111 地方特考三等 環保行政 空氣污染與噪音防制 考古題詳解

核心觀念

本題測驗考生對我國空氣品質監測與公眾溝通核心工具——**空氣品質指標（Air Quality Index, AQI）**之整合背景、法規依據、計算原理、分級意涵及健康防護建議之掌握程度。

1. 法規與制度背景： 本題以命題當年（民國 111 年）法規為準。行政院環境保護署（現行法主管機關已改制為環境部，且相關空氣品質標準與緊急防制辦法後續有部分精進修正，解題仍以命題當年為準）於民國 105 年 12 月整合原有的「空氣污染指標（PSI）」與「細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）指標」，推行單一之空氣品質指標（AQI），作為我國空氣品質資訊發布與預警之法定依據。
2. 監測項目與公式： 涵蓋臭氧（$\text{O}_3$）、細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）、懸浮微粒（$\text{PM}_{10}$）、一氧化碳（$\text{CO}$）、二氧化硫（$\text{SO}_2$）及二氧化氮（$\text{NO}_2$）等六項污染物。各污染物依濃度對應之斷點（Breakpoints），以「分段線性內插法」計算個別副指標值（$I_p$），再取其最大值作為該測站之 AQI： $I_p = \frac{I_{hi} - I_{lo}}{BP_{hi} - BP_{lo}} (C_p - BP_{lo}) + I_{lo}$ $\text{AQI} = \max (I_{\text{O}_3}, I_{\text{PM}_{2.5}}, I_{\text{PM}_{10}}, I_{\text{CO}}, I_{\text{SO}_2}, I_{\text{NO}_2})$
3. 分級與防護對應： AQI 劃分為 6 個等級（0～50 良好、51～100 普通、101～150 對敏感族群不健康、151～200 對所有族群不健康、201～300 非常不健康、301～500 危害），配合綠、黃、橘、紅、紫、褐紅六種顏色呈現，直觀反映對人體健康之潛在危害及公眾應採取之防護行動。

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解題方法

本題屬申論題型，作答應結構分明、層次清晰：

1. 子題 (一)（20分）：採「指標沿革與定義 $\rightarrow$ 評估項目與計算原理 $\rightarrow$ 實務意義與功能」三層次切入，完整闡述 AQI 如何將多種微觀濃度轉化為宏觀風險評估，並說明其在「公眾衛教」與「行政管制（如緊急防制應變）」上的雙重意義。
2. 子題 (二)（5分）：採「等級判讀 $\rightarrow$ 顏色標示 $\rightarrow$ 健康影響與活動建議」三步驟直接定性說明，展現精準的法規與數值對照能力。

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選項分析

本題為非選擇題（申論題），無選項可供分析。子題 (二) 之數值區間判定分析如下：

• 0～50（本題 45 所在區間）：等級為「良好」（綠色）。空氣品質令人滿意，空氣污染幾乎無健康風險。
• 51～100：等級為「普通」（黃色）。空氣品質尚可，極敏感族群需稍加注意。
• 101～150：等級為「對敏感族群不健康」（橘色）。過敏、氣喘、老人及幼童應減少劇烈戶外活動。
• 151～200：等級為「對所有族群不健康」（紅色）。大眾健康受影響，應減少戶外活動。
• 201～300：等級為「非常不健康」（紫色）。所有人應避免戶外活動。
• 301～500：等級為「危害」（褐紅色）。已達緊急健康警告程度。

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核心觀念

本題評量空氣污染防制工程中「氣態污染物控制技術」的兩大核心單元操作——**吸收法（Absorption）與吸附法（Adsorption）**之基本學理、質傳機制、工程操作特性及其優缺點比較。

1. 吸收法（Gas Absorption / Wet Scrubbing）：

• 本質：氣－液質傳（Gas-Liquid Mass Transfer）。氣體混合物中的可溶性組分溶解於液體吸收劑（洗滌液）中。
• 理論與定律：
• 雙膜理論（Two-Film Theory）：假設氣液界面存在氣膜與液膜，質傳阻力來自分子擴散，通量式表示為 $N_A = k_G(p_{A} - p_{Ai}) = k_L(C_{Ai} - C_{A})$。
• 亨利定律（Henry's Law）：低濃度物理吸收時，氣液相平衡遵循 $p_A = H \cdot x_A$（或 $y_A = m \cdot x_A$），$H$ 為亨利常數。
• 分類：分為「物理吸收」（無化學反應，純靠溶解度平衡，受溫度與壓力控制）與「化學吸收」（吸收劑與污染物反應，如酸鹼中和、氧化還原，質傳速率快且容量大）。

2. 吸附法（Gas Adsorption）：

• 本質：氣－固質傳（Gas-Solid Mass Transfer）。氣體分子（吸附質，Adsorbate）在多孔性固體表面（吸附劑，Adsorbent）受表面力場作用而富集。
• 理論與定律：
• 物理吸附（Physisorption）：主要靠凡德瓦力（Van der Waals force），吸附熱低（約 $20 \sim 40\text{ kJ/mol}$），可逆性高，易脫附再生，可形成多分子層。
• 化學吸附（Chemisorption）：涉及化學鍵結，吸附熱高（約 $80 \sim 400\text{ kJ/mol}$），具高選擇性且多為單分子層，再生極難。
• 等溫吸附方程式：Langmuir 等溫式（單分子層）、Freundlich 等溫式（非均勻表面經驗式）、BET 等溫式（多分子層）。
• 穿透曲線（Breakthrough Curve）：動態吸附床中出口濃度隨時間變化的 S 型曲線，關鍵在於「破過點／穿透點（Breakthrough Point, $C_b$）」與「耗竭點／飽和點（Exhaustion Point, $C_e$）」。

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解題方法

本題為標準的 25 分申論題，架構應兼顧「理論深度」與「工程實務」，建議採四段式論述：

1. 破題與吸收法解析：先定義吸收原理（雙膜理論、物理 vs. 化學吸收），再分項列舉工程優點與缺點。
2. 吸附法解析：先定義吸附原理（表面能、物理 vs. 化學吸附、穿透曲線），再條列工程優點與缺點。
3. 綜合比較與工程選用：設計結構化對照表，從質傳相界面、適用濃度、溫度限制、二次污染、資源回收等面向橫向對比，強化答案的專業度與完整性。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。閱卷給分之關鍵在於考生能否精準區分「吸收（氣－液、溶解度／反應）」與「吸附（氣－固、表面孔隙力場）」的差異，並能具體列出工業廢氣處理時的工程實務限制（如廢水處理、壓降、起泡、沸點與著火風險等）。

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解題技巧

1. 名詞對比切入：考卷上務必強調「吸收為體積吸收（滲入液體本體內部）」，而「吸附為界面現象（富集於固體外表與微孔表面）」。
2. 化學 vs. 物理次分類：兩者皆須拆解為「物理性」與「化學性」討論，能展現紮實的化工單元操作功底。
3. 列舉實務案例提高分數：

• 吸收法舉例：半導體廠排酸排鹼洗滌塔、排煙脫硫（FGD）採用石灰石洗滌法。
• 吸附法舉例：粒狀活性碳（GAC）處理低濃度 VOCs、沸石轉輪濃縮系統（Zeolite Rotor Concentrator）。

4. 避開常見失分陷阱：

• 切勿將吸收劑（Absorbent）與吸附劑（Adsorbent）名詞混淆。
• 探討吸附缺點時，務必點出「放熱反應可能引發活性碳床悶燒／自燃（Hotspot/Fire hazard）」之安全顧慮。

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【答案】

壹、吸收法（Absorption）

一、作用原理

1. 質傳驅動力與相平衡： 吸收法屬於「氣－液相質傳」之分離程序。係利用氣體混合物中特定組分在液體吸收劑中的溶解度差異，藉由氣相與液相界面的分壓差／濃度梯度為質傳驅動力，使氣態污染物穿透界面轉移至液相中。
2. 雙膜理論架構： 依據 Lewis 與 Whitman 提出的雙膜理論，氣液界面兩側分別存在停滯氣膜與停滯液膜，質傳速率取決於分子在雙膜內的擴散阻力： $N_A = k_G(p_A - p_{Ai}) = k_L(C_{Ai} - C_A)$ 氣液平衡通常遵循亨利定律（$p_A = H \cdot x_A$）。
3. 分類：

• 物理吸收：純粹利用物理溶解平衡，不伴隨化學反應（如利用冷水吸收易溶之氨氣、甲醇）。

核心觀念

本題涵蓋「氣候變遷因應技術（淨零碳排）」與「空氣污染氣象學（污染物大氣擴散）」兩大核心領域，分項考查之核心概念如下：

1. 碳匯（Carbon Sink）與 CCUS：

• 涉及溫室氣體減量管理途徑、自然碳移除機制（基於自然之解方，NbS）及科技工程減碳技術（負碳與固碳技術）。
• 法源與名詞背景：以命題當年（民國 111 年）法規為準，主管機關當時依《溫室氣體減量及管理法》推動減碳路徑；現行法已於民國 112 年 2 月修正公布為《氣候變遷因應法》，已將「碳匯」與「碳捕捉再利用及封存」正式納入第 3 條之法定用詞定義。

2. 溫層逆轉（Temperature Inversion）及其微氣象影響：

• 大氣熱力學與靜力穩定度：正常對流層氣溫直減率（Environmental Lapse Rate, $\text{ELR}$）為 $\Gamma = -\frac{dT}{dz} > 0$（氣溫隨高度遞減）；逆溫層則為 $\frac{dT}{dz} > 0$（氣溫隨高度遞增）。
• 擴散微氣象機制：大氣極端穩定度對混合層高度（Mixing Height）、湍流熱對流的抑制作用，以及高斯煙流模型下典型煙流型態（如燻煙型 Fumigation、扇形 Fanning）對近地面污染物濃度的衝擊。

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解題方法

1. 第 (一) 子題：

• 碳匯：先給予物理與生態學通義（吸收大氣 $\text{CO}_2$ 並長期儲存之儲存庫），再依自然生態系統結構切入，完整條列「綠碳（陸域森林）」、「藍碳（海洋與濕地）」與「黃碳（土壤有機碳）」，突顯其在淨零排放路徑中的負排放定位。
• CCUS：採取「系統全流程架構法」，將專有名詞依英文縮寫拆解為三階段：捕捉（Capture）$\rightarrow$ 再利用（Utilization）$\rightarrow$ 封存（Storage），逐一說明各階段的工程技術機制與代表性應用途徑。

2. 第 (二) 子題：

• 逆溫定義：由標準大氣垂直溫度梯度公式 $\frac{dT}{dz}$ 切入，定義熱力結構之異常逆反現象，並簡要依形成機制分類（輻射逆溫、沉降逆溫等），展現學科深度。
• 擴散影響：從「熱力浮力受阻（垂直擴散停滯）」、「混合層高度壓縮」與「水平風場微弱」三個維度分析，並連結煙流傳輸行為（特別是逆溫層位於煙囪上方時引發的「燻煙型／漫煙型（Fumigation）」現象），論述近地面污染物難以稀釋而急遽累積的致災機制。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。答題關鍵在於專有名詞定義精準、分類完整條理化，以及結合理論公式與污染實務。

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解題技巧

1. 名詞簡稱必須英文對齊：寫出 CCUS 時，務必完整註解 Carbon Capture, Utilization and Storage，並明確將「再利用（U）」與「封存（S）」區分開來（舊稱 CCS 僅有捕捉與封存，多了 Utilization 代表資源化閉環）。
2. 三色碳匯是得分金鑰：說明碳匯時，若能主動答出「綠碳、藍碳、黃碳」之劃分，可向閱卷委員展現扎實的環境科學背景。
3. 逆溫分析不可缺少數理關係與煙流圖譜意識：

• 必定寫出垂直溫度梯度 $\frac{dT}{dz} > 0$（或環境氣溫直減率小於乾絕熱直減率 $\Gamma < \Gamma_d$），說明其對應極度穩定之大氣狀態（Pasquill 穩定度 E 或 F 級）。
• 說明對擴散影響時，務必點出「混合層厚度（Mixing Height, $H_m$）」受壓抑，導致稀釋容積大幅縮小，並提及「燻煙型（Fumigation）」是逆溫環境下造成地面最高瞬間濃度的大考必考考點。

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【答案】

一、碳匯及 CCUS 之意義

(一) 碳匯（Carbon Sink）之意義

碳匯係指能從大氣中吸收、移除溫室氣體（主要為二氧化碳，$\text{CO}_2$），並將其長期儲存於天然或人為介質中的「儲存庫（Reservoirs）」。其在達成「淨零排放（Net Zero）」目標中扮演抵銷殘餘排放（負碳排放）的關鍵角色。依生態體系與賦存環境，主要可分為三類：

1. 綠碳（Green Carbon）：指陸域生態系統中，透過植物（森林、草原等）進行光合作用將大氣中之 $\text{CO}_2$ 轉化並固定於植物枝幹、根系與生物質（Biomass）中之碳匯。
2. 藍碳（Blue Carbon）：指海洋及沿海濕地生態系統（包含紅樹林、鹽沼、海草床等）藉由生物沉降與厭氧沉積環境，將碳固定並長期封存於海洋沉積物與海床中的碳匯。
3. 黃碳（Yellow Carbon）：指土壤碳匯，主要透過農耕管理、林地覆蓋等措施，使動植物殘體轉化為穩定的土壤有機質（Soil Organic Carbon, SOC），將碳長期鎖在土壤底層中。

核心觀念

1. 法規定義：依我國《噪音管制法施行細則》（以命題當年民國 111 年法規為準，現行規定亦同），**低頻噪音（Low-Frequency Noise）**指頻率範圍在 $20\text{ Hz}$ 至 $200\text{ Hz}$ 間之聲音。
2. 物理傳播特性：聲音波長 $\lambda$ 與頻率 $f$ 呈反比（$\lambda = \frac{c}{f}$，常溫常壓音速 $c \approx 340\text{ m/s}$）。低頻噪音之波長約在 $1.7\text{ m}$ 至 $17\text{ m}$ 之間，具備「大氣衰減量小、繞射（衍射）能力強、穿透力高」等特性，極易穿透一般建築外牆並引發建築構件與室內空腔共振，且多伴隨「結構固體傳音（Structure-borne Sound）」。
3. 健康效應機制：低頻噪音因 A 權衡加權值（A-weighting）在低頻衰減甚大，量測之 $dB(A)$ 值往往不高，但對人體交感神經刺激強烈，主要誘發自律神經失調、睡眠週期剝奪及慢性心理應激。
4. 控制工程原理：因其波長極長，傳統以多孔性材料（如玻璃棉）為主的吸音構造（厚度需達 $\frac{\lambda}{4}$，工程體積過鉅）效果低落，必須針對結構傳播阻斷、共振吸收阻尼或聲波干涉原理設計防制手段。

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解題方法

本題屬「名詞法規定義＋環境醫學危害」及「工程污染源辨識＋控制技術評估」的標準申論題，答題架構如下：

1. 子題 (一)：

• 先以法規明定頻率區間（$20\text{ Hz} \sim 200\text{ Hz}$），再補充其物理特性（長波長、不易衰減、結構共振），展現環保工科之專業深度。
• 人體健康危害依「生理系統（心血管／自律神經、睡眠障礙）」與「心理及行為系統（情緒、認知效能）」雙維度分類條列，避免流於發散的情緒性描述。

2. 子題 (二)：

• 污染源列舉：挑選實務陳情最常發生的三類代表性源頭（旋轉動力機械、通風氣流設備、電氣磁致伸縮設備），並具體寫出誘發頻率之物理機制。
• 控制方法：對應低頻波長長與結構傳音之本質，由「隔振（源頭結構阻斷）」、「共振吸收（聲能轉換）」與「主動噪音控制（波動相位抵消）」三個完全不同的聲學物理機制進行解說。

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解題技巧

1. 定義界線分明：切勿將低頻噪音（$20\text{ Hz} \sim 200\text{ Hz}$）與次音波（Infrasound，$f < 20\text{ Hz}$）或全頻人耳可聽範圍（$20\text{ Hz} \sim 20,000\text{ Hz}$）混淆。
2. 危害論述核心：低頻噪音的特徵並非高音量引起的「永久性聽力閾移（PTS）」，其核心危害是「自律神經與神經內分泌受刺激」以及「慢性深層睡眠障礙」，作答時應精準使用醫學與環境衛生名詞。
3. 防制方法避免外行答案：切忌作答「加裝隔音棉或薄吸音板」，因為在 $100\text{ Hz}$ 時波長達 $3.4\text{ m}$，若使用多孔吸音材料需厚達約 $0.85\text{ m}$，實務上不可行。必須提出「機械隔振」、「共振式／穿孔板吸音」或「主動反相消音（ANC）」等具備低頻專屬物理機制的對策方能取得滿分。

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【答案】

(一) 低頻噪音之定義及對人體健康造成之危害

1. 低頻噪音之定義：

• 法規定義：依我國《噪音管制法施行細則》第 2 條規範（以命題當年民國 111 年法規為準），低頻噪音指頻率在 $20\text{ Hz}$ 至 $200\text{ Hz}$ 範圍內之聲音。
• 物理特性：聲波波長 $\lambda$ 介於 $1.7\text{ m} \sim 17\text{ m}$。其在大氣中之黏滯吸收衰減極低，隨距離衰減程度遠小於高頻噪音；穿透建築結構能力強且易繞射；進入室內後易與牆體、地板及室內長寬高幾何尺寸產生駐波與共振現象，使局部音壓大幅提高。