113 地方特考三等 環保行政 環境科學 考古題詳解

核心觀念

本題考查 PFAS 的化學特性、環境持久性、常見暴露來源，以及政府進行環境流布調查時的採樣規劃。PFAS 是一大類人工合成含氟化學物質的統稱，並非單一化合物；常見例子包括全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）及其相關物質。

許多 PFAS 的碳氟鍵穩定，使其耐熱、耐油、耐水且不易在自然環境中分解。部分 PFAS 可在環境中長期存在，並經食物與飲水進入人體；不同 PFAS 的移動性、生物累積性及毒性則不完全相同，不能把整個 PFAS 家族視為具有相同的環境行為或健康效應。

解題方法

作答可依「為何受關注—用在哪裡—如何調查暴露」三層整理：

1. 從持久性、廣泛使用與環境檢出說明其受關注原因。
2. 以產品功能分類，列出利用耐水、耐油、耐熱或界面活性等特性的用途。
3. 採樣標的優先選擇能反映民眾實際暴露，以及污染源排放或環境傳輸的介質。

（一）PFAS 為何引起舉世關注？

PFAS 受到高度關注，主要有以下原因：

• **環境持久性高：**碳氟鍵穩定，許多 PFAS 不易自然分解，可在水體、土壤及沉積物中長期存在。
• **使用範圍廣、污染來源多：**PFAS 曾被廣泛用於消費品及工業製程，製造、使用、廢棄或消防泡沫使用等過程，均可能造成排放。
• **可在環境中遷移並造成暴露：**部分 PFAS 易溶於水或具有移動性，可能進入飲用水、農作物及食物鏈，使一般民眾透過飲水、食物或其他途徑接觸。
• **部分物質具有生物累積或健康疑慮：**特定 PFAS 可在人體或生物體內累積。研究指出，部分物質與免疫、肝臟、血脂、生殖發育或癌症等健康效應相關；各物質的危害證據與風險程度仍須分別評估。
• **污染控制與管理不易：**PFAS 種類繁多，部分替代物仍具持久性或尚未充分掌握其危害；污染後的調查、去除及處理也具技術挑戰。

因此，PFAS 的全球關注來自「廣泛使用、環境持久、暴露途徑多，以及部分物質具有健康風險疑慮」的交互作用。

（二）PFAS 常見用途

PFAS 常被用來提供耐水、耐油、耐污、耐熱或界面活性等性能，常見用途包括：

核心觀念

本題考查氮在水體中的生物地球化學循環，以及各反應對水質與氣候的影響。污水中的有機氮經微生物分解後，主要依序經歷氨化、硝化、同化與脫硝等作用；各作用受溶氧、氧化還原環境、碳源及微生物影響。水中的含氮物種主要包括有機氮、氨氮（$NH_3$、$NH_4^+$）、亞硝酸鹽氮（$NO_2^-$）及硝酸鹽氮（$NO_3^-$）。

解題方法

依「有機氮進入水體後的轉化順序」說明主要反應，再連結各含氮物種與耗氧、藻類生長、毒性及溫室氣體等水質效應。須留意硝化需氧，脫硝則主要在缺氧環境進行。

（一）淡水水環境中的主要生化反應與物種轉換

以含尿液或肥料的污水進入湖泊、河川或水庫為例，氮的主要轉換如下：

1. 有機氮氨化（礦化） 污水中的尿素、蛋白質及其他含氮有機物，經微生物分解，轉為氨氮。氨氮在水中以未離子化氨與銨離子存在，其比例受水溫及 pH 影響。

$\text{有機氮} \xrightarrow{\text{微生物分解}} NH_3/NH_4^+$

尿素水解可簡化表示為：

$\mathrm{CO(NH_2)_2 + H_2O \rightarrow 2NH_3 + CO_2}$

2. 硝化作用 在有氧環境中，硝化微生物將氨氮氧化為亞硝酸鹽，再進一步氧化為硝酸鹽：

$\mathrm{NH_4^+ + 1.5O_2 \rightarrow NO_2^- + 2H^+ + H_2O}$

$\mathrm{NO_2^- + 0.5O_2 \rightarrow NO_3^-}$

硝化會消耗溶氧並產生氫離子，因此可能降低水體 pH；完整硝化每氧化 $1\ \mathrm{mg}$ 的氨氮，理論上約消耗 $4.57\ \mathrm{mg}$ 氧氣。

3. 生物同化與食物網傳遞 藻類、水生植物及微生物可吸收 $NH_4^+$ 或 $NO_3^-$，合成細胞內的胺基酸、蛋白質等有機氮。生物被攝食、排泄或死亡後，有機氮再經分解回到氨氮，形成循環。

$NH_4^+/NO_3^- \xrightarrow{\text{生物吸收}} \text{生物體有機氮}$

4. 脫硝作用 在缺氧或厭氧環境中，兼性異營微生物以硝酸鹽作為電子受體，將硝酸鹽依序還原為亞硝酸鹽、一氧化氮、氧化亞氮，最後形成氮氣逸散至大氣。此過程通常需要可利用的有機碳作為電子供體。

核心觀念

臭氧都是由三個氧原子組成的 $O_3$，但其對人類的影響取決於它存在的大氣高度：

• 平流層臭氧形成臭氧層，可吸收大部分有害紫外線，對地表生物有保護作用。
• 對流層近地面臭氧是光化學煙霧的重要成分，吸入後會刺激呼吸道、損害肺功能，對人體健康有害。

因此，本題的判斷關鍵是「所在高度」與「形成環境」，而不是臭氧分子本身不同。

解題方法

依序辨認臭氧的所在大氣層、功能及來源：先說明平流層臭氧的防護作用，再說明近地面臭氧的健康危害，最後指出控制近地面臭氧的前驅物排放。

（一）大氣層對人類有保護作用的「好的臭氧」

「好的臭氧」是平流層臭氧，主要分布於距地表約 10 至 50 公里的平流層，在約 15 至 35 公里處較集中，形成臭氧層。它能吸收大部分太陽紫外線，尤其是具有生物危害的 UV-B，降低紫外線到達地表的量，保護人類及其他生物。

臭氧層遭破壞會使地表紫外線曝露增加，提升皮膚癌、白內障等健康風險。

（二）大氣層對人類健康有威脅的「壞的臭氧」

「壞的臭氧」是對流層近地面臭氧，也就是存在於地表附近、可被人體吸入的臭氧。它通常不是直接由污染源排放，而是氮氧化物（$NO_x$）與揮發性有機物（VOCs）在日照下經光化學反應生成，是光化學煙霧的重要成分。

核心觀念

本題考查「水—能源關聯」（Water–Energy Nexus）：取水、輸水與水處理需要能源；能源生產與輸配則仰賴水資源、河川與健康的水域生態系。兩者的互動會影響 SDG 6「潔淨水與衛生」及 SDG 7「可負擔的潔淨能源」，也牽動糧食、健康、減貧與生態保育。

分析時須區分兩個方向：

1. 水環境對能源的影響：水的數量、品質、流量與生態條件，會影響能源設施能否興建及穩定運轉。
2. 能源開發對水環境的影響：能源設施的取水、土地利用、污染與生態改變，會影響水的可用量、水質及水域生態。

解題方法

依題目三小題分別回答「水如何支撐再生能源」、「再生能源如何支撐永續水環境」，最後用兩個具體情境說明兩者相互依賴。每一部分都兼顧重要性與可能影響，並呈現效益與風險，避免只寫再生能源的優點或只列環境衝擊。

（一）永續水環境對再生能源開發的重要性與可能影響（10 分）

1. 提供能源設施所需的水量與水質

部分再生能源設施仍需用水，例如生質能源作物灌溉、燃料加工與設備清洗；太陽光電板清潔也會用水。水資源若穩定且水質適當，可降低設施運轉、維護及能源原料生產受到的限制。

2. 支持水力發電及其他水域能源

水力發電仰賴河川流量、水庫蓄水及水位調度；潮汐、波浪等海洋能源則仰賴適合的水域與海岸條件。流量不足、水庫淤積或水域環境退化，會降低能源設施的發電能力與可靠度。

3. 維持能源系統韌性

健康的流域與水生態系有助於維持水源涵養、自然調蓄及水質淨化，降低乾旱、洪水與污染對能源設施的衝擊。若水環境惡化，設施可能面臨供水中斷、運轉受限、維護成本上升或停機。

4. 可能影響及管理重點

水力或海洋能源設施若規劃不當，可能改變河川流況與泥砂輸送、阻隔魚類洄游、改變棲地，或與灌溉、民生及生態用水競爭。生質能源作物若大量耗水，也可能加重缺水區壓力。因此，能源開發須納入流域整體水量、水質及生態需求，維持河川環境流量，並評估累積影響。

（二）再生能源開發對永續水環境的重要性與可能影響（10 分）

1. 降低水務系統的能源負擔

取水、抽水、輸水、淨水、污水處理及再生水製造均需能源。發展風力、太陽光電等低碳能源，可為水務設施提供較潔淨的電力，降低其能源成本及溫室氣體排放，提升供水與污水處理的長期韌性。