114 高普考高考二級 環境工程 環境工程與設計 考古題詳解

114 年・高普考・高考二級・環境工程
試題代碼 環境工程與設計

第 一 題25 分

營建工程為都會區空氣污染物重要排放源,請說明:

(一) 營建工程空氣污染物主要排放源與污染物。(10 分)

(二) 針對上述主要排放源之控制技術或對策。(15 分)

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核心觀念

營建工程的空氣污染以施工活動造成的逸散性粒狀污染物為主,尤其是開挖、拆除、物料堆置與運輸揚塵;另一類重要來源是施工機具及運輸車輛的燃燒廢氣。作答時宜依「施工階段與作業 → 排放源 → 污染物 → 控制措施」逐一對應,並兼顧源頭抑制、收集處理及工地周界管理。

本題涉及《空氣污染防制法》第 23 條及《營建工程空氣污染防制設施管理辦法》。以下法規說明以命題當年(民國 114 年)法規為準;該管理辦法最近一次修正為民國 110 年 10 月 18 日,於民國 111 年 11 月 1 日施行。

解題方法

先把排放源分成三組,再逐項配對污染物與控制方法:

  1. 施工及物料處理作業:主要產生施工揚塵。
  2. 工地裸露面、道路與車輛運輸:主要產生風蝕揚塵、車行揚塵及道路再揚塵。
  3. 施工機具、運輸車輛及燃燒作業:主要產生燃燒廢氣及相關污染物。

控制措施則按排放發生位置安排:工地周界採阻隔,物料與裸露面採覆蓋或穩定,作業中採灑水或集氣處理,車輛離場及道路採清洗與洗掃,燃燒源則以機具管理及排氣控制為主。

(一)營建工程空氣污染物主要排放源與污染物

1. 開挖、整地、拆除及土石方作業

開挖、回填、夯實、拆除、破碎、研磨、切割、刨除、篩分,以及物料的裝卸與搬運,會使土壤、砂石、水泥或建材粉屑逸散。

主要污染物為:

  • 粒狀污染物:總懸浮微粒(TSP)、懸浮微粒(PM₁₀)及細懸浮微粒(PM₂.₅)。
  • 依材料性質,粉塵可能含有矽質、石灰或水泥成分。

2. 物料堆置與裸露地表

砂石、土石方、工程材料及廢棄物堆置,或工區裸露地表受風吹蝕,均會形成逸散性粉塵;乾燥、強風時排放較明顯。

主要污染物為TSP、PM₁₀及PM₂.₅,亦會形成落塵並造成周界積塵。

3. 工地內車行路徑、出入口及工區外道路

施工車輛行經未鋪面道路,或輪胎夾帶泥土、砂石出場後污染道路,再受車流擾動,即會造成車行揚塵及街塵再揚起。運輸車輛若未妥善覆蓋,也可能使載運物料沿途飛散或掉落。

主要污染物為TSP、PM₁₀及PM₂.₅。

4. 施工機具及運輸車輛排氣

柴油挖土機、起重機、發電機、施工車輛及其他引擎設備,燃燒柴油或汽油時會排放:

  • 粒狀物及柴油黑煙
  • 氮氧化物(NOₓ)
  • 一氧化碳(CO)
  • 二氧化硫(SO₂,與燃料硫分相關)
  • 揮發性有機物(VOCs)及未完全燃燒的碳氫化合物

5. 其他施工或燃燒作業

瀝青加熱、塗裝、防水與黏著作業,可能排放VOCs及異味;露天燃燒則會產生粒狀物、CO及其他燃燒產物。此類排放的種類與程度,取決於材料、燃料及作業方式。

(二)主要排放源的控制技術或對策

1. 工地周界阻隔

依《營建工程空氣污染防制設施管理辦法》,施工期間應於工地周界設置定著地面的全阻隔式圍籬及防溢座,並依工程規模設置符合規定的圍籬高度;特定道路轉角處等情形,得依規定設置半阻隔式圍籬。符合規定的道路、隧道、管線或橋梁工程,得採連接簡易圍籬。

圍籬可降低粉塵向外逸散及風力對工地內部裸露面的影響。工地出入口亦應妥善管理,減少車輛帶泥、帶砂出場。

2. 堆置物料與裸露面的抑塵

具粉塵逸散性的工程材料、砂石、土石方或廢棄物堆置於工地時,應採取有效抑塵措施,例如:

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第 二 題25 分

公共民生污水處理廠一般採取二級處理程序後放流;未來潛在面臨氣候變遷衝擊,須採因應措施以維持正常運轉。請說明:

(一) 氣候變遷效應對民生污水處理廠潛在造成哪些衝擊?(10 分)

(二) 針對前述潛在衝擊,可採取哪些對策並調整操作條件?(15 分)

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核心觀念

本題考查氣候變遷如何改變污水處理廠的進流水量與水質、處理程序反應條件、廠區設施安全及放流水穩定性,以及如何透過工程韌性措施與操作調整維持處理功能。

一般二級處理以生物程序去除有機物,並視設計與操作需求進行硝化、脫硝等處理。操作上須同時掌握水力負荷、有機負荷、污泥停留時間、溶氧及污泥沉降性。常用關係式包括:

水力停留時間(HRT)=VQ\text{水力停留時間(HRT)}=\frac{V}{Q} 污泥停留時間(SRT)=系統內污泥量每日排出污泥量\text{污泥停留時間(SRT)}= \frac{\text{系統內污泥量}} {\text{每日排出污泥量}}

其中 VV 為反應槽有效容積,QQ 為流量。暴雨使 QQ 上升時,HRT 可能縮短,生物處理與固液分離負荷也會增加;高溫則降低水中氧飽和濃度,增加曝氣供氧壓力。因應措施須依衝擊來源同步調整設施及操作條件。

解題方法

可依「水量與水質變動、溫度變化、淹水及海岸風險、能源與設施中斷」分類說明衝擊,再逐項提出「源頭與廠區防護、處理容量調度、生物程序操作、備援管理」等對策。作答時應將衝擊與對策對應,並指出操作調整方向,避免只列氣候現象或一般性口號。

(一)氣候變遷效應對污水處理廠的潛在衝擊

1. 強降雨、颱風及短延時暴雨

  • 雨水入滲、錯接或合流制系統溢流,會使進流水量短時間大幅增加,造成水力負荷與固液分離負荷升高。
  • HRT 縮短,初沉、曝氣槽及二沉池可能超負荷,污泥沉降不良、污泥流失,導致放流水懸浮固體及有機物升高。
  • 高流量亦可能使抽水站、輸送管線及廠內排水系統超出設計能力,產生溢流或未處理污水旁通。
  • 強降雨與淹水可能淹沒電氣、鼓風機、抽水機、加藥設備及控制系統,並阻斷人員、藥品與污泥清運的進出。

2. 乾旱、缺水及降雨型態改變

  • 低流量可能使污水在管線中停留過久,產生厭氧、臭味及硫化氫;進流水濃度也可能因稀釋減少而升高。
  • 濃縮污水會提高有機負荷及氨氮負荷,增加曝氣、硝化與污泥處理需求;若水量與水質變化迅速,亦會造成操作控制困難。
  • 缺水可能影響廠內清洗、冷卻、藥劑調配及再生水供應,降低廠務操作彈性。

3. 氣溫升高與熱浪

  • 水溫升高使水中氧飽和濃度降低,而微生物呼吸與氧需求通常增加,曝氣供氧能力不足時容易造成溶氧下降。
  • 高溫會改變微生物反應速率與污泥特性;若溫度超出適宜範圍,硝化菌等較敏感族群可能受抑制,造成氨氮去除不穩。
  • 高溫也可能加劇臭味、污泥腐敗及設備散熱問題,增加曝氣、冷卻與廠區通風需求。

4. 海平面上升、暴潮及海岸淹水

  • 沿海廠區可能面臨海水倒灌、出流受頂托、排水不良或廠區淹水。
  • 海水入侵可能造成進流水鹽度升高,影響微生物活性;高地下水位也可能增加管線入滲與結構滲水風險。

5. 能源與供應鏈中斷

  • 颱風、淹水、熱浪及輸配電事故可能造成停電,使抽水、曝氣、回流污泥及消毒等單元失效。
  • 道路中斷亦可能延誤藥品、燃料、零件及污泥清運,放大短期設備故障的影響。

(二)因應對策及操作條件調整

1. 提升水力與廠區防洪韌性

  • 盤點設計流量、歷史暴雨及淹水紀錄,檢核進流抽水站、渠道、沉砂池、初沉池、二沉池及放流設施的水力瓶頸。
  • 在集水區推動雨污分流、管線修復及錯接查核,減少雨水進入污水系統;
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第 三 題25 分

農業廢料(Agricultural waste)為長期存在問題,未妥慎處理即造成環境污染,故須加強管制與處理。請說明:

(一) 農業廢料未妥慎處理潛在造成哪些環境衝擊?(10 分)

(二) 農業廢料轉製為燃料(SRF)取代化石燃料具有哪些優點與缺點?(15 分)

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(一)農業廢料未妥善處理的環境衝擊(10 分)

核心觀念

農業廢料包括作物收穫及加工後的秸稈、稻殼、果樹枝葉、蔬果殘渣、畜禽糞尿,以及農藥肥料容器、廢塑膠膜等。其特性因來源而異:有機廢料常含水率高、易腐敗;農業資材則可能含塑膠、農藥或其他化學物質。處理不當會透過空氣、水、土壤及生態途徑造成污染。

解題方法

依「廢料種類—不當處理方式—污染介質—環境後果」逐項說明,涵蓋露天燃燒、任意棄置、未處理堆置及未妥善排放廢水等情境。

環境衝擊

  1. 空氣污染與健康危害:露天燃燒稻草、枝葉或廢塑膠會排放粒狀污染物、黑碳、一氧化碳、氮氧化物及揮發性有機物,造成霾害、異味及呼吸道刺激。若廢料混有含氯塑膠或其他污染物,燃燒條件不佳時還可能形成戴奧辛、多環芳香烴等有害物質。

  2. 溫室氣體排放:有機廢料在缺氧堆置或掩埋時,分解可能產生甲烷;露天燃燒及不完全燃燒則排放二氧化碳、甲烷及氧化亞氮,增加溫室效應。

  3. 水體污染與優養化:畜禽糞尿、蔬果殘渣及其滲出液若流入水體,會增加生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)及懸浮固體;氮、磷濃度升高則可能導致藻類大量繁殖、溶氧下降及魚蝦死亡。

  4. 土壤及地下水污染:農藥、肥料、含化學物質的容器及其他農業資材任意棄置,污染物可能隨雨水滲入土壤、地下水或灌溉水,影響土壤品質及農作物安全。

  5. 病媒、臭味與衛生問題:含水有機廢料久置腐敗會產生惡臭,並吸引蒼蠅、蚊蟲、鼠類及其他病媒,增加周遭居民的生活環境及公共衛生負擔。

  6. 生態與資源損失:不當棄置塑膠膜、繩網及包裝資材會造成環境景觀劣化;廢塑膠碎裂後形成微塑膠,也可能進入土壤及水域生態系。可回收的生質資源未被利用,則造成資源浪費。

解題技巧

作答時可用「空、水、土、氣候、生態與衛生」作為檢核框架。每項宜寫出污染源及其影響機制,例如「糞尿逕流帶入氮磷,導致優養化」,比只列「水污染」更能展現完整因果。


(二)農業廢料轉製為 SRF 取代化石燃料的優缺點(15 分)

核心觀念

固體再生燃料(Solid Recovered Fuel, SRF)是將具適燃性的廢棄物經分選、破碎、乾燥及成型等程序製成,作為鍋爐、汽電共生設備等設施的替代燃料。使用農業廢料製成 SRF,可回收其燃料價值,但能否製成合格燃料,須視料源、品質及相關管理規定而定;並非所有農業廢料都能直接作為 SRF 原料。

解題方法

分別從資源循環、能源與碳排效益,以及製造端、燃燒端的技術與污染風險分析。優點應交代資源化及替代化石燃料的效益;缺點則須涵蓋原料、製程、燃燒排放及使用端條件。

優點

  1. 減少農業廢料棄置及露天燃燒:將適用的秸稈、果樹枝葉或其他適燃農業剩餘物收集利用,可降低任意棄置、露天燃燒及其伴隨的空氣污染。
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第 四 題25 分

風力發電機除役或廢損後,衍生廢棄物需妥慎處理以避免造成環境污染。請說明:

(一) 風力發電機除役或廢損後之廢棄物種類與特性。(10 分)

(二) 前述廢棄物之處理技術。(15 分)

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第四題 風力發電機除役或廢損後廢棄物處理

核心觀念

本題考查風機除役後的廢棄物辨識、材料特性與循環處理技術。作答時須分清楚:風機中多數金屬及混凝土可拆解回收,最難處理的是大型、耐久且難以分離的纖維強化樹脂複合材料葉片。處理原則可依序掌握「延壽與再使用、材料回收、能源回收、妥善處置」,並兼顧清除、貯存及處理過程的污染防制。

法規部分,以命題當年(民國 114 年)法規為準。風機葉片屬事業廢棄物,應依《廢棄物清理法》及相關事業廢棄物清理、再利用規定辦理。民國 114 年後續若有法規修正,仍以命題當年規定作答。

(一)廢棄物種類與特性(10 分)

1. 風機葉片及複合材料

葉片主要由玻璃纖維強化塑膠(GFRP)構成,部分大型或高性能葉片也含碳纖維強化塑膠(CFRP);基材常見環氧樹脂或聚酯樹脂,另可能含膠黏劑、塗層、金屬連接件及芯材,例如巴沙木或泡棉。

其特性如下:

  • 體積大、形狀特殊:葉片長度可達數十公尺,拆卸、吊運、貯存及運輸不易。
  • 強度與硬度高:設計上須承受長期風載與疲勞,難以直接切割、破碎。
  • 材料異質且牢固結合:纖維、樹脂及芯材形成複合結構,分離回收不易。
  • 熱固性樹脂難以熔融再塑:與熱塑性塑膠不同,無法單純加熱熔化後重新成形。
  • 焚化或熱處理須控制排放:樹脂燃燒可能產生污染物,纖維及無機成分也會形成殘渣。

2. 塔架、機艙及傳動發電設備

包括塔架、機艙外殼、齒輪箱、發電機、軸承、銅線、電纜及控制設備等。主要含鋼鐵、銅、鋁等金屬,具有較高回收價值,經拆解、分類與必要的除污後,可送金屬回收處理。

設備內的潤滑油、液壓油、冷卻液及部分電氣設備,須依其成分與污染狀況分流;若含有害成分或受污染,不能與一般金屬混合回收。

3. 基礎與附屬設施

基礎多為鋼筋混凝土,拆除後可破碎分選,回收鋼筋,混凝土則可作為再生粒料或依法妥善處理。另有電纜、變壓器、電子零組件及維修材料等,應按材質及污染性分類。

(二)前述廢棄物之處理技術(15 分)

1. 拆解、分類與前處理

除役後先安全拆卸葉片、塔架、機艙及基礎,並依材質分類。葉片通常須經吊掛、裁切及分段,之後進行粗破碎、金屬分選與細破碎,以符合後續運輸及處理設備的尺寸需求。作業期間須控制粉塵、噪音、纖維逸散及切割安全風險;拆卸所得油品、電池或具污染性的設備應另行收集處理。

2. 再使用與延壽利用

對結構完整且經檢測合格的葉片或零組件,可評估維修、翻新、延壽或轉用,例如作為工程構件、遮棚、隔音設施或公共設施材料。此途徑保留材料與產品價值較多,但須完成結構安全、耐久性及用途適配評估;不能只因外觀完整即直接再使用。

3. 機械回收

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