109 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

長堆式堆肥是將可分解有機廢棄物混合後堆成長條形堆體，利用好氧微生物分解有機物。微生物活動會消耗氧氣並產生二氧化碳、水與熱，因此操作重點是讓堆體同時具備適當的粒徑、孔隙、含水率、碳氮比與溫度。

題目所稱「前段發酵」是微生物活動旺盛、堆體升溫的活性堆肥期；「後段發酵」是易分解物質逐漸耗盡、反應速率下降的熟化期。兩階段的氧氣需求與產熱程度不同，供氧及溫度控制也應配合調整。

解題方法

依序回答三件事即可：

1. 說明原料進入堆置前，如何調整粒徑、組成與水分。
2. 說明前段如何藉翻堆供氧、均勻堆體，並管理高溫。
3. 說明後段如何降低翻堆頻率、維持通氣，並讓堆肥逐漸熟化。

前處理事項與操作條件

1. 分選與去除異物

先分選原料，去除塑膠、金屬、玻璃及不可堆肥物，避免污染成品或妨礙後續篩分。視原料性質去除過大的枝條、硬物或其他可能造成設備損壞的物質。

2. 破碎與調整粒徑

將粗大原料破碎、切碎，使粒徑均勻並增加微生物可接觸的表面積。一般可控制在數公分左右；顆粒過大會使分解較慢，過細則容易壓實、降低孔隙率，使空氣不易進入堆體。

3. 混合原料、調整碳氮比

將富碳材料與富氮材料混合，使初始碳氮比約為 25:1 至 30:1。碳提供微生物代謝所需能源，氮則供微生物合成細胞物質。碳氮比過高，分解速度較慢；過低則容易造成氮素以氨氣形式逸散，並產生異味。

4. 調整含水率與孔隙

堆置前宜將含水率調整至約 50%–60%。水分不足會抑制微生物活動；水分過高則會填塞孔隙、妨礙氧氣傳輸，易形成厭氧區。可加入乾燥材料或結構性填充料，例如木屑、稻殼或枝葉碎料，以吸收多餘水分並維持堆體孔隙。

5. 堆成長條形堆體

將混合料堆成長條形堆體，堆體尺寸須兼顧保溫與通氣：過小不易蓄熱，過大或過度壓實則中心容易缺氧、溫度過高。堆體尺寸應依原料性質、氣候與翻堆設備調整，並於堆肥期間監測溫度及含水狀況。

前段發酵：供氧與溫度控制

前段有機物分解旺盛，微生物耗氧量及產熱量都高。長堆式堆肥主要以定期翻堆供氧，並讓堆體內外物料交換位置。翻堆可使新鮮空氣進入堆體、打散結塊、恢復孔隙，也能讓外層較冷的物料移入高溫區，增加整體受熱均勻度。

核心觀念

本題考查廢棄活性污泥的水分存在型態與脫水難易度，以及用**污泥容積指數（Sludge Volume Index, SVI）**評估活性污泥沉降、濃縮特性的方法。污泥中的水與固體結合得越緊密，越難以用重力或一般機械方式分離。

（一）污泥中的水分型態

污泥水分通常分為以下四種：

1. 自由水（free water）：存在於污泥絮體之間，未與污泥固體結合，也未受到明顯毛細作用束縛。最容易分離，可藉重力沉降或排水去除。
2. 間隙水／毛細管水（interstitial or capillary water）：位於絮體或顆粒孔隙內，受到毛細作用限制，較自由水難以排出。
3. 表面水（surface or vicinal water）：吸附或附著在污泥顆粒表面，受表面作用力束縛，較難以單純重力分離。
4. 結合水／內部水（bound or intracellular water）：存在於微生物細胞內，或以較強的物理、化學作用與污泥固體結合，最難分離。

可用「自由水 → 間隙水 → 表面水 → 結合水」記憶水分由容易到不易分離的順序。

（二）有效分離水分的方法

脫水方法須配合水分的束縛程度，並可先以污泥調理改善脫水性：

• 自由水：利用重力濃縮、沉降或排水去除。
• 間隙水：利用離心、壓濾、帶濾等機械脫水方式施加離心力或壓力，使水由孔隙排出。
• 表面水：先以化學調理（如混凝劑或高分子絮凝劑）改善顆粒表面及絮體結構，再配合壓濾或離心等機械脫水。
• 結合水：一般重力或機械脫水較難去除，須破壞細胞或水與固體間的結合，例如採用熱處理、熱乾燥等方式。

整體程序通常先濃縮及調理，再進行機械脫水；若仍須進一步降低含水率，才採用較高能耗的乾燥或熱處理。

（三）SVI 試驗方法及高、低值的問題

試驗方法與公式

核心觀念

本題考查空氣污染物進入大氣後的四種基本環境行為：輸送、擴散、轉化與移除。可將它們分成兩組來理解：

• 輸送與擴散：改變污染物在空間中的位置與濃度分布。
• 轉化與移除：改變污染物的化學型態，或使污染物離開大氣。

四種作用會同時發生，決定污染物的傳輸距離、環境濃度、暴露範圍及最終環境衝擊。

解題方法

依序說明每種作用的作用原理，再連結其對空氣品質、人體健康、能見度、酸沉降或生態環境的影響。作答時須分清楚：「輸送」是污染物隨氣流移動；「擴散」是污染物與周圍空氣混合、濃度分散；「轉化」是污染物經反應變成其他物種；「移除」則是污染物由大氣中清除。

四種作用與環境影響

一、輸送作用

污染物受到平均風場及大氣環流帶動，從排放源移動到其他地點。水平風可將污染物帶往下風處；垂直氣流、對流及大尺度環流則可使污染物上升、下降或遠距離傳輸。輸送方向與速度受風速、風向、地形、氣團穩定度及天氣系統影響。

**環境影響：**輸送會將污染影響範圍由排放源附近擴展至下風區，甚至跨越行政區或國界；污染物也可能在傳輸途中累積或轉化，因此受影響地區不一定緊鄰排放源。風速較大時，污染物移動較快，但實際地面濃度仍須與排放量、混合條件及移除作用一併判斷。

二、擴散作用

擴散是污染物因湍流混合及分子運動，向周圍空氣混合、稀釋的過程。大氣湍流常由地表加熱造成的熱力作用，或地形、建物及地表粗糙度造成的機械擾動形成。大氣混合層愈深、湍流愈強，污染物通常愈容易在較大的空間體積內混合。

**環境影響：**擴散可降低污染源附近的局部濃度與尖峰暴露，並使污染物分布更廣。大氣穩定、風速弱或混合層低時，垂直混合受限，污染物容易滯留在近地面而累積；逆溫是常見的不利擴散條件。

三、轉化作用

核心觀念

非水相液體（NAPL）與水不互溶，依密度可分為：

• 輕質非水相液體（LNAPL）：密度小於水，進入地下後通常浮在地下水面附近。
• 重質非水相液體（DNAPL）：密度大於水，會穿過地下水面向下移動，並可能在含水層底部或低滲透層頂面聚集。

因此，監測井的開篩位置要配合污染物在地下的垂向分布：LNAPL 著重地下水面附近；DNAPL 著重其向下遷移可能到達或聚集的位置。

解題方法

先依污染物密度判斷其相對於地下水的浮沉，再將開篩段設在最可能截獲污染物的深度。

核心觀念

本題考查點音源在自由音場中的幾何擴散，以及聲功率位準、音強位準與音壓位準的關係。聲波向外傳播時，若沒有能量消耗，聲功率維持不變；但能量分散到愈大的球面面積上，因此音強隨距離平方反比降低。

聲功率位準、音強位準與音壓位準分別定義為：

其中 $W$ 為聲功率，$I$ 為音強，$p$ 為均方根音壓；$W_0$、$I_0$、$p_0$ 為各自的參考值。在自由音場中，音強與音壓平方成正比，因此音強位準與音壓位準的變化量相同。

解題方法

點音源的聲功率均勻向外傳播，在距離 $r$ 處分布於半徑為 $r$ 的球面上，故：

距離由 $r$ 增為 $2r$ 時，聲功率 $W$ 不變，球面面積增加為原來的 $4$ 倍，因此：

音強位準的變化為：