107 地方特考四等 環保行政 環境污染防治技術概要 考古題詳解

核心觀念

本題測驗「大型固定污染源（燃煤電廠）空氣污染防制工程」與「空氣品質指標（AQI）」之關聯與實務應用技術。

1. 法規依據：以命題當年（民國 107 年）行政院環境保護署公告之「空氣品質指標（AQI）」及《電力設施空氣污染物排放標準》為準（註：現行行政院環境保護署已改制為環境部，排放標準亦已於後續滾動加嚴修正）。
2. AQI 指標項目：依據 AQI 定義，計算指標之六項主要監測項目為：懸浮微粒（$\text{PM}_{10}$）、細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）、二氧化硫（$\text{SO}_2$）、二氧化氮（$\text{NO}_2$）、一氧化碳（$\text{CO}$）與臭氧（$\text{O}_3$）。
3. 燃煤電廠主要排氣污染物：煤炭燃燒過程中，主要產生之大量煙道排氣污染物包括未燃炭粒及飛灰（即粒狀污染物 $\text{PM}_{10}/\text{PM}_{2.5}$）、煤中硫分氧化形成之硫氧化物（主要是 $\text{SO}_2$），以及高溫熱力與燃料氮氧化形成之氮氧化物（主要是 $\text{NO}$ 與 $\text{NO}_2$）。

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解題方法

本題屬「二段式問答題」，解題架構切入點如下：

1. 第一段：鎖定三種主要污染物：由 AQI 的六項指標中，比對篩選出燃煤發電廠排氣量最大、列為電廠煙道主要管制且直接對應 AQI 計算的三種空氣污染物：粒狀污染物（$\text{PM}_{10}$ 與 $\text{PM}_{2.5}$）、二氧化硫（$\text{SO}_2$）、二氧化氮（$\text{NO}_2$ / 氮氧化物 $\text{NO}_x$）。
2. 第二段：分別說明各污染物的最佳可行控制技術（BACT）與處理原理：

• 粒狀污染物：以高效率集塵設備（靜電集塵器、袋濾式集塵器）進行物理分離。
• 二氧化硫：以排煙脫硫技術（濕式石灰石－石膏法）進行化學中和吸收。
• 氮氧化物：以低氮燃燒器搭配選擇性觸媒還原法（SCR）進行催化轉化還原。

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選項分析（申論分析：污染物選定與技術機制）

一、影響 AQI 的三種主要排氣污染物篩選

• 粒狀污染物（$\text{PM}_{10}$ 與 $\text{PM}_{2.5}$）：煤炭燃燒產生的無機飛灰（Fly Ash）及微細未燃炭粒，為燃煤電廠最主要的初級粒狀物排放源，直接對應 AQI 中的 $\text{PM}_{10}$ 與 $\text{PM}_{2.5}$ 指標。
• 二氧化硫（$\text{SO}_2$）：煤炭中常含有 $0.5\%\sim 3\%$ 的有機硫與黃鐵礦硫，燃燒後氧化生成 $\text{SO}_2$，不僅是 AQI 的獨立評估項目，亦為衍生性二次氣膠硫酸鹽的前驅物。
• 二氧化氮（$\text{NO}_2$）／氮氧化物（$\text{NO}_x$）：高溫燃燒產生的熱力型（Thermal $\text{NO}_x$）及燃料型（Fuel $\text{NO}_x$），初排放以 $\text{NO}$ 居多，排入大氣後迅速氧化成 $\text{NO}_2$，直接對應 AQI 監測值，且為光化學反應生成臭氧（$\text{O}_3$）與硝酸鹽氣膠的關鍵前驅物。
• (排除項目說明)：$\text{O}_3$ 為大氣二次光化反應產物，非煙囪直接排放之排氣成分；$\text{CO}$ 雖在 AQI 項目中，但在大型電廠完全燃燒與過剩空氣控制下排放濃度甚低，非電廠首要代表性污染物。

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二、三種污染物的處理技術與降低污染機制

1. 粒狀污染物（$\text{PM}_{10}$ / $\text{PM}_{2.5}$）之處理

• 主要處理技術：靜電集塵器（Electrostatic Precipitator, ESP） 或 袋濾式集塵器（Fabric Filter / Baghouse）。
• 處理原理與機制：
• 靜電集塵器（ESP）：

1. 放電荷電：於煙道中施加數萬伏特高壓直流電，藉由放電極（陰極）產生電暈放電，使氣體分子游離並使通過的粉塵顆粒荷電。
2. 電場捕集：帶電粉塵在強電場作用下，受庫侖力吸引游向帶相反電極的集塵極板（陽極）沈積。
3. 敲打清除：定期藉由機械震打或洗滌使極板粉塵落入灰斗。除塵效率通常高達 $99\%$ 以上，且壓損低、耐高溫。

• 袋濾式集塵器：使排氣通過多孔耐溫濾布（如玻纖、PTFE），利用慣性碰撞、攔截、布朗擴散及表面粉塵層之「篩除作用」補集微細粉塵，對微細粒徑 $\text{PM}_{2.5}$ 具有極佳去除率（$> 99.5\%$）。

2. 二氧化硫（$\text{SO}_2$）之處理

• 主要處理技術：排煙脫硫技術（Flue Gas Desulfurization, FGD），以 濕式石灰石－石膏法（Wet Limestone-Gypsum Process） 最為普遍。
• 處理原理與機制：
• 於吸收塔內逆流噴灑石灰石（$\text{CaCO}_3$）漿液，利用酸鹼中和與吸收反應去除煙氣中的 $\text{SO}_2$： $\text{SO}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{H}_2\text{SO}_3\text{(aq)}$

核心觀念

本題旨在評量考生對「好氧生物污水處理技術」兩大分支——懸浮生長法（Suspended Growth Process）​與附著生長法（Attached Growth / Biofilm Process）​之反應機制、系統單元配置及運轉特性的掌握程度。

1. 生物降解與合成反應：好氧微生物利用水中溶氧（DO）將有機基質（BOD/COD）氧化分解為 $\text{CO}_2$、$\text{H}_2\text{O}$，並合成新生細胞（生物質），其通式如下： $\text{有機物} + \text{O}_2 + \text{營養鹽(N, P)} \xrightarrow{\text{好氧微生物}} \text{新生細胞} + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{穩定產物}$
2. 懸浮生長系統（活性污泥法）：微生物以菌膠團（flocs）懸浮於混合液中，需藉由二沉池沉降並進行「污泥迴流」（RAS），以維持反應槽內高濃度活性生物質（MLSS）。
3. 附著生長系統（接觸曝氣法）：反應槽內設置固體浸水濾材（擔體），微生物附著於濾材表面形成生物膜（Biofilm），依靠水流剪力與老化自體氧化進行膜更新，不依賴污泥迴流維持生物量。

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解題方法

本題屬申論題型，答題結構應採取「先分述原理，再綜整比較（相同點與相異點）」的三段式論述：

1. 活性污泥法原理：聚焦於「懸浮膠羽」、「曝氣混合」、「重力固液分離」及「污泥迴流控制食微比（F/M）」之閉迴路系統機制。
2. 接觸曝氣法原理：聚焦於「固體擔體」、「生物膜好氧／缺氧分層結構」、「基質擴散傳輸」及「生物膜剪切剝落與代謝更新」機制。
3. 異同點比較：

• 相同點：從生物代謝本質（好氧分解）、氧氣供給需求、後續固液分離需求切入。
• 相異點：製作維度對照表，從「微生物生長型態」、「污泥迴流必要性」、「抗衝擊負荷能力」、「操作控制難度與污泥膨化風險」、「食物鏈長度與污泥產量」等指標逐一對比。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。閱卷評分所依據之三大核心論述重點剖析如下：

1. 原理論述完整性：

• 活性污泥法必須答出「懸浮狀態」與「迴流污泥維持菌量」；缺此關鍵字則失分。
• 接觸曝氣法必須答出「固定生物膜」與「浸水濾材」；若未提及生物膜老化的脫落機制，論述即不夠完整。

2. 相同點深度：

• 不可僅寫「都是處理污水」，須提升至工程與微生物層次：均為好氧異營反應、均需人工機械曝氣維持 $\text{DO} \ge 2\text{ mg/L}$、二沉池均扮演固液分離角色。

3. 相異點全面性：

• 差異不能只寫一句「一個有濾材、一個沒有」，必須涵蓋「操作穩定性（膨化風險）」與「水力／有機衝擊承受力」，方可取得高分。

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解題技巧

1. 關鍵術語破題：

• 活性污泥法核心字眼：懸浮生長、菌膠團、污泥迴流比 (r)、食微比 (F/M)、污泥體積指數 (SVI)。
• 接觸曝氣法核心字眼：附著生長、生物膜 (Biofilm)、接觸濾材 (Media)、內層厭氧剝落、無須污泥迴流。

2. 善用對照表：異同比較部分，相異點務必以表格呈現，條列維度清晰，閱卷官能在 5 秒內掌握重點，不易被扣分。
3. 避開常見陷阱：

• 陷阱一：誤以為接觸曝氣法完全不需要二沉池。事實上脫落的生物膜懸浮物（SS）仍需透過沉澱池分離，否則放流水 SS 會嚴重超標。
• 陷阱二：誤以為接觸曝氣法需要大量迴流污泥。接觸曝氣法主要生物量固定在濾材上，正常運轉下「不需迴流污泥」（部分工程為維持脫氮或稀釋進水可能回流硝化液或出水，但非維持生物量之 RAS）。

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【答案】

一、活性污泥法（Activated Sludge Process）之原理

1. 作用機制： 活性污泥法屬於懸浮生長型（Suspended-growth）好氧生物處理法。

核心觀念

本題評量廢棄物最終處置單元中「衛生掩埋（Sanitary Landfill）」之法定定義、基本工程構造與營運管制規範。本科目命題重點在於考生是否能精確引用環境保護法規，並掌握防止二次污染的關鍵工程設施。

本題主要依據命題當年（民國 107 年）之《一般廢棄物回收清除處理辦法》​及​《一般廢棄物衛生掩埋場設置規範》。

（備註：現行法規後續雖有針對細部監測項目與覆土替代材料進行技術規範之微幅文字修正，但衛生掩埋之核心架構與各項工程管制標準均維持一致，解題仍以命題當年之法規標準為準。）

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解題方法

申論此類法規與工程技術整合題，答題架構應分為兩大主軸：

1. 定義界定：依據法規標準定義作答，精確寫出「不透水構築」、「滲出水／廢氣收集處理」、「地下水監測」及「每日覆土」四大工程關鍵字。
2. 應符合之規定：切忌零散條列，應按工程全生命週期與污染防治功能系統化分類，分成「場址與基礎防滲」、「作業與覆土機制」、「滲出水收集處理」、「掩埋氣體防制」、「地下水監測」及「周邊環境與防災」等六大面向，展現條理分明的補教名師答題層次。

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解題技巧

1. 五字速記訣：記憶衛生掩埋核心設施與規範時，牢記​「底、水、氣、土、井」：

• 底：底層與邊坡防滲不透水層（透水係數 $k \le 10^{-7}\text{ cm/s}$）。
• 水：滲出水（滲濾液）收集系統、處理設施及放流水標準。
• 氣：廢氣（甲烷等沼氣）導排、監測、燃燒或資源化再利用設施。
• 土：日覆土（$\ge 15\text{ cm}$）、中間覆土（$\ge 30\text{ cm}$）、最終覆土（$\ge 50 \sim 60\text{ cm}$）。
• 井：地下水監測井（地下水流向上游至少 1 口、下游至少 2 口）。

2. 常見失分陷阱：

• 僅回答「將垃圾埋入地下蓋上泥土」，未提防滲襯裡、滲出水與廢氣處理，會被視為舊式「露天傾倒（Open Dumping）」，分數極低。
• 混淆「衛生掩埋」與「封閉掩埋（主要用於有害事業廢棄物，採雙層不透水布及嚴密鋼筋混凝土外壁）」或「安定掩埋（用於安定性廢棄物，無須滲出水及氣體處理）」。

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【答案】

一、衛生掩埋之定義

依《一般廢棄物回收清除處理辦法》第 2 條規定，衛生掩埋係指：

將一般廢棄物掩埋於以不透水材質或低滲透性土壤所構築，並設有滲出水、廢氣收集及處理系統及地下水監測裝置之掩埋場，並於每日工作結束時覆蓋細土或替代性材料之處理方法。

其工程目的在於透過人為工程阻隔、分層壓實與覆土作業，徹底防止廢棄物滋生病媒、惡臭逸散，並隔絕滲出水與掩埋沼氣對土壤、地下水及周遭大氣環境造成二次污染。

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二、衛生掩埋應符合之規定

依《一般廢棄物回收清除處理辦法》及《一般廢棄物衛生掩埋場設置規範》，衛生掩埋場之規劃、設置與營運管理須符合下列規定：

核心觀念

本題旨在評量考生對「物理化學處理單元」中混凝（Coagulation）​基本學理、操作實務及水質變數控制之整合掌握度。核心涵蓋：

1. 膠體穩定機制與去穩定化理論：膠體顆粒具雙電層（Electrical double layer）結構，其表面帶同種電荷（通常為負電），產生靜電排斥力與 Zeta 電位（$\zeta$），阻止微粒聚結；混凝即為「去穩定化（Destabilization）」過程。
2. 混凝四大機制：壓縮雙電層（Double-layer compression）、電荷中和（Charge neutralization）、吸附架橋（Adsorption and interparticle bridging）、沉澱網捕／掃流混凝（Sweep coagulation）。
3. 快混單元操作（Rapid Mixing）：控制水力或機械剪切條件，主要設計參數為速度梯度 $G$ 值與滯留時間 $t$（或二者乘積 $Gt$ 值）。
4. 影響因子之化學平衡與水質特性：金屬鹽水解產物之形態分布、pH、鹼度消耗、水溫、原水濁度及藥劑過量引發之再穩定（Restabilization）。

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解題方法

本題為標準申論題，作答時切忌混淆「混凝（Coagulation，快混去穩）」與「膠凝（Flocculation，慢混造粒）」。作答應採兩階段結構切入：

1. 混凝操作之內容：

• 先界定混凝的定義與操作目標（破壞膠體穩定性）。
• 詳述混凝發生的微觀反應機制（四大機制）。
• 說明工程操作要點（藥劑注入、水力／機械快混之 $G$ 值與反應時間控制）。

2. 影響其效果之因子：

• 採系統化分項歸納，從「水質特性（pH、溫度、鹼度、濁度）」、「操作與水力條件（$G$ 值、攪拌時間）」及「化學藥劑特性（種類、投加劑量）」三大構面條列析論，並解釋其影響原理。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無個別選項分析。各子題評分核心與踩分要點如下：

• 子題一（混凝操作內容）：評分重點在於是否能明確區分混凝與膠凝之差異，並清楚寫出膠體去穩定的四大機制與快混的操作目的（避免僅回答「加藥攪拌」等空泛字眼）。
• 子題二（影響效果之因子）：評分重點在於能否點出「pH」為最關鍵因子（影響金屬鹽水解形態與沉澱物溶解度），並進一步結合水質鹼度（緩衝能力）與藥劑劑量曲線（避免過量導致電荷反轉）之深層機制。

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解題技巧

1. 破題口訣：

• 混凝四機制：「壓（壓縮雙電層）、中（電荷中和）、捕（掃流網捕）、橋（吸附架橋）」。
• 影響六因子：「酸（pH）、鹼（鹼度）、溫（水溫）、濁（原水濁度）、藥（藥劑種類與劑量）、拌（攪拌 $G$ 與 $t$）」。

2. 避免常見陷阱：

• 誤將「慢混造粒（形成可沉降的大膠羽）」當成「混凝」。混凝專指快混、化學藥劑均勻分散與膠體去穩定的微觀瞬時過程。
• 忽略「鹼度」在鋁鐵鹽混凝劑反應中的角色：金屬鹽水解會釋放 $\text{H}^+$ 消耗鹼度，若原水鹼度不足會使 pH 驟降，破壞最佳混凝 pH 區間。

3. 關鍵公式補充加分項：

• 機械攪拌速度梯度： $G = \sqrt{\frac{P}{\mu V}}$ 其中 $P$ 為攪拌功率（$\text{W}$）、$\mu$ 為水之絕對黏滯係數（$\text{N}\cdot\text{s}/\text{m}^2$）、$V$ 為反應槽體積（$\text{m}^3$）。快混條件一般控制在 $G \approx 700\text{--}1000\text{ s}^{-1}$，$t \approx 20\text{--}60\text{ s}$。

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【答案】

一、污水化學處理混凝操作之內容

混凝（Coagulation）係指在污水中投加化學藥劑（混凝劑），破壞膠體顆粒之靜電穩定性，使微小膠體顆粒彼此去穩定化並聚集成微小膠羽（Microflocs）之單元操作程序。其核心操作內容涵蓋下列層面：

(一) 膠體去穩定化之四大反應機制

1. 壓縮雙電層（Double-layer Compression）：

• 污水中膠體多帶負電荷，表面形成擴散雙電層。
• 投加高離子強度之電解質（如 $\text{NaCl}$、$\text{CaSO}_4$），增加溶液離子強度，使擴散層厚度壓縮，降低 Zeta 電位，顆粒間凡得瓦吸引力大於靜電排斥力而發生聚結（遵守 Schulze-Hardy 法則）。

2. 電荷中和（Charge Neutralization）：

核心觀念

本題考查事業廢棄物採樣之職業安全衛生防護與個人防護裝備（Personal Protective Equipment, PPE）的選用與作業規範。以命題當年（民國 107 年）之法規與技術指引為準，主要依據勞動部《職業安全衛生法》、《職業安全衛生設施規則》及行政院環境保護署（現行已升格為環境部，相關採樣方法轉由國家環境研究院掌理）訂定之廢棄物採樣標準方法與採樣安全作業通則。

進行無害化廢棄物（如固化掩埋物、穩定化污泥）與焚化灰渣（底渣、飛灰及反應生成物）採樣時，主要的潛在危害包括：

1. 化學危害：飛灰與反應生成物含有高濃度重金屬（鉛、鎘、鉻等）、戴奧辛（Dioxins）及高腐蝕性強鹼物質（消石灰 $\text{Ca(OH)}_2$、生石灰 $\text{CaO}$），具刺激性、腐蝕性與慢性毒性。
2. 物理危害：微細粉塵吸入、高溫餘熱、尖銳雜物刺割傷、採樣現場重機械（怪手、山貓、天車）作業之碰撞與跌落危險。

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解題方法

本題屬申論題，作答切入點應採「危害辨識 $\rightarrow$ 部位裝備選用規格 $\rightarrow$ 採樣前中後使用作業程序」三層架構進行論述：

1. 依人體受危害部位系統化劃分：依頭部、眼睛臉部、呼吸系統、身體、手部、足部展開，明確指出裝備名稱及規格材質。
2. 區分灰渣特性之防護差異：飛灰具細懸浮微粒與高毒性，著重高階呼吸防護與防化學滲透；底渣與無害化廢棄物顆粒較粗，著重防塵與抗物理穿刺。
3. 交代標準作業流程（SOP）：涵蓋著裝檢查（氣密測試）、採樣時行為規範（上風處作業、禁止飲食）、以及採樣後的除污與脫除順序（防止二次污染）。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無特定選項。考生應以條列化、具體規格化呈現完整安全防護配套措施。

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解題技巧

1. 記憶口訣「頭、面、吸、身、手、足」：由上到下依解剖構造記憶，考場答題絕不漏項。
2. 答題加分亮點：

• 呼吸防護不可泛稱「口罩」，必須寫出「N95/P100 高效濾棉」或「搭配有機／酸性濾毒罐之半面體防毒面具」。
• 手部與足部防護不可僅寫防化學，務必提及「外層防機械穿刺／鋼頭鞋」，展現對現地廢棄物尖銳雜物（鐵條、碎玻璃）危害的實務敏感度。

3. 常見陷阱：許多考生僅列出裝備清單，忽略題目問的是「如何使用」，必須補齊「採樣前氣密檢查、採樣中站立上風處、採樣後脫除除污順序」，方能取得完整分數。

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【答案】