108 高普考普通考試 環保技術 環境污染防治技術概要 考古題詳解

核心觀念

1. 《空氣污染防制法施行細則》之粒狀污染物法定分類： 空氣污染防制法規對污染物之界定具嚴格法律定義。粒狀污染物指充量或懸浮於氣體中之固體或液體微粒物質。依《空氣污染防制法施行細則》規定，粒狀污染物列舉為 5 類（落塵、懸浮微粒、黑煙、酸霧、油煙）。
2. 大氣環境微粒監測體系與超級測站（Aerosol Supersite）：

• 一般空氣品質監測站：針對常規空氣品質指標污染物（Criteria Pollutants），監測 $\text{PM}_{10}$ 與 $\text{PM}_{2.5}$ 之「大氣質量濃度」（單位：$\mu\text{g/m}^3$）。
• 微粒超級測站：旨在解析微粒物理特性、化學組成、粒徑譜分佈、成核作用與二次氣膠生成機制，主要量測標的為細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）​以及超細懸浮微粒（$\text{PM}_{0.1}$，亦稱超細微粒或奈米微粒）。

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解題方法

本題為法規與環境監測實務之綜合題，作答分為兩部分切入：

一、粒狀污染物之法定分類（以命題當年民國 108 年法規為準）

依《空氣污染防制法施行細則》第 2 條第 2 款規定，粒狀污染物共包含 5 類，各類法定定義如下：

1. 落塵：指粒徑超過 10 微米（$> 10\ \mu\text{m}$），因重力作用逐漸落下之微粒。
2. 懸浮微粒：指粒徑在 100 微米以下（$\le 100\ \mu\text{m}$）之微粒。
3. 黑煙：指含碳粒子之煙。
4. 酸霧：指含硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸等酸滴之微粒。
5. 油煙：指含碳氫化合物之液滴。

現行法已將中央主管機關改制為「環境部」（民國 112 年行政院組織改造），惟施行細則中關於粒狀污染物之分類項目與內容仍維持一致。

二、微粒超級測站主要量測之微粒粒徑

行政院環境保護署（現環境部）設立微粒超級測站（Aerosol Supersite），其定位非僅量測常規法規質量濃度，而是進行高時間解析度之物理與化學特性深度監測，主要量測之微粒粒徑為：

1. 細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）：

• 空氣動力粒徑小於或等於 $2.5\ \mu\text{m}$ 之微粒。
• 超級測站之主要任務為量測其即時質量濃度，並進一步連續分析其化學組成（包含硫酸根、硝酸根、銨根等水溶性無機離子、有機碳 OC、元素碳 EC 及微量重金屬元素）。

2. 超細懸浮微粒（$\text{PM}_{0.1}$ / 超細微粒 Ultrafine Particles, UFP）：

• 空氣動力粒徑小於或等於 $0.1\ \mu\text{m}$（即 $\le 100\ \text{nm}$）之奈米級微粒。
• 超級測站配備掃描式電移動度粒徑分析儀（SMPS）、空氣動力學粒徑譜儀（APS）等連續監測設備，專門量測奈米至亞微米微粒之「粒徑分佈譜」與「粒徑數目濃度」（Number Concentration，單位：$\text{particles/cm}^3$）。

核心觀念

本題考查環境工程水污染防治中「單元操作」（Unit Operations）與「單元程序」（Unit Processes）的基本定義與分類：

1. 單元操作（Unit Operation）：指污水處理過程中，僅利用物理力（如重力、機械阻隔、浮力、離心力、分子擴散或摩擦阻力）達成固液分離、固體濃縮或均質調節的程序，處理過程中不涉及物質化學結構的改變或生物代謝轉化。
2. 物理處理之定位：主要應用於污水分級處理中的「前處理（Pretreatment）」、「初級處理（Primary Treatment）」及「三級／高級處理（Tertiary Treatment）」，主要去除對象為粗大漂浮物、無機砂礫、可沉降與微細懸浮固體（SS）及游離性油脂。

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解題方法

申論此題時，應採取「機制對應法」，挑選四種分別代表不同物理力學原理的經典單元，避免選取原理過於單一的單元（例如同時寫粗欄污與細欄污）。回答時各單元均需載明：單元名稱（中英文）、物理作用原理、主要去除對象與工程目的，展現層次分明之技術深度。

挑選最具代表性的四種單元組合：

1. 攔除（Screening）：機械阻隔截留機制。
2. 沉砂（Grit Removal）：重力差速沉降機制（離散沉降）。
3. 沉澱（Sedimentation / Clarification）：重力沉降機制（絮凝／成層沉降）。
4. 浮除（Flotation）：浮力上升與氣泡附著機制。 (亦可備選：過濾（Filtration）、均質調節（Equalization）)

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選項分析（申論題型剖析與概念辨析）

本題為申論簡答題，並無選項；閱卷重點在於考生能否明確將「物理單元操作」與「化學／生物單元程序」嚴格區分。以下剖析四個主要物理單元之特性，並列出常見誤寫之非物理單元予以對照：

單元操作名稱	主導之物理原理	主要去除目標	工程功能與特點
1. 攔除<br>(Screening / Bar Racks)	機械篩除與幾何阻隔：大於篩孔／柵距之物體因尺寸限制被截留。	樹枝、塑膠袋、布屑、落葉等粗大漂浮物或懸浮雜物。	前處理首道單元，防止下游抽水機、管道磨損堵塞，以及刮泥機卡滯。
2. 沉砂<br>(Grit Removal)	重力離散沉降（Type I 自由沉降）：遵循司托克斯定律（Stokes' Law），依顆粒密度與粒徑沉降。	粒徑 $\ge 0.2\text{ mm}$、比重約 $2.65$ 之無機顆粒（砂石、礦物質屑）。	避免無機砂礫沉積於後續曝氣池或消化槽，並保護機械泵浦葉輪免受磨損。
3. 沉澱<br>(Sedimentation)	重力沉降（Type I ~ IV 型沉降）：密度大於水（$\rho_s > \rho_w$）之懸浮物受淨重力朝下沉降。	可沉降有機與無機懸浮固體（SS）、初沉池污泥。	初級處理核心，減輕後續生物處理單元之有機負荷（約可去除 $50\%\sim70\%$ SS 及 $25\%\sim40\%$ $\text{BOD}_5$）。
4. 浮除<br>(Flotation, 如 DAF)	浮力上升原理與界面附著：人為引入微氣泡附著於顆粒表面，使其整體密度小於水（$\rho_{\text{apparent}} < \rho_w$）。	密度接近於水、乳化不良之游離油脂、微細輕質懸浮微粒、藻類。	常用於高含油廢水（食品加工、石化）前處理或活性污泥之剩餘污泥濃縮。

核心觀念

本題旨在測驗廢棄物熱處理（焚化工程）中最關鍵的基礎熱力學參數——垃圾發熱量（Heating Value / Calorific Value）​的定義、分類基準與工程應用意涵。核心考點包含：

1. 濕基（Wet Basis, As-received Basis）之定義：以含有原始物理水分之垃圾全量（包含水分、可燃分、灰分）為計算基準。
2. 高位發熱量（Higher Heating Value, HHV）與低位發熱量（Lower Heating Value, LHV）之物理本質：二者差異取決於燃燒產物中水分之相態（液態或氣態），即是否計入水的汽化潛熱（凝結熱）。
3. 水分來源之完整性：排氣中的水氣來源包含「垃圾本身所含的物理自由水」與「可燃分中化學結合氫氧化生成的水」。
4. 兩者間之理論轉換公式：$H_{lw} = H_{hw} - r \times (W + 9H)$。

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解題方法

解答本題應採取「定義說明 $\rightarrow$ 數學公式推導 $\rightarrow$ 差異維度對比 $\rightarrow$ 工程實務意涵」之邏輯架構作答，層次分明且論理完整：

1. 定義界定：

• 清楚闡明「濕基高位發熱量」為實驗室標準狀態（生成水凝結為液態）測得之總熱量。
• 清楚闡明「濕基低位發熱量」為燃燒生成水維持水蒸氣狀態排出時之淨熱量。

2. 數學公式與物理推導：

• 列出換算公式，並針對式中之係數「$9$」（氫燃燒反應化學計量比）及「$600$」（水之常溫汽化潛熱）給予嚴謹推導與物理說明。

3. 多維度差異比較：

• 彙整為結構化表格，由「生成水相態」、「潛熱計算」、「數值大小」、「量測與計算方式」、「工程應用」等維度進行精準對比。

4. 工程意義探討：

• 指出焚化爐運轉與熱平衡計算採用低位發熱量之原因（排氣溫度遠高於露點，水蒸氣潛熱無法被吸收利用）。

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選項分析

本題為申論問答題，無選項之劃分。作答重點聚焦於完整鋪陳兩者之相異處與內涵解析。

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解題技巧

1. 核心記憶口訣：「高位含潛熱、低位排蒸氣；水有兩來源、一物一化氫」。
2. 係數推導竅門：

• 燃燒反應式：$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$
• 質量比：$4\text{ g}$ 的氫氣反應生成 $36\text{ g}$ 的水，即 $1\text{ kg}$ 氫完全燃燒生成 $9\text{ kg}$ 水，因此氫元素衍生水質量為 $9H$。

3. 常見失分陷阱：

• 陷阱一：誤以為扣除水分時僅需扣除垃圾水分 $W$，遺漏了氫燃燒生成之化學水分 $9H$。
• 陷阱二：混淆「乾基」與「濕基」。本題限定「濕基」，公式之分率應直接以濕基基準表示，無須先進行乾濕基基底切換。
• 陷阱三：誤認焚化爐設計採用高位發熱量。焚化廠煙道排氣溫度通常控制在 $150^\circ\text{C} \sim 250^\circ\text{C}$，高於水的酸露點與沸點，水蒸氣無法凝結，因此工程實務熱平衡皆以低位發熱量為基準。

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【答案】

一、名詞定義

1. 濕基高位發熱量（Gross/Higher Heating Value on Wet Basis, $H_{hw}$ 或 $\text{HHV}_w$）：

核心觀念

本題評量考生對「土壤重金屬污染整治工程」之技術分類、作用機制與實務適用性之掌握。

1. 污染特性：重金屬（如鉛 $\text{Pb}$、鎘 $\text{Cd}$、鉻 $\text{Cr}$、銅 $\text{Cu}$、鎳 $\text{Ni}$、鋅 $\text{Zn}$、砷 $\text{As}$、汞 $\text{Hg}$）屬於不可被生物降解或熱分解之元素型污染物。整治工程之根本目的在於​「物理／化學分離萃取（降低總量）」​或​「形態轉化／包覆固定（降低生物有效性與溶出風險）」。
2. 非農地之場址特性：不同於農地必須保留土壤肥力、結構與微生物活性（農地多採翻轉客土、植物修復或溫和化學穩定化），非農地（如廢棄工廠、加油站、儲槽區、棕地等）之整治重點在於縮短整治工期、承受高濃度與深層污染、防止擴散阻斷暴露途徑，並配合後續土地再開發用途，因此得以採用強度較高、劇烈改變土壤理化性質之物理、化學、電學或熱處理等工程手段。
3. 法規標準：依據《土壤及地下水污染整治法》（以命題當年民國 108 年法規為準）及「土壤污染管制標準」，非農地受重金屬污染後，整治目標須達非農地之管制標準，且整治後之廢棄物處置需符合《廢棄物清理法》相關規範。

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解題方法

本題為標準申論題，作答時宜採取「總分結構」：

1. 破題：先定義非農地重金屬整治之核心邏輯（擺脫土壤肥力限制，強調工程化、高效率與風險阻斷）。
2. 分類架構：依整治機制將主流技術歸納為四大類（固化／穩定化、物理化學分離、電熱處理、工程阻隔與開挖），並區分現地（In-situ）與離地（Ex-situ）。
3. 分項詳述：每項技術須具備「原理」、「適用條件」與「優缺點／二次污染防制」。
4. 綜合評估：歸納選用技術時之決策考量因素（污染物濃度、土壤質地、工期、預算及後續土地用途）。

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選項分析（申論題技術適用性分析）

本題非選擇題，無固定選項。但在考場評析各類技術時，考生須具備辨析「農地技術」與「非農地技術」差異之能力：

• 植物修復法（Phytoremediation）：在農地整治為常見技術，但應用於非農地時，受限於生長期漫長（數年至數十年）、根系深度有限（通常 $<1\text{ m}$）、無法承受極高濃度毒性等缺陷，在講求再開發時效的非農地場址通常不適合作為單一主體整治技術，僅能作為收尾或緩衝帶輔助手段。
• 客土／翻轉耕法：農地常用以稀釋表土濃度，但非農地污染深度常深達數公尺至地下水層，且總量過大，單純客土或翻轉無法根絕污染，且有擴大污染體積之法規爭議，非農地極少單獨採用。
• 工程化技術（S/S、土壤清洗、電動力學）：雖會徹底破壞土壤原有生態活性，但能於數月至一年內達成工程目標，為非農地之首選技術。

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解題技巧

1. 詞彙精準度：嚴格區分​「土壤清洗（Soil Washing，通常為離地物理化學程序）」​與​「土壤淋洗（Soil Flushing，通常為現地注入抽取程序）」，切勿混為一談。
2. 重金屬特殊性：論及熱處理時，務必點出「重金屬不可熱分解，一般熱脫附僅適用於揮發性重金屬如汞（$\text{Hg}$）」，若非汞污染，熱處理僅能採高溫玻璃化（Vitrification）​包覆，切忌籠統寫「熱脫附分解重金屬」。
3. 防制二次污染是評分關鍵：申論題拿高分的關鍵在於提出整治衍生物的處置方式（例如：洗滌廢液含高濃度重金屬與螯合劑需經廢水處理；清洗後之粗細粒料需進行毒性特性溶出程序試驗 $\text{TCLP}$；開挖與固化過程之粉塵與揮發氣體防制）。

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【答案】

非農地（如廢棄工廠、工業區、棕地）受重金屬污染之整治技術，因不受維持土壤農耕肥力之限制，主要著重於工期短、高移除效率或永久阻斷暴露風險。主流整治技術依其作用機制與操作方式說明如下：

一、 固化／穩定化技術（Solidification / Stabilization, S/S）

1. 原理：

• 固化（Solidification）：藉由添加膠結包覆材料（如波特蘭水泥、飛灰、高爐石、瀝青），將重金屬機械式地包覆於固化體微觀結構中，大幅降低其水力傳導係數與接觸表面積。
• 穩定化（Stabilization）：添加化學調節劑（如磷酸鹽類、石灰、硫化物、氧化鐵），透過沉澱、共沉澱、離子交換、錯化或改變氧化還原電位，將重金屬轉化為難溶性且低生物有效性之化學型態（如生成非溶性磷酸鉛鹽）。

2. 操作方式：可採現地深層攪拌注入（In-situ Deep Soil Mixing），亦可開挖後於現地拌合設備進行離地處理（Ex-situ）。
3. 適用性與優缺點：

• 優點：處理速度快、成本相對經濟、適用於多種複合重金屬之高濃度污染場址，固化後土壤強度高，有利於後續整地開發。
• 缺點：重金屬總量並未實質減少；固化過程會導致土壤體積膨脹（增容效應）；長期處於酸雨或極端環境下仍有再次溶出之風險，處置後需以毒性特性溶出程序（$\text{TCLP}$）驗證安全性。

核心觀念

本題旨在評量考生對環境噪音工程中「聲能傳播與物理量定義」的理解，為環境工程與物理性公害防治中最基礎且每年必考的核心觀念。主要涉及以下定義與公式：

1. 聲音功率（Sound Power, $W$）：

• 定義：聲源在單位時間內向周圍空間輻射的總聲能量（即能量轉換率）。
• 物理屬性：為純量（Scalar），是描述音源本身特徵的物理量，數值不受量測距離、測量方向、量測位置及周圍環境（如反射、吸音等）的影響。
• 單位：瓦特（$\text{W}$）。
• 音功率位準（Sound Power Level, $L_W$ 或 $SWL$）： $L_W = 10 \log_{10} \left( \frac{W}{W_0} \right) \quad (\text{dB})$ 其中基準聲音功率 $W_0 = 10^{-12} \text{ W} = 1 \text{ pW}$。

2. 聲音強度（Sound Intensity, $I$ 或 $\vec{I}$）：

• 定義：單位時間內，通過垂直於聲音傳播方向之單位面積的平均聲能（即聲功率密度）。
• 物理屬性：為向量（Vector），具有大小與傳播方向，是描述空間中特定位置處之能量流動的物理量，其大小與受體距離聲源之遠近、指向性、環境反射狀況密切相關。
• 單位：瓦特每平方公尺（$\text{W/m}^2$）。
• 音強位準（Sound Intensity Level, $L_I$ 或 $SIL$）： $L_I = 10 \log_{10} \left( \frac{I}{I_0} \right) \quad (\text{dB})$ 其中基準聲音強度 $I_0 = 10^{-12} \text{ W/m}^2 = 1 \text{ pW/m}^2$。

3. 兩者之數學關聯式： 聲音功率為聲音強度在包絡該音源的封閉曲面（$S$）上的面積分： $W = \oint_S \vec{I} \cdot d\vec{A}$ 若在理想自由音場（Free Field）中，點音源向均勻空間輻射無指向性球面波，距音源半徑為 $r$ 處的表面積 $A = 4\pi r^2$，則： $I = \frac{W}{4 \pi r^2}$

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解題方法

此題為典型的觀念比較題，切入作答時應遵循「定義 $\rightarrow$ 特性比較 $\rightarrow$ 數學關聯與比喻說明」的架構，條理清晰才能爭取閱卷老師的高分：

1. 分別闡述定義：清楚列出聲音功率與聲音強度的物理定義、符號、SI 單位及對應的分貝位準計算公式。
2. 多維度矩陣對比：以比較表格呈現「物理本質（純量 vs. 向量）」、「量測位置相依性」、「環境影響相依性」、「基準值」等差異點，使差異一目了然。
3. 連結數學推導與實務應用：交代兩者如何透過空間曲面積分相互轉換，並點出實務上（如噪音源鑑定）音強量測法具方向性，可用於逆推機具局部部件的音功率。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。但針對考生常在申論題中與之混淆的第三個重要聲學物理量——聲音壓力（Sound Pressure, $P$），特進行橫向對比釐清，避免考生作答時張冠李戴：

• 混淆迷思一：音強等於音壓？（錯誤）
• 音壓（Sound Pressure, $P$）是指聲波引起介質局部的壓力擾動（純量，單位 $\text{Pa}$），一般噪音計（麥克風）量測的是音壓；音強（$I$）則是能量傳播密度（向量，單位 $\text{W/m}^2$）。在平面波或自由遠場中，音強大小與均方根音壓之平方成正比（$I = \frac{P_{rms}^2}{\rho c}$，其中 $\rho c$ 為介質特性阻抗），但在近場或駐波場中兩者差異極大。
• 混淆迷思二：音功率隨距離衰減？（錯誤）
• 音功率是音源本身的固有「發熱/發聲總量」，與距離完全無關；

核心觀念

本題屬於「環境工程與科學概論」跨領域名詞解釋題，涵蓋水污染（水質指標）、大氣污染與全球環境變遷（氣候暖化）、土壤污染防治（物理特性）及廢棄物工程（有害廢棄物最終處置）四大核心領域。

• 化學需氧量：考查水質有機污染定量指標、強氧化劑氧化原理及分析條件（重鉻酸鉀法）。
• 溫室氣體：考查大氣長波輻射吸收機制（溫室效應）及國際公約／我國法定列管之主要氣體種類。

法規基準提示：以命題當年（民國 108 年）之《溫室氣體減量及管理法》為準；現行法已於民國 112 年修正為《氣候變遷因應法》。

• 土壤質地（Soil Texture）：考查土壤無機顆粒粒徑分級標準（砂粒、粉砂／坰粒、黏粒之相對比例）及土壤質地三角圖分類原理，與土壤透水性、吸附容量之關聯。
• 封閉掩埋法：考查有害事業廢棄物最終處置之工程屏障構造。

法規基準提示：以命題當年（民國 108 年）之《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》為準。

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解題方法

名詞解釋題依配分（3 分、3 分、2 分、2 分）控制作答篇幅，建議採用​「三段式定義法」，務必包含以下三大要素以拿滿關鍵給分點：

1. 精準定義：以一句話點出該名詞的物理／化學／工程本質。
2. 核心內涵／組成／測定方法：條列構成要素、反應條件、粒徑級配或構造規格。
3. 環境工程意義與應用：說明該指標或工法在污染防治、環境監測上的實際意義。

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解題技巧

1. 化學需氧量（COD）評分陷阱：切勿僅寫出英文全名縮寫。評分標準要求寫出「重鉻酸鉀強氧化劑」、「強酸高溫加熱條件」及「相當於氧之重量濃度（$\text{mg/L}$）」，並適度點出加入硫酸銀（催化劑）與硫酸汞（消除氯離子干擾）可展現專業深度。
2. 溫室氣體（GHG）不可缺漏核心種類：除了說明「吸收地表長波輻射」機制外，必須明確列舉《京都議定書》與我國法規規範的 7 大溫室氣體（特別是 $CO_2$、$CH_4$、$N_2O$、$SF_6$、$NF_3$ 等）。
3. 土壤質地（Soil Texture）辨析：常有考生混淆「土壤質地」（Texture，粒徑比例，不可人為輕易改變）與「土壤構造」（Structure，顆粒排列團聚形式，易受耕作擾動）。作答時必須標明「小於 $2\text{ mm}$ 之礦物顆粒」及「砂粒、粉砂／坰粒、黏粒之百分比」。
4. 封閉掩埋法與一般掩埋法之區別：不可與「衛生掩埋法」（處理一般廢棄物，採底層鋪設不透水布）混為一談。封閉掩埋法適用於「有害事業廢棄物」，結構上必須寫出「鋼筋混凝土封閉壁體」與「雙層不透水、滲出水收集與監測」之完全阻絕概念。

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【答案】

(一) 化學需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）（3 分）

1. 定義：指在特定強酸與高溫迴流加熱條件下，以強氧化劑將水樣中可被氧化之有機物及還原性無機物氧化分解，所消耗之氧化劑量換算為相當於氧之重量濃度，單位以 $\text{mg } O_2\text{/L}$（或 $\text{mg/L}$）表示。
2. 測定原理與條件：標準檢驗方法多採用「重鉻酸鉀迴流法」，於濃硫酸介質中以過量重鉻酸鉀（$K_2Cr_2O_7$）加熱迴流反應 2 小時。