110 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

溼式靜電集塵器（WESP）利用高電壓電場使氣體中的粒狀污染物帶電，再以庫倫力將其移動至集塵極，最後以水膜或噴淋水將集塵極上的污染物沖洗排出。它與乾式靜電集塵器的主要差異在於：集塵極表面維持濕潤，粉塵隨水流排出，因而可降低粉塵再飛散，也較能處理黏性、吸濕性或高比電阻粉塵。

理想條件下，集塵效率可用 Deutsch–Anderson 方程式表示：

其中 $\eta$ 為集塵效率、$w$ 為粉塵有效遷移速度、$A$ 為集塵面積、$Q$ 為廢氣體積流率。此式顯示，增加有效遷移速度或集塵面積、降低氣體流量，通常可提高效率。

解題方法

本題分成兩部分作答：第一部分依「粒子帶電—電場遷移—集塵極捕集—水洗排出」說明設備原理；第二部分則從方程式中的 $w$、$A$、$Q$ 出發，補充會影響帶電、捕集、氣流分布與水洗效果的操作參數。

（一）溼式靜電集塵器之原理

1. 建立高電壓電場 在放電極與集塵極間施加高直流電壓，使放電極周圍氣體產生電暈放電，形成離子。

2. 粒子荷電 氣體中的粒狀污染物與電暈產生的離子碰撞而帶電；細小粒子主要經由離子擴散荷電，較大粒子則以電場荷電為主。

3. 電場遷移與捕集 帶電粒子受電場作用產生庫倫力，朝相反電性或接地的集塵極移動並附著。遷移速度愈高、集塵面積愈大、氣體停留時間愈長，通常愈有利於捕集。

4. 水膜沖洗與排出 集塵極表面由連續水膜或定期噴淋保持濕潤，已捕集粉塵隨水膜流下，形成含固體的排放水，再經集水、固液分離或後續處理排出。水膜可減少粉塵層累積及再飛散，也能降低反電暈等乾式設備常見問題。

5. 氣體離開設備 去除粒狀污染物後的氣體通過出口離開。若處理氣體含有可溶性氣態污染物，水洗亦可能伴隨吸收作用，但本題所問的除塵核心仍是粒子荷電及電場捕集。

（二）影響效率之重要操作參數

1. 操作電壓與電場強度 提高電壓可增強電暈放電、增加離子生成及粒子荷電，通常有助於提高遷移速度與效率。但電壓過高會造成火花放電或電弧，使有效電場受干擾，並可能增加設備故障風險，因此須控制在穩定放電範圍內。

2. 電流密度與電暈電流 電暈電流反映離子供應及放電狀態。電流不足時，粒子荷電不充分；適當增加電流可改善捕集。電流過高則可能導致火花頻率增加、電場不穩，故須搭配電壓與電源控制設定。

核心觀念

污泥脫水的目的，是將污泥中的自由水及部分毛細水分離，降低污泥體積與含水率，方便後續運輸、處置或利用。脫水後的固體稱為污泥餅，分離出的液體則稱為濾液或離心液。

污泥脫水可依主要作用力分為自然排水與蒸發、真空抽吸、加壓過濾、離心力分離，以及重力排水配合機械擠壓。脫水前常加入高分子凝集劑等藥劑，使細小污泥顆粒凝聚成較大的絮體，改善固液分離效果。

解題方法

題目要求「說明五種污泥脫水技術，並分別說明原理」，作答時宜選列五種常見技術，並以「設備如何施力、液體如何離開污泥、固體如何留下」作為各段的說明主軸。可採用下列五種：污泥乾燥床、真空過濾、板框式壓濾、離心脫水、帶式壓濾。

五種污泥脫水技術與原理

一、污泥乾燥床（sludge drying bed）

將污泥鋪在砂層或其他透水介質上，水分先受重力作用向下滲透，經底部排水設施排出；其後污泥中剩餘水分再藉日照、風力及表面蒸發移除。

此法設備簡單、操作容易，但占地較大，脫水時間受氣候影響，也較適合有足夠場地且污泥量不大的情況。

二、真空過濾（vacuum filtration）

將污泥送至濾布或濾材表面，藉真空泵在濾材另一側形成負壓，使污泥水分在壓差作用下通過濾材，固體顆粒則留在濾材表面形成濾餅。旋轉式真空過濾機會連續完成污泥進料、抽吸過濾、濾餅形成與刮除。

其分離動力為濾材兩側的壓差；污泥調理可提高濾餅形成速度及固體截留效果。

三、板框式壓濾（plate-and-frame filter press）

核心觀念

本題考查有機廢棄物的生物處理原理，以及影響堆肥效率的操作條件。堆肥是利用好氧微生物分解有機物，使其穩定化、腐植化，並產生熱能、水及二氧化碳的處理方法。成熟堆肥可作為土壤改良材或肥料原料。

解題方法

作答時先交代微生物分解有機物的反應機制，再依「微生物生長條件、基質特性、製程管理」整理操作參數，並說明參數對處理效率的影響。堆肥效率不只指分解速度，也包括有機物穩定化程度、衛生安全與成品品質。

（一）堆肥法之原理（10 分）

堆肥法主要是好氧生物分解作用。微生物利用有機廢棄物作為碳源與能源，並利用氮、磷等營養元素合成細胞；在供氧充足時，易分解有機物逐步轉化為較穩定的腐植質，同時產生二氧化碳、水與熱。

可用概略反應式表示：

製程通常依序經過：

1. 升溫期：中溫微生物先分解易分解有機物，代謝熱使堆體溫度上升。
2. 高溫期：嗜熱微生物分解有機物，堆體維持高溫，有助於降低病原菌、寄生蟲卵及部分雜草種子的活性；前提是堆體各處均達到適當的溫度與持續時間。
3. 降溫期：易分解物質減少，微生物活性與產熱量下降，堆體逐漸降溫。
4. 熟化期：殘餘有機物繼續穩定化、腐植化，堆肥的耗氧性及植物毒性降低，形成較成熟的產品。

堆肥過程需同時維持適宜的水分、氧氣、養分與酸鹼度。供氧不足時，堆體轉為厭氧分解，易產生臭氣及還原性物質，並降低處理品質。

（二）影響處理效率之重要操作參數（15 分）

1. 碳氮比（C/N 比） 碳是微生物的能源來源，氮則用於合成細胞。初始混合料的 C/N 比常以約 $25\sim 30:1$ 作為操作參考。碳氮比過高時，氮不足會使分解變慢；過低時，過剩氮容易以氨逸散，造成氮損失與臭味。可藉由混合高碳材料與高氮材料調整。

核心觀念

植生復育（phytoremediation）是利用植物及其根圈作用，移除、固定或降低土壤與地下水中污染物的生物整治技術。重金屬屬元素，不會像有機污染物一樣被植物分解成無害物質；植生復育的主要效果，是將重金屬移出場址，或改變其形態與位置，使其移動性、生物有效性及暴露風險降低。

本題依「污染物最後去了哪裡、是否從場址移除」切入，可依序說明植物吸收累積、根圈或根部固定、植物根部過濾，以及植物吸收後揮散等機制。

解題方法與作答架構

第一小題先說明技術定義及適用原則；第二小題以「移除」與「固定、降低風險」分類機制；第三小題從植物、污染物、土壤環境及操作管理四方面整理效率因子。這樣能避免只羅列技術名稱，卻未說明各機制的作用結果。

（一）植生復育技術之原理（5 分）

植生復育係利用植物的根系吸收、根圈分泌物、植物體內轉運與累積等作用，並配合土壤微生物及土壤化學反應，降低污染物的濃度、移動性或生物可利用性。依整治目的，可將污染物：

1. 移出污染土壤：由根部吸收並轉運至莖、葉等地上部，收割植物後將污染物帶離場址。
2. 固定於土壤或根部：藉植物吸收、根部吸附、沉澱或根圈化學作用，使污染物不易溶出、遷移或進入食物鏈。
3. 由植物吸收後轉化或揮散：適用於部分可在植物體內轉化或形成揮發性化合物的污染物；對多數重金屬而言，揮散並非主要整治途徑，且須考量污染物轉入大氣的風險。

植生復育通常適合污染較淺、濃度不致抑制植物生長、且整治期程可接受的場址；其效果受植物根系能到達的土層及植物生長條件限制。

（二）植生復育改善重金屬污染之機制（10 分）

1. 植物萃取／植物累積（phytoextraction／phytoaccumulation）

植物根部吸收土壤溶液中的重金屬，並將其轉運、累積於莖葉等地上部。植物生長後收割並妥善處理受污染生物質，即可將重金屬實際移出場址。適合選用耐金屬、地上部生物量大且具高累積能力的植物；若污染物只留在根部而無法有效轉運至可收割部位，移除效果便會受限。

2. 植物穩定化（phytostabilization）

植物根部及根圈可藉吸收、吸附、沉澱、錯合或改變氧化還原與酸鹼條件，降低重金屬在土壤中的溶解度、移動性及生物可利用性。根系也能覆蓋土壤，減少風蝕、逕流及污染土壤擴散。此機制主要是控制污染物遷移與暴露，不等於把重金屬移出場址，因此需維持植被並持續管理場址。

3. 根圈過濾（rhizofiltration）

植物根部從水體或根圈水分中吸附、沉澱或吸收溶解態重金屬，降低水中污染物濃度。此機制常用於污染水或地下水處理；根部或植物體若累積重金屬，仍須收集並妥善處理，避免污染物重新釋出。

4. 植物揮散（phytovolatilization）