108 地方特考四等 環保技術 環境科學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查河川受可生物分解有機物污染後的溶氧垂曲線（oxygen sag curve），以及水質與水生生物沿河川下游的變化。主要概念是有機物分解會消耗溶氧，而河水同時透過大氣復氧與藻類光合作用補充溶氧；兩種作用的消長，決定溶氧先降後升的曲線。

• 溶氧（DO）：溶解於水中的氧氣濃度，通常以 mg/L 表示，是水生生物呼吸所需的重要條件。
• 生化需氧量（BOD）：微生物分解水中可生物分解有機物時所消耗的氧量，反映有機污染負荷。污染源排入後，剩餘可分解有機物沿下游逐漸減少，因此 BOD 會下降。
• 水生生物族群：物種數量與組成會隨 DO 改變。敏感物種在缺氧時減少或消失，耐污物種較能存活；水質恢復後，生物族群逐步回復。

解題方法

以污染排放點為起點，依序判斷「有機物分解耗氧」、「河水復氧」和「生物承受缺氧的反應」，再把三者畫在同一條下游距離軸上。

相對變化
高 │ DO ───────╲ ╱──────
 │ ╲ ╱
 │ ╲______最低點_______╱
 │ BOD ╲
 │ ╲________________________________
 │ 生物族群 ─────╲____低谷____╱──────────────
低 └──────────────────────────────────────→ 河川距離
 污染排放點 下游

圖示呈現典型趨勢，曲線的高低與位置會因污染負荷、河川流量、水溫、流速、日照及復氧條件而異。

1. 排放點下游初期：​有機物增加，微生物分解旺盛，耗氧速率大於復氧速率，DO 開始下降；BOD 高，水生生物受壓力增加。
2. 缺氧加劇區：​DO 降至低谷，敏感魚類及需氧生物減少，耐污生物占優勢；BOD 隨有機物被分解而逐漸下降。

核心觀念

本題考查工業化發展與三種全球環境問題的關係，以及各問題的成因和代表性污染物。作答時須區分三者的作用機制：

• 酸雨：大氣中的硫氧化物、氮氧化物轉化為酸性物質，隨濕沉降或乾沉降回到地表。
• 臭氧層破壞：含氯、含溴的穩定化合物進入平流層，經紫外線分解後釋出自由基，催化分解臭氧。
• 溫室效應：溫室氣體吸收地表放出的紅外線，使大氣保留較多熱能；人為排放增加會加強自然溫室效應，造成全球暖化。

題目所問「可能次序」是依工業發展歷程說明這些問題逐步受到重視的先後，不代表三者必然依固定時間發生，也不表示前一種問題消失後，下一種才開始。

解題方法

先以工業化進程建立答題主軸，再分別說明污染來源、化學作用及代表物質：

1. 工業革命以來，燃煤、燃油等化石燃料的大量使用，使酸性氣體排放及二氧化碳累積逐漸增加。
2. 二十世紀中期以後，冷凍空調、噴霧劑及清洗用途大量使用氟氯碳化物等物質，臭氧層破壞問題受到重視。
3. 隨能源消耗、工業生產、運輸與土地利用改變持續擴大，溫室氣體濃度增加，溫室效應加強及全球暖化成為重要議題。

答題時須補充：這是依「問題被發現、受到國際關注的歷史脈絡」整理的概略次序；三種污染的排放與影響在時間上有所重疊。

三項環境問題與工業化的關係

一、酸雨：化石燃料燃燒造成酸性物質沉降

工業化帶動電力、鋼鐵、化工及運輸發展，燃煤與燃油使用增加，排放大量二氧化硫（SO₂）​及氮氧化物（NOₓ）。這些氣體在大氣中氧化並溶於雲水，形成硫酸、硝酸等酸性物質，經雨、雪、霧等濕沉降，或以氣體及粒狀物乾沉降至地表。

主要反應可概括表示為：

自然降水因溶有二氧化碳而略呈酸性；一般以雨水 pH 低於約 $5.6$ 作為酸雨的常用判定基準。酸雨會使湖泊與土壤酸化、淋洗土壤中的養分、增加有毒金屬溶出，並腐蝕建築物及金屬材料。

成因物質：​二氧化硫、氮氧化物；形成的主要酸性物質為硫酸、硝酸。氨及粒狀物會影響大氣中的酸鹼平衡與沉降型態，但不是酸雨的主要酸性前驅物。

二、臭氧層破壞：工業合成鹵化物在平流層釋出自由基

工業化發展使冷凍空調、泡沫塑膠、噴霧劑及電子零件清洗等用途大量使用氟氯碳化物（CFCs）。這類物質在對流層中相當穩定，可長時間存留並到達平流層；受到紫外線照射後，分解並釋出氯自由基，催化分解臭氧。

簡化反應如下：

核心觀念

河川底泥是水體中懸浮物、溶解物及生物殘體經沉降、吸附、絮凝與生物化學轉化後，在河床累積形成的沉積物。底泥既是河川的「污染物匯」，也可能在水流擾動、缺氧或化學條件改變時，重新釋出污染物，成為二次污染源。因此，評估河川污染不能只看水質，也要掌握底泥中的污染物種類、濃度與分布。

台灣《土壤及地下水污染整治法》授權訂定《底泥品質指標之分類管理及用途限制辦法》，以底泥品質指標作為監測及管理依據。指標包括重金屬、有機化合物、農藥及其他有機化合物等類別。相關法規題目以命題當年（民國 108 年）法規為準。

底泥生成的原因

1. 自然侵蝕與輸送：降雨、地表逕流及河岸侵蝕將土壤、黏土、砂粒等沖入河川；流速降低或水體進入緩流區時，顆粒沉降。
2. 懸浮物沉降與凝聚：水中懸浮固體會因重力沉降；細小顆粒及膠體也可經絮凝、凝聚形成較大顆粒而沉積。
3. 有機物累積：藻類、水生植物、微生物及其他生物的殘體，以及生活污水或畜牧廢水帶入的有機物，分解後部分沉降並累積於河床。
4. 污染物吸附與共沉澱：金屬、磷及疏水性有機污染物可吸附在黏土、腐植質或鐵錳氧化物等顆粒上，隨顆粒沉降；也可能與沉澱物共沉積。
5. 人為排放與工程活動：工業及都市排水、農業逕流、道路沖刷，以及疏濬、築壩等改變流況的活動，會增加污染物或沉積物的輸入與滯留。

底泥調查的目的

• 掌握污染現況：查明污染物種類、濃度、空間分布及累積範圍，補足單次水質採樣不易呈現的長期污染資訊。
• 追查污染來源與累積歷程：配合上游、下游及不同河段調查，協助辨識污染熱區與可能來源。
• 評估生態與健康風險：判斷底泥污染是否可能經底棲生物、食物鏈或水體再懸浮影響生態及人體。
• 判斷是否發生二次污染：評估污染物在底泥與水體間的交換、釋出或再懸浮風險。
• 支援管理與整治決策：作為污染源管制、後續監測、疏濬評估、底泥處置及整治優先順序的依據。

可作為底泥品質的指標

底泥品質可用「污染物含量」與「底泥狀態及生物效應」等面向評估。考場作答應先列常見項目，再依污染特性補充。

1. 物理及一般性質：粒徑組成、含水率、總有機碳（TOC）、揮發性固體、氧化還原電位及硫化物等。細顆粒及有機質較高的底泥，通常較容易吸附、累積污染物。

核心觀念

本題考查循環經濟如何改變線性經濟「開採資源、製造、使用、丟棄」的模式，並以生物碳的製備與應用，說明如何讓有機資源回到生產與自然循環中，同時降低能源消耗及溫室氣體排放。題目未涉及特定法條或計算公式。

循環經濟的核心，是透過減量、再使用、再製造、回收與再生設計，延長產品及材料的使用壽命，減少原生資源開採與廢棄物產生，並讓資源在技術循環或生物循環中持續利用。它不只是「把廢棄物拿去回收」，也包括從產品設計、製程到使用後處理，整體降低資源投入與環境負荷。

解題方法

作答可依「定義循環經濟 → 說明生物碳如何製備 → 說明其資源再生與節能省碳效益」鋪陳。應把原料、製程、產品用途及環境效益連成一條資源循環鏈，並避免將生物碳描述成完全沒有排放或必然達成碳中和。

循環經濟的定義與特徵

循環經濟是以資源效率與循環利用為目標的經濟模式，藉由減少投入、延長產品壽命、回收材料及再生資源，使資源價值盡可能留在經濟體系中，並降低廢棄物與污染。相較於線性經濟，其重點可概括為：

• 源頭減量：​減少原料、能源與水的消耗。
• 延長使用：​透過維修、再使用及再製造，延長產品與材料壽命。
• 循環再生：​將可用材料或有機資源轉化為再生原料或產品。
• 降低環境負荷：​減少原生資源開採、焚化或掩埋需求，並降低生命週期的能源使用與溫室氣體排放。

生物碳的製備與應用

生物碳（biochar）通常是以農業剩餘物、林業剩餘物、木質生質物或其他有機廢棄物為原料，在缺氧或低氧條件下進行熱裂解，所得富含碳的固體產物。熱裂解亦可產生生質氣體與生質油；妥善回收利用這些副產物，可供熱或供能，提升製程資源效率。

生物碳可施用於土壤，以改善土壤結構、保水與保肥能力；也可作為污染物吸附材料，或作為其他材料與產品的原料。其具體成效會受到原料種類、製程條件、生物碳性質及使用方式影響。

資源再生與節能省碳效益

一、促進資源再生