107 地方特考三等 環境檢驗 空氣污染物檢驗與噪音測定 考古題詳解

核心觀念

本題評量環境檢驗人員對於**排放管道中無機有害空氣污染物（Hazardous Air Pollutants, HAPs）**之採樣列車設計、相態分離原理、採樣吸收介質選擇及後端儀器分析技術。

• 法規與公告方法依據：以命題當年（民國 107 年）行政院環境保護署公告之標準檢驗方法為準（註：行政院環境保護署現已改制為環境部）：

1. 重金屬：依循「排放管道中重金屬檢測方法」（NIEA A302 系列，參考 US EPA Method 29）。
2. 酸性氣體：依循「排放管道中鹵化氫及鹵素檢測方法」（NIEA A408 系列，參考 US EPA Method 26 / 26A）。

• 關鍵原理：
• 相態分離：排氣中污染物通常同時存在「粒狀相」與「氣態相」，採樣介質需依物理化學性質予以分段捕集。
• 流體力學採樣條件：含粒狀物之樣品必須維持等速吸引（Isokinetic Sampling），以避免顆粒慣性導致之採樣偏差；純氣態樣品則可採恆速吸引。

---

解題方法

本題為標準的公職申論題型，閱卷給分核心在於「介質區分是否精準完整」與「分析儀器是否具備法定代表性」。解題切入點應分為四個邏輯層次：

1. 檢測方法標準與採樣原理（等速採樣與列車架構）。
2. 樣品採集介質（區分粒狀相介質與氣態相吸收液，並說明化學捕捉機制）。
3. 樣品前處理概要（酸消化或脫附提取）。
4. 儀器分析技術（指定法規標準配備之精密定量儀器）。

---

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可供分析。考生應將重點置於申論架構的完整度與專有名詞的精確性。

---

解題技巧

1. 重金屬採樣口訣：「濾紙攔截粒狀金屬、稀酸過氧化氫吸收多金屬、酸性高錳酸鉀捕捉揮發汞」。若漏寫汞的專屬氧化吸收液，重金屬題型必被扣分。
2. 酸性氣體採樣口訣：「前酸抓鹵化氫、後鹼抓鹵素氣體、離子層析定量陰離子」。以 $0.1\ \mathrm{N\ H_2SO_4}$ 先捕集解離度高的 $\mathrm{HCl/HF}$，避免其與後段 $0.1\ \mathrm{N\ NaOH}$ 中的鹵素（如 $\mathrm{Cl_2}$）產生交互干擾。
3. 避坑指引：分析儀器切勿只寫廣義的「分光光度計」，必須寫出環境檢驗公告之專屬儀器名稱，如「感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）」及「離子層析儀（IC）」。

---

【答案】

(一) 重金屬（Heavy Metals）排放管道檢測方法概要

1. 方法原理與採樣程序：

• 參考標準方法：環保署公告之「排放管道中重金屬檢測方法」（NIEA A302 系列 / US EPA Method 29）。
• 採樣方式：採**等速吸引（Isokinetic Sampling）**方式，利用加熱採樣探管及串聯式採樣列車，自煙道中抽取具代表性之氣體樣品。

2. 樣品採集介質：

• 粒狀相金屬介質：前端配置經高溫烘烤處理之石英微纖維濾紙（Quartz Fiber Filter），置於加熱保溫夾具中（約 $120 \pm 14\ ^\circ\mathrm{C}$），用以捕集煙氣中所有附著於粒狀物之重金屬化合物。
• 氣態相金屬介質（衝擊式吸收瓶 Impingers）：
• 第一組吸收液：內裝 $5\%\ \mathrm{HNO_3} / 10\%\ \mathrm{H_2O_2}$（硝酸／過氧化氫水溶液），用以氧化並吸收大部分氣態揮發性金屬（如鎘、鉛、砷、銻、鉻、銅、鎳等），同時吸收部分氣態汞。

核心觀念

本題評量排放管道空氣污染物採樣之代表性與採樣口配置規範，核心在於流體力學中的「流場充分發展」對「等速採樣（Isokinetic Sampling）」之決定性影響。

• 法規與方法依據：以命題當年（民國 107 年）行政院環境保護署（現環境部）公告之標準檢驗方法「排放管道中粒狀污染物採樣及其氣流流速測定方法（NIEA A101）」（原則源自美國 US EPA Method 1）為準。（現行法規已整併並修正部分檢驗方法細節，但採樣口設置之 8D/2D 原則與補救精神未曾變更）。
• 當量直徑（Equivalent Diameter, $D_e$）：若管道為圓形，直徑即為 $D$；若為矩形管道，當量直徑定義為： $D_e = \frac{2 \times L \times W}{L + W}$ （其中 $L$ 為管道內部長度，$W$ 為內部寬度）。
• 代表性採樣先決條件：氣流流線必須與管軸平行（無旋流與渦流）、流速分佈均勻且對稱，方能使 S 型皮托管精確測速並達成粒狀污染物之等速採樣，避免顆粒物因慣性作用產生濃度量測偏差。

---

解題方法

---

(一) 採樣口設定位置之原則、繪圖與理由

1. 設定原則（「8D / 2D 原則」）

依標準檢驗方法規定，採樣孔之理想設置位置應符合下列幾何距離條件：

• 距離上游氣流擾動處下游至少 8 倍管道當量直徑（$\ge 8D_e$）：指自氣流轉折或干擾源（如彎管、擴張管、收縮管、閥門、擋板、排風機等）之下游端算起。
• 距離下游氣流擾動處（或管道出口）上游至少 2 倍管道當量直徑（$\ge 2D_e$）。

2. 採樣口位置示意圖

考生在試卷上應以剖面圖清晰標明氣流方向、干擾源、採樣孔位置及相應距離倍數：

 氣流方向（由下往上）
 │
 ▼ [管道排出口或下游干擾源（如閥門、彎頭）]
 ▲
 │
 │ 距離下游干擾源 ≧ 2D
 │
 ════════╪═══════════════════════════════
 ───[ 採樣孔 ] ─── (採樣斷面)
 ════════╪═══════════════════════════════
 │
 │
 │
 │ 距離上游干擾源 ≧ 8D
 │
 │
 │
 ▼
 [上游干擾源（如彎管、風機、管徑突變處）]
 ▲
 │ 氣流進入

3. 設定理由

1. 消除渦流與旋流（Cyclonic Flow）：氣流經過彎頭、閥門或風機後會產生強烈的偏流、回流及二次渦流；足夠的直線長度（$8D$）可透過管壁流體黏滯阻力，使擾動自然衰減，確保氣流平行於管道軸線（氣流偏轉角度 $< 20^\circ$）。
2. 建立均勻對稱之流速剖面（Velocity Profile）：使氣流達到充分發展流（Fully Developed Flow），減少流速梯度的劇烈變化，降低因速度不穩定造成的測速誤差。
3. 滿足等速採樣要求，確保採樣樣品具代表性：排放管道中懸浮微粒具有慣性。若採樣點流場紊亂或流速不均，微粒將無法順應流線進入採樣吸嘴，導致過大或過小粒徑顆粒之分離效應（分離誤差），使測得之排放濃度失去真實代表性。

---

(二) 管道條件無法符合規範時之補救方法

若受限於廠區空間或既有結構，無法滿足「上游 $8D$、下游 $2D$」之理想條件，應採取下列補救措施：

1. 放寬距離限制並按比例增加採樣測點數（Traverse Points）

• 容許極限條件：距上游擾動處下游至少不得小於 $2D_e$，距下游擾動處上游至少不得小於 $0.5D_e$（即「$2D / 0.5D$ 限度」）。
• 測點補償原則：當直管段長度縮短時，流場不均勻度上升，必須依照 NIEA / US EPA Method 1 之「測點數判定圖表」大幅增加採樣穿越測點數。
• 例如圓形管道：理想狀態下僅需 12 點，但在干擾嚴重的非理想斷面，測點數須增加至 16、20、24 點，甚至高達 48 點；
• 矩形管道：網格劃分測點數亦須依比例自 12 點增加至 16～36 點以上，以提高空間採樣密度來補償流場之不均勻性。

核心觀念

本題旨在評量考生對於「大氣環境監測技術階層」與「數據品質保證／品質管制（QA/QC）」之理解。核心觀念涵蓋以下面向：

1. 儀器位階與規範法源：

• 本題以命題當年（民國 107 年）法規與技術指引為準，主管機關為行政院環境保護署（現行法已改制升格為環境部）。
• 空氣品質監測站之監測儀（Monitor）：指設置於國家或地方空氣品質監測站之標準自動連續監測儀，屬於聯邦參考方法（Federal Reference Method, FRM）或等效方法（Federal Equivalent Method, FEM），須完全符合環境檢驗標準方法（NIEA 方法，如非分散紅外線法、紫外線螢光法、$\beta$ 射線衰減法等）及法定品保／品管指引作業。
• 一般空氣量測器（Air Sensor）：指低成本微型感測器（如光散射 PM 感測模組、電化學氣體感測器等），數據品質規範依據環保署「空氣品質微型感測器數據品質評估與校正作業指引」及美國 US EPA Air Sensor Guidebook 等技術指引進行性能評估與校正。

2. 數據品質指標（Data Quality Indicators, DQIs）： 評估數據品質之核心要素包含精密度（Precision）、準確度／偏差（Accuracy/Bias）、代表性與線性相關性（$R^2$）、數據有效率（Completeness）及校正查核漂移限值等。

---

解題方法

本題為標準的「比較分析型」問答題，解題切入點應分為三部分：

1. 確立層級差異：說明標準監測儀代表「法定公信力與標準一致性」，而空氣量測器代表「高空間解析度與趨勢輔助」。
2. 結構化矩陣列表：嚴格依照題目指示，以表格整合「規範項目」、「標準監測儀限值」、「空氣量測器限值」及「應用範疇」，避免鬆散的條列文字。
3. 分項深度闡述：在表格之後，針對關鍵品管項目（如校正要求、漂移容許度、相關性指標）補充具體技術細節與限制條件，凸顯專業深度。

---

解題技巧

1. 品管指標口訣記憶：「精、準、相、完、漂」（精密度、準確度、相關性、完整率、零點/全幅漂移）。
2. 數值對比的合理區間：標準監測儀的校正要求極為嚴格（線性 $R^2 \ge 0.995$、查核誤差 $\le \pm 10\%$）；量測器因受環境溫濕度與元件老化干擾，標準相對放寬（現場共站比對 $R^2 \ge 0.70$、相對誤差約 $\pm 20\% \sim 30\%$）。若考試時忘記單一絕對數字，寫出合理的工程公差區間即可獲得高分。
3. 應用範疇避免非黑即白：切忌將微型感測器寫成「無效數據」，應精確指出其為「快篩、巡查、輔助成效評估」的工具，而標準測站數據才具備「法規開罰、空品防制區劃分」的實質法效性。

---

【答案】

一、空氣品質監測儀與一般空氣量測器數據品質比對表

比較項目	空氣品質監測站之監測儀（Monitor）	一般空氣量測器（Air Sensor）
儀器定位與等級	參考／等效參考方法（FRM/FEM）之標準自動連續分析儀	低成本微型感測器（Low-cost sensors, 物聯網微型測站）
感測技術原理	光學物理吸光/散射標準法（NDIR、UVF）、化學發光法、$\beta$ 射線衰減法（BAM）等	簡易微型光散射模組（光電二極體）、電化學感測元件（EC）、金屬氧化物半導體（MOS）
精密度（Precision）	相對標準偏差或重複測試差異：$\text{CV} \le 5\% \sim 10\%$	相對標準偏差或重複性差異：$\text{CV} \le 10\% \sim 20\%$（高濃度條件下通常容許 $\le 30\%$）

核心觀念

本題旨在評量考生對「固定污染源空氣污染物連續自動監測設施」（Continuous Emission Monitoring System, CEMS）中**抽取式監測系統（Extractive CEMS）**之硬體架構、氣路流向及物理化學調理機制的理解。

法規依據以命題當年（民國 107 年）之《固定污染源空氣污染物連續自動監測設施管理辦法》為準（現行法規已陸續修正檢驗測定規範與數據連線標準）。抽取式 CEMS 依樣品調理方式主要分為「冷乾式（Cold-Dry）」與「熱濕式（Hot-Wet）」，國考標準作答以應用最普遍之直接冷乾抽取式系統為代表核心。

---

解題方法

考場作答應採「先繪圖、後分項說明」之系統化架構：

1. 繪製工程方塊圖（Block Flow Diagram）：遵循煙道氣流動順序（煙道 $\to$ 採樣探頭 $\to$ 伴熱輸送管 $\to$ 樣品調理 $\to$ 分析儀 $\to$ 數據系統），並畫出校正氣體之回流反吹與校正路徑。
2. 單元化功能解析：將整體系統拆解為「取樣單元」、「傳輸單元」、「調理單元」、「分析儀單元」、「校正單元」及「數據採集與處理系統（DAHS）」六大核心，逐一闡述其設備組成與關鍵物理／化學功能。

---

選項分析（申論題架構評析）

本題為非選擇題型之工程申論題，無選項之區分。各單元之評析重點在於防範分析干擾與樣品損失：

• 冷乾式系統之關鍵在於冷凝器除水速度必須極快，避免高溶解度氣體（如 $\text{SO}_2$、$\text{NO}_2$）溶於冷凝水中產生負誤差。
• 熱濕式系統則全程維持在露點溫度以上（通常為 $180^\circ\text{C}$ 以上），不經脫水直接進入高溫分析池（如高溫 FTIR、UV-DOAS），適用於水溶性極高之污染物（如 $\text{HCl}$、$\text{NH}_3$）。作答時若能以冷乾式為主、補充熱濕式差異，可獲得最高分級距。

---

解題技巧

1. 記憶口訣：「採、傳、調、析、校、處」

• 採（採樣探頭）、傳（伴熱管線）、調（冷凝除水濾塵）、析（氣體分析儀）、校（標準氣體回路）、處（DAHS 數據處理系統）。

2. 高分陷阱提醒：

• 伴熱管線溫度需維持在煙氣露點以上（一般設定於 $120^\circ\text{C} \sim 150^\circ\text{C}$），切忌僅寫「導管」。
• 冷凝除水器（Cooler）功能不可只寫「降溫」，必須註明「防止氣態待測物（特別是 $\text{SO}_2$）因冷凝水滯留而溶解流失」。
• 校正路徑必須標註**探頭端校正（System calibration）與儀表端校正（Analyzer calibration）**的差異。

---

【答案】

一、抽取式氣態污染物連續自動監測設施系統架構圖

核心觀念

本題考查環境檢驗中物理性公害檢驗的核心項目——機動車輛行進間加速噪音量之測定方法。 本題以命題當年（民國 107 年）之法規與公告標準檢驗方法（行政院環境保護署「機動車輛行進間加速噪音量測方法」NIEA P202.83B，並參照 CNS 5799 / ISO 362 規範）為準。（現行法規環境部雖配合國際 UN ECE R51-03 調整部分評估計算模式，但基礎量測幾何配置與記錄架構仍高度一致。）

本題涉及的核心法規與原理架構如下：

1. 聲學幾何場地配置：行車中心線（$CC'$）、麥克風基準線（$PP'$）、接近線（$AA'$）與離開線（$BB'$）之相對幾何距離與高度規範。
2. 儀器規格與動態特性：使用符合 IEC 61672 Class 1（或 CNS 7129 一型）之噪音計，設定為 A 權衡網絡（A-weighting） 及 快動性（Fast 動態特性）。
3. 加速操作流程與重複性檢驗：全油門加速區間的操控標準，以及同側連續量測之重複性容許差值（$\le 2.0\text{ dB(A)}$）。
4. 完整測定紀錄之必備要件：涵蓋環境氣象、受測車輛規格、量測設備校正、測試運行參數及最終量測數據。

---

解題方法

1. 第 (一) 子題（設備位置與步驟，10 分）：

• 圖解式幾何描述法：將試驗場地的「三線一面（$AA'$、$PP'$、$BB'$ 與 $CC'$）」與麥克風點位以文字具象化描述，明確給出垂直距離（$7.5\text{ m}$）、麥克風離地高（$1.2\text{ m}$）及加減速區間（前後各 $10\text{ m}$，總長 $20\text{ m}$）。
• 標準作業程序法（SOP）：按「測試前校正與環境檢查 $\to$ 車輛預備與進場 $\to$ 全開加速量測 $\to$ 數據讀取與重複性驗證 $\to$ 測試後校正」之時序分段陳述，條理清晰。

2. 第 (二) 子題（應記錄項目，10 分）：

• 五大構面分類法：避免雜亂無章地堆砌欄位，將應記錄項目歸納為「環境與氣象條件」、「量測儀器設備資訊」、「受測車輛基本規格」、「測試運行條件與操作狀態」及「量測結果與數據判定」等五大類別，確保內容滴水不漏。

---

選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項可供分析。作答關鍵在於能否精準寫出法規標準方法規定的數值公差、操作細節及官方紀錄表（Test Report）必備的五大構面項目。

---

解題技巧

1. 數字記憶口訣：

• 麥克風距離：垂直行車線 $7.5\text{ m}$（公差 $\pm 0.2\text{ m}$）。
• 麥克風高度：離地 $1.2\text{ m}$（公差 $\pm 0.1\text{ m}$）。
• 加速測試區間：以麥克風基準線 $PP'$ 為中心，前 $10\text{ m}$ 為進場線 $AA'$，後 $10\text{ m}$ 為離開線 $BB'$，全長 $20\text{ m}$。
• 氣象限制：風速必須 $< 5\text{ m/s}$。
• 重複性判定：同側連續有效測量值之差值不得大於 $2.0\text{ dB(A)}$。
• 校正容許差：測試前後校正讀值差不得超過 $\pm 0.5\text{ dB}$。

2. 常見陷阱提醒：

• 噪音計特性勿寫成「慢動性（Slow）」，車輛行進間噪音瞬時變化極大，法定必須採用 Fast（快） 動態特性。
• 記錄項目切勿只寫「車速、噪音值」，官方檢驗報告要求記載完整的車況（包含輪胎冷胎壓、花紋深度、引擎額定轉速與測試檔位），缺一即會被扣分。

---

【答案】

(一) 量測設備位置與量測步驟

1. 量測設備位置設置

• 測試場地基準線配置：
• 行車中心線（$CC'$）：車輛於測試時沿其行駛之中心直線。
• 麥克風基準線（$PP'$）：垂直於行車中心線 $CC'$ 之基準橫線。
• 接近線（$AA'$）：位於 $PP'$ 線前方平行距離 $10\text{ m} \pm 0.1\text{ m}$ 處，為全開加速之起始線。
• 離開線（$BB'$）：位於 $PP'$ 線後方平行距離 $10\text{ m} \pm 0.1\text{ m}$ 處，為加速終止線（$AA'$ 至 $BB'$ 構成全長 $20\text{ m}$ 之加速測定區間）。
• 聲音感應器（麥克風）位置：
• 麥克風設置於行車中心線 $CC'$ 之兩側。
• 麥克風至行車中心線 $CC'$ 之水平垂直距離為 $7.5\text{ m} \pm 0.2\text{ m}$。
• 麥克風安裝高度距離地面為 $1.2\text{ m} \pm 0.1\text{ m}$。
• 麥克風之主感應軸向應保持水平，並正對垂直指向行車中心線 $CC'$。
• 其他輔助設備位置：
• 風速計設於離地面約 $1.2\text{ m}$ 之開闊處，感應氣流不得受人車或障礙物干擾。
• 車速測定裝置（如光電閘、雷達測速器或車載精準 GPS）裝設於可精確讀取車輛進入 $AA'$ 及通過 $BB'$ 瞬間速度之位置。

2. 量測步驟

• 步驟一：儀器與環境檢核

1. 測試前以標準音響校正器（Acoustic Calibrator）對噪音計進行現場校正，讀值偏差不得大於 $\pm 0.5\text{ dB}$。
2. 麥克風加裝專用防風罩。