108 高普考普通考試 環境工程 廢棄物處理工程概要 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗考生對於我國《廢棄物清理法》架構下「有害事業廢棄物認定標準」之掌握程度，特別是針對有害特性中**「反應性」（Reactivity）**的法定定義、判定特性與化學危險本質。

1. 法規依據： 依據《廢棄物清理法》授權訂定之**《有害事業廢棄物認定標準》**（本題以命題當年民國 108 年之法規為準；現行法規主管機關雖已由行政院環境保護署改制為環境部並進行部分條文檢視，但反應性廢棄物之實質認定特性與核心要件依然適用）。
2. 有害特性體系定位： 有害事業廢棄物依特性認定主要涵蓋「易燃性（Ignitability）」、「腐蝕性（Corrosivity）」、「反應性（Reactivity）」、「毒性特性（Toxicity, TCLP）」及「感染性（Infectiousness）」。 不同於腐蝕性（以 $\text{pH} \le 2.0$ 或 $\ge 12.5$ 等儀器數值界定）或毒性特性（以 TCLP 溶出標準值定量），反應性廢棄物因化學反應機制極端複雜且檢測極具危險性，法規多採取「敘述性定義」（Narrative Criteria）結合特定物質與反應情境進行定性判定。

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解題方法

解答本題切入點在於精確援引《有害事業廢棄物認定標準》中反應性廢棄物之法定條款，並從化學熱力學、動力學與物質交互作用的角度，將法條特性分類歸納為以下四個物理化學維度進行結構化說明：

1. 內在熱力學不穩定性：物質本身即具自發劇烈化學變化或引爆傾向。
2. 水不相容性（Water Reactivity）：與水接觸放熱、生成爆炸性氣體或毒氣。
3. 特定基團之酸鹼敏感性（pH-sensitive Toxic Gas Generation）：含氰基、硫化物於特定 $\text{pH}$ 條件下釋放劇毒氣體。
4. 外在激發敏感性（Initiation Sensitivity）與法規列管爆炸物：受強激發源、密閉加熱引爆，或屬法定公告爆炸物。

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選項分析

本題為國家考試之申論問答題，非選擇題型，故無選項可供比對。 本科目申論評分標準在於「法規文字掌握度」與「化學工程涵義之完整性」：

• 若僅以口語回答「會爆炸、碰到水會燃燒的廢棄物」，僅能獲得極低筆墨分數。
• 考生必須完整條列法規明定的各項特性要件，特別是關鍵數值條件（如 $\text{pH}$ 介於 $2.0 \sim 12.5$、特定化學物種如氰化物與硫化物），並適度輔以反應原理或工程實例，方能奪取滿分。

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解題技巧

1. 七大要點速記口訣：

• 「常態不穩無爆炸」（常態下極易劇烈變化但不引爆）
• 「遇水劇烈或爆炸」（與水反應劇烈或生爆炸性混合物）
• 「遇水釋出毒煙氣」（與水作用產生危害人體或環境之毒氣）
• 「氰硫介於二至十二點五」（含氰化物/硫化物在 $\text{pH} = 2.0 \sim 12.5$ 釋放毒氣）
• 「強源密閉能引爆」（強引爆源或密閉加熱會引爆）
• 「常溫常壓自引爆」（常溫常壓下極易引爆或爆炸性分解）
• 「主管機關公爆炸」（經公告之爆炸性廢棄物或爆竹煙火）

2. 考場常見三大陷阱：

• 陷阱一（$\text{pH}$ 數值混淆）：腐蝕性廢棄物的判準是極酸或極鹼（$\text{pH} \le 2.0$ 或

核心觀念

1. 廢棄物元素分析（Ultimate Analysis）： 廢棄物的元素分析主要包含碳（$\text{C}$）、氫（$\text{H}$）、氧（$\text{O}$）、氮（$\text{N}$）、硫（$\text{S}$）、氯（$\text{Cl}$）六大元素，其測定目的在於評估廢棄物的燃燒特性、計算理論燃燒空氣量與煙道排氣量、推算低位發熱量（如杜隆公式 Dulong's Formula），以及預測酸性氣體（$\text{SO}_x$、$\text{HCl}$）與氮氧化物（$\text{NO}_x$）等衍生污染物的生成潛勢。
2. 氧元素測定之本質： 固體廢棄物成分複雜，高溫裂解直接分析氧元素易受灰分金屬氧化物、結晶水及微量漏氣干擾，故在環境檢測標準（如 NIEA、ASTM）與工程實務中，氧元素皆採用**差額法（差值法，By Difference）**扣除其他已知成分求得。
3. 氮元素之經典濕式化學分析： 在不使用燃燒式元素分析儀（Elemental Analyzer, EA）的前提下，測定固體或液體廢棄物總有機氮與氨氮的標準濕式化學方法為凱氏定氮法（Kjeldahl Method）。

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解題方法

(一) 氧元素之求得方法

氧元素（$\text{O}$）係利用**差額法（差值法，By Difference）**間接計算求得。

因直接以儀器裂解分析氧氣需在無氧還原氣氛（如高溫碳轉化）下進行，極易受到試樣中灰分所含金屬氧化物解離釋氧、未完全驅除的結晶水或大氣環境氧干擾，檢測成本極高且誤差大，因此規範一律採百分比總和（$100\%$）扣除其餘可實測項目之差額計算。

計算時必須先確立分析基準，常見有以下兩種表達方式：

1. 乾基基準（Dry Basis，去除水分之乾基樣品，最常用）： $O\% = 100\% - (C\% + H\% + N\% + S\% + Cl\% + \text{Ash}\%)$ 其中：

• $C\%、H\%、N\%、S\%、Cl\%$：經元素分析儀或化學法測得之乾基重量百分比。
• $\text{Ash}\%$：經高溫（約 $550 \sim 600^\circ\text{C}$）灰化測得之灰分重量百分比。

2. 可燃分基準（Dry Ash-Free Basis / Combustible Basis，無水無灰基）： 若已排除水分與灰分，僅針對純可燃有機質分析，則計算式為： $O\% = 100\% - (C\% + H\% + N\% + S\% + Cl\%)$

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(二) 氮元素不用元素分析儀時之替代檢測方法

若不採用高溫燃燒法的元素分析儀（CHNS/O Analyzer），標準之替代檢測方法為凱氏定氮法（Kjeldahl Method，廢棄物總凱氏氮檢測法）。

該方法之檢驗流程包含三大核心步驟：

1. 消化（Digestion）：

• 取適量廢棄物固體樣品，置於凱氏消化瓶中。
• 加入濃硫酸（$\text{H}_2\text{SO}_4$）及消化催化劑（如硫酸銅 $\text{CuSO}_4$ 與硫酸鉀 $\text{K}_2\text{SO}_4$ 之混合鹽），加熱沸騰（約 $360 \sim 410^\circ\text{C}$）。

核心觀念

本題考查環境工程中有害事業廢棄物熱處理技術之核心單元：「熔融法（Melting / Vitrification）」與「燒結法（Sintering）」的反應機制、物相變化及工程應用瓶頸。

1. 熱處理相變機制：

• 熔融法：操作溫度高於廢棄物灰分之熔點（通常為 $1300^\circ\mathrm{C} \sim 1500^\circ\mathrm{C}$），使無機物完全轉變為液態熔渣，冷卻後形成緻密之玻璃質或結晶質熔渣，重金屬被包覆於矽酸鹽網狀晶格結構中。
• 燒結法：操作溫度低於主成分熔點（通常為 $800^\circ\mathrm{C} \sim 1200^\circ\mathrm{C}$，約固相絕對熔點之 $0.6 \sim 0.8$ 倍），透過固相擴散（Solid-state diffusion）與局部微量液相反應，使顆粒間產生頸部成長（Neck growth）並緻密化，形成陶瓷質人造骨材或磚材。

2. 重金屬化學與物理固定化：熔融之「玻璃化（Vitrification）」化學鍵結固定 vs. 燒結之「陶瓷微結構包覆與固溶」。
3. 實務推廣評估指標：從能耗經濟性、設備耐火材損耗、二次空氣污染物控制（低沸點重金屬揮發與熱力型 $\text{NO}_x$）、產物去化市場等工程維度評估技術可行性。

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解題方法

1. 第 (一) 子題（原理分析）：

• 採「微觀反應機制」搭配「工程操作參數」條列剖析。分別從「操作溫度與相態」、「化學/晶體結構變化」、「重金屬固定機制」與「產物特性」四個維度明確切入。
• 附上對照表，強化兩者在「熔點相對關係」、「物相轉變」與「產物型態」的結構化對比。

2. 第 (二) 子題（熔融法難被接受之原因分析）：

• 採「多面向工程與經濟評估架構」展開，不可僅泛稱「成本高」。具體細分為：能耗與操作成本、爐體材料侵蝕與維護難度、高溫二次污染（低沸點重金屬揮發、$\text{NO}_x$）、產物去化市場誘因不足等四大面向，層次分明且論點具體。

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解題技巧

1. 辨異口訣：

• 熔融＝全融超高溫、液相冷卻成玻璃（溶出率最低、減容率最高、能耗最高）。
• 燒結＝未融高溫下、固相擴散結成塊（製作骨材透水磚、耗能相對低）。

2. 避坑指引：

• 考生易誤寫「熔融就是更高溫的焚化」。注意：焚化著重在「可燃有機物的燃燒減量與氧化」；熔融主要針對「無機非金屬灰分、污泥進行液化玻璃質穩定」，有機物在此高溫下被徹底裂解氣化，但其工程目標是處理底渣、飛灰等無機無機物相之玻璃化封存。
• 分析熔融法缺點時，必須點出「重金屬揮發」的物理化學本質：高溫使具高蒸汽壓之低沸點金屬（鉛、鎘、鋅、汞）由固相轉入氣相，導致後端集塵系統負擔沉重，產生具高度危害性的「二次飛灰」。

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【答案】

一、利用熔融法與燒結法處理有害廢棄物之原理

(一) 熔融法（Melting / Vitrification）原理

1. 高溫相變與液化： 將有害廢棄物（如焚化飛灰、重金屬污泥）配合適當助熔劑（如 $\text{SiO}_2$、$\text{CaO}$、$\text{Al}_2\text{O}_3$），置於高溫熔融爐中，加熱至高於混合物之熔點以上（通常約 $1300^\circ\mathrm{C} \sim 1500^\circ\mathrm{C}$）。廢棄物中的無機固相完全熔解為液態熔融熔渣（Molten Slag）。
2. 有機物徹底破壞： 超高溫環境使廢棄物中殘留之有毒有機物（包含戴奧辛、多氯聯苯、農藥等）化學鍵徹底斷裂、分解氧化，破壞去除率可達 $99.99\%$ 以上。
3. 玻璃化固定（Vitrification）： 液態熔渣出爐經由急冷（水淬）或慢冷凝固。急冷時結晶生長受到抑制，形成非晶質（Amorphous）的玻璃質熔渣；重金屬離子被牢固包覆、化學嵌合於高聚合度的矽酸鹽三維網狀晶格結構（Silicate Network）中，極難溶出。經毒性特性溶出程序（TCLP）檢測，溶出量遠低於法定法規標準。

(二) 燒結法（Sintering）原理

1. 固相擴散與緻密化：

核心觀念

本題測驗「廢棄物收集與運輸系統」中的轉運站（Transfer Station）規劃與運作原理，核心學理及法規精神如下：

1. 經濟臨界運距（Break-even Haul Distance）：小型清運車（如 $3 \sim 6$ 噸密封壓縮車）直接將垃圾載運至偏遠的終端處理廠（如焚化廠、衛生掩埋場），單位垃圾的運輸成本隨里程急遽增加。當運距超過損益平衡點（一般單程距離大於 $15 \sim 25\text{ km}$ 或單程運行時間大於 $30\text{ min}$）時，即具備設置轉運設施的經濟正當性。
2. 總成本函數模型： $C_{\text{total}} = C_{\text{collection}} + C_{\text{transfer}} + C_{\text{haul}}$ 轉運系統雖需額外投入轉運站的建造成本、維護費及操作能耗（$C_{\text{transfer}}$），但能顯著壓低長途幹線運送成本（$C_{\text{haul}}$），使長距離總成本低於直接運送。
3. 相關工程技術規範：本題涉及廢棄物清理體系中轉運設施之設置標準與功能定位（依命題當年民國 108 年環境保護法規及技術規範為準）。

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解題方法

本題為標準的觀念型申論題，作答時切入架構如下：

1. 第 (一) 小題（轉運目的）：由系統工程與環境管理構面展開，依「經濟效益」、「清運效率」、「交通與環境」、「調度管理」及「加值處理」五大構面條列說明，展現架構完整性。
2. 第 (二) 小題（轉運形式與功能）：依環境工程學界最權威的作業型態進行分類，聚焦於**「物料裝卸與儲存方式」三大主流形式（直接傾卸式、儲存裝載式、機械壓縮式），並補充「運具載台形式」**，針對各形式之運作原理、主要功能與優缺點進行結構化論述。

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選項分析

（本題為國家考試專業科目申論題，非選擇題，故無選項分析。）

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解題技巧

1. 觀念辨析：切勿將「家戶收集（Collection）」與「幹線轉運（Haul/Transfer）」混淆。轉運的核心本質是「小車換大車、分散轉集中」。
2. 答題結構化：第 (二) 小題分類標準必須明確。常見失分原因為僅答出「大卡車、火車」，這屬於「運具分類」，應優先回答轉運站廠內的「操作/裝載形式」（直接傾卸、儲坑、壓縮）。
3. 高分亮點：若能提及「清運車輛有效工時比例提升」與「環境衝擊外部成本內部化」，即為評審委員青睞的高分答案。

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【答案】

(一) 垃圾轉運之目的

垃圾轉運係指在垃圾產生地（收集區）與遠距離處置設施（焚化廠、衛生掩埋場）之間，設置中繼站將小型清運車輛收集的垃圾集中，改以大型高容量運具進行長途幹線運輸的過程。其主要目的如下：

1. 降低整體運輸成本（經濟性） 小型收集車輛單位重量之油耗、耗損及人力成本均高。透過轉運改由高載重子母車、拖車（如 15 至 25 噸級）運送，可大幅降低每公噸垃圾的每公里運輸成本（Ton-km cost）。
2. 提升清運作業服務效率（時效性） 縮短小型清運車與隨車清潔人員往返終端處置場的「非作業行車時間」，使車輛能迅速返回清運責任區，增加每日收運趟次，提高人員與車輛的有效工時利用率。
3. 紓解交通負荷與減輕環境衝擊（環境友善性） 減少進入幹線道路及處理廠周邊的小型車輛總流量，降低道路壅塞與交通事故風險；同時顯著減少清運車輛行駛里程，降低溫室氣體、柴油排氣微粒（PM）及車輛噪音污染。
4. 提供緩衝調節與應變調度能力（管理彈性）

核心觀念

本題旨在測驗環境工程類科考生對於「廢棄物衛生掩埋場」營運與封場階段關鍵單元操作——**覆土控制系統（Daily, Intermediate, and Final Soil Covers）**之工程規範與操作原理。

依據命題當年（民國 108 年）法規標準（如《一般廢棄物衛生掩埋場設置規範》及《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第 31 條）與環境工程學理：

1. 水理與質量平衡：覆土為調節水份入滲量（Infiltration）、最小化滲出水（Leachate）生成量、控制掩埋場沼氣（Landfill Gas, LFG）逸散之首要物理屏障。
2. 環境衛生防線：利用土壤之物理遮蔽阻絕臭味溢散、防止廢棄物飛散，並打破病媒（蚊、蠅、鼠、鳥類）之孳生與食物鏈。
3. 岩土工程與植生需求：各階覆土需考量土壤力學之壓實度（Compaction）、剪力強度（抗邊坡滑動）、水力傳導係數（Hydraulic Conductivity, $k$）以及植物根系發育深度。

一句話提醒：現行《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》及相關掩埋規範雖歷經微幅文字修訂，但關於三階覆土之厚度、材質與操作核心精神仍完全維持一致。

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解題方法

本題為標準的公職申論題型，答題切入點應採「工程規範定量標準」結合「物理/水理功能定性說明」：

1. 子題 (一) 厚度與材質決定：

• 採「定量數值（厚度）」與「材料規格（土質分類、粒徑、滲透係數 $k$）」切入。
• 區分傳統單層土與現代複合覆土系統（Composite Liner/Cover System）之分層概念。

2. 子題 (二) 時機與目的分析：

• 「時機」必須緊扣掩埋操作週期（每日作業結束、階段停用、永久封場）。
• 「目的」需從「衛生防疫」、「水理控制（減少滲出水）」、「氣體導排」及「土地再利用」四維度完整展開。

3. 版面配置策略：建議於卷首或結尾配置「三階覆土綜合比較矩陣表」，再分項詳述，使閱卷委員能在一分鐘內掌握給分關鍵字。

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選項分析

本題為申論問答題，非選擇題，故無個別選項之對錯辨析。考生於考場應避免空泛論述，須精準寫出法規標準數值與土木/環工材料專有名詞。

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解題技巧

1. 數字記憶口訣——「15 - 30 - 60 法則」：

• 每日覆土：$\ge 15\text{ cm}$
• 中間覆土：$\ge 30\text{ cm}$
• 最終覆土：$\ge 60\text{ cm}$（複合系統常達 $90\sim 120\text{ cm}$）

2. 材質關鍵字得分點：

• 每日覆土重在「施工機具可行駛、具適度透氣透水」。
• 中間覆土重在「夯實低滲透、抗沖蝕」。
• 最終覆土重在「分層複合設計：阻隔層（$k \le 10^{-7}\text{ cm/s}$ 或 HDPE 膜）＋排水層＋植生表土層」。

3. 常見失分陷阱：

• 誤將每日覆土寫成「完全不透水黏土」，導致各垃圾胞（Cell）間水分受困，形成內部懸浮水層（Perched Leachate），破壞掩埋體穩定。
• 最終覆土僅寫「一層厚泥土」，忽略現代工程規範要求的「阻隔、排水、植生」多層複合構造。

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【答案】

(一) 三種覆土之厚度與材質決定方式

覆土類型	厚度規定（法定與實務標準）	材質決定與工程特性
每日覆土<br>(Daily Cover)	$\ge 15\text{ cm}$	材質：砂質土壤、壤土或一般惰性土壤。

核心觀念

本題旨在測驗廢棄物資源化技術中「廢塑膠物理回收與再生處理」之核心學理與實務操作。重點包含：

1. 塑膠材質辨識碼（Resin Identification Code, RIC）：由美國塑膠工業協會（SPI, Society of the Plastics Industry）於 1988 年制定，後由美國材料與試驗協會（ASTM International）納入 ASTM D7611 標準，為全球通用的 7 大類塑膠分類標示系統。
2. 機械/物理回收再生單元操作（Mechanical Recycling Unit Operations）：廢塑膠再生之主流為物理機械法，其標準程序涵蓋「收集分類 $\rightarrow$ 破碎 $\rightarrow$ 清洗 $\rightarrow$ 分選（浮沉分離） $\rightarrow$ 脫水乾燥 $\rightarrow$ 熔融押出造粒」。

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解題方法

1. 第一子題（分類方式）：按編號 1 至 7 號依序列出材質名稱、英文簡稱、化學中文全名及代表性生活製品。說明第 7 類「其他類」涵蓋之範疇（包括複合塑膠及生物可分解塑膠如 PLA）。
2. 第二子題（回收再生程序）：以工程單元操作程序為架構，依物料流向條列各操作單元之功能與技術原理（特別著重浮沉分離之密度原理及押出造粒之熱加工機制）。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無個別選項需逐一辨正。考生於作答時應採階層化條列，切記英文縮寫與中文名稱需同時並列，並點出各類別之密度特性以串聯第二子題之分選技術。

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解題技巧

1. 口訣記憶法（1 至 7 號）： 「寶、高、聚、低、聚、保、他」

• 1 號：寶特瓶（PET）
• 2 號：高密度聚乙烯（HDPE）
• 3 號：聚氯乙烯（PVC）
• 4 號：低密度聚乙烯（LDPE）
• 5 號：聚丙烯（PP）
• 6 號：保麗龍/聚苯乙烯（PS）
• 7 號：其他類（OTHER）

2. 密度的物理分選界線（常考核心）： 水之密度 $\rho = 1.0\text{ g/cm}^3$。

• 浮水塑膠（$\rho < 1.0\text{ g/cm}^3$）：2 號 HDPE（約 $0.94\sim0.97\text{ g/cm}^3$）、4 號 LDPE（約 $0.91\sim0.93\text{ g/cm}^3$）、5 號 PP（約 $0.90\sim0.91\text{ g/cm}^3$）。
• 沉水塑膠（$\rho > 1.0\text{ g/cm}^3$）：1 號 PET（約 $1.3\sim1.4\text{ g/cm}^3$）、3 號 PVC（約 $1.3\sim1.45\text{ g/cm}^3$）、6 號未發泡 PS（約 $1.04\sim1.07\text{ g/cm}^3$）。 答題時提及此密度差異，能有效展現環境工程單元操作之專業深度。

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【答案】

(一) 全球通用廢塑膠分類方式（塑膠材質回收辨識碼 1～7 號）

依據國際通用之塑膠材質辨識碼系統，共分為 7 大類：

1. 1 號：PET（聚乙烯對苯二甲酸酯，Polyethylene Terephthalate）

• 特性與常見製品：透明度高、耐酸鹼、質輕。常見於碳酸飲料瓶、礦泉水瓶、醬油瓶、生鮮食品盒。

2. 2 號：HDPE（高密度聚乙烯，High-Density Polyethylene）

• 特性與常見製品：耐腐蝕、耐酸鹼、強度高、熔點較高。常見於鮮奶瓶、清潔劑瓶、洗髮精瓶、化工桶。