108 地方特考三等 環境工程 廢棄物處理工程（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題考查四種廢棄物處理或污染物去除技術的作用機制、反應條件及處理對象：熔融固化與超臨界水氧化屬於廢棄物破壞或穩定化處理；Fenton 試劑以強氧化反應分解有機污染物；離子交換則以固相樹脂交換水中的離子。題目未要求特定法條，以下說明以各技術的工程原理為主。

解題方法

作答時，依序說明每種技術的「處理對象、主要機制、產物或效果」，並區分破壞有機物與固定或移除污染物。四種技術的核心差異如下：

一、熔融固化處理（melting and solidification）

熔融固化是將灰渣、焚化飛灰或其他無機廢棄物加熱至熔融狀態，使物料形成均質熔體，再經冷卻固化成玻璃質或結晶質固體。

高溫可破壞廢棄物中的有機物；重金屬等無機成分則多數被包埋或固結在緻密的固體基質中，降低其溶出與遷移性。處理後體積通常縮減，且固化體的機械強度與化學耐久性可高於未處理物。

熔融固化的重點是高溫破壞有機物，並將無機污染物固定於固體基質；重金屬並未因此消失，仍須注意熔融過程中的揮發、煙道氣收集與後續處置。

二、超臨界水氧化（supercritical water oxidation, SCWO）

水在溫度高於 $374^\circ\mathrm{C}$、壓力高於約 $22.1\ \mathrm{MPa}$ 時進入超臨界狀態。此時水的溶劑性質改變，與氧化劑及有機物可形成較均一的反應環境，使有機物能快速氧化分解。

反應中可使用氧氣、空氣或過氧化氫作為氧化劑；有機物主要轉化為二氧化碳和水，含氮、硫、鹵素等元素則可能形成相應的無機產物，須依污染物組成及反應條件處理。

SCWO 的核心是在超臨界水中進行氧化反應，破壞有機污染物，特別適用於高濃度有機廢液或難分解有機物。其工程限制包括高溫高壓設備需求，以及無機鹽類析出、腐蝕與堵塞等問題。

三、Fenton’s reagent（Fenton 試劑）

Fenton 試劑由亞鐵離子與過氧化氫組成。亞鐵離子催化過氧化氫生成氧化能力很強的羥基自由基 $\cdot\mathrm{OH}$，主要反應可表示為：

核心觀念

本題考循環經濟下的物質循環概念，常以 Ellen MacArthur Foundation 的「蝴蝶圖」說明：產品與材料使用後，盡可能保留其功能與價值，經由不同循環路徑回到經濟體系，減少原生資源投入及最終廢棄物。

線性經濟的物料流是「開採原料 → 製造 → 使用 → 廢棄」；循環經濟則透過減量、再使用、維修、再製造、回收等途徑，讓物料在生產與消費系統內反覆循環。循環路徑愈能保留產品及零組件原有功能，通常愈能維持其經濟價值。

本題屬概念說明，沒有特定法條或計算公式須引用；作答以物料流模式及其優先順序為主。

解題方法

以蝴蝶圖的兩大循環切入：先說明可生物分解的「生物循環」，再說明耐久性產品與材料的「技術循環」，最後交代能量回收及最終處置在整體物料流中的位置。

一、生物循環

適用於可被生物分解、能回歸自然循環的材料，例如食物與園藝廢棄物、木材及其他生質材料。其物料流可依價值保留程度安排為：

1. 梯級利用：先從生物性廢棄物中回收高價值成分，例如萃取生化原料或製成飼料、材料。
2. 生物處理：以厭氧消化產生沼氣與消化殘渣，沼氣可供能源使用，殘渣經適當處理後可作肥料或土壤改良材料；也可採堆肥處理。
3. 回歸自然：在確保安全與適用的前提下，將有機物質回歸土壤，補充養分。

生物循環的重點是先發揮物料的使用價值，再讓可分解物質回到自然系統。

二、技術循環

適用於金屬、塑膠、玻璃、電子產品及機械設備等不宜直接回歸自然的材料與產品。其物料流由保留產品功能較多的循環，逐步延伸至材料回收：

核心觀念

本題是有害廢棄物「固化／穩定化」（solidification/stabilization, S/S）的申論題，重點在於說清楚三件事：水泥如何固定污染物、哪些廢棄物特性會妨礙反應，以及如何用試驗判斷處理成效。

• 固化（solidification）：加入水泥等膠結材，使廢棄物形成較堅固、低滲透性的固體，降低污染物與水接觸及溶出的機會；主要改善物理性質，不必然改變污染物的化學型態。
• 穩定化（stabilization）：利用化學反應降低污染物的溶解度、毒性或遷移性，使其較不易溶出；不一定形成堅硬固體。
• 水泥固化／穩定化：兩種作用常同時發生。污染物被水泥水化產物包覆或侷限於基質中，也可能因吸附、沉澱或進入水化物晶格而降低溶出。

法規判定方面，以命題當年（民國 108 年）法規為準；有害事業廢棄物的毒性特性溶出判定，應依《有害事業廢棄物認定標準》所定毒性特性溶出程序（TCLP）及相關溶出標準。現行法規內容可能已有修正，作答仍依題目指定年度說明。

解題方法

可依「反應機制—干擾因素—成效驗證」三層架構作答。先交代水泥水化如何形成固體基質，再以「物理干擾」與「化學干擾」分類，再以污染物溶出與固化體物理完整性兩類指標評估處理成效。

一、水泥固化／穩定化的基本原理

1. 水泥水化形成膠結基質 波特蘭水泥與水反應，形成水化矽酸鈣凝膠（C-S-H）、氫氧化鈣及鈣鋁酸鹽水化物等產物。這些水化物彼此膠結，將廢棄物顆粒包覆、黏結成整體，並降低孔隙連通性、滲透性及水流通過量，減少污染物被水帶出的機會。

2. 物理包封與微包封 污染物可被包在固化體內部，或吸附、附著於水化產物表面。固化體的完整性與低滲透性可延長水分進入及污染物擴散的路徑，但若基質開裂、磨耗或長期劣化，包封效果會下降。

3. 化學固定與沉澱 水泥孔隙液通常呈高鹼性，可使某些金屬形成溶解度較低的氫氧化物或其他沉澱，並吸附於水化物表面、與水化物結合或進入其晶格，降低金屬的移動性。實際效果受污染物種類、價態及 pH 影響；例如兩性金屬在過高 pH 下仍可能增加溶解度，因此不能只靠「加入水泥、提高 pH」推論必然有效。

4. 氧化還原與化學型態控制 若配方加入適當還原劑或其他添加劑，可將污染物轉成較不易溶出的型態；但這屬於依廢棄物特性設計的化學穩定化，須由試驗確認，不能視為所有水泥固化程序都會自然發生。

二、主要干擾因子

干擾因素會妨礙水泥水化、降低混合均勻度，或使固化體強度與耐久性下降，最終增加污染物溶出風險。

核心觀念

本題考《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第 20 條，重點是把題目列出的有害事業廢棄物，對應到法定的中間處理方法。中間處理是指在最終處置或再利用前，藉物理、化學、生物或熱處理等方式，改變廢棄物的特性或成分，以達成分離、減積、去毒、固化或穩定等目的。

以下以命題當年（民國 108 年）法規為準。

解題方法

依第 20 條逐項配對題目中的四類廢棄物，作答時須寫出法定處理方式；其中含汞廢棄物還要區分乾基汞濃度是否達每公斤 260 毫克，石綿則須寫清楚包裝規格或固化處理條件。

各類廢棄物之處理方法

1. 含氰化物 以氧化分解法或熱處理法處理。

2. 鋼鐵業集塵灰 以資源回收、固化法或穩定法處理。

3. 含汞及其化合物

• 乾基汞濃度達每公斤 260 毫克以上：應回收元素汞；處理後殘渣的毒性特性溶出程序（TCLP）汞溶出量須低於 0.2 毫克／公升。

核心觀念

本題考查衛生掩埋場與封閉掩埋場的阻水、防漏與滲出水收集設計，並要求能按剖面順序畫出底部設施及終止使用時的頂部覆蓋層。

以命題當年（民國 108 年）法規為準，相關規定主要見《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第 34、35、38、39 條。衛生掩埋場處理一般事業廢棄物；封閉掩埋場用於有害事業廢棄物，要求較高的封閉與防漏能力。

解題方法

作答時先分清兩種設施的防漏層要求，再按「由下往上」排列底部層次；頂部覆蓋則按「由廢棄物表面往上」列出。封閉掩埋場除法規的基本構造外，另有連續三層設施的替代設計，畫圖時應標明這是替代構造。

一、衛生掩埋場

底部斷面（由下往上）

 掩埋廢棄物
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 滲出水收集、處理設施
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 黏土阻水層 ≥ 60 cm
 k < 10⁻⁷ cm/s
 （或採人造不透水材料基礎）
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 地盤

民國 108 年規定，底層及周圍應以符合透水係數要求、厚度 60 公分以上的砂質或泥質黏土，或其他相當材料作為基礎；亦可採符合透水係數及相容性要求、單位厚度 0.2 公分以上的人造不透水材料。另須設置滲出液收集及處理設施。圖中所示為黏土阻水層方案。

終止使用時的頂部覆蓋層

 大氣、降雨
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 砂質或泥質黏土 ≥ 50 cm
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 廢棄物

衛生掩埋場終止使用時，覆蓋 50 公分以上砂質或泥質黏土。營運期間每日工作結束時，則須覆蓋並壓實 15 公分以上土壤；這是日覆土，不是封場覆蓋層。

二、封閉掩埋場

封閉掩埋場供有害事業廢棄物使用，底部及周圍除阻水外，還須有抗壓、封閉及滲出液收集等設計。

底部斷面：法規基本構造（由下往上）

 掩埋廢棄物
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 滲出液收集及處理設施
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 人造不透水襯裡 ≥ 0.2 cm
 k < 10⁻¹⁰ cm/s
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 砂質或泥質黏土 ≥ 60 cm
 k < 10⁻⁷ cm/s
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 混凝土 ≥ 15 cm
 單軸抗壓強度 ≥ 245 kgf/cm²
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 地盤

法規基本構造要求底部及周圍以單軸抗壓強度 245 公斤／平方公分以上、厚度 15 公分以上的混凝土或同等封閉能力材料構築；底層另設 60 公分以上低滲透黏土基礎及 0.2 公分以上人造不透水襯裡，並設滲出液收集及處理設施。

連續三層設施替代構造