108 高普考普通考試 環保技術 環境科學概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量考生對於全球環境變遷核心議題之整合理解能力，涵蓋三大主軸：

1. 碳循環失衡機制：工業革命以來，人為活動（化石燃料燃燒、毀林與土地利用變更、工業製程）打破了全球碳循環（Carbon Cycle）之地表沉積匯與大氣源的動態平衡。
2. 大氣輻射平衡與氣候效應：二氧化碳（$\mathrm{CO}_2$）等溫室氣體對太陽短波輻射（Shortwave Radiation）呈透明，但會強烈吸收地表向外放射的地表長波輻射（Longwave Infrared Radiation），再向外及地表輻射，導致增強型溫室效應（Enhanced Greenhouse Effect），並進一步衍生全球升溫、水文極端化、海平面上升及海洋酸化等全球環境衝擊。
3. 國際環境公約體系：依據《聯合國氣候變化綱要公約》（UNFCCC）架構下所通過之《巴黎協定》（Paris Agreement，民國 104 年 / 2015 年通過，民國 105 年 / 2016 年生效），理解由下而上（Bottom-up）的自主貢獻減碳模式、長期溫控目標（$2^\circ\mathrm{C}$ 與 $1.5^\circ\mathrm{C}$）以及減緩、調適、資金與技術轉移等支柱機制。

解題方法

本題為典型申論題（佔分通常為 $20\sim 25$ 分），答題邏輯應採「源頭成因 $\rightarrow$ 物理環境效應 $\rightarrow$ 國際政策防制因應」之三段式架構切入：

1. 成因分析：區分「主要人為排放源（Source）」與「自然吸收匯受損（Sink Loss）」，條列說明大氣 $\mathrm{CO}_2$ 濃度急速累積之驅動因子。
2. 氣候效應分析：先交代「增強型溫室效應」的輻射強迫力（Radiative Forcing）機制，再由全球宏觀尺度推展至具體的物理水文與生態環境衝擊。
3. 國際應對策略（巴黎協定）：系統性歸納《巴黎協定》核心條文要素，精準列出四大因應面向：長期減碳目標、國家自主貢獻（NDC）與定期盤點機制、調適與損失損害補償、資金技術支援體系。

選項分析（各子題作答要點解析）

本題為申論題，各子題的作答得分要點解析如下：

1. 子題一：空氣中二氧化碳增加之成因

• 化石燃料大量燃燒（能量釋放源）：自工業革命以降，燃煤發電、重油運輸、天然氣與煉油工業大量將數億年沉積之地底化石碳轉化為 $\mathrm{CO}_2$ 排放至大氣。
• 毀林與土地利用型態轉變（碳匯破壞與排放）：熱帶雨林與森林遭受過度砍伐轉為農牧用地，不僅降低了植物光合作用之固碳能力（陸域碳匯受損），林木焚燒及土壤有機碳暴露氧化更直接釋出大量 $\mathrm{CO}_2$。
• 非能源工業製程化學反應：如水泥工業中的石灰石高溫鍛燒製程（$\mathrm{CaCO}_3 \rightarrow \mathrm{CaO} + \mathrm{CO}_2\uparrow$），屬於化學化學計量固有的碳排放。

2. 子題二：對氣候造成的效應

• 增強溫室效應與全球平均氣溫上升：大氣長波紅外線吸收係數增加，導致對流層輻射強迫力上升，全球平均地表溫度顯著暖化。
• 冰川冰蓋消融與海平面上升：格陵蘭、南極陸冰及高山冰川加速融化，加上表層海水吸收熱量熱膨脹，威脅沿海低窪地區與島嶼生存。
• 極端氣候事件頻率與強度增加：水文循環加速，熱浪、嚴重大旱、強降雨、強烈颱風（熱帶氣旋）等災害之發生機率與災害規模皆大幅提升。
• 海洋酸化（Ocean Acidification）：過量 $\mathrm{CO}_2$ 溶於海水形成碳酸（$\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3$），降低海水 $\mathrm{pH}$ 值，抑低碳酸根離子（$\mathrm{CO}_3^{2-}$）飽和度，嚴重破壞珊瑚礁與海洋造鈣生物骨骼生成。

3. 子題三：巴黎協定之具體因應措施

• 長期溫控目標（Long-term Temperature Goal）：控制全球平均升溫相較於工業革命前水準在 $2^\circ\mathrm{C}$ 以內，並致力努力限制在 $1.5^\circ\mathrm{C}$ 以內。
• 國家自主貢獻（NDC）與五年雄心漸進機制：各締約方須自主提出國家減碳承諾（NDC），並每 5 年更新一次，新目標必須高於前一期承諾（No-backsliding 原則）。

核心觀念

本題測驗環境科學與環境工程之基礎核心課題——「水體水質管理與湖泊優養化機制」。涵蓋的定義、理論與評估架構如下：

1. 優養化（Eutrophication）定義與限制因子：水體注入過量植物營養鹽（以氮 $\text{N}$、磷 $\text{P}$ 為主，淡水水庫通常以「磷」為主要限制營養鹽），刺激藻類及水生植物異常大量繁殖（藻華），導致水體生態系統失衡、水質劣化之動態過程。
2. 污染來源分類：集水區污染包含「點源污染」（生活污水、養殖廢水）與「非點源／面源污染」（農業施肥沖刷、果園茶園逕流、水土保持不良造成之崩塌土石沖刷）。
3. 水力與物理環境效應：水庫滯留時間長（Hydraulic Retention Time, HRT）、陽光充足、夏季產生熱層化（Thermal Stratification）現象，加劇水質厭氧與內生性營養鹽釋放（Internal Loading）。
4. 卡爾森優養指數（Carlson's Trophic State Index, CTSI）：由 R. E. Carlson 於 1977 年提出，用以量化評估湖泊／水庫優養化程度的指標，評估參數包含「透明度（$\text{SD}$）」、「葉綠素 a（$\text{Chl-}a$）」與「總磷（$\text{TP}$）」。

解題方法

本題屬於標準的論述與觀念整合題，作答時採「層次推進架構」切入：

1. 第一層（定義）：給出環境科學上的精確定義，指出天然優養化與人為加速優養化（Cultural Eutrophication）的差異，並點出淡水水體的核心限制因子（磷）。
2. 第二層（臺灣本土成因）：針對「臺灣特殊地理與人文環境」作答，不可空泛抄書。必須將集水區土地利用（高山農業、觀光）、水文氣候特性（降雨時空不均、高溫）、水庫水力特質（水力滯留時間長、庫底熱層化缺氧）做結構性分類。
3. 第三層（影響層面）：從「生態環境衝擊」、「自來水淨水處理工程障礙」及「人類健康與水安全」三大維度展開。
4. 第四層（卡爾森指數）：完整列出三大參數名稱、物理意涵、測定單位，並寫出卡爾森指數公式與水質分級門檻（貧養、普養、優養），以展現作答的精確度。

選項分析

本題為公職申論題（問答題），閱卷委員依下列四大評分面向給分：

• 子題一：何謂優養化（配分權重約 20%）
• 採分關鍵：須點出「營養鹽過量過載（特別是氮、磷）」、「初級生產力（藻類／水生植物）過度旺盛」與「溶氧消耗／生態失衡」三階段連鎖反應。
• 失分陷阱：僅簡短回答「藻類很多就是優養化」，缺乏成因機制與生態後續效應，無法取得滿分。
• 子題二：臺灣水庫優養化之原因（配分權重約 30%）
• 採分關鍵：應兼顧「人為污染源（點源＋非點源）」與「天然水文水理條件（水溫、熱層化、滯留時間）」。特別是高山果園茶園化肥沖刷、集水區觀光遊憩廢水，為臺灣本土典型成因。
• 失分陷阱：完全未提及臺灣氣候（日照強、氣溫高）與水理特性（水流平緩停滯），僅列出生活污水，論點不夠周全。
• 子題三：臺灣水庫優養化之影響（配分權重約 25%）
• 採分關鍵：需論及自來水淨水程序上的實務困境（濾池堵塞、耗礬量增加）、水質異味物質（Geosmin、2-MIB）、藻毒素（微囊藻毒 Microcystin）以及消毒副產物（三鹵甲烷 THMs）前驅物濃度上升。
• 失分陷阱：僅寫「魚類死掉、水很臭」，未從飲用水來源與給水工程角度深度剖析。
• 子題四：卡爾森指數水質參數值（配分權重約 25%）
• 採分關鍵：必須精確寫出透明度（$\text{SD}$）、葉綠素 a（$\text{Chl-}a$）、總磷（$\text{TP}$），並說明各自代表之環境意義（透光度／濁度指標、藻類生物量指標、養分限制指標）。
• 失分陷阱：誤把溶氧（$\text{DO}$）、化學需氧量（$\text{COD}$）、生化需氧量（$\text{BOD}$）或總氮（$\text{TN}$）列為卡爾森指數之評估參數。

解題技巧

1. 答題結構化原則：採用「一、（一）、1.、（1）」階層化標題，每個標題冠上明確的關鍵字，閱卷老師能迅速抓取配分點。
2. 參數口訣記憶：卡爾森三參數記法為「透綠磷」（透明度 $\text{SD}$、葉綠素 $\text{Chl-}a$、總磷 $\text{TP}$）。
3. 臺灣法規連結：行政院環境保護署（現環境部）以卡爾森優養指數（$\text{CTSI}$）作為臺灣水庫優養化的法定評定標準（以命題當年民國 108 年法規為準，現行環境法規亦沿用此指標分級體系）。若能在試卷上附帶寫出綜合指標計算式及分級數值（$<40$ 貧養、$40 \sim 50$ 普養、$>50$ 優養），能展現優於一般考生的專業深度。

【答案】

一、優養化之定義

優養化（Eutrophication）係指水體（如湖泊、水庫、池塘或緩流水域）接納過量的植物營養鹽（主要為磷 $\text{P}$ 與氮 $\text{N}$），促使水體中藻類及浮游植物異常大量繁殖（發生「藻華」現象），進而引發水體物理、化學及生物相改變，使水質惡化並危及水生生態平衡的動態過程。

• 自然優養化：地質歷史中湖泊自然老化淤積的漫長過程，歷時常需數百年至數千年。
• 人為優養化（人為加速優養化）：因人類工農業活動與生活排污，使過量營養鹽在短期內大量排入水體，導致水質在數年或數十年間迅速劣化。

核心觀念

本題測驗「環境衛生與空氣污染防制」中關於「室內空氣品質（IAQ）」與「生物氣膠（Bioaerosols）」的基本定義、物化特性、法規指標及環境毒理與流行病學健康效應。

1. 生物氣膠定義：懸浮於氣體介質中，源自生物體或具有生物活性的固體或液體微粒。
2. 粒徑與範疇：涵蓋活體微生物（病毒、細菌、真菌）、休眠體（孢子）、生物碎片、花粉、動物皮屑，以及生物毒素或代謝衍生物（內毒素、黴菌毒素、$\beta$-葡聚醣等）。
3. 法規關聯（以命題當年民國 108 年法規為準）：依據《室內空氣品質管理法》及其子法《室內空氣品質標準》，我國將生物氣膠列為法定室內空氣污染物，管制項目包含：

• 總細菌數（Total Bacterial Count）：最高限值為 $1,500\ \text{CFU/m}^3$。
• 總真菌數（Total Fungal Count）：最高限值為 $1,000\ \text{CFU/m}^3$（室內外真菌濃度比值 $\le 1$ 時不在此限）。

4. 健康危害三大機制：環境醫學與毒理學將生物氣膠健康效應歸納為傳染性（Infection）、**過敏性（Allergy/Hypersensitivity）與毒性／發炎反應（Toxicosis/Inflammation）**三大層面。

解題方法

本題為標準的申論型認知與分析題，切入點應分為兩大部分精準作答：

1. 子題(一)：

• 採「物理本質 $\rightarrow$ 生物來源 $\rightarrow$ 粒徑範圍 $\rightarrow$ 法規管制指標」的層次架構鋪陳。
• 強調其為「氣膠（Aerosol）」的一種，說明其兼具物理微粒特性與生物化學／抗原特性。

2. 子題(二)：

• 避免雜亂無章地條列症狀，改採公衛毒理學經典的「三大病理危害機制」分類論述（傳染、過敏、毒性發炎），再輔以「病態建築症候群（SBS）」，展現具邏輯性與專業深度的回答架構。

解題技巧

1. 名詞精準度：不可僅寫「空氣中的細菌或病毒」，必須點出「懸浮固體或液體微粒」與「生物活性或生物衍生代謝物（如內毒素 LPS）」。
2. 帶出法規為答案加分：適時寫出台灣《室內空氣品質標準》的管制指標（細菌 $1,500\ \text{CFU/m}^3$、真菌 $1,000\ \text{CFU/m}^3$），能立刻突顯考生熟悉國家考試環保技術的核心專業法規。
3. 案例列舉法：健康影響務必帶出代表性病名（如：退伍軍人症、過敏性肺炎、加濕器熱、農夫肺），切忌只寫「會發燒、咳嗽」等口語化籠統描述。

【答案】

(一) 生物氣膠（Bioaerosols）之定義與範疇

1. 基本定義： 生物氣膠係指分散並懸浮於空氣（氣體介質）中，具有生命活性或源自生物體之微小固體或液體微粒。其粒徑範圍極廣，約介於 $0.01\ \mu\text{m}$ 至 $100\ \mu\text{m}$ 之間。

2. 組成範疇：

• 活體與死體微生物：包括病毒（約 $0.02 \sim 0.3\ \mu\text{m}$）、細菌（約 $0.5 \sim 5\ \mu\text{m}$）、放線菌、微藻及原生動物。
• 真菌及其孢子：包含黴菌、酵母菌與各類真菌孢子（約 $1 \sim 30\ \mu\text{m}$）。
• 生物結構碎片與高分子抗原：植物花粉（約 $10 \sim 100\ \mu\text{m}$）、植物纖維、動物毛髮、皮屑、節肢動物（如塵蟎）之排泄物及其殘骸碎片。

核心觀念

本題測驗「土壤及地下水污染整治」領域中最具環境友善性與經濟效益的關鍵工法——生物復育技術（Bioremediation）。命題核心涵蓋：

1. 生物復育之定義與本質：利用生物（以土著微生物為主，偶搭配特定外加菌種或植物）之生物代謝或酵素反應，將環境中的有害污染物轉化、分解為低毒性或無害物質（如 $CO_2$、$H_2O$、細胞生質量）。
2. 生物復育之優缺點分析：相較於物理法（如土壤蒸氣萃取 SVE、熱脫附）與化學法（如化學氧化 ISCO），生物復育具有成本低、現地破壞小、無二次污染等優點，但亦具時效較長、受限於污染物生物可分解性等特質。
3. 生化與物理化學原理：以微生物的異化代謝（氧化還原電子轉移）、同化作用、共代謝（Cometabolism）為核心；調控電子受體（如 $O_2$、$NO_3^-$、$SO_4^{2-}$）、電子提供者、碳氮磷比（$C:N:P$ 約 $100:10:1 \sim 100:5:1$）、水分與 pH 值。
4. 實務操作技術分類與流程：分為「現地復育（In-situ）」與「離地復育（Ex-situ）」，依循「場址評估 $\rightarrow$ 生物處理工法設計與調控 $\rightarrow$ 監測與成效確效」之操作程序。

解題方法

本題為標準的四合一綜合申論題（定義、優點、原理、操作過程）。答題應採取階梯式結構化佈局，各子題獨立分段並標明層次，避免混雜敘述：

1. 破題定義：給出權威且精確的科學定義，點出作用主體（微生物）與客體（污染物）。
2. 條列優點：從「經濟成本」、「生態環境衝擊」、「安全性／二次污染」及「公眾接受度」等四個維度條列，展現全面性。
3. 闡明原理：由微觀機制切入，詳述好氧／厭氧異化呼吸、完全礦化（Mineralization）、共代謝，並導入生物刺激（Biostimulation）與生物添加（Bioaugmentation）兩大核心機轉。
4. 梳理操作過程：依工程實務邏輯，將操作流程分為四大階段（場址調查評估 $\rightarrow$ 工程技術選定與建置 $\rightarrow$ 環境參數調控 $\rightarrow$ 成效監測），並輔以現地與離地實務工法（如 Bioventing、Biopile）說明。

選項分析

本題為申論題（非選擇題），無個別選項。評分重點與各配分點的得分要件拆解如下：

• 子題一：生物復育定義（約 5 分）：必須精確寫出「利用生物（微生物、酵素或植物）的代謝功能，將土壤中之毒性有機物轉化或分解為無毒小分子物質」；不可僅簡略回答「用細菌吃垃圾」。
• 子題二：生物復育優點（約 6 分）：應兼顧工程、經濟與環境面，重點落在「現地施工免開挖運輸」、「成本相對低廉」、「能徹底礦化避免二次污染」、「對土壤結構破壞最小」。
• 子題三：作用原理（約 7 分）：須說明微生物代謝的氧化還原機制（以污染物為碳源與能源，利用電子受體分解），並點出完全礦化與共代謝作用，以及生物刺激與生物添加的實務原理。
• 子題四：操作過程（約 7 分）：必須交代系統性工程步驟，從前期可行性試驗、工程實施（氧氣與營養鹽注入/翻堆）、監測（溶氧、還原電位、污染物殘留濃度）到完工驗證，不可只寫單一步驟。

解題技巧

1. 關鍵術語不可缺漏：答案中必須出現「現地（In-situ）」、「離地（Ex-situ）」、「完全礦化（Mineralization）」、「生物刺激（Biostimulation）」、「生物添加（Bioaugmentation）」、「電子受體（Electron Acceptor）」等專業詞彙，這是閱卷委員給予高分的關鍵指標。
2. 避免答題盲點：

• 許多考生誤以為生物復育就是「撒菌種」。事實上，國內外成功案例有八成以上採用「生物刺激（Biostimulation）」（調整原生土著菌的生長環境），外加菌種（生物添加）易因水土不服而競爭失敗，答題時務必並重說明。
• 觀念澄清：重金屬無法被生物分解礦化，生物對重金屬僅能進行價態改變（如 $Cr(VI) \rightarrow Cr(III)$）或生物累積萃取（植物復育）；生物復育之降解分解主要針對有機污染物（如石油碳氫化合物 TPH、BTEX、PAHs、含氯溶劑）。答題時若能主動點出此適用範圍，可大幅加分。

【答案】

一、生物復育之定義

**生物復育技術（Bioremediation）**係指利用自然界中生物（主要為細菌、真菌等微生物，亦涵蓋植物或生物酵素），經由其天然或誘導之生物化學代謝途徑，將存在於土壤或地下水環境中的有害污染物轉化、降解或去毒化，最終轉化為無害或低毒性之自然終產物（如二氧化碳、水、無機鹽及生物生質量）之環境復育工法。