112 地方特考四等 環境工程類科 空氣污染與噪音控制技術概要 考古題詳解

核心觀念

都會區臭氧（$O_3$）屬於二次污染物，不是主要由污染源直接排放，而是氮氧化物（$NO_x=NO+NO_2$）與揮發性有機物（VOCs）在陽光下經一連串光化學反應生成。臭氧濃度受日照、前驅物濃度、氣象條件與空氣輸送共同影響，因此常呈現「白天生成、午後偏高、夜間降低」的逐時變化。

生成機制

一、$NO_2$ 光解及臭氧生成

日照中的紫外光使二氧化氮光解：

生成的氧原子與空氣中的氧分子結合，在第三體分子 $M$ 協助下形成臭氧：

其中 $M$ 通常是氮氣或氧氣，吸收反應所釋出的能量。

二、$NO$ 滴定使臭氧消耗

新生成的臭氧可與一氧化氮反應：

若只考慮上述反應循環，$NO_2$ 光解形成的 $O_3$ 又被 $NO$ 消耗，主要結果是 $NO$ 與 $NO_2$ 相互轉換，不會造成臭氧淨累積。因此，單靠 $NO_2$ 光解不足以解釋都會大氣中臭氧濃度的升高。

三、VOCs 氧化產生過氧自由基，促進臭氧淨生成

在日照下，氫氧自由基（$OH$）可氧化 VOCs；反應過程形成有機過氧自由基（$RO_2$）及氫過氧自由基（$HO_2$）。這些自由基能將 $NO$ 氧化成 $NO_2$，且過程不消耗臭氧：

新生成的 $NO_2$ 再受日光光解，產生氧原子並形成 $O_3$。由於這次 $NO$ 轉成 $NO_2$ 時沒有消耗 $O_3$，臭氧因而能淨累積。可將重點概括為：

都會區逐時變化趨勢

核心觀念

本題考查煙道氣體濃度換算。已知的 $200\ \mathrm{mg/m^3}$ 是在 $80^\circ\mathrm{C}$、$1.2\ \mathrm{atm}$ 下的實際體積濃度；換算成標準狀態的 $\mathrm{mg/Nm^3}$，須依理想氣體定律校正溫度與壓力。

題目另提供氧氣含量 $10\%$，但沒有指定基準氧含量，因此不進行氧氣基準校正。若題目要求換算至特定基準氧含量，還須提供該基準值。

解題方法

以標準狀態 $0^\circ\mathrm{C}$、$1\ \mathrm{atm}$ 計算。對同一股氣體，污染物的質量不變，而氣體體積隨絕對溫度及壓力變化，因此：

其中 $C=200\ \mathrm{mg/m^3}$、$P=1.2\ \mathrm{atm}$、$P_N=1\ \mathrm{atm}$；溫度須換成絕對溫度：

核心觀念

本題考查粒狀污染物的五類常見除塵設備，以及各設備利用的捕集機制與適用條件。作答時應把握「污染物如何被捕集」及「何種粒徑、濃度、溫度或氣體性質適合使用」兩條主線。本題屬設備原理題，無須援引法條或進行計算。

解題方法

依除塵的主要作用力分類，列出重力、慣性或離心力、過濾、液滴攔截與靜電力等捕集機制，再說明各設備的優缺點及適用情境。可選用下列五種具有代表性的設備作答：

1. 重力沉降室

• **原理：**使含塵氣體流速降低、停留時間增加，較大的粒子在重力作用下沉降至集塵斗。
• **適用時機：**適合高溫、高濃度氣體中的粗粒子，常作為前處理設備，先降低後續設備的粉塵負荷。
• **限制：**對細粒子的捕集效率低，設備需有較大的空間。

2. 旋風集塵器

• **原理：**使氣流旋轉，粉塵因慣性及離心力移向器壁，再沿壁面落入集塵斗。
• **適用時機：**適合中、粗粒子及較高粉塵負荷，常用於初級除塵或作為袋式集塵器、靜電集塵器的前處理。
• **限制：**對極細粒子的捕集能力有限；提高氣流旋轉強度雖可改善捕集，卻也會增加壓力損失。

3. 袋式集塵器

• **原理：**含塵氣體通過濾布，粒子藉篩分、慣性碰撞、攔截與擴散等作用被捕集；濾布表面形成的粉塵層也能提升過濾效率，並定期清灰。
• **適用時機：**適合捕集細粒子，且在粉塵性質與濾材相容時，可處理多種工業排氣。
• **限制：**須考量氣體溫度、濕度、腐蝕性及粉塵黏性；

核心觀念

本題考查細懸浮微粒的粒徑定義、健康與環境影響，以及依生成機制區分原生性與衍生性 PM₂.₅。判斷重點是：原生性微粒直接排放至空氣；衍生性微粒則由氣態前驅物在大氣中經化學反應形成。

以命題當年（民國 112 年）法規為準，依當時《空氣品質標準》，PM₂.₅ 指粒徑小於或等於 $2.5\ \mu\mathrm{m}$ 的細懸浮微粒；空氣品質標準為年平均 $15\ \mu\mathrm{g/m^3}$、24 小時值 $35\ \mu\mathrm{g/m^3}$。這是依空氣動力學粒徑界定的空氣污染物，不是指某一種特定化學成分。現行空氣品質標準已於民國 113 年修正，PM₂.₅ 年平均及 24 小時標準分別加嚴為 $12$ 與 $30\ \mu\mathrm{g/m^3}$；本題仍依命題當年標準說明。

解題方法

可依序從「粒徑定義 → 健康影響 → 環境影響 → 生成機制與來源比較」作答。比較原生性與衍生性時，先指出污染物形成方式，再舉代表性物質及其來源，即能清楚呈現差異。

一、對人體健康的主要影響

PM₂.₅ 粒徑細，可進入呼吸道深部並沉積於肺泡；其中部分成分或相關污染物可造成全身性影響。長期或高濃度暴露與下列影響相關：

• **呼吸系統：**刺激呼吸道、加重氣喘及慢性阻塞性肺病，降低肺功能。
• **心血管系統：**增加心律不整、心肌梗塞、中風等風險。
• **其他健康影響：**增加過早死亡風險；脆弱族群如兒童、老人及心肺疾病患者，通常較易受影響。

PM₂.₅ 是混合物，健康危害會受粒徑、化學成分、暴露濃度與時間等因素影響。

二、對環境空氣品質的主要影響

• **能見度降低：**微粒散射及吸收光線，造成霾害。
• **區域性污染加劇：**細粒子可在大氣中停留並傳輸，造成跨區域影響。
• **沉降造成環境負荷：**微粒及其成分沉降至土壤、水體或植被，可能改變環境中的酸鹼度、營養鹽或污染物負荷。

核心觀念

噪音控制的基本架構，是沿著「音源產生 → 聲音傳播 → 受音者承受」三個環節防制。噪音可能來自機械振動、流體流動、燃燒、衝擊或電磁作用；聲音則可經由空氣或固體結構傳到受音者。因此，改善噪音污染的三種主要途徑為：控制音源、控制傳播途徑、保護受音者。

本題是概念與工程方法題，沒有指定場址、設備或噪音數據，不需要計算，也沒有必須套用的法條。噪音強度常以分貝表示，分貝為對數尺度；多個噪音源合成時，不能直接將分貝值相加。

噪音發生的可能原因

1. 機械振動與運轉：馬達、風扇、泵浦、壓縮機、齒輪、軸承等設備運轉時，因不平衡、偏心、鬆動、磨耗、潤滑不足或安裝不良而振動，並使機殼、基礎或管線輻射聲音。機件互相撞擊或摩擦，也會產生噪音。
2. 衝擊與間歇作業：沖床、鍛造、敲擊、落料、搬運，以及車輛行經不平路面等作業，會造成短時間、高峰值的撞擊聲。
3. 氣體或液體流動：風扇、噴嘴、排氣口、閥件、管路中的高速氣流或液流，因湍流、壓力變化、節流或洩漏而產生氣流聲、噴流聲或水擊聲。
4. 燃燒與爆發：引擎、鍋爐及燃燒設備在點火、燃燒、排氣時，因壓力快速變化或排氣脈動而發出聲音。
5. 電磁作用：變壓器、電動機等設備的電磁力造成鐵心或構件振動，形成嗡鳴聲。
6. 交通與人為活動：道路、鐵路、航空交通，以及施工、商業活動、音響設備和人群喧嘩，都可能成為環境噪音來源。
7. 設計、維護或管理不當：設備選型不合適、隔振不足、保養不良、操作不當、設備集中配置，或作業時間與周遭土地使用不相容，都會增加噪音或擴大其影響範圍。

解題方法：依噪音傳遞鏈分述三種改善途徑

一、控制音源

在噪音產生處降低振動、衝擊或流動所形成的聲能，通常是最直接的改善方式。

• 選用低噪音設備，改善機械設計、平衡與加工精度。
• 定期保養、更換磨耗零件、潤滑機件，並緊固鬆動部位。
• 降低運轉速度、衝擊力、氣流速度或壓力變化；必要時改變製程或操作方式。