108 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

本題比較兩種不同的噪音指標：

• 工作時量平均音壓級 $L_{\mathrm{TWA}}$：依職業噪音的五分貝交換原則，將各音壓級的實際暴露時間除以該音壓級的容許暴露時間，合計為暴露劑量 $D$，再由劑量換算為八小時日時量平均音壓級。
• 均能音量 $L_{\mathrm{eq}}$：將各時段的聲能取時間平均，須對分貝值先反對數化，不能直接對分貝作算術平均。

法規部分以命題當年（民國 108 年）《職業安全衛生設施規則》為準；該規則以音壓級每增加 $5\ \mathrm{dB}$、容許暴露時間減半的方式計算多段噪音暴露。

解題方法

五分貝原則下，從 $90\ \mathrm{dB(A)}$ 暴露 $8$ 小時的基準推算容許暴露時間：

其中 $L$ 為音壓級，$T(L)$ 為該音壓級的容許暴露時間（小時）。多段噪音的暴露劑量為：

$C_i$ 為各音壓級的實際暴露時間，$T_i$ 為該級的容許暴露時間。

（一）暴露劑量 $D$ 與 $L_{\mathrm{TWA}}$

各級容許暴露時間如下：

因此：

依五分貝原則，劑量與八小時日時量平均音壓級的換算式為：

代入 $D\approx105.2\%$：

核心觀念

本題分別考查餐飲業油煙與異味的來源、排放特性，以及靜電集塵器（ESP）的集塵效率和極板面積設計。計算使用德意志－安德森方程式：

其中 $\eta$ 為集塵效率、$W_{\mathrm e}$ 為顆粒飄移速率、$A$ 為有效集塵面積，$Q$ 為氣體流量。題目未涉及特定法條；本題如連結相關法規，應以命題當年（民國 108 年）法規為準。

（一）油煙及異味的來源與排放特性

1. 油煙

• 來源：​烹調時油脂、食材受熱，經蒸發、熱裂解、氧化及不完全燃燒等作用，產生油滴、油霧與細懸浮微粒；煎、炒、炸等高溫烹調通常排放較多。
• 排放特性：​以油脂性液滴和顆粒物為主，粒徑分布廣，含有可凝結成分；排氣通常溫度較高，且伴隨水氣與氣態有機物。排放量會隨烹調方式、油品、食材、溫度、設備及集氣效率而變動。油煙易附著在管道與設備上，清理不足會造成積垢及異味問題。

2. 異味

• 來源：​食材、油脂與調味料在加熱過程中揮發、裂解或氧化，形成揮發性有機物及含硫、含氮等氣味物質；此外，廚餘、廢油及排油煙設備內沉積物腐敗或受熱，也可能產生異味。
• 排放特性：​異味主要由低濃度氣態物質造成，成分複雜，常以臭氣濃度或感官方式評估；即使污染物濃度不高，也可能因氣味閾值低而引起陳情。排放具間歇性，受烹調時段、菜色、通風及排氣出口位置影響，容易隨風向擴散至鄰近住家。

（二）ESP 小極板數目

核心觀念

本題考查選擇性觸媒還原法（SCR）的反應計量，以及如何由廢氣流率和入口、出口濃度，計算每日氨用量。濃度以 ppmv 表示時，可視為莫耳分率；因此先算每日廢氣總莫耳數，再乘以去除的 $\mathrm{NO_2}$ 莫耳分率及反應所需的 $\mathrm{NH_3}$ 莫耳比。

法規背景以命題當年（民國 108 年）的空氣污染物排放標準為準；本題未指定特定法條或排放標準條文，計算依題目所給的 $70\ \mathrm{ppm}$ 目標濃度進行。

（一）反應式與操作注意事項

SCR 反應式

以 $\mathrm{NO_2}$ 為代表物種時，主要總反應式為：

因此，每去除 $6$ 莫耳 $\mathrm{NO_2}$，理論上需用 $8$ 莫耳 $\mathrm{NH_3}$，莫耳比為：

燃燒廢氣若同時含有 $\mathrm{NO}$，其反應式可表示為：

三項操作注意事項

1. 維持適當反應溫度：​SCR 的反應效率受溫度影響，須使廢氣維持在觸媒適用的操作溫度範圍。題目給定廢氣溫度為 $250^\circ\mathrm{C}$，設計時須確認觸媒在此溫度仍能有效反應；若不足，應考量升溫或選用適用於該溫度的觸媒。
2. 控制氨氮莫耳比與氨逃逸：​氨量不足會使去除率不達標；氨量過多則會造成氨逃逸，增加排放及後端設備負荷。實際操作應依進出口 $\mathrm{NO_x}$ 濃度調整噴氨量。
3. 防止觸媒中毒、堵塞及副產物沉積：​重油燃燒廢氣可能含有硫氧化物、飛灰及其他污染物，會使觸媒中毒或堵塞。硫氧化物亦可能與氨形成硫酸氫銨等沉積物，故須注意燃料及廢氣特性、觸媒狀態與定期維護。

（二）每日氨用量

解題方法

入口濃度為 $1{,}000\ \mathrm{ppm}$，目標出口濃度為 $70\ \mathrm{ppm}$，故需去除的濃度為：

將流率換算為每日體積，再以理想氣體方程式求廢氣總莫耳數。題目給定溫度及壓力，因此採用該狀態下的氣體莫耳體積計算。

計算步驟

每日廢氣體積：

核心觀念

本題分成兩部分：港區船舶排放管理，以及以林格曼圖不透光率推估微粒質量濃度。林格曼圖一號代表不透光率 $20\%$，亦即透光率 $80\%$。依 Beer–Lambert 關係，光束穿越煙流後的透光率為指數衰減；再利用題目給定的 $K'$，將光學消光換算為微粒體積濃度，乘上粒子密度即可求得質量濃度。

解題方法

（一）港區船舶空氣污染排放管理政策或方法

1. 船舶靠港使用岸電：船舶靠港時關閉輔助柴油發電機，改由岸上供電，可減少靠港期間柴油燃燒所排放的氮氧化物、硫氧化物、粒狀污染物及黑煙。
2. 管制船用燃油硫含量，或要求使用較清潔燃料：降低燃油硫含量可直接減少硫氧化物及硫酸鹽粒狀物；使用液化天然氣等較清潔燃料，也可降低硫氧化物與粒狀物排放。
3. 實施船舶速度管理與靠港排程：降低船舶進出港速度，可降低引擎負載與燃料消耗，進而減少污染物排放；妥善安排靠港及離港時程，也能避免船舶在港外長時間怠速或等待。

（二）林格曼圖一號下的微粒質量濃度

林格曼圖一號的不透光率為 $20\%$，因此透光率為

以 Beer–Lambert 關係表示：

故光學消光量為

依題目給定 $K'=(C/\rho_{\mathrm p})/\delta$，可得