞也很常見，例如陽明山清洗溫泉槽的工人，或進入下水道作業工人遇害的消息。硫化氫對金屬的腐蝕性很強，常造成金屬管線腐蝕。在厭氧水中，硫化氫卻扮演「天使」的角色，因為離子態的硫化氫(例如HS-)與重金屬有強烈的結合能力，例如鉛、汞、銅、鋅、鎘、鉻等，形成硫化金屬沉澱，水中有害的金屬濃度因此降低。

　　在濁水溪沖積扇第1含水層中，扇頂地下水的鐵濃度很低，因為有溶氧，使鐵離子變成氫氧化鐵沉澱。離開了扇頂區，鐵濃度越往深層越低，硫化氫碰到鐵變成硫化鐵沉澱。初生成的硫化鐵是無晶形，墨黑色，數小時後漸變為Mackinawite礦物，也還不穩定，最後會轉變成黃鐵礦(pyrite：Fe2S)，也就是俗稱的「愚人金」。從無晶形到黃鐵礦，地下水中的鐵濃度降低數百至千倍以上，其他的重金屬也會共沉澱在黃鐵礦附近，包括砷也會形成硫砷鐵礦，水質因此被「淨化」了。

※本文圖文資料摘錄自遠足文化《台灣的地下水》一書，欲購本書及相關延伸閱讀書籍，請見： 「台灣的地下水與相關延伸書籍」 。