109 地方特考四等 環保技術 環境污染防治技術概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量活性污泥程序（Activated Sludge Process）之核心操作控制參數——污泥停留時間（Sludge Retention Time, SRT，又稱泥齡 Sludge Age 或平均細胞停留時間 Mean Cell Residence Time, MCRT，符號常以 $\theta_c$ 表示）之理論定義與指標選用之物理意義。

1. 污泥停留時間（SRT, $\theta_c$）的定義：基於反應系統內微生物生物量的「穩態質量平衡（Steady-State Mass Balance）」，表示生物污泥在系統內的平均停留（滯留）天數。
2. 懸浮固體（SS）與揮發性懸浮固體（VSS）的本質差異：

• $\text{SS}$（懸浮固體，槽內為 $\text{MLSS}$）：包含「活性微生物體」、「不可生物分解之有機固體碎屑」及「惰性無機固體（砂礫、化學沉澱灰分等）」。
• $\text{VSS}$（揮發性懸浮固體，槽內為 $\text{MLVSS}$）：代表懸浮固體中在 $550 \pm 50^\circ\text{C}$ 下可灼燒揮發之有機質部分，於工程分析中作為「活性微生物量（Active Biomass）」的代表指標。

---

解題方法

一、 污泥停留時間（SRT）之定義與計算式

污泥停留時間（$\theta_c$）定義為：活性污泥系統（反應槽）中所保有的污泥總固體質量，與每日由系統中排出（廢棄排除量加上放流水流失量）之污泥總固體質量的比值，單位通常為天（$\text{days}$）。

以系統穩態質量平衡推導，其數學計算式如下：

$\theta_c = \frac{V \cdot X}{Q_w \cdot X_w + Q_e \cdot X_e}$

式中各項參數定義：

• $V$：曝氣反應槽體積（$\text{m}^3$）
• $X$：曝氣槽混合液固體濃度（$\text{mg/L}$ 或 $\text{g/m}^3$）
• $Q_w$：每日廢棄污泥（WAS）排放流量（$\text{m}^3/\text{d}$）
• $X_w$：廢棄污泥之固體濃度（$\text{mg/L}$）
• $Q_e$：每日處理放流水流量（$\text{m}^3/\text{d}$）
• $X_e$：放流水中所含懸浮固體濃度（$\text{mg/L}$）

若系統二沉池沉降效果極佳，放流水懸浮物極低（$X_e \approx 0$），或廢棄污泥直接自曝氣槽混合液抽取（$X_w = X$），則式子可分別進行相應簡化；但定義上仍須以系統總排出質量為準。

---

二、 分別採用「懸浮固體（SS）」與「揮發性懸浮固體（VSS）」之意義差異

在計算 $\theta_c$ 時，若以 $\text{SS}$（即 $X_{\text{SS}}, X_{w,\text{SS}}, X_{e,\text{SS}}$）或 $\text{VSS}$（即 $X_{\text{VSS}}, X_{w,\text{VSS}}, X_{e,\text{VSS}}$）代入，所得結果在「理論數值」與「實質工程與生物意義」上有明確之差異剖析：

1. 理論計算數值之關係（均質假設下）： 若系統內各流體單元中，污泥之有機揮發性比例均勻一致（即 $\frac{\text{VSS}}{\text{SS}} = f_v$，且 $X_{\text{VSS}} = f_v \cdot X_{\text{SS}}$、$X_{w,\text{VSS}} = f_v \cdot X_{w,\text{SS}}$、$X_{e,\text{VSS}} = f_v \cdot X_{e,\text{SS}}$），則： $\theta_{c,\text{VSS}} = \frac{V (f_v \cdot X_{\text{SS}})}{Q_w (f_v \cdot X_{w,\text{SS}}) + Q_e (f_v \cdot X_{e,\text{SS}})} = \frac{f_v (V \cdot X_{\text{SS}})}{f_v (Q_w \cdot X_{w,\text{SS}} + Q_e \cdot X_{e,\text{SS}})} = \theta_{c,\text{SS}}$

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「逸散性面源污染——餐飲業廢氣特性」之認知，以及對「工業通風與空氣污染防制設備」在餐飲油煙應用上的系統整合能力。核心觀念涵蓋：

1. 餐飲廢氣特性：高溫、高濕且兼具「粒狀物（油滴、懸浮微粒）」與「氣狀物（揮發性有機物 VOCs、異味分子）」之複合性污染特性。
2. 防制單元原理：粒狀物慣性碰撞、靜電吸附沉降、氣相吸附、氧化分解及集氣抽風流體力學。
3. 相關法源依據：以命題當年（民國 109 年）法規為準，餐飲業油煙防制主要依據《空氣污染防制法》第 32 條第 1 項第 5 款（餐飲業烹調產生油煙或異味散布於空氣中之行為管制）。現行法已修正並訂定《餐飲業空氣污染物防制設施管理辦法》（民國 110 年正式發布實施），明定納管對象須落實集氣系統與防制設備之裝設及自主維護管理。

---

解題方法

本題屬於標準的「問題＋對策」型兩段式申論題。解題切入點應分為兩大部分：

1. 污染問題層面（What & Why）：切忌只籠統回答「有油煙跟味道」。必須從「污染物實質成分（相態分類）」延伸至「環境衝擊與人體危害」做全面性剖析。
2. 防制設備層面（How to solve）：依照廢氣處理流程「收集（氣罩） $\to$ 前處理（攔截粗滴） $\to$ 主處理（去除微細油霧） $\to$ 異味控制（去除氣狀異味）」之工程邏輯循序作答，說明各設備之「工作原理」、「適用對象」及「優缺點／限制」，展現技術專業度。

---

選項分析

本題為申論題，並無選擇題選項。作答時應將題意拆解為兩大子題並建立對應結構：

• 子題一：可能造成之空氣污染問題
• 分為「污染物種類與相態（粒狀油煙、氣狀 VOCs 及異味、燃燒副產物）」與「受體影響（人體呼吸道/致癌風險、生活品質公害、局部微氣候/能見度）」。
• 子題二：可採用之污染防制設備
• 分為「粒狀物／油滴去除設備（擋板過濾器、靜電集塵器、濕式洗滌塔）」與「異味／氣狀物去除設備（活性碳吸附槽、紫外線／臭氧氧化設備、光等離子／低溫電漿）」，並點出工程實務必備的「前端集氣系統與串聯組合原則」。

---

解題技巧

1. 關鍵字得分點：申論評分重視專有名詞，答案中務必寫出「靜電集塵器（ESP）」、「活性碳吸附」、「多環芳香烴（PAHs）」、「揮發性有機化合物（VOCs）」、「油霧滴粒徑（$0.1 \sim 10\ \mu\text{m}$）」。
2. 強調串聯系統（Train Process）：單一設備無法同時高效去除油煙與異味。若能主動點出「先靜電除油、後活性碳除臭」的先後順序（避免油垢覆蓋活性碳表面導致孔隙阻塞毒化），能大幅提升專業分數。
3. 避免常見陷阱：

• 忽視「捕集系統」：若排煙罩（Hood）設計不良，逸散率高，後端設備裝再好也是徒勞。
• 混淆油煙與異味：靜電集塵主要除油滴（粒狀），對小分子氣態異味效果有限；活性碳主要吸異味，極易因油污損壞。兩者功能不可混為一談。

---

【答案】

一、餐飲業可能造成之空氣污染問題

餐飲業烹調作業（煎、炒、油炸、燒烤等）受高溫裂解與燃燒影響，主要產生以下空氣污染問題：

（一）污染物組成與相態

1. 粒狀污染物（油煙霧滴，Particulate Matter）：

• 食用油及食材在高溫下裂解、汽化後，遇冷凝結成微細油霧滴，粒徑多介於 $0.1 \sim 10\ \mu\text{m}$ 之間（以 $\text{PM}_{2.5}$ 為主）。
• 含有多環芳香烴化合物（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs）、芳香族胺類等具致癌性與致突變性之有害有機微粒。

2. 氣狀及異味污染物（VOCs & Odor）：

• 包括揮發性有機化合物（VOCs）、低級脂肪酸、醛類（如丙烯醛）、酮類及含硫、含氮有機氣體。
• 異味分子擴散閾值低，即使濃度極微量，亦具有顯著且令人不適之刺鼻氣味。

3. 燃燒廢氣：

• 若使用瓦斯、重油或木炭（如炭火燒烤）烹煮，未完全燃燒將產生一氧化碳（$\text{CO}$）、氮氧化物（$\text{NO}_x$）、硫氧化物（$\text{SO}_x$）及碳黑微粒。

核心觀念

本題測驗「生物醫療廢棄物」（有害事業廢棄物）之管理規範與實務防護技術。核心法源為《廢棄物清理法》授權訂定之《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》（以命題當年民國 109 年法規為準；現行法核心規範亦維持一致）。

醫療廢棄物（特別是感染性廢棄物與廢尖銳器具）具有傳染性、致病性、針扎穿刺傷及環境擴散風險，故其管制精神著重於：

1. 源頭分類與安全盛裝：依後續處理方式採顏色代碼區分，並使用抗穿刺或密封包裝。
2. 時效與低溫控制：抑制微生物孳生繁殖，防止腐敗與異味溢散。
3. 密閉冷鏈運送與即時軌跡追蹤：避免運送外洩，並杜絕非法棄置。

---

解題方法

本題為標準的公職環保法規與防治技術結合之申論題。解題架構應具備邏輯層次，切入點分為「貯存階段」與「清除階段」兩大主軸，並輔以法規明定的「量化標準」（溫度、時間、顏色代碼）與「硬體設施規範」進行條列作答：

1. 貯存階段：從「容器包裝（防穿刺、防滲漏）」、「顏色分類與標誌」、「貯存溫度與保存時限（常溫、冷藏、冷凍）」、「貯存場所硬體環境（門禁、防滲、消毒防蟲）」四個構面作答。
2. 清除階段：從「清除車輛規格（冷藏運送、密閉）」、「標示與行車軌跡監控（GPS）」、「作業安全與緊急應變（防護衣、溢漏應變器具）」三個構面切入。

---

選項分析

本題為申論題型（非選擇題），無選項之是非分析。評分關鍵在於能否精確寫出法規中的具體數字門檻（如 $5^\circ\text{C}$、$0^\circ\text{C}$ 及對應天數）與專業術語，若僅以「保持乾淨」、「盡快清運」等抽象字眼作答，得分將大幅偏低。

---

解題技巧

1. 記憶口訣與量化指標：

• 貯存時限與溫控配對：常溫 1 日；冷藏（$\le 5^\circ\text{C}$）7 日；冷凍（$\le 0^\circ\text{C}$）30 日。
• 容器顏色管理：黃色容器代表採「焚化處理」；紅色容器代表採「高溫滅菌處理」。
• 尖銳器具：必定使用「不易穿透之硬質容器」（耐穿刺）。

2. 常見陷阱：

• 混淆「一般事業廢棄物」與「感染性廢棄物」之貯存期限，感染性廢棄物時限要求遠為嚴格。
• 忽略清除車輛必須維持相同之低溫冷鏈條件（以冷藏或冷凍方式運送）以及即時追蹤系統（GPS）的要求。

---

【答案】

核心觀念

本題評量考生對於土壤污染物之基本化學屬性、環境宿命（Fate and Transport）、毒性行為及後續整治原理的掌握程度。核心考點包含：

1. 可降解性與物質守恆：有機物屬碳氫化合物，具可生物降解或化學分解性；重金屬為化學元素，具不可被生物降解的元素恆存性。
2. 土壤中之相分佈與傳輸機制：有機污染物受揮發度（$H$）、親脂性（$K_{ow}$）、土壤有機碳分配係數（$K_{oc}$）與非水相液體（NAPLs）流動特性支配；重金屬受土壤陽離子交換容量（CEC）、酸鹼度（pH）、氧化還原電位（Eh）及沉澱/錯合反應主導。
3. 污染整治工程本質：有機污染以「破壞消除（Destruction/Degradation）」為原則；重金屬污染則以「提取分離（Extraction）」或「鈍化固定（Stabilization/Immobilization）」為原則。
4. 法規架構：本題涉及《土壤及地下水污染整治法》與《土壤污染管制標準》（以命題當年民國 109 年法規為準，現行法架構亦同），法規將土壤監測及管制項目明確劃分為有機污染物（揮發性/半揮發性有機物、農藥、戴奧辛等）與重金屬（砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅）兩大主軸分別設定限值。

---

解題方法

針對「有機物」與「重金屬」兩類土壤污染特性的比較，屬於典型的結構化對比題型。答題策略應避免單純流水帳式的描述，建議建立系統化的比較構面（化學本質、傳輸與賦存型態、毒性與生態累積、受環境因子影響、整治技術思維），並輔以「綜合比較表」呈現，使評閱委員能迅速抓取核心論點，隨後再逐項詳述其作用機轉與實務差異。

---

選項分析

本題為申論試題，無選項設計。針對作答需涵蓋的五大對比構面，深入解析如下：

1. 化學本質與降解性（Degradability）

• 有機污染物：多為人造或石化衍生之化合物（如苯、三氯乙烯、PAHs、PCBs）。具有化學鍵結，可透過微生物代謝（生物降解）、光解、或化學氧化/還原反應，被裂解轉化為較小的無害分子，最終礦化為二氧化碳（$CO_2$）與水（$H_2O$）。
• 重金屬污染物：為天然存在的金屬元素（如鎘、鉛、汞、六價鉻）。元素本身無法被消滅或分解，在土壤系統中具有永久存在性（Persistence），僅能改變其化學價態（如 $Cr^{6+} \to Cr^{3+}$）或化學型態（如烷基化、錯合物）。

2. 土壤中之相態賦存與傳輸途徑（Phase Partitioning and Transport）

• 有機污染物：能以多相態存在（固相吸附、水相溶解、氣相揮發、非水相非溶解液相 NAPLs）。揮發性有機物（VOCs）易產生氣相擴散逸散；疏水性有機物則主要受土壤有機質（SOM）含量吸附，依分配係數 $K_{oc}$ 控制其滯留與淋溶能力。
• 重金屬污染物：主要以離子型態、金屬水解物、沉澱物或與黏土礦物/金屬氧化物形成表面錯合物存在，幾乎不具揮發性（汞除外）。其在土壤孔隙水與固相間的移動主要由吸附－脫附平衡、陽離子交換（CEC）及沉澱溶解度積決定。

3. 環境條件（pH 與 Eh）之敏感度

• 有機污染物：雖部分還原/氧化反應受酸鹼度與氧化還原電位（Eh）影響，但整體傳輸主要取決於生物活性、微生物菌相、電子受體（如 $O_2$、$NO_3^-$、$SO_4^{2-}$）之供應及有機質含量。
• 重金屬污染物：極度敏感於土壤之 pH 與 Eh。通常在酸性環境（低 pH）下，金屬離子溶解度大增、脫附游離，生物有效性（Bioavailability）與移動性大幅提升；鹼性環境下易形成氫氧化物或碳酸鹽沉澱。不同價態（如 $As^{3+}/As^{5+}$、$Cr^{6+}/Cr^{3+}$）之毒性與移動力具極端差異。

4. 生物濃縮與毒性累積效應

• 有機污染物：具脂溶性之持久性有機污染物（POPs，如戴奧辛、PCBs）易經由食物鏈產生顯著生物放大作用（Biomagnification）；非持久性有機物則易在生物體內經代謝酵素排毒分解。

核心觀念

本題評量環境工程中「水體水文條件與水質動態關係」、「河川自淨動力學機制」及「環境應變實務」之整合應用能力。核心觀念涵蓋：

1. 質量平衡與稀釋涵容量（Dilution / Assimilative Capacity）： 河川基流量（Baseflow）隨降雨減少而銳減，在污染源排放質量負荷（Mass loading）相對固定之情境下，河川下游污染物平衡濃度依質量守恆原理公式推導： $C = \frac{Q_r C_r + Q_w C_w}{Q_r + Q_w}$ 式中 $Q_r$ 與 $C_r$ 分別為上游河川流量與濃度；$Q_w$ 與 $C_w$ 為廢（污）水排入量與濃度。當 $Q_r$ 驟降時，稀釋倍數大幅下降，混合濃度 $C$ 顯著攀升。
2. Streeter-Phelps 溶氧垂降模式（DO Sag Model）與自淨作用： 水體溶氧（DO）平衡由脫氧速率常數（$k_1$）與再曝氣速率常數（$k_2$）共同決定： $\frac{\mathrm{d}D}{\mathrm{d}t} = k_1 L - k_2 D$ 式中 $D$ 為溶氧不足量（Oxygen Deficit, $D = DO_{\mathrm{sat}} - DO$）；$L$ 為殘餘生化需氧量（BOD）。依據 O'Connor-Dobbins 公式，$k_2 \propto \frac{u^{1/2}}{H^{3/2}}$（$u$ 為流速、$H$ 為水深），乾旱枯水期流速 $u$ 劇減，造成大氣複氧受阻。
3. 相關水污染防治法規： 以命題當年（民國 109 年）法規為準，本題緊急事件涉及《水污染防治法》第 28 條（事業發生疏漏或水質惡化之緊急通報與應變）、第 13 條（水體涵容能力之管制）及《飲用水管理條例》第 6 條與其相關之「飲用水水源水質標準」。

---

解題方法

本題屬因果關係推導與災害預警之綜合申論題型，答題架構應採「水文異常 $\rightarrow$ 水質參數劣變 $\rightarrow$ 自淨機能受抑機制 $\rightarrow$ 緊急事件情境」四層次推導：

1. 水質變化面向：區分為物理性（水溫、流速、光照、濁度）、化學性（DO、BOD、氨氮、重金屬、鹽度）、生物性（藻類、微囊藻毒素、致病菌）。
2. 自淨能力面向：依自淨之三大機制——物理作用（稀釋、沉降、大氣再曝氣）、化學作用（氧化還原）、生物作用（有機分解、硝化），說明為何平衡被打破。
3. 緊急事件面向：依風險情境具體條列生態毀滅（死魚）、民生斷水（取水口超標）、感潮河段鹽害、水體黑臭公害等突發災害。

---

選項分析

本題為四等特考之申論題（無客觀選項）。評分關鍵在於能否精準使用環工專有名詞，並將「現象描述」提升至「反應動力與傳輸原理」，各子題配分切點分析如下：

• 第一子題（河川水質變化）：若僅回答「水變髒、魚死掉」無法取得高分；必須按水理（水深、流速、水溫）引導出濃縮效應、底泥耗氧（SOD）激增及缺氧態之轉化。
• 第二子題（河川自淨能力變化）：必須明確論證各項自淨反應之消長（稀釋力驟降、再曝氣受限、有機沉降轉化為厭氧底泥逆釋放），指出水體由「同化自淨」轉向「自淨容量崩潰」。
• 第三子題（可能之水污染緊急事件）：須具體指出公害事件類型（大規模死魚、自來水淨水廠原水受損被迫停水、藻華與藻毒素事件、感潮河段鹹潮上溯），並對應相關通報與緊急應變處置措施。

---

解題技巧

1. 掌握水文輸入變數的連鎖骨牌效應： 雨量低 $\rightarrow$ 河川基流量 $Q$ 減小 $\rightarrow$ 水深 $H$ 變淺、流速 $u$ 變慢、停留時間（HRT）變長 $\rightarrow$ 水溫上升 $\rightarrow$ 飽和溶氧 $DO_{\mathrm{sat}}$ 下降；同時流速慢導致紊流度降、大氣複氧係數 $k_2$ 暴跌，直擊溶氧谷底。
2. 善用數理模型加強論述深度： 在自淨能力章節，帶入 O'Connor-Dobbins 式及 Streeter-Phelps 溶氧平衡概念，說明臨界溶氧不足點（Critical Point, $x_c$）往排污口前移，且最低溶氧點（$DO_{\min}$）趨近於零，論證自淨機能超載。
3. 結構化答題版面： 分大點列項，小點標明機制與結果，文末明列重大污染事件，符合國家考試閱卷評分指引。

---

【答案】

一、年度降雨量低於預期時，河川水質之變化

降雨量偏低導致河川進入極端枯水狀態，在污染源排放量（特別是生活污水與工業點源）相對穩定的前提下，水質產生以下劣化變化：

1. 污染物濃度大幅提高（濃縮效應）： 上游自然基流量（Baseflow）匱乏，河川對各類點源廢水之稀釋倍數驟降。根據水質質量平衡原理，下游之生化需氧量（BOD）、化學需氧量（COD）、懸浮固體（SS）、氨氮（$\mathrm{NH_3\text{-}N}$）及重金屬、導電度等指標濃度均顯著飆升。
2. 水溫上升與飽和溶氧量（$DO_{\mathrm{sat}}$）下降：