111 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

本題的核心考點為**廢水處理工程中的理想沉澱理論（Hazen-Camp 理想沉澱池理論）與表面積負荷率（Surface Overflow Rate, SOR，又稱溢流率）**對懸浮固體去除效率之影響。

1. 表面積負荷率（$v_0$）定義： $v_0 = \frac{Q}{A}$ 其中：

• $Q$：廢水進水流量（$\text{m}^3/\text{d}$ 或 $\text{m}^3/\text{s}$）。
• $A$：沉澱池水表面積（$\text{m}^2$），即長（$L$）$\times$ 寬（$W$）。
• $v_0$：表面積負荷率，物理意義代表沉澱池可完全去除（$100\%$ 去除）的臨界顆粒沉降速度（Critical Settling Velocity）。

2. 顆粒去除效率之決定機制（獨立沉澱／第 I 型沉澱）： 在理想水平流沉澱池中，設水中顆粒之自由沉降速度為 $v_s$：

• 當顆粒沉降速度 $v_s \ge v_0$ 時，該粒徑之固體物去除率為 $100\%$。
• 當顆粒沉降速度 $v_s < v_0$ 時，其去除比例為： $R = \frac{v_s}{v_0} = \frac{v_s \cdot A}{Q}$

由此可得沉澱理論的重要推論：在固定流量下，沉澱池的去除效率僅取決於表面積 $A$（或表面負荷率 $v_0$），而與池深 $H$ 及水力停留時間（$\theta$）無直接關係。

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解題方法

步驟一：計算兩座沉澱池的表面積（$A$）與體積（$V$）

設進水廢水流量皆為 $Q$。

1. 第一座沉澱池：

• 尺寸：長 $L_1 = 20\ \text{公尺}$、寬 $W_1 = 5\ \text{公尺}$、深 $H_1 = 2\ \text{公尺}$
• 表面積 $A_1 = L_1 \times W_1 = 20 \times 5 = 100\ \text{m}^2$
• 體積 $V_1 = L_1 \times W_1 \times H_1 = 20 \times 5 \times 2 = 200\ \text{m}^3$

2. 第二座沉澱池：

• 尺寸：長 $L_2 = 20\ \text{公尺}$、寬 $W_2 = 2\ \text{公尺}$、深 $H_2 = 5\ \text{公尺}$
• 表面積 $A_2 = L_2 \times W_2 = 20 \times 2 = 40\ \text{m}^2$
• 體積 $V_2 = L_2 \times W_2 \times H_2 = 20 \times 2 \times 5 = 200\ \text{m}^3$

兩池體積皆為 $200\ \text{m}^3$，在相同流量 $Q$ 下，其水力停留時間相同（$\theta_1 = \theta_2 = \frac{200}{Q}$）。

步驟二：比較兩座沉澱池的表面積負荷率（$v_0$）

• 第一座沉澱池負荷率： $v_{0,1} = \frac{Q}{A_1} = \frac{Q}{100}$
• 第二座沉澱池負荷率：

核心觀念

本題測驗廢棄物熱處理（焚化或熱裂解等）程序之效能評估指標，核心在於掌握「破壞去除率」（Destruction and Removal Efficiency, DRE）與「燃燒效率」（Combustion Efficiency, CE）的工程定義、計算公式、物理意義及其在實務法規上的管制成效要求。

以命題當年（民國 111 年）法規為準，依當時《事業廢棄物焚化處理設施容許排放標準》之規範，有害事業廢棄物焚化設施必須同時符合燃燒效率與破壞去除率之門檻限制。

1. 破壞去除率（Destruction and Removal Efficiency, DRE）

• 定義：衡量廢棄物中特定有害物質（通常選定具代表性之主要有害有機成分，Principal Organic Hazardous Constituents, POHCs）經整個熱處理系統（包含燃燒室本體及後續之空氣污染防制設備）後，被分解、破壞與去除之綜合百分比。
• 計算公式： $\text{DRE} = \frac{W_{\text{in}} - W_{\text{out}}}{W_{\text{in}}} \times 100\%$ 式中：
• $W_{\text{in}}$：單位時間內進入熱處理設施之特定主要有害有機物（POHC）質量流率（$\text{kg/h}$ 或 $\text{g/s}$）。
• $W_{\text{out}}$：單位時間內由煙囪排放至大氣中之該特定主要有害有機物（POHC）質量流率（$\text{kg/h}$ 或 $\text{g/s}$）。

2. 燃燒效率（Combustion Efficiency, CE）

• 定義：衡量熱處理設施燃燒室內部之「燃燒完全程度」。透過燃燒尾氣中二氧化碳與一氧化碳之濃縮比例，評估燃料與廢棄物中的碳素轉化為完全氧化物（$\text{CO}_2$）的程度。
• 計算公式： $\text{CE} = \frac{[\text{CO}_2]}{[\text{CO}_2] + [\text{CO}]} \times 100\%$ 式中：
• $[\text{CO}_2]$：排氣中二氧化碳之乾基體積百分比濃度（$\%$）。
• $[\text{CO}]$：排氣中一氧化碳之乾基體積百分比濃度（$\%$ 或換算為同單位之濃度）。

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解題方法

本題為申論說明題，解題切入點應分為三層次：分別定義與列式 $\to$ 成效意義與評估面向 $\to$ 兩者之互補與整合意涵。

一、利用「破壞去除率（DRE）」解釋熱處理之成效

1. 微觀減毒能力指標：

• 熱處理主要目標之一為消除廢棄物之毒性。DRE 專門針對難分解或高危害性的特定有機污染物（例如戴奧辛、多氯聯苯、多環芳香烴或特定含氯溶劑）。
• 法規標準要求有害有機物之 DRE 需達到 $99.99\%$（即四個九，4-nines）；對於極高毒性之多氯聯苯（PCBs）或戴奧辛類廢棄物，則要求達到 $99.9999\%$（即六個九，6-nines）。

2. 全系統綜合處理成效：

• DRE 評估的是「進料端」到「煙囪放流端」的全程淨化表現，涵蓋爐內高溫熱解氧化破壞（Combustion/Thermal Destruction）以及後端防制設備（如活性碳注入、袋濾式集塵器、洗滌塔等）的物理/化學捕集吸附能力。

二、利用「燃燒效率（CE）」解釋熱處理之成效

1. 宏觀燃燒控制指標：

• 熱處理必須確保完全燃燒。燃燒不完全會產生過量 $\text{CO}$、未燃碳氫化合物（THC）及不完全燃燒產物（Products of Incomplete Combustion, PICs）。
• CE 直接反映操作參數是否落實燃燒「3T 原則」：
• 溫度（Temperature）：是否達到充分熱解氧化所需之高溫（一般二次燃燒室需大於 $850^\circ\text{C}$ 或 $1000^\circ\text{C}$ 以上）。
• 停留時間（Time）：氣體停留時間是否足夠（通常要求大於 1 至 2 秒）。

核心觀念 本題評量土壤及地下水污染整治技術之核心原理與工程應用，出自「土壤及地下水污染整治法」體系下之現地／離場復育工程實務。核心概念包含：

1. 熱脫附技術（Thermal Desorption, TD）之物理分離本質：藉由加熱將吸附於土壤固相之揮發性（VOCs）及半揮發性有機污染物（SVOCs）氣化揮發轉移至氣相，本質為「相轉移與物理分離」，非直接氧化破壞土壤本身之「焚化程序」。
2. 操作溫度分級：低溫熱脫附（LTD, 約 $90 \sim 320^\circ\text{C}$）與高溫熱脫附（HTD, 約 $320 \sim 560^\circ\text{C}$ 或更高）。
3. 尾氣二次污染防制：集氣系統、粒狀污染物去除、冷凝回收、活性碳吸附或後燃器（Afterburner/RTO）高溫破壞。
4. 時事工程背景：高雄煉油廠（中油五輕場址）為提供高科技產業進駐，因應極短工期需求，採用具備「高去除率、整治時效快」特性的離場／現地開挖熱脫附處理。

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解題方法 本題為標準申論題型，答題切入點應採「定義 $\rightarrow$ 原理與系統組成 $\rightarrow$ 分類標準 $\rightarrow$ 適用性與優缺點」之四層結構展開：

1. 破題定義：明確界定熱脫附為非破壞性之物理加熱分離程序，嚴禁與「土壤焚化（Incineration）」混淆。
2. 反應機制與系統流程：依工程順序說明「進料前處理 $\rightarrow$ 加熱脫附主體 $\rightarrow$ 尾氣處理單元 $\rightarrow$ 淨化土回填」四大步驟。
3. 技術分類：由「操作溫度（高/低溫）」與「施工位置（現地 In-situ / 離場 Ex-situ）」雙重向度劃分，展現專業深度。
4. 結合題目情境收尾：點出其處理總石油碳氫化合物（TPH）的高效性、短工期優勢，以及能耗高、破壞土壤結構之限制。

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選項分析 本題為申論題，非選擇題，故無個別選項。閱卷評分重點與常見失分盲點分析如下：

• 盲點一：將熱脫附寫成「焚化」：若將熱脫附描述為「燃燒土壤使有機物燃燒殆盡」，會被判定概念不清嚴重扣分。熱脫附單元內土壤並未發生明火燃燒，有機物僅是被熱蒸發脫附。
• 盲點二：遺漏「尾氣處理單元」：僅描述土壤加熱而未交代脫附後之有害氣體如何處理，工程完整度不足。尾氣控制（集塵、冷凝、吸附或後燃）是環保技術考科必備要項。
• 盲點三：未說明前處理需求：土壤含水率過高會大幅消耗潛熱與燃料成本，粒徑過大會損壞迴轉窯，前處理（篩分、破碎、乾燥）是工程能否順利運轉的關鍵。

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解題技巧

1. 關鍵對比口訣：「脫附是分離、焚化是破壞；脫附留土壤、焚化成灰燼」。
2. 溫度記憶法：以水分沸點與碳氫化合物碳鏈長度為基準，低溫熱脫附以脫除輕質油品（柴油以下、單環芳香烴）為主（$\le 320^\circ\text{C}$）；高溫熱脫附則針對重質油品、PAHs、甚至戴奧辛（$> 320^\circ\text{C}$）。
3. 因應時事作答加分點：主動提及中油廠址主要污染物為油品（TPH）、苯系物（BTEX），並點出熱脫附技術具備「工期短、去污徹底」特點，是該場址得以快速「解除列管」的關鍵技術選用考量。

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【答案】

一、土壤熱脫附技術之定義與基本原理 土壤熱脫附技術（Thermal Desorption, TD）是一種利用直接或間接加熱方式，將受有機物污染之土壤加熱至特定工作溫度，利用污染物沸點與蒸氣壓特性，促使固相土壤中吸附之揮發性有機物（VOCs）及半揮發性有機物（SVOCs）氣化、蒸發，自土壤介質中脫附並轉移至載流氣體（Carrier Gas）之物理分離整治技術。

核心觀念

本題考查環境污染防治技術中「水污與空污整合控制」之核心考點——活性污泥曝氣脫臭法（Activated Sludge Odor Scrubbing / Diffused Air Odor Control）。

1. 廢水惡臭物質特性：廢水前處理或沉澱單元產生的臭氣主成分為還原性無機物（如硫化氫 $\text{H}_2\text{S}$、氨氣 $\text{NH}_3$）與揮發性有機物（如硫醇類 $\text{R-SH}$、硫醚類、揮發性脂肪酸 VFAs、胺類等）。
2. 質傳與生物降解原理：氣態污染物之生物淨化包含雙膜理論（Two-Film Theory）氣-液質傳、膠羽表面吸附（Adsorption）及微生物酵素催化好氧生物氧化代謝（Biochemical Oxidation）。

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解題方法

申論答題應採取「系統流程 $\rightarrow$ 去除機制 $\rightarrow$ 生化反應式」的層次化架構作答，方能獲取高分：

1. 系統控制層面（防止逸散與抽送）：說明加蓋與抽氣所建立的負壓控制機制，阻斷臭氣直接向大氣逸散。
2. 物理傳質與吸附層面（相轉移）：臭氣經散氣盤注入混合液後，微氣泡接觸面積劇增，親水性臭味溶入液相，疏水性成分則被活性污泥膠羽之胞外聚合物（EPS）快速吸附。
3. 生化代謝轉化層面（徹底礦化）：活性污泥池內高溶氧與多樣性微生物群（異營菌、硫氧化菌、硝化菌）將臭味分子作為基質進行異化代謝，轉化為無臭之硫酸根、硝酸根、二氧化碳與水。

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選項分析

本題為申論題，無選項。閱卷評分的核心關鍵構面分析如下：

• 構面一：負壓收集與防止逸散（佔比約 20%）：若未提及「加蓋密封形成負壓，阻絕臭氣直接逸散周界」，僅談生物降解，作答完整度不足。
• 構面二：氣-液質傳與物理吸收（佔比約 25%）：必須闡述微氣泡曝氣提供龐大相界面接觸面積，水相液體扮演如同化學洗滌塔吸收液之角色。
• 構面三：膠羽吸附與濃縮作用（佔比約 20%）：活性污泥固體表面具高比表面積及黏性物質（EPS），對低水溶性或非極性揮發性有機物（VOCs）具備攔截捕集能力。
• 構面四：好氧微生物氧化降解機制（佔比約 35%）：必須明確寫出主要臭味物質之降解產物（硫系轉為硫酸鹽、氮系轉為硝酸鹽、碳系轉為二氧化碳），不可僅籠統以「被細菌吃掉」帶過。

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解題技巧

1. 記憶答題口訣「集 $\rightarrow$ 溶 $\rightarrow$ 吸 $\rightarrow$ 降」：

• 集（收集）：密閉負壓抽氣，切斷擴散路徑。
• 溶（溶解）：曝氣分散成微氣泡，快速氣-液質傳溶解。
• 吸（吸附）：活性污泥膠羽多孔隙與 EPS 物理/化學吸附。
• 降（降解）：自營與異營好氧微生物氧化分解。

2. 拿分加分亮點：在論述後簡短補述「實務操作限制」（如：臭氣中含高濃度 $\text{H}_2\text{S}$ 時需注意管線與鼓風機防蝕，且進氣需維持活性污泥池之溶氧平衡），展現考生兼具學理與工程實務素養。

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【答案】

將廢水處理系統加蓋抽取空氣並導入活性污泥池進行曝氣，實質上係將活性污泥池作為「氣-液洗滌吸收槽」兼「懸浮生長生物反應器」。其臭味移除機制主要包含以下四個階段：

一、 密閉負壓收集（防止周界擴散）

廢水處理系統（如進水抽水井、攔污柵、沉砂池或初沉池）加蓋後，利用抽氣鼓風機持續抽風，使蓋體內部維持微負壓狀態。此舉強制將原本會逸散至周界大氣的惡臭氣體集中收集，完全切斷臭氣向外界擴散的途徑。