107 地方特考三等 環境工程 空氣污染與噪音控制技術（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題考查空氣污染防制工程學中「空氣污染控制設備（Air Pollution Control Devices, APCD）」的分類、機制與工程原理。考生需具備以下核心知識：

1. 污染物分類架構：空氣污染物分為「粒狀污染物（Particulate Matter）」與「氣狀污染物（Gaseous Pollutants）」。作答時兼顧兩大類設備，方能展現完整的空污工程體系架構。
2. 粒狀物捕集機制：慣性碰撞（Inertial Impaction）、截留（Interception）、布朗擴散（Brownian Diffusion）、重力沉降（Gravitational Settling）、離心分離（Centrifugal Separation）及靜電吸引（Electrostatic Attraction）。
3. 氣狀物去除機制：雙膜理論氣液吸收（Absorption）、多孔性表面吸附（Adsorption）、高溫或觸媒氧化（Thermal/Catalytic Incineration）、觸媒催化還原（Catalytic Reduction）。

解題方法

1. 選題配置策略：題目要求「任意五種」，最佳策略並非隨機挑選五種粒狀物除塵設備，而是採取「3種粒狀物控制設備 ＋ 2種氣狀物控制設備」的黃金組合：

• 粒狀物：旋風集塵器（機械分離）、袋濾式集塵器（濾材過濾）、靜電集塵器（電場作用）。
• 氣狀物：填充式吸收塔（氣液質傳吸收）、選擇性觸媒還原設備（SCR）（化學催化還原）。

2. 單元描述標準結構：每一種設備均依下列三段式鋪陳：

• 控制對象與主要特徵
• 詳細運作原理與物理／化學機制（含關鍵公式或化學反應式）
• 關鍵操作參數與適用條件

選項分析

本題為國家考試專業科目之申論題，非選擇題，故無直接之選項。

若從題型選材角度剖析，不同設備的選用評比分析如下：

• 重力沉降室（Gravity Settling Chamber）：雖然構造簡單，但僅對粗微粒（$>50\,\mu\text{m}$）有效，若列為五大設備之一，論述內容偏少，不易爭取高分。
• 文氏管洗滌塔（Venturi Scrubber）：屬濕式集塵，具備高除塵效率但壓損極大（常達 $250\sim 1000\,\text{mm-H}_2\text{O}$），且會產生廢水問題，適合高溫、黏性或易燃粉塵；適合作為補充或備選。
• 選擇性觸媒還原（SCR）與活性碳吸附塔：代表最具產業代表性之氣狀物控制單元，相較於一般單純的燃燒法，其化學機制更具專業深度，能大幅提升考卷辨識度與專業感。

解題技巧

1. 破除常見觀念陷阱：

• 袋濾式集塵器：切忌寫成「由濾袋孔隙直接過濾」。其高效率核心在於過濾初期形成的初次濾餅（Primary Dust Cake），濾餅本身才是主要過濾介質。
• 靜電集塵器：必須清楚區分放電極（產生電暈放電游離電子）與集塵極（捕集帶電粒子），並指出粒子荷電機制（場荷電與擴散荷電）。
• 吸收塔：務必提及「質傳推動力」與「雙膜理論（Two-Film Theory）」，說明亨利定律（Henry's Law）在物理吸收中的角色。

2. 評分關鍵字掌握：閱卷委員著重各設備的關鍵物理量與專有名詞，如「離心力」、「移入速度（Migration Velocity）」、「壓降（Pressure Drop）」、「氣布比（Air-to-Cloth Ratio）」、「溫度窗口（Temperature Window）」。

【答案】

一、旋風集塵器（Cyclone Separator）

1. 控制對象：粗粒徑粒狀污染物（通常直徑 $d_p > 5 \sim 10\,\mu\text{m}$），常作為袋濾機或靜電集塵器之前處理設備。
2. 運作原理：

• 氣旋建立：含塵廢氣以切線方向由頂部進入圓柱形本體，在器壁導引下沿筒體向下滑流，形成半徑較大的外旋渦（Outer Vortex）。
• 離心分離：氣流旋轉產生之離心力 $F_c$ 作用於粉塵微粒： $F_c = \frac{m v_t^2}{r}$ （其中 $m$ 為微粒質量，$v_t$ 為切線速度，$r$ 為旋轉半徑）。微粒因質量與慣性遠大於氣體分子，被甩向外側器壁，撞擊壁面失去動能，並在重力及下行氣流帶動下沉降至底部集塵斗（Hopper）。
• 乾淨氣體排出：氣流向下移動至圓錐錐底附近時轉向反轉，於中心軸處形成半徑較小的**內旋渦（Inner Vortex）**螺旋向上，由頂部排氣管（Vortex Finder）排出。

二、袋濾式集塵器（Baghouse / Fabric Filter）

1. 控制對象：次微米及細微粒粒狀污染物（可捕集 $d_p \le 1\,\mu\text{m}$ 之微粒，集塵效率高達 $99\%$ 以上）。
2. 運作原理：

核心觀念

本題考查環境工程領域中「全球大氣環境議題」與「氣候政策行政管理」的核心知能，涵蓋四大重點：

1. 輻射平衡與溫室效應物理機制：太陽短波輻射與地球長波輻射之光譜特性、溫室氣體分子偶極矩震動吸收紅外線原理，以及大氣逆輻射（Atmospheric Counter-Radiation）。
2. 臭氧層破洞與溫室效應之關聯與本質差異：平流層（紫外線屏蔽）與對流層（長波輻射捕捉）之位階差異；破壞臭氧層物質（ODSs）兼具溫室氣體特性（高 GWP 值）；平流層冷卻與對流層暖化之熱力學耦合。
3. 全球暖化與氣候變遷之環境衝擊：涵蓋水文、海平面、生態系、公衛健康及環境工程設施負荷（如光化學煙霧加劇、排水防洪過載）。
4. 環保行政人員之氣候治理架構：以命題當年（民國 107 年）之《溫室氣體減量及管理法》為法制核心，整合「直接管制（Command-and-Control）」、「經濟誘因（市場機制/碳定價）」、「各部門減緩（Mitigation）」、「碳吸存（Sinks）」與「氣候調適（Adaptation）」。現行法已於民國 112 年修正為《氣候變遷因應法》，納入 2050 淨零排放目標與碳費機制，解題仍以國家考試命題年份之核心治理原則為準並兼顧完整性。

解題方法

申論題型講求「邏輯層次分明、架構完整嚴謹、專有名詞精準」。本題解題切入點如下：

• 第 (一) 子題：從「日地輻射能量平衡」切入，對比太陽短波與地球長波光譜，解釋分子吸收與逆輻射機制。
• 第 (二) 子題：採「釐清迷思 $\to$ 本質差異 $\to$ 實質關聯」三段式論述。先破除「破洞讓陽光/熱直接灌入導致暖化」的常見錯誤觀念，再闡明 ODSs 物質重疊性與大氣垂直熱力結構之耦合。
• 第 (三) 子題：採系統分類法，將環境衝擊拆解為「物理氣候與海洋」、「水資源與生態」、「人類公衛與糧食」、「環境品質與都市設施」四大面向條列，避免雜亂無章。
• 第 (四) 子題：身為「行政人員」，不可只寫空泛口號，應立足於法規授權，依循行政管理生命週期「法制規範 $\to$ 監測盤查 $\to$ 經濟誘因 $\to$ 部門減量 $\to$ 碳匯調適」展開完整策略。

選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。各子題評分要點與配分權重對應如下：

• 第 (一) 小題（5 分）：評分核心在於能否寫出「短波透射、長波吸收、大氣逆輻射」三階段物理過程。
• 第 (二) 小題（3 分）：評分核心在於概念釐清，明確指出兩者分屬平流層與對流層之不同機制，並點出 ODSs 之高 GWP 與輻射強迫力關聯。
• 第 (三) 小題（7 分）：評分核心在於衝擊層面的廣度與深度，需涵蓋物理、生態及人體健康等跨領域衝擊。
• 第 (四) 小題（10 分）：評分核心在於行政管理工具之完整性（法規、盤查、經濟工具、工程減量、調適），體現公職環境工程專業治理思維。

解題技巧

1. 破除最大陷阱：第 (二) 子題切忌回答「因為臭氧層破洞，太陽的熱大量跑進地球所以造成溫室效應」。這是典型的非專業回答，閱卷老師會直接扣至零分。務必強調臭氧層阻擋的是紫外線（化學/生物危害，能量佔比低），而溫室效應阻擋的是地球發散的紅外線（熱能）。
2. 圖解式文字陳述：在描述溫室效應原理時，依「入射短波 $\to$ 地表吸收增溫 $\to$ 放射長波 $\to$ 溫室氣體共振吸收 $\to$ 向下逆輻射地表」的能量傳遞順序書寫，邏輯閉環無懈可擊。
3. 政策答題公式：環保行政策略題必備四大工具箱——「法制管制工具（標準、許可、罰則）」、「經濟誘因工具（碳費、補貼、交易）」、「技術工程措施（節能、再生能源、BAT）」、「調適與治理管理（MRV 盤查、氣候韌性、全民宣導）」。

【答案】

(一) 溫室效應發生之原理

溫室效應（Greenhouse Effect）本質為地表與大氣系統間的「輻射能量平衡」現象，其具體物理機制包含以下三階段：

1. 短波輻射透射入射： 太陽表面溫度約 $5800\ \text{K}$，依據維恩位移定律（Wien's Displacement Law），其輻射能量集中於短波波段（波長 $\lambda \approx 0.15 \sim 4\ \mu\text{m}$，峰值約 $0.5\ \mu\text{m}$，主要為可見光與部分紫外光）。大氣層中的主要成分（$\text{N}_2$、$\text{O}_2$）對可見光幾乎完全透明，因此大部分太陽短波輻射能直接穿透大氣到達地球表面，使地表吸收能量而升溫。
2. 地表長波輻射放射： 地球表面吸收太陽輻射增溫後，平均溫度約 $288\ \text{K}$（$15^\circ\text{C}$），向外太空放射出地球長波輻射（熱紅外線，波長 $\lambda \approx 4 \sim 100\ \mu\text{m}$，峰值約 $10\ \mu\text{m}$）。
3. 溫室氣體共振吸收與大氣逆輻射： 大氣中的溫室氣體（Greenhouse Gases, GHGs，如水蒸氣 $\text{H}_2\text{O}$、二氧化碳 $\text{CO}_2$、甲烷 $\text{CH}_4$、氧化亞氮 $\text{N}_2\text{O}$ 等多原子分子）具有非對稱的偶極矩變化。當分子受到特定波長之紅外線激發時，產生鍵結伸縮與彎折震動，強烈吸收地表向外放射的長波熱輻射；吸收熱能後的氣體分子再向四面八方等向性重新放射紅外線，其中一部分向地表回射，稱為「大氣逆輻射（Atmospheric Counter-Radiation）」。 此逆輻射阻滯了能量向外太空散逸，將熱能封存於對流層內，使地表維持在適合生物繁衍的適宜溫度；若人為活動導致 GHGs 濃度過度增加，逆輻射能量增強，即引發「人為溫室效應加劇（全球暖化）」。

(二) 臭氧層破洞與地球溫室效應之關係

臭氧層破洞（Ozone Depletion）與溫室效應（Greenhouse Effect）是成因、大氣層位階與物理機制截然不同的兩個環境問題，但兩者在物質特性與大氣動態上具有密切的交互關係：

1. 基本物理機制與大氣層位階之本質差異：

• 臭氧層破洞：發生於「平流層（Stratosphere，約 $15 \sim 35\ \text{km}$）」。

核心觀念

本題為典型的「空氣污染防制法規與環境管理實務」申論題，測驗考生如何靈活運用「空氣污染防制基金（空污費）」於都會區揮發性有機物（$VOCs$）的綜合管制。涉及的核心觀念與法規如下：

1. 法源依據（以命題當年民國 107 年法規為準）：

• 《空氣污染防制法》第 16 條、第 17 條（各級主管機關得向排放空氣污染物之固定及移動污染源徵收空氣污染防制費）。
• 《空氣污染防制法》第 18 條（明定空氣污染防制基金之用途，包含：執行污染源查驗與管制、推動低污染運具、補助改善防制設備、建立監測預警制度及研究宣導等）。
• 《空氣污染防制基金收支保管及運用辦法》（直轄市、縣市主管機關支用基金之合法範圍）。
• （法規現況提醒：民國 107 年 8 月《空氣污染防制法》甫完成大幅度全文修正，強化了移污與固污之專款專用規定及科技執法授權；現行法規針對移動源空污費分配比例與空氣品質維護區劃設雖有後續細則修訂，但核心運用範疇維持不變。）

2. 都會區 $VOCs$ 排放特性與管制架構：

• 都會區主要排放源涵蓋：固定污染源（工廠、表面塗裝、印刷等）、移動污染源（汽機車行駛排氣、引擎蒸發排放、加油站油氣逸散）、逸散與面積源（餐飲業、乾洗店、汽車修配烤漆、建材塗料揮發）。
• 管制策略必須兼顧「源頭減量（原物料替代）」、「管末控制（捕集、吸附、焚化、回收）」、「稽查監測（LDAR、PAMS、科技執法）」與「經濟誘因（補助與費率差別化）」。

解題方法

回答本題應採**「依污染源分類鋪排、全方位涵蓋」**之策略：

1. 結構切入：都會區 $VOCs$ 來源複雜，切忌將 10 個計畫全部集中在工廠（固定源）或全部集中在車輛（移動源）。應將 10 個計畫按**「固定源（製程／管末）」、「移動源（車輛／油品）」、「逸散與生活面積源（商業／民生）」及「監測、受體解析與科技執法」**系統化分組。
2. 單項計畫撰寫格式：每一計畫明確標示「計畫名稱」、「計畫重點內容（推行手段）」與「預期改善效益（量化或實質目標）」，完全吻合評分標準（2分 $\times$ 10 = 20分）。

選項分析

本題非選擇題，為政策擬定與工程技術結合的實務申論題。評閱重點在於計畫名稱是否符合公務行政慣例、手段是否具備工程合理性、經費支應是否符合空污基金使用目的。若只答「加強取締」、「廣設監測站」等口號式文字而缺乏工程及法規手段，將無法獲得滿分。

解題技巧

1. 命名黃金公式：採用「對象／場域 ＋ 管制手段／技術 ＋ 推動／補助／查核管制計畫」命名（例如：「加油站油氣回收設施查核與功能檢測計畫」比單寫「加油站檢查」專業得多）。
2. 效益具體化：預期效益切忌空泛寫「改善空氣」，應點出關鍵技術指標，如「設備元件洩漏率降低」、「回收率提升至 95% 以上」、「減少臭氧（$O_3$）生成潛勢」等。
3. 避免常見陷阱：空污費不得支應與空氣品質改善無關之經常性人事開銷；所有計畫重點必須緊扣《空氣污染防制法》第 18 條所定「查驗、補助、監測、宣導、研究」範疇。

【答案】

作為該市環保局長，依據《空氣污染防制法》第 18 條規定之空氣污染防制基金用途，針對都會區 $VOCs$ 惡化問題，啟動以下十個管制計畫：

計畫一：工業區固定污染源設備元件洩漏檢測與修護（LDAR）管制計畫

• 重點內容：運用空污基金委託專業檢測團隊，針對市內石化、化學品製造及儲運槽區，強制落實設備元件（閥門、法蘭、泵浦等）之檢測與修護（LDAR）機制；導入光學氣體顯影儀（OGI）輔以火焰離子化偵測器（FID）進行地毯式巡查與逸散即時修補複查。
• 預期改善效益：促使列管事業設備元件洩漏率降至 1.0% 以下，有效降低工業製程無組織性 $VOCs$ 逸散量。

計畫二：表面塗裝與印刷製程低 $VOCs$ 原物料替代輔導暨污染防制設備升級補助計畫

核心觀念

本題為典型的「空氣污染氣象學（Air Pollution Meteorology）」與「大氣污染源控制管理」之跨領域申論題，命題核心在於測驗考生是否具備將**排放源特性（產業結構）與大氣傳輸擴散機制（地形、季節與微氣象）相結合，進而推導並評估各區域空氣品質指標（AQI）及特定污染物（$PM_{2.5}$、$PM_{10}$、$O_3$、$NO_x$、$SO_x$）**差異的系統性分析能力。

本題運用之關鍵學理觀念與法規背景如下：

1. 空氣污染氣象與擴散機制：

• 大氣穩定度與逆溫層（Temperature Inversion）：輻射逆溫與下沉逆溫抑制垂直擴散，降低混合層高度（Mixing Height）。
• 地形效應與局部環流：山脈屏障產生的背風沉降區與背風渦流（Leeward Vortex）；盆地效應限制水平擴散；海陸風環流（Land-Sea Breeze）造成的污染物迴流與滯留。
• 季節性綜觀天氣系統：秋冬季東北季風（迎風面濕沉降 vs. 背風面弱風擴散不易）與夏季西南季風及熱對流。

2. 排放源清冊與大氣化學反應：

• 一次污染物（Primary Pollutants）：燃煤火力發電、鋼鐵、石化等固定源之 $SO_x$、粒狀物；汽機車移動源之 $NO_x$、CO、VOCs。
• 二次污染物（Secondary Pollutants）：大氣光化反應產生之臭氧（$O_3$），以及氣-粒轉化（Gas-to-Particle Conversion）生成之二次無機氣膠（硫酸鹽、硝酸鹽）與二次有機氣膠（SOA），為 $PM_{2.5}$ 的主要來源。

3. 相關法規依據：

• 本題以命題當年（民國 107 年）之《空氣污染防制法》及行政院環境保護署（現已改制為環境部）訂定之《空氣品質標準》與「空氣品質指標（AQI）」為基準（現行法規於民國 113 年已進一步修正加嚴 $PM_{2.5}$ 與各項標準，但答題仍以命題當年之空品區劃分與大氣現況為準）。

解題方法

解答此類多重變數綜合論述題，最佳切入點為建立**「矩陣式對比架構」**。答題時不可單純平鋪直敘各城市現況，而應以題目要求的四大要件作為分析構面，展開橫向與縱向的深度邏輯推導：

1. 縱向四大構面：

• 產業結構與排放源型態：區分固定污染源（重工業、電廠、水泥）、移動污染源（都會汽機車、船舶）或自然逸散源。
• 地形地貌：盆地、縱谷、沿海平原、中央山脈背風與迎風面之地理特徵。
• 季節與氣象條件：季風風向、混合層高度、風速、逆溫頻率、降水洗降（濕沉降）作用。
• 主要污染物與空品特徵：一次/二次污染物種類、超標季節與 AQI 級距表現。

2. 橫向四縣市綜合論述：依序深入分析「臺北市」、「臺中市」、「高雄市」及「花蓮縣」，說明地理與產業如何交織決定其空品命運。

各縣市空氣品質差異深度論述

一、 臺北市

1. 產業結構型態：

• 以第三級產業（商業、金融、服務業）為主，市境內幾乎無重工業、大型石化廠或燃煤發電廠。
• 主要污染源為「移動污染源」（高密度之汽機車、公車排放），主要一次污染物為氮氧化物（$NO_x$）、揮發性有機化合物（VOCs）及一氧化碳（CO）。

2. 地形條件：

• 屬臺北盆地地形，四周環繞雪山山脈支脈、大屯火山群等山系，僅西北方淡水河口為開口，盆地效應導致內部氣流進出受限，水平擴散條件先天較平原差。

3. 季節與氣象條件：

• 秋冬季：位於東北季風迎風面，受地形抬升與鋒面影響，降雨頻率高且風速強，降水帶來顯著的**濕沉降（Wet Deposition）**洗脫作用，本地污染物不易累積；但當遭遇中國大陸冷高壓帶來的境外長程傳輸（Long-range Transport）霾害時，常首當其衝受第一波衝擊。
• 夏季：受西南季風影響，加上盆地地形蓄熱引發強烈熱島效應；強烈日照與高溫使汽機車排放之 $NO_x$ 與 VOCs 劇烈進行光化學反應。

4. 空氣品質特徵：

• 全年空氣品質中等偏佳（AQI 多為良好至普通）。
• 夏季午後易出現**臭氧（$O_3$）**短暫偏高甚至超標；冬春季受境外傳輸影響時會伴隨短暫 $PM_{2.5}$ 濃度升高。

二、 臺中市

1. 產業結構型態：

• 兼具發達的二級（工業）與三級產業。
• 境內及周邊擁有大型公害密集型固定污染源（包含大型燃煤火力發電廠、中龍鋼鐵、關聯工業區及精密機械聚落），加上都會區密集之移動污染源，為**「固定源與移動源複合型」**。主要排放物涵蓋硫氧化物（$SO_x$）、$NO_x$、VOCs 及一次性重金屬與飛灰顆粒。

2. 地形條件：

• 位於臺灣中部，東側緊臨中央山脈與雪山山脈，西臨臺灣海峽，包含臺中盆地與沿海平原。

3. 季節與氣象條件：

• 秋冬季：東北季風盛行期間，受到東側高聳之中央山脈完全阻擋，臺中處於強烈的背風沉降區，風速大幅驟降形成微風或靜風；大氣極度穩定，常伴隨沉降逆溫與輻射逆溫，混合層高度急劇降至數百公尺以下，形成背風渦流（Leeward Eddy），使本地電廠、工廠及車輛排放物滯留於盆地與平原地表。
• 春夏季：西南季風與夏季午後強對流雨旺盛，擴散與洗降條件轉佳。

4. 空氣品質特徵：

• 季節對比極為強烈。春夏季空氣品質良好；秋冬季（10月至隔年3月）因背風弱風加上大氣化學反應生成硫酸鹽與硝酸鹽氣膠，**細懸浮微粒（$PM_{2.5}$）**及懸浮微粒（$PM_{10}$）極易累積超標，AQI 經常惡化至對敏感族群不健康（橘色）或對所有族群不健康（紅色）等級。

三、 高雄市

1. 產業結構型態：

• 臺灣傳統重化工業重鎮，產業結構以重工業為主（大型煉油廠、石化工業區、一貫作業煉鋼廠、火力發電廠、水泥與造船業）；同時擁有高雄港的大型遠洋船舶（燃燒高硫重油排放大量 $SO_x$）。

核心觀念

本題評量空氣品質管理核心的「光化學空氣污染特性」與「長期管制成效評估」能力，涉及以下核心觀念與法規依據：

1. 二次污染物生成與光化學反應機制：臭氧（$O_3$）非直接由污染源排放，而是一次前驅物（氮氧化物 $NO_x$ 與揮發性有機物 VOCs）在強烈陽光（紫外線 $h\nu$）照射下進行光化學反應衍生而成： $NO_2 + h\nu \rightarrow NO + O$ $O + O_2 + M \rightarrow O_3 + M$
2. 滴定作用（Titration Effect）：晨間與夜間交通排放大量一氧化氮（$NO$），會與既有臭氧反應轉化為二氧化氮，消耗臭氧： $NO + O_3 \rightarrow NO_2 + O_2$
3. 空氣品質標準之比對：以命題當年（民國 107 年）《空氣品質標準》為準，臭氧 1 小時濃度標準值為 $120\text{ ppb}$，8 小時平均值標準為 $60\text{ ppb}$（現行法已於民國 109 年修正，取消小時標準並將 8 小時標準加嚴至 $55\text{ ppb}$，解題仍以命題當年為準）。

解題方法

身為空品行政管理人員，判讀時序圖形應採取「由微觀至宏觀」的雙向解析：

1. 微觀日變化軸（橫軸 HOUR，0～23 時）：觀察全日臭氧濃度的最低點與尖峰點出現時段，分析光照強度與一次排放源（如通勤尖峰）之因果遞延關係。
2. 宏觀年代趨勢軸（圖例 1982～1997 年）：比較跨年度（15 年間）同一月份/季度的日間尖峰值與夜間底值變化，評價空氣污染防制策略（固定源與移動源管制）之實質成效與環境涵容能力。
3. 法規限值比對：將各年度之尖峰曲線與空品標準（$120\text{ ppb}$ 與 $60\text{ ppb}$）進行健康風險與合規性推論。

選項分析

本題為非選擇題之問答圖表題，重點在於從圖形四組不同維度的資訊（橫軸時間、縱軸濃度、曲線年份、圖例季節）完整萃取行政管理層面之決策訊息。

解題技巧

1. 五大面向切入法則：作答時切忌只講「濃度變低」，應依循「日變化起伏機制」、「尖峰發生時程」、「跨年代改善成效」、「法規與健康標準符合度」、「季節性時空管制重點」五個不同構面分點列述，方能獲取滿分。