109 地方特考三等 環保行政 環境衛生學 考古題詳解

核心觀念

本題考查環境微生物學之「水中有機物生物分解與元素生物地球化學循環（好氧分解）」以及環境工程之「都市污水處理廠典型處理程序與單元操作」。

1. 好氧生物分解機制：在充足溶氧（Dissolved Oxygen, DO）存在下，好氧性與兼性異營微生物將水中有機物作為碳源與能量來源，經氧化代謝生成高氧化態的穩定無機終產物，並同化合成新生生物質（細胞）。

• 碳循環（C）：有機碳經異營菌三羧酸循環（TCA cycle）氧化為二氧化碳（$\text{CO}_2$）與水（$\text{H}_2\text{O}$）。
• 氮循環（N）：有機氮經氨化作用（Ammonification）轉化為氨氮（$\text{NH}_3/\text{NH}_4^+$），再由自營性硝化細菌經兩步驟硝化作用氧化為亞硝酸鹽氮（$\text{NO}_2^-$）與硝酸鹽氮（$\text{NO}_3^-$）。
• 硫循環（S）：含硫有機物（如蛋白質半胱胺酸、甲硫胺酸）分解釋出硫化物後，在好氧狀態下被硫氧化細菌氧化為硫酸鹽（$\text{SO}_4^{2-}$）。

2. 污水處理廠單元程序：依據法規《放流水標準》（以命題當年民國 109 年規範為準，後續雖有特定業別標準微調，生活污水管制架構仍一致），國內公共污水處理廠主要採「水線」與「泥線」雙軌系統，水線涵蓋預先處理、一級物理沉澱、二級好氧生物處理（活性污泥法為大宗）及消毒放流；泥線涵蓋污泥濃縮、消化與脫水。

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解題方法

本題屬標準的申論整合題，作答應採取「兩大主軸、層次分明」之切入策略：

1. 第一部分：有機物在水中的好氧分解循環（碳、氮、硫）

• 採「物質起始型態 $\rightarrow$ 轉化途徑與主導微生物 $\rightarrow$ 關鍵反應式 $\rightarrow$ 最終氧化產物」四步驟格式作答，展現微生物生化反應之嚴謹性。

2. 第二部分：國內污水處理廠處理程序

• 區分「水線（Liquid Train）」與「泥線（Solid Train）」，依序闡述前處理、初級處理、二級生物處理、三級／消毒處理以及污泥處理單元，並指明各單元之去除目標（如粗大固體、SS、BOD、病原菌）。

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選項分析

本題為公職考試之申論申述題，無選擇題之個別選項。答題重點在於觀念完整性、反應式之化學計量邏輯，以及實務污水處理單元配置之正確認知。

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解題技巧

1. 終產物氧化態檢驗法：好氧分解產物必定具最高或高度氧化態（$\text{C}^{+4}\text{O}_2$、$\text{N}^{+5}\text{O}_3^-$、$\text{S}^{+6}\text{O}_4^{2-}$）；厭氧分解產物則為還原態（$\text{C}^{-4}\text{H}_4$、$\text{N}^{-3}\text{H}_3$、$\text{H}_2\text{S}^{-2}$）。切勿將兩者反應路徑混淆。
2. 二階段硝化不可遺漏：寫出氮循環時，必須明確標記參與的自營菌屬（亞硝化菌 Nitrosomonas 與硝化菌 Nitrobacter），此為閱卷評分關鍵指標。
3. 污水廠答題架構化：採用流程鏈條式書寫（「單元名稱 $\rightarrow$ 去除標的 $\rightarrow$ 作用機制」），並涵蓋水線與泥線，避免僅寫出二級曝氣池而漏掉前處理與污泥處置。

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【答案】

一、有機物在水中之氮、碳、硫好氧分解循環過程

在富含溶氧的水體中，好氧及兼性微生物利用水中有機物進行異化分解（釋放能量）與同化合成（構成新細胞），其氮、碳、硫之分解代謝過程如下：

1. 碳（Carbon, C）之好氧分解

• 轉化過程：水中含碳有機物（如碳水化合物、脂肪、有機酸）被好氧異營性微生物攝入體內，經糖解作用（Glycolysis）與三羧酸循環（TCA cycle），受質中的碳原子被徹底氧化脫氫，釋放能量供細胞生長。
• 最終產物：無機態之二氧化碳（$\text{CO}_2$）與水（$\text{H}_2\text{O}$）。部分碳轉化為重碳酸根（$\text{HCO}_3^-$）緩衝水體 pH。
• 代表性反應式（以葡萄糖為例）： $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \xrightarrow{\text{好氧異營菌}} 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \Delta H$

2. 氮（Nitrogen, N）之好氧分解

水中有機氮的好氧轉化分為「氨化」與「硝化」兩大階段：

• 階段一：氨化作用（Ammonification） 含氮有機物（如蛋白質、多肽、尿素）經異營性微生物分泌之蛋白酶水解脫氨，轉化為無機態氨氮： $\text{R-CH(NH}_2\text{)COOH} + \text{O}_2 \xrightarrow{\text{異營菌}} \text{R-COOH} + \text{CO}_2 + \text{NH}_3$

核心觀念

1. 我國能源轉型政策目標： 以命題當年（民國 109 年）政策為準，依行政院核定之「能源轉型推動方案」與「非核家園」政策目標，我國規劃於 2025 年達成發電結構配比為：再生能源 $20\%$、燃氣 $50\%$、燃煤 $30\%$。 （現行法與政策已於民國 111 年公布「2050 淨零排放路徑及策略」，因用電量成長及工程受疫情影響，2025 年再生能源佔比目標下修並展延至 2026 年底達標，但解題仍以命題當年設定之 $20\%$ 為準。）
2. 再生能源環境衛生與工程評估： 環境衛生學探討能源利用時，著重於「能源穩定度與間歇性」、「能量密度與土地利用」、「發電過程之直接與間接污染排放」（空氣、水、土壤、廢棄物、低頻噪音）及「生態系衝擊」。四大再生能源各有其發電特性與環境衛生風險。

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解題方法

本題為標準申論題，答題架構應分為兩大主軸：

1. 政策目標明確作答：直接破題點出 2025 年再生能源發電量配比目標值（$20\%$），並簡要鋪陳「減煤、增氣、展綠、非核」的整體能源配比結構，展現政策宏觀視野。
2. 系統化對比四類再生能源：依題目指定順序（太陽能、風能、水力能、生質能），各自拆解為「優點」與「缺點」。寫作時兼顧「發電技術特性」與「環境衛生／生態衝擊」雙重面向，避免流於一般常識性描述，應導入具體專業名詞（如：低頻噪音、光電廢棄模組回收、基載調度、河川棲地破碎化、燃燒衍生二次空污）。

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解題技巧

1. 數字精準切入：2025 目標值務必肯定寫出 $20\%$，切忌含糊其辭。搭配「5：3：2（氣：煤：綠）」記憶法快速鋪陳。
2. 環境衛生考科專屬著眼點：

• 寫太陽能缺點時，必提「廢棄面板重金屬與回收處理」及「地面型光電之土地/農漁競爭」。
• 寫風能缺點時，必提「低頻噪音（健康心理衝擊）」與「生態衝擊（鳥擊、海洋鯨豚生態）」。
• 寫水力能缺點時，必提「地形限制、水庫淤積與下游棲地生態破壞」。
• 寫生質能缺點時，必提「燃燒產生之傳統空污（$PM_{2.5}$、$NO_x$）及微量有害物（戴奧辛）」。

3. 優缺點格式對稱：每項能源各列 2～3 點優點及 2～3 點缺點，並以列點呈現，讓閱卷委員能一目了然。

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【答案】

一、我國 2025 年能源轉型之再生能源發電目標

依我國能源轉型與「非核家園」政策規劃，2025 年全國發電結構配比目標為：

• 再生能源發電量提升至：$20\%$
• 配套發電配比目標為：液化天然氣（燃氣）$50\%$、燃煤 $30\%$，全面停止核能發電。

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二、四大再生能源發電之優缺點分析

(一) 太陽能發電

1. 優點：

• 運轉期零碳排：發電過程不消耗化石燃料，無溫室氣體及硫氧化物（$SO_x$）、氮氧化物（$NO_x$）等空氣污染物排放。
• 分散式建置彈性高：可充分利用建物屋頂（屋頂型光電）就地發電、就地消耗，減少長途輸配電線路損失。
• 維護成本相對較低：除逆變器及清洗作業外，靜態光電模組無運轉機械磨損，運轉維護（O&M）需求單純。

2. 缺點：

核心觀念

本題評量環境衛生學中物理性危害因子——「噪音」（Noise）的基礎環境工程與環境醫學概念。主要涉及核心內涵如下：

1. 噪音定義：

• 主觀／環境衛生學定義：凡是音量過大、不協調、令人不快或厭煩，以及足以妨害人類正常生活安寧、身心健康及學習工作的聲音。
• 法定定義：以命題當年（民國 109 年）《噪音管制法》第 3 條為準，噪音指「超過噪音管制標準之聲音」（現行法架構與定義維持一致）。

2. 評估度量：常用 A 加權音壓級（$dBA$）以模擬人耳聽覺敏感度，並以等效連續音壓級（$L_{eq}$）作為評估環境長時間能量暴露之指標。
3. 暴露效應架構：噪音對人體的危害包含「聽覺性效應」（Auditory effects，如毛細胞物理性破壞）與「非聽覺性效應」（Non-auditory effects，如神經內分泌、心血管系統及睡眠干擾）。

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解題方法

本題為典型且高頻出現的環境衛生學申論題，切入重點在於「系統性分類」與「專有名詞及生理病理機制並陳」：

1. 噪音來源：依照我國環境保護管制實務與污染傳播型態，分為「移動污染源（交通）」、「固定污染源（工廠與營建工地）」、「營業與擴音設施」及「生活鄰里噪音」四大面向歸納，確保涵蓋完整且具層次感。
2. 人體危害：切忌使用生活口語，必須依循世界衛生組織（WHO）與環境流行病學標準體系，劃分為「聽覺系統直接危害」、「非聽覺系統生理危害」及「心理與行為干擾」，並點出關鍵臨床病理表現（如 Corti 器毛細胞受損、暫時性／永久性聽閾位移、4000 Hz 聽力陷落等）。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。

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解題技巧

1. 專有名詞加分點：答題時務必寫出 TTS（暫時性聽閾位移）、PTS（永久性聽閾位移）、C5-dip（4000 Hz 聽力下降凹陷）、Corti 器（Organ of Corti）及交感神經刺激等醫學名詞，展現環境衛生專業深度。
2. 避免答題失衡：多數考生常花 80% 篇幅在「聽覺受損」，卻忽略了低頻噪音或環境慢性噪音引發的「心血管疾病」與「睡眠結構瓦解」，後者在現代公衛評估中權重極高。
3. 列點條理化：來源與危害均採大標題、小標題與條列式陳述，讓閱卷委員能於短時間內直接檢核到評分點。

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【答案】

一、噪音之主要來源

依噪音源之發生特徵與管制性質，環境噪音來源主要可分為下列四類：

1. 交通運輸噪音（移動污染源）

• 陸上道路交通：汽機車引擎運轉、排氣管爆震、高速行駛產生之胎地摩擦聲與空氣動力阻力聲，為都會區日間與夜間最廣泛的背景噪音。
• 軌道運輸：鐵路列車、捷運行駛時之輪軌摩擦、道岔撞擊及煞車摩擦聲。
• 航空交通：飛機起降及低空巡航時噴射引擎排氣與機體氣流擾動聲，對機場周邊產生高強度、間歇性噪音。

2. 工廠與營建工程噪音（固定污染源）

• 工廠作業：重型衝剪機械、粉碎機、發電機、高壓蒸氣排放、鼓風機及冷卻水塔運轉等，多屬長時間連續性或規律性之高分貝噪音。
• 營建施工：打樁機、挖土機、混凝土破碎機、鑽孔機等機具施工，多具高衝擊性、高振幅與不規則突發性特徵。

核心觀念

本題測驗「環境衛生學」與「環境工程導論」中自來水供水工程的核心單元操作，涵蓋以下核心法規與學理：

1. 法規標準：以命題當年（民國 109 年）行政院環境保護署所訂之《飲用水水質標準》為準，自來水供水系統需確保濁度（常態小於 $2\text{ NTU}$、極限 $4\text{ NTU}$）、微生物（大腸桿菌群、總菌落數）、消毒副產物（總三鹵甲烷 $\text{TTHMs} \le 0.08\text{ mg/L}$、溴酸鹽 $\le 0.01\text{ mg/L}$）及自由有效餘氯（$0.2 \sim 1.0\text{ mg/L}$）符合規範。（註：主管機關現行已改制為環境部，法規內容持續適用）。
2. 傳統淨水處理程序（Conventional Treatment）：利用膠體化學（DLVO理論、電性中和）與物理沉降、截留機制，依序去除水中之懸浮固體、膠體及病原微生物。
3. 高級淨水處理（Advanced Water Treatment）與臭氧特性：臭氧（$O_3$）具備高氧化電位（約 $2.07\text{ V}$），可藉由直接反應（分子態）或間接反應（產生自由基 $\cdot\text{OH}$）分解難分解有機物與去除異味，但其半衰期短且無持續性殘留消毒力。

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解題方法

本題屬申論題型，答題架構應分為兩大主軸：

1. 系統化梳理淨水處理程序：從原水取水至清水配送，依單元操作之先後順序，條列說明「單元名稱」、「作用原理」及「主要添加藥劑／去除標的」，並輔以清晰的流程結構。
2. 剖析臭氧的使用時機與定位：不能僅泛稱「消毒」，需依程序切入點（前臭氧、中臭氧、主消毒）與水質異常事件（藻華、原水突發污染）分項論述，並指出臭氧消毒的優缺點（如殺滅耐氯包囊 vs. 生成溴酸鹽與無殘留餘氯）。

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解題技巧

1. 流程圖解法：作答時以箭頭或流程圖（取水 $\to$ 混凝 $\to$ 膠羽 $\to$ 沉澱 $\to$ 快濾 $\to$ 消毒 $\to$ 配水）開頭，能讓閱卷委員迅速掌握答題架構。
2. 常見陷阱與評分關鍵：

• 混淆消毒概念：誤以為加了臭氧就不需要加氯。臭氧在水中分解極快，管網配送階段必須添加氯劑以維持自由有效餘氯，防範自來水於配水管網中發生二次生物污染。
• 忽略副產物風險：原水若含有溴離子（$Br^-$），臭氧氧化會生成致癌物溴酸鹽（$BrO_3^-$），必須特別強調其水質限制。
• 記憶口訣：快混膠沉濾消（取原水 $\to$ 快混 $\to$ 膠羽 $\to$ 沉澱 $\to$ 快砂濾 $\to$ 消毒清水）。

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【答案】

一、自來水廠之淨水處理過程

傳統自來水廠處理地表水系主要採「傳統淨水處理流程」，其處理單元與作用機制依序如下：

1. 取水與欄污（Intake & Screening）：

• 功能：由河川、水庫取水，透過粗、細欄污柵攔截大型漂流木、落葉、垃圾及水生植物，避免損壞後續抽水機組與阻塞管路。

2. 快混與混凝（Rapid Mixing & Coagulation）：

• 原理：水中之黏土膠體多帶負電荷，利用水力或機械進行劇烈快混（滯留時間約數十秒），投加無機混凝劑（如聚合氯化鋁 $\text{PAC}$ 或硫酸鋁 $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$）。
• 作用：壓縮膠體雙電層、進行電性中和，促使膠體脫穩。

3. 慢混與膠羽形成（Slow Mixing & Flocculation）：

• 原理：在膠羽池內以漸降之機械攪拌強度（$G$ 值漸減）緩慢翻動水流（滯留時間約 $20 \sim 30\text{ 分鐘}$）。
• 作用：增加脫穩顆粒碰撞機率，透過顆粒間之架橋吸附作用，凝聚成大而密實、利於重力沉降的粗大膠羽（Floc）。

4. 沉澱（Sedimentation / Clarification）：

• 原理：利用平流式、傾斜管（板）式沉澱池，降低水流流速，使水流呈層流狀態。
• 作用：使粗大膠羽受重力作用沉降至池底排出，去除水中絕大部分的懸浮固體與濁度（通常可去除 $80\%\sim 90\%$ 以上濁度）。