110 地方特考三等 環保技術 環境污染防治技術 考古題詳解

（一）光化霧（Photochemical smog）

核心觀念

光化霧是由氮氧化物（$NO_x$）與揮發性有機物（VOCs）在陽光，尤其是紫外線作用下，經一連串光化學反應形成的二次空氣污染現象。其主要特徵污染物包括：

• 臭氧（$O_3$）
• 過氧硝酸酯（PAN）
• 醛類
• 過氧化物
• 二次細懸浮微粒及其他氧化性物質

主要污染源為汽機車及工業燃燒排放的氮氧化物，以及溶劑、燃料蒸發與不完全燃燒所產生的揮發性有機物。

其基本反應可表示如下：

$$NO_2+h\nu \rightarrow NO+O$$ $$O+O_2 \rightarrow O_3$$

在一般情況下，一氧化氮會消耗臭氧：

$$NO+O_3\rightarrow NO_2+O_2$$

VOCs氧化後形成過氧自由基，可將$NO$轉化為$NO_2$，減少臭氧被$NO$消耗，使臭氧持續累積，並進一步生成PAN、醛類等氧化性污染物。

解題方法

作答應依「前驅物—反應條件—二次污染物—環境特徵」說明：

1. 前驅物：$NO_x$與VOCs。
2. 反應條件：強日照、高溫、大氣穩定及風速較低。
3. 生成物：$O_3$、PAN、醛類及其他氧化性物質。
4. 污染特徵：污染物多在排放後於大氣中形成，屬二次污染；常發生於都市及交通繁忙地區。

光化霧通常具有棕黃色、刺激性及強氧化性，會刺激眼睛與呼吸道，降低能見度，並造成植物葉片傷害。

解題技巧

• 「陽光」是光化霧與傳統硫化還原性煙霧的重要區別。
• 光化霧的核心不是單純的霧，而是光化學反應形成的氧化性污染。
• 答案至少要同時寫出$NO_x$、VOCs、陽光及臭氧。
• 臭氧在都市近地面屬污染物，但在平流層則具有吸收紫外線的保護作用，兩者不可混淆。

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（二）污泥濃縮（Sludge thickening）

核心觀念

污泥濃縮是利用重力、浮除、離心或其他物理方法，移除污泥中部分自由水，使污泥體積減少、固體濃度提高的單元操作。

濃縮的目的包括：

• 減少後續消化、調理、脫水及輸送設備的處理容量。
• 降低加熱、攪拌及藥劑使用量。
• 提高後續污泥處理的經濟性。
• 使污泥固體負荷較集中，便於後續處理。

污泥濃縮主要是去除自由水，不是以破壞有機物為主要目的，因此不同於污泥消化；也不是將污泥處理至可直接脫水的程度，因此不同於污泥脫水。

污泥濃縮可由固體質量守恆表示。若進泥流量為$Q_i$、固體濃度為$X_i$，濃縮泥流量為$Q_u$、固體濃度為$X_u$，則：

$$Q_iX_i\approx Q_uX_u$$

因此：

$$Q_u\approx \frac{Q_iX_i}{X_u}$$

濃縮上清液流量約為：

$$Q_s=Q_i-Q_u$$

解題方法

作答應包含「定義—目的—方法—限制」四部分：

1. 定義：以物理方法去除部分水分，提高污泥固體濃度。
2. 目的：降低污泥體積及後續設備負荷。
3. 方法：

• 重力濃縮：利用污泥顆粒沉降，適合沉降性良好的污泥。
• 浮除濃縮：利用氣泡附著於污泥顆粒，使其上浮。
• 離心濃縮：利用離心力分離水與固體。
• 機械濃縮：利用濾帶、轉鼓等設備進行固液分離。

4. 注意事項：停留時間過長、負荷過高或攪拌不當，可能造成厭氧發臭、污泥上浮及上清液水質惡化。

解題技巧

• 關鍵字是「減少體積、提高固體濃度」。
• 濃縮並不等於穩定化；污泥有機物含量不一定因濃縮而顯著降低。
• 濃縮的固體回收率通常應高，但上清液仍可能含有大量懸浮固體、氨氮及溶解性污染物，須回送污水處理系統妥善處理。
• 看到「去除病原菌、分解有機物、產生甲烷」等敘述，屬於消化或穩定化，不是濃縮的核心功能。

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（三）空氣污染排放係數（Emission factor）

核心觀念

空氣污染排放係數是表示某一污染源在特定活動量下，單位活動量所排放污染物質量的係數。其一般形式為：

$$EF=\frac{\text{污染物排放量}}{\text{活動量}}$$

常見單位包括：

• $\mathrm{kg/ton}$燃料
• $\mathrm{kg/m^3}$燃料
• $\mathrm{g/km}$車輛行駛距離
• $\mathrm{kg/ton}$產品
• $\mathrm{kg/h}$設備操作量

排放量可依下式估算：

$$E=A\times EF$$

其中：

• $E$：污染物排放量
• $A$：活動量
• $EF$：排放係數

核心觀念

本題考查水體中磷的環境影響，以及廢水除磷的兩大技術路線：

1. 磷在水體中的存在型態與優養化。
2. 物理化學除磷：以化學沉澱、混凝、吸附、過濾及膜分離等方式移除磷。
3. 生物除磷：利用聚磷菌（PAOs）在厭氧、好氧交替環境下，先釋磷、後超量攝取磷，最後藉排放剩餘污泥移除磷。

磷在水中常以正磷酸鹽存在，包括：

• $H_3PO_4$
• $H_2PO_4^-$
• $HPO_4^{2-}$
• $PO_4^{3-}$

實際型態受 pH 影響。市鎮生活污水中的磷主要來自人體排泄物、食品殘渣、洗衣劑及清潔劑；工業廢水則可能來自磷酸製程、肥料、食品、金屬表面處理及電子工業等。

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解題方法

本題分為三部分作答：

• 第（一）問寫「磷過量造成的水體生態與水質後果」。
• 第（二）問依「磷轉成難溶固體，再經固液分離」說明物理化學程序。
• 第（三）問依「厭氧釋磷、好氧超量攝磷、排泥除磷」說明生物程序。

作答時應同時交代：

1. 污染物的轉換機理。
2. 主要操作單元。
3. 產生的污泥或剩餘物如何移除。
4. 市鎮生活污水與工業廢水的適用差異。

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（一）自然水體中的磷濃度太高的影響（8 分）

1. 造成優養化

磷是藻類及水生植物生長所需的營養鹽，在許多淡水水體中常是限制性營養元素。當磷濃度過高時，會促進藻類及水生植物大量繁殖，造成水體優養化。

常見現象包括：

• 藻華大量發生。
• 水體透明度降低。
• 水色及外觀惡化。
• 水生植物過度繁生。

2. 造成溶氧降低

藻類大量繁殖後，死亡藻體及植物殘骸會被微生物分解，分解過程消耗大量溶氧，使水體生化需氧量增加。

在深水層、底泥及水流不良區域，容易形成缺氧甚至厭氧狀態，導致：

• 魚類及底棲生物死亡。
• 水生生物棲地品質下降。
• 水體生態系失衡。

3. 產生藻毒素及異味

部分藍綠藻在大量繁殖時會產生藻毒素，對水生生物、家畜及人體造成危害。藻類及有機物分解也可能產生異味物質，降低水體之景觀及休閒利用價值。

4. 造成水質惡化及處理困難

優養化水體常伴隨下列問題：

• 懸浮固體增加。
• pH 日夜變化擴大。
• 水體濁度升高。
• 原水處理負荷增加。
• 濾池堵塞及處理藥劑需求增加。
• 飲用水產生味道及臭味問題。

5. 促進底泥內磷再釋出

當底層水體缺氧時，鐵、錳氧化物對磷的固定能力下降，底泥中的磷可能重新釋放至水體，形成「內部負荷」。因此，即使外部磷源減少，水體優養化仍可能持續一段時間。

6. 生態系結構改變

藻類大量繁殖會遮蔽光線，抑制沉水植物生長，並改變水生生物的食物鏈及群聚結構，造成生物多樣性降低。

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（二）物理化學除磷程序（8 分）

1. 化學沉澱法

化學沉澱是最常用的物理化學除磷方法，原理是投加金屬鹽或石灰，使溶解性磷酸鹽轉化為難溶化合物，再藉混凝、沉澱或過濾移除。

（1）鋁鹽沉澱

常用硫酸鋁或鋁酸鈉，形成氫氧化鋁膠體及磷酸鋁沉澱：

$$Al^{3+}+PO_4^{3-}\rightarrow AlPO_4(s)$$

同時可藉氫氧化鋁膠體的吸附及網捕作用去除磷。

（2）鐵鹽沉澱

常用氯化鐵、硫酸亞鐵或硫酸鐵，形成磷酸鐵及氫氧化鐵：

$$Fe^{3+}+PO_4^{3-}\rightarrow FePO_4(s)$$ $$Fe^{3+}+3OH^-\rightarrow Fe(OH)_3(s)$$

生成的 $Fe(OH)_3$ 可吸附磷酸鹽並共同沉降。

（3）石灰沉澱

投加石灰提高 pH，使磷酸根與鈣形成難溶的磷酸鈣：

$$10Ca^{2+}+6PO_4^{3-}+2OH^- \rightarrow Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2(s)$$

石灰法通常需要較高 pH，並會產生較多化學污泥，處理後常需再中和。

2. 混凝、絮凝與沉澱

化學藥劑投加後，應配置快速混合、慢速混合及沉澱單元：

1. 快速混合：使藥劑均勻分散。
2. 絮凝：使微小沉澱及膠體聚集成較大絮體。
3. 沉澱：利用重力分離化學污泥。
4. 過濾：去除殘留細小絮體及懸浮磷。

若要求較低的放流水磷濃度，常採用沉澱後再過濾或在二級處理後進行深度化學除磷。

3. 吸附法

利用活性氧化鋁、鐵氧化物、鐵鹽污泥、改質黏土或其他吸附材，使磷酸鹽由水相轉移至固相。吸附法適合低濃度磷的深度處理，但需注意吸附材的飽和、再生及最終處置問題。

4. 離子交換及結晶法

離子交換樹脂可去除水中的磷酸根；在適當 pH、鈣濃度及鎂濃度條件下，也可使磷形成結晶，例如鳥糞石：

$$Mg^{2+}+NH_4^++PO_4^{3-}+6H_2O \rightarrow MgNH_4PO_4\cdot 6H_2O(s)$$

結晶法兼具磷資源回收價值，但需控制 pH、鎂離子及氨氮濃度，並防止管線及設備結垢。

5. 膜分離

微過濾、超過濾、奈米過濾及逆滲透可截留含磷顆粒、膠體或溶解性離子。對溶解性磷而言，逆滲透及部分奈米過濾效果較佳，但設備及能源成本較高，且會產生濃縮水，須另行處理。

6. 工業廢水的應用重點

工業廢水水質變異大，常須先進行：

• pH 調整。
• 去除重金屬及毒性物質。
• 降低油脂、溶劑及抑制性物質。
• 依磷濃度選擇鐵鹽、鋁鹽、石灰或結晶法。

工業廢水常採「源頭分流及預處理＋化學沉澱＋固液分離」，再視水質需求接續生物或膜處理。

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（三）生物除磷程序（9 分）

1. 生物除磷的基本原理

核心觀念

本題考查「新興污染物」的定義、主要類別，以及其在不同水體中進行調查與評估的必要性。答題重點不在列舉越多污染物，而在說明其具有下列共同特性：

1. 傳統環境監測及法規管制尚未充分涵蓋。
2. 可能持續進入環境，且具有生物活性、毒性或內分泌干擾作用。
3. 常以極低濃度存在，但具有長期暴露、累積或混合效應。
4. 傳統污水處理程序未必能有效去除。
5. 來源、環境流布、轉化產物及健康風險仍需持續研究。

本題屬於環境污染防治與風險管理題，沒有特定計算公式。法規部分以命題當年（民國110年）法規為準；本題主要評量環境科學與水污染管理觀念，無須援引特定法條。涉及飲用水、放流水、地下水及水體污染管理時，可分別連結《飲用水管理法》、《水污染防治法》及《土壤及地下水污染整治法》的管理精神。

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（一）新興污染物之定義（8分）

定義

新興污染物（Emerging contaminants）係指：

近年因分析技術進步、污染來源改變或科學研究發展，而被發現存在於環境中，且其環境流布、暴露途徑、生態毒性或人體健康風險受到關注，但尚未被現行環境法規充分列管，或現有處理技術與管理措施尚不足以有效控制之化學物質、生物性物質及其轉化產物。

「新興」並不一定表示該物質是最近才被製造，也可能是早已存在於環境中，只是過去因檢測極限、監測項目或毒理資料不足，尚未受到重視。

主要特性

1. 管制上的新興性 尚未納入完整的環境品質標準、放流水標準或飲用水標準，或現有管制仍不完整。

2. 檢測上的新興性 過去因濃度極低，常低於傳統分析方法的偵測極限；隨著液相層析、質譜分析等技術進步，才可被辨識。

3. 風險上的新興性 即使濃度很低，仍可能因長期暴露、持續排放、生物累積、內分泌干擾或抗生素抗藥性而造成風險。

4. 來源上的多樣性 來源可包括醫療院所、家庭生活污水、工業製程、農業活動、掩埋場滲出水及都市逕流。

5. 處理上的困難性 部分物質不易被傳統活性污泥、混凝沉澱或消毒程序完全去除，甚至可能轉化為其他具有生物活性的副產物。

得分關鍵

完整答案應同時包含：

• 存在於環境中的污染物；
• 新近受到科學或社會關注；
• 尚未充分列管或管制不足；
• 可能具有毒性、持久性、累積性或處理困難等特徵。

只寫「新發現的污染物」並不完整，因為新興污染物的重點是「新受到關注及管制不足」，不是單純指物質剛被發明或剛被發現。

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（二）三種典型的新興污染物類別（6分）

以下任列三類並舉例即可：

1. 藥品及個人護理用品

包括抗生素、止痛藥、降血壓藥、荷爾蒙製劑、抗菌劑、香料及防曬成分等。

例如：

• 磺胺類抗生素；
• 雌激素；
• triclosan；
• carbamazepine。

其主要來源為人體排泄、家庭污水、醫院污水及藥品製造業排放。

2. 內分泌干擾物

此類物質可干擾生物體的荷爾蒙合成、代謝、運輸或受體作用。

例如：

• 雙酚A（Bisphenol A, BPA）；
• 鄰苯二甲酸酯；
• 壬基酚；
• 天然或人工雌激素。

其可能造成魚類性別異常、生殖能力下降、發育影響及人體內分泌系統干擾。

3. 全氟及多氟烷基物質

全氟及多氟烷基物質（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS）具有高度化學穩定性及難分解性，常被稱為「永久性化學物質」。

例如：

• PFOA；
• PFOS。

其來源包括消防泡沫、表面處理、防水防油材料及部分工業製程，容易在水環境中長距離傳輸，部分物質也具有生物累積性。

4. 微塑膠及奈米塑膠

微塑膠通常指粒徑小於 $5\ \text{mm}$ 的塑膠顆粒，奈米塑膠則具有更小的粒徑。

來源包括：

• 塑膠製品破碎；
• 合成纖維洗滌；
• 輪胎磨耗；
• 塑膠微粒產品；
• 工業塑膠原料逸散。

其可能吸附其他污染物，並被水生生物攝入。

5. 農藥及其代謝產物

包括新型農藥、除草劑、殺蟲劑及其降解或代謝產物。這些物質可能經由農業逕流、土壤淋洗及地下水補注進入水環境。

6. 抗生素抗藥性基因與抗藥性微生物

抗生素殘留可能促進抗藥性細菌及抗藥性基因的選擇與傳播。其來源包括醫院、畜牧業、養殖業及生活污水。

作答技巧

題目要求「類別」，不能只列出三個單一化學物質。較佳寫法是「類別＋代表性例子＋污染特性」，例如：

藥品及個人護理用品，如抗生素與雌激素，具有生物活性且傳統污水處理未必能完全去除。

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（三）調查與評估不同水體中新興污染物概況之必要性（9分）

1. 掌握污染物的實際發生情形與濃度分布

新興污染物常以 $ng/L$、$\mu g/L$ 等低濃度存在，若未進行專門監測，容易被傳統水質監測忽略。

調查可建立下列資料：

• 污染物種類；
• 濃度範圍；
• 季節變化；
• 空間分布；
• 污染熱點；
• 不同水體間的差異。

這些資料是後續風險評估、管制標準制定及污染防治的基礎。

2. 追蹤污染來源與傳輸途徑

不同水體中的污染物濃度及組成，可協助判定污染來源與環境傳輸路徑。

例如：

• 飲用水原水受到上游生活污水或工業排放影響；
• 廢水中的藥品及抗生素來自醫院或家庭污水；
• 地下水受到掩埋場滲出水、農業施用或工業污染滲漏影響；
• 自然水體受到都市逕流、農業逕流及放流水排放影響。

了解來源後，才能採取源頭減量、排放控制及適當的末端處理措施。

3. 評估飲用水及人體健康暴露風險

核心觀念

本題考查 $PM_{2.5}$ 的來源分類與污染防制策略。$PM_{2.5}$ 是指空氣動力學粒徑小於或等於 $2.5$ 微米的懸浮微粒，具有粒徑小、沉降速度慢、可長距離傳輸等特性，並可深入人體肺泡，部分成分甚至進入血液循環。

$PM_{2.5}$ 來源可分為：

1. 一次排放（Primary PM$_{2.5}$）：污染源直接排放至大氣中的細懸浮微粒。
2. 二次生成（Secondary PM$_{2.5}$）：由二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機物及氨等前驅污染物，在大氣中經氧化、光化學反應或氣粒轉換形成。

因此，$PM_{2.5}$ 防制不能只處理已形成的粒子，也必須控制其氣態前驅物。

本題涉及空氣污染防制及空氣品質指標概念，法規與政策背景以命題當年（民國 110 年）法規及行政院環境保護署公告內容為準；現行法規與空氣品質管理制度已可能修正，但本題仍依命題當年標準作答。

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解題方法

作答時宜採「來源分類 → 形成機制 → 對應控制策略」的方式：

• 先說明直接排放與二次生成。
• 再依固定污染源、移動污染源、逸散及自然或境外來源舉例。
• 控制策略須同時涵蓋「源頭減量」與「末端處理」。
• 每個控制策略均應寫出污染源、控制對象及具體技術，才能取得完整分數。

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（一）細懸浮微粒主要來源

1. 固定污染源直接排放

工業製程及燃燒設備是一次性 $PM_{2.5}$ 的重要來源，包括：

• 燃煤、燃油或燃氣鍋爐及汽電共生設備。
• 火力發電廠、鋼鐵、水泥、石化及金屬冶煉製程。
• 焚化爐、工業窯爐及其他高溫燃燒設施。
• 工業研磨、粉碎、輸送、堆置及裝卸作業所產生的粉塵。

燃料燃燒時，灰分、未完全燃燒物及高溫反應生成物會以細粒徑粒子排放；部分較大的粒子也可能在大氣中凝結或反應形成細粒子。

2. 移動污染源排放

汽機車及柴油車排氣也是都市 $PM_{2.5}$ 的重要來源，主要包括：

• 柴油引擎燃燒產生的碳煙及有機微粒。
• 汽油、柴油燃燒不完全所形成的細粒子。
• 車輛煞車及輪胎磨耗產生的金屬與礦物微粒。
• 道路揚塵經車流擾動後形成的再懸浮粒子。

其中柴油車排放的黑碳、有機碳及硫酸鹽粒子，對都市細懸浮微粒濃度具有明顯影響。

3. 露天燃燒及生活污染源

露天燃燒稻草、樹葉、廢棄物及金紙，以及餐飲油煙、民生燃燒與小型燃燒設備，均可能排放大量細懸浮微粒及有機污染物。

露天燃燒若燃燒條件不佳，容易產生：

• 碳煙及有機碳。
• 一氧化碳及揮發性有機物。
• 多環芳香烴等有害有機物。
• 含氯廢棄物燃燒時的戴奧辛等污染物。

4. 逸散性污染源

營建工程、道路施工、砂石場、裸露地表、礦場、港區裝卸及物料堆置，會產生大量粒狀污染物。雖然其中部分屬較粗粒徑粉塵，但細粒部分及經交通擾動後的再懸浮粒子，仍會增加 $PM_{2.5}$ 濃度。

5. 二次無機鹽生成

這是臺灣 $PM_{2.5}$ 的重要來源之一。燃燒與工業活動排放的 $SO_x$、$NO_x$ 及氨，會在大氣中反應形成硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽：

$$SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4$$ $$NO_x \rightarrow HNO_3$$ $$H_2SO_4,\ HNO_3 + NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4,\ NH_4NO_3$$

其中硫酸銨、硝酸銨及相關二次氣膠均可成為 $PM_{2.5}$ 的主要組成。

6. 二次有機氣膠

揮發性有機物在陽光及氧化劑作用下，會形成低揮發性氧化產物，經凝結或氣粒轉換形成二次有機氣膠。因此，$VOC$ 並非只造成臭味或臭氧問題，也會間接增加 $PM_{2.5}$。

7. 自然、境外傳輸及氣象累積

沙塵、海鹽、森林火災及其他自然來源，亦可能貢獻粒狀污染物。臺灣秋冬季常受東北季風、境外污染傳輸及本地污染累積影響；當風速弱、邊界層低或逆溫發生時，污染物不易擴散，濃度便容易升高。

小結

$PM_{2.5}$ 主要來源可歸納為：