112 高普考高考二級 環保技術 空氣污染與噪音控制技術 考古題詳解

核心觀念

本題考查濾材如何依「採樣目的、粒徑與流量、分析方法及污染物特性」選用。濾材是使氣流通過、並以慣性碰撞、攔截、擴散或靜電等作用捕集微粒的介質。選材時須兼顧捕集效率、壓損、耐溫性、耐化學性、空白值、吸濕性與後續分析需求。

解題方法

作答可依「濾材種類 → 使用目的 → 主要特性與限制」整理，並區分氣膠採樣用濾紙與污染控制用濾材。採樣時著重分析相容性與低空白；控制設備則著重處理風量、粉塵性質、操作溫度、壓損及清灰能力。

核心觀念

本題考查靜電集塵器（electrostatic precipitator, ESP）的基本構造與分類方式。作答時應先說明氣體如何流經設備、微粒如何帶電及被收集，再按電極型式與操作方式整理種類。

靜電集塵器利用高電壓電場使氣體產生電暈放電，讓懸浮微粒帶電；帶電微粒在電場中受庫侖力作用，朝集塵電極移動並附著其上。收集到的粉塵再藉振打或沖洗移除。

解題方法

可依「氣體流動路徑 → 放電與集塵構造 → 粉塵清除方式 → 分類」說明，避免只列設備名稱而未交代其功能。

微粒帶電後所受靜電力可表示為：

其中 $q$ 為微粒電荷量，$E$ 為電場強度。微粒在電場力作用下朝與其電性相反的集塵電極移動；被收集後，粉塵層須定期清除，才能維持集塵效率與設備運作。

靜電集塵器的構造

1. 放電電極：通常為細線、尖刺或其他細長電極，接高壓直流電。電極附近形成強電場並產生電暈放電，使氣體離子化，進而使微粒帶電。
2. 集塵電極：通常為金屬板或金屬管，與放電電極保持一定距離，並接地或接相反電位。帶電微粒受電場力作用後移向集塵電極，附著形成粉塵層。
3. 高壓電源與絕緣裝置：提供並維持放電電極與集塵電極間所需的高電壓；絕緣裝置則避免電流經外殼或支撐結構洩漏。
4. 氣流分配裝置：包括入口導流板、均流板等，使含塵氣體均勻通過電場區，減少局部氣流過快或分布不均。
5. 粉塵清除與收集裝置：乾式設備常以振打裝置使電極上的粉塵脫落，再由灰斗收集；濕式設備則以水或洗液沖洗電極表面，將粉塵帶走。
6. 外殼及出口裝置：外殼構成氣體通道並支撐內部設備，淨化後氣體由出口排出。

靜電集塵器的種類

一、依放電電極與集塵電極的幾何形狀分類

核心觀念

濕式洗滌塔（wet scrubber）是利用氣體與液體直接接觸，使污染物由氣相或粒子表面轉移至液相，再透過液滴捕集、溶解、吸收或化學反應達到去除目的的控制設備。設計時可依污染物性質、粒徑、氣體流量、所需去除效率及壓降，選擇不同的接觸方式與塔型。

本題主要考查兩部分：一是粒狀污染物如何由氣流轉移至液滴；二是氣狀污染物如何溶入洗滌液或與其反應，以及常見濕式洗滌塔的分類。

解題方法

作答時先說明「氣液接觸與污染物移除」的共同原理，再分別交代粒狀與氣狀污染物的捕集機制，最後依氣液接觸方式整理洗滌塔種類。這樣可同時呈現設備原理與分類依據。

一、粒狀污染物的去除原理

含塵氣體與噴霧液滴、液膜或液體表面接觸時，粒子因下列作用離開氣流並進入液相：

• 慣性碰撞：粒子因慣性無法隨氣流繞過液滴，直接撞上液滴或濕潤表面。
• 攔截：粒子沿氣流移動時，因與液滴或液膜接近而被捕捉。
• 布朗擴散：極細粒子受布朗運動影響，增加與液滴碰撞的機會。
• 凝集與潤濕：粒子碰撞後附著於液滴，或先被潤濕，再隨液體排出。

一般而言，增加氣液相對速度、液滴與粒子的接觸機會，能提升捕集效率；但常伴隨較高壓降、能耗或液滴夾帶。

二、氣狀污染物的去除原理

氣狀污染物由氣相傳至液相，主要包括：

• 吸收與溶解：污染物由氣體主體經氣膜、液膜傳質後溶入洗滌液。
• 化學反應：洗滌液加入適當藥劑，使污染物反應生成較穩定、易處理的物質；例如酸性氣體可用鹼液中和。
• 提高傳質效果：增加氣液接觸面積、接觸時間及液氣比，並維持適當的洗滌液濃度與酸鹼值，可提升去除效果。

氣體吸收的傳質速率可概念式表示為：

其中 $N_A$ 為污染物傳質速率，$K_G$ 為氣相總傳質係數，$a$ 為單位設備體積的氣液接觸面積，$p_A$ 為氣相中污染物分壓，$p_A^*$ 為與液相平衡時的分壓。此式說明，增大接觸面積或傳質推動力，通常有助於吸收。

濕式洗滌塔的種類

核心觀念

本題考查氣體污染物的吸附處理原理、吸附機制、傳質步驟，以及常用吸附劑的性質與適用對象。吸附是污染物由氣相移至固體表面並累積的過程；固體稱為吸附劑（adsorbent），被吸附的氣體或蒸氣稱為吸附質（adsorbate）。

吸附與吸收須加以區別：吸附主要發生在固體表面；吸收則是物質進入液體或固體的體相內部。

物理吸附與化學吸附

物理吸附通常受污染物分壓、孔隙結構及吸附劑表面積影響；化學吸附則著重吸附劑與污染物間的反應性及表面活性位。

吸附作用的步驟

氣態污染物通過吸附床時，主要依序經歷下列傳質與固定步驟：

1. 主體氣流傳送：污染物隨氣流移至吸附劑顆粒外部。
2. 外部膜擴散：污染物穿過顆粒表面的氣膜邊界層，抵達吸附劑外表面。
3. 孔隙內擴散：污染物由外表面進入吸附劑孔隙，向內部孔壁及活性表面移動。
4. 表面吸附：污染物附著於孔壁或表面活性位置；可由物理作用力或化學反應固定。

實際吸附處理中，整體速率受最慢的傳質或表面反應步驟控制。吸附床操作一段時間後，污染物會逐漸累積於床層，形成傳質區並向床尾推進；床尾出現污染物突破時，便需更換或再生吸附劑。

常用吸附劑特性及適用污染物

核心觀念

噪音控制可分為噪音源控制、傳播途徑控制及受音者防護。本題聚焦於噪音源控制：先找出噪音如何產生，再設法降低聲源本身的聲功率或振動能量。源頭控制通常最直接，也能同時改善多個受音位置的噪音。

噪音可能來自機械振動、衝擊、摩擦、氣流或液流紊亂、燃燒與排氣等。控制前須辨明主要聲源、頻率特性及傳播型態，避免只看總音量就採用不對症的措施。本題是申論題，沒有選項，亦不涉及特定法條或計算公式。

解題方法：依「調查、辨識、排序、控制、確認」作答

一、調查噪音問題

確認噪音發生的設備、製程、操作狀態、時間與受影響位置，並量測聲級及頻譜。量測應涵蓋代表性的運轉情況；若設備有不同負載或轉速，也要一併記錄。

二、辨識聲源與產生機制

拆解設備或製程中的噪音來源，例如馬達、齒輪、軸承、風扇、泵浦、管路、排氣口及外殼板件。再判斷噪音主要屬於：

• 振動或結構音：機件振動傳至底座、管路或外殼，再由表面輻射成聲音。
• 空氣動力音：風扇、噴流、排氣或紊流造成的氣流噪音。
• 衝擊音：零件碰撞、落料、沖壓或間歇性敲擊。
• 摩擦與運轉音：軸承、齒輪或滑動部件因摩擦、磨耗或間隙產生噪音。

可配合近場量測、頻譜分析、逐一啟停設備或暫時隔離部件，判定各聲源對整體噪音的貢獻。

三、排列優先順序

將各聲源依噪音貢獻、持續時間、受影響程度、改善可行性與成本排序，優先處理主要聲源。多個互不相關的聲源合成總音量時，應以能量方式相加：

因此，分貝值不能直接作算術相加；降低貢獻最大的聲源，通常較能有效降低總噪音。

四、選擇並實施源頭控制

依噪音產生機制選擇措施，並盡量在設備設計、採購或製程規劃階段納入低噪音要求。主要方法如下：

1. 降低振動與機械噪音

• 改善設備平衡、同心度、齒輪精度及軸承狀況，減少偏心、鬆動與磨耗。
• 加強機件固定，避免薄板、護罩或外殼共振；必要時採用阻尼材料抑制振動。