109 高普考高考三級 環保行政 空氣污染與噪音防制 考古題詳解
第 一 題20 分
噪音管制標準日、晚、夜間不同,環評審查常遇到開發單位在自設的監測點,於環評、施工和營運期間,日間噪音皆符合管制標準,但晚間或夜間噪音常超出管制標準。開發單位常以晚間或夜間受交通噪音影響來回應,請詳細說明如何以科學化之方式釐清噪音超標是否為開發單位的責任。
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核心觀念
本題旨在測驗考生在環境影響評估(環評)審查及噪音防制實務中,對於**「複合噪音源之責任歸屬分離」與「背景噪音修正評估技術」**的整合應用能力。
- 法規依據(以命題當年民國 109 年法規為準):
- 《噪音管制法》第 9 條及《噪音管制標準》:各類噪音管制區依日、晚、夜間分別訂有工廠(場)、營建工程或固定設施之周界均能音量()與低頻均能音量(,頻率範圍 )限值。夜間因背景環境安寧需求高,標準最為嚴格。
- 行政院環境保護署公告之「環境噪音測量方法」(NIEA P201)與「陸上運輸系統噪音測量方法」(NIEA P206)。
現行法已修正:行政院環境保護署已於民國 112 年改制為環境部,原環境檢驗所相關檢驗測定方法代碼亦由國家環境研究院陸續重新編號公告,但核心聲學量測物理原理與判別準則維持不變。
- 聲學能量疊加與扣除原理: 受體點所測得之總音壓位準()為開發單位產生的待測噪音()與環境背景交通噪音()的能量疊加: 若欲單獨計算開發單位貢獻值,理論上採能量相減式:
- 背景噪音修正判定準則: 設差值 :
- :背景噪音對總音量影響小於 ,忽略不計,。
- :需依上述能量扣除公式(或法規修正對照表)進行背景噪音修正。
- :背景噪音過大,無法直接藉由周界單點測量分離開發單位噪音,須採行其他輔助科學量測與聲學模式推估。
解題方法
本題之科學化釐清架構應從「時域分析」、「頻域分析」、「空間布局」與「源頭反推模式」四個維度,配合現場控制實驗進行系統化鑑定,具體步驟如下:
一、 現場控制比對量測法(開關機 On/Off 測試)
這是科學上最直接的因果判定方法:
- 協調停機監測:協調開發單位於夜間超標時段,在製程、運轉設備(如冷卻水塔、空調機房、風機、泵浦)或施工機具全數暫停運作(Off)的狀態下,於同一監測點連續量測道路交通背景噪音 。
- 全載開機監測:在相同道路交通條件(相近車流量與車種組成之夜間時段),恢復全載作業(On),量測總噪音量 。
- 計算淨貢獻量:
- 若 ,以 計算其責任音量。若修正後之 超過夜間噪音管制標準,即屬開發單位責任。
- 若開機前後音量無顯著差異(),且車流完全支配音場,則超標主因歸於交通背景。
二、 時間歷程與統計音量指標分析法(Time History & Statistical Descriptors)
利用交通噪音與固定設備噪音在時間序列上的物理特性差異進行區別:
- 指標分離:
- 或 (峰值音量):代表間歇性、衝擊性事件。道路車輛(尤其是大貨車、改裝車呼嘯而過)會造成 顯著突波。
- 或 (底噪/背景音量):代表在該時段內有 以上時間皆超過的穩態音量。工廠冷卻水塔、空調室外機、抽排風系統多屬持續運轉之「穩態噪音」(Steady-state noise),其能量會直接反映並墊高 。
- 判定法則:
- 繪製夜間連續音壓時間歷程曲線()。
- 若夜間測得之 已單獨超過該區夜間噪音管制標準,由於交通車流在夜間具有間歇性空檔(Traffic gaps),底噪 絕非來自離散車流,可直接科學判定為開發單位廠內固定連續設備之責任。
三、 1/1 與 1/3 八音度頻譜分析法(Frequency Spectrum Analysis)
不同聲源具有獨特的頻譜特徵(Acoustic Signature):
- 特徵頻段比對:
- 道路交通噪音:多為寬頻混合聲,以輪胎與路面滾動噪音(約 )及引擎進排氣中低頻為主,頻譜呈平滑分布。
- 機電固定設備:常伴隨特定旋轉頻率引發之「純音(Pure Tone)」或共振峰值,多集中於低頻段(,如馬達倍頻、變壓器 嗡鳴聲、葉片通過頻率 BPF)。
- 分析判斷: 利用具備 八音度頻譜分析功能的噪音計,分析超標時段的頻譜。若在夜間超標頻譜中出現與交通特徵不符、但與廠內機電設備運轉轉速對應之突出頻波(突出周圍背景頻段達 以上),可確立該超標為開發單位機電設備所致。
第 二 題20 分
管制空氣污染物需要科學數據佐證,因此正確推估污染物的排放量,進而建立完整排放清冊,是空氣品質管理策略的重要參考依據,請詳述如何進行空氣污染物排放量推估。
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核心觀念
本題考查空氣品質管理的核心基石——「空氣污染物排放量推估技術體系與作業流程」,涉及環境工程量化推估、法規申報層級及國家空氣污染物排放清冊(TEDS)的建置原理。
- 法規依據與定義(以命題當年民國 109 年法規為準):
- 《空氣污染防制法》第 16 條(防制費徵收依據)、第 20 條(排放標準)、第 21 條(定期申報)。
- 《公私場所固定污染源空氣污染物排放量申報及收費辦法》明定固定源排放量推估之數據採納優先順序與方法。
現行法已修正:行政院環境保護署已於民國 112 年 8 月改制升格為「環境部」,法規主體由環保署變更為環境部,惟推估科學方法體系與排放量計算原理維持一致。
- 核心計量原理:
- 污染源分類體系:點源(Point Sources)、線源(Line Sources)、面源(Area Sources)、生物與自然源(Biogenic/Natural Sources)。
- 推估基本公式(排放係數法): 式中: 為污染物排放量(Emissions); 為活動強度(Activity Level/Rate); 為未防制排放係數(Uncontrolled Emission Factor); 為污染防制設備綜合處理效率(Overall Efficiency, %)。
- 防制設備綜合效率公式: 式中: 為廢氣收集效率(%); 為防制設備去除效率(%)。
解題方法
推估空氣污染物排放量並建立排放清冊,應建立層次清晰的作答架構,由「界定分類」、「推估方法體系(含公式與優先級)」、「推估標準作業流程(SOP)」至「品質保證與品管(QA/QC)」循序開展:
一、 界定污染源範疇與目標污染物
推估前須先將污染源分類,以決定相應的推估策略:
- 固定點源:具有特定煙道、排氣口之大型工廠或發電廠。
- 移動線源:行駛於道路上之機動車輛(公路線源),以及船舶、航空器、軌道機車(非公路移動源)。
- 逸散面源:無特定排氣口且分散大面積之污染源,包括營建工地揚塵、餐飲油煙、塗裝有機溶劑揮發、農業露天燃燒、畜牧氨氣等。
- 生物與自然源:植物林相排放之揮發性有機物(BVOCs,如異戊二烯、單萜烯)、裸露地受風蝕揚塵等。
- 目標管制污染物:總懸浮微粒()、懸浮微粒()、細懸浮微粒()、硫氧化物()、氮氧化物()、一氧化碳()、非甲烷碳氫化合物()及氨氣()。
二、 空氣污染物排放量推估方法體系
推估方法依數據準確度與優先等級(Tier 1 至 Tier 3),主要包含下列五種:
- 連續自動監測設施法(CEMS):
- 原理:利用裝設於煙道之自動監測儀器,直接、連續量測污染物排氣濃度與廢氣排氣量。
- 計算公式: 式中: 為第 時段監測濃度(); 為第 時段乾基排氣量(); 為運轉時間(); 為總排放量()。
- 評價:精確度最高,但建置與校正維護成本極高,適用於大型燃煤電廠、焚化爐及鋼鐵廠等主要煙道。
- 現場定期檢測法(Stack Sampling & Testing):
- 原理:依據標準檢驗方法進行煙道人工採樣分析,取得代表性操作條件下之排氣濃度與流量。
- 計算公式: 式中: 為檢測平均濃度(); 為標準狀態平均排氣量(); 為實際運轉時數()。
- 評價:具現場代表性,惟易受製程負載波動、非連續性批次操作之影響而產生推估偏差。
- 質量平衡法(Mass Balance):
- 原理:依據質量守恆定律,輸入系統之物質質量必等於輸出量、蓄積量、反應消耗/轉化量與未控制逸散量之總和。
- 計算公式: 若針對燃料中硫成分轉化為 (化學計量平衡): 式中: 為燃油使用量; 為燃油含硫率(重量百分比); 為 轉化為 之分子量比值。
- 評價:適用於溶劑使用製程(如凹版印刷、塗裝塗料之 VOCs)及燃料燃燒之硫氧化物推估。
- 排放係數法(Emission Factor Method):
- 原理:藉由大規模統計實驗建立單位活動強度對應之污染物未控制排放量基準值,為國內建立排放清冊(TEDS)最普遍的方法。
- 計算公式: 式中: 為活動強度(如原料使用量、產品產量、車輛行駛里程 VMT 等); 為公告排放係數; 與 分別為收集率與防制設備去除率(%)。
- 評價:作業成本最低、適用對象最廣(特別是面源與移動源),但極度依賴係數本土化之準確性。
第 三 題20 分
行政院環境保護署於 107 年發布「鍋爐空氣污染物排放標準」,加嚴鍋爐的粒狀污染物、硫氧化物及氮氧化物排放標準,也於 108 年針對三級防制區內氮氧化物()年排放量達 40 公噸以上的「既存固定污染源」加嚴削減準則。氮氧化物的控制目前在部分事業單位是一個挑戰,請詳細說明固定污染源可採用的氮氧化物控制技術。
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核心觀念
本題旨在評量考生對固定污染源氮氧化物()生成機制與防制工程技術的整合應用能力。
- 法規依據(以命題當年民國 109 年法規為準):
- 行政院環境保護署於民國 107 年 9 月 19 日發布之「鍋爐空氣污染物排放標準」,不分鍋爐規模與燃料類別,統一加嚴 排放標準至 (既存鍋爐給予緩衝至 109 年 7 月 1 日施行)。
- 民國 108 年依據《空氣污染防制法》第 6 條第 3 項發布「既存固定污染源空氣污染物削減準則」,針對臭氧三級防制區內 年排放量達 40 公噸以上之既存污染源,強制要求採行指定防制技術或達到指定削減率。
- (現行法規提醒:主管機關行政院環境保護署已於民國 112 年 8 月改制為「環境部」,鍋爐標準與各項削減規定持續依最新公告實施。)
- 生成機制(防制技術之學理基礎):
- 熱力型(Thermal ):高溫(通常大於 )下,燃燒空氣中的 與 經由 Zeldovich 機制反應生成,生成量隨溫度呈指數上升。
- 燃料型(Fuel ):燃料內部所含的有機氮化物(如煤、重油中之吡啶、喹啉等)在熱解與氧化過程中轉化生成,約占化石燃料燃燒 總量的 60%~80%。
- 快速型(Prompt ):低溫富燃區內,烴類自由基(、)與空氣中 反應生成含氮中間產物(、),再氧化成 ,生成量通常少於 5%。
解題方法
回答固定污染源空氣污染物防制技術時,最佳架構應循工程控制邏輯——**「燃燒前改善(源頭減量) 燃燒中改善(抑制生成) 燃燒後處理(末端防制)」**由淺入深展開。此法邏輯嚴密,能完整涵蓋技術原理、關鍵操作參數(如溫度、化學計量比)、削減效率及工程限制。
選項分析(本題為申論題,依技術分類系統化深度剖析)
一、燃燒前控制技術(Pre-combustion Control)
- 燃料切換/替代(Fuel Switching):
- 原理:改用無氮或低氮燃料(例如將生煤、重油改為天然氣或液化石油氣)。
- 特點:能從根源消除「燃料型 」,但天然氣高溫燃燒仍會生成「熱力型 」,通常需搭配燃燒改善技術。
二、燃燒中控制技術(Combustion Modification)
透過改變燃燒環境(降低最高燃燒火焰溫度、降低燃燒區氧氣濃度、縮短高溫滯留時間),抑制 Thermal 及 Fuel 生成。
- 低氮氧化物燃燒器(Low- Burner, LNB):
- 原理:利用空氣分級或燃料分級設計,延緩燃料與空氣的混合速率,使燃燒初期處於富燃(Fuel-rich)缺氧狀態,抑制氮氧化反應;後續再補足空氣完全燃燒,避免形成高溫峰值火焰。
- 削減效率:約 30%~50%。
- 分段燃燒技術(Staged Combustion):
- 空氣分段(Overfire Air, OFA):初級燃燒區維持亞化學計量比(空氣比 ),降溫且低氧,未完全燃燒的氣體上升至爐膛上方注入二次空氣(OFA)完成燃燒。
- 燃料分段(Reburning):在主燃區上方注入二次燃料形成還原區,將已生成的 還原為 。
- 削減效率:約 30%~60%。
- 煙道氣再循環(Flue Gas Recirculation, FGR):
- 原理:將 10%~25% 的低溫惰性排氣引回燃燒室作為稀釋氣體,吸收燃燒熱降低火焰尖峰溫度,並降低局部氧濃度。
- 削減效率:約 20%~50%(對抑制 Thermal 尤為顯著)。
- 低過剩空氣操作(Low Excess Air, LEA):
- 原理:在維持燃燒安全與效率下,精確調降過剩空氣量,減少燃燒室游離氧濃度,抑制 生成。
- 削減效率:約 10%~20%。
- 水/蒸汽注入法(Water/Steam Injection):
- 原理:將水或飽和蒸汽直接注入燃燒區,利用相變潛熱吸收熱量以降低火焰溫度。常見於氣渦輪機(Gas Turbine)。
- 缺點:會微幅降低機組熱效率。
三、燃燒後控制技術(Post-combustion / Flue Gas Treatment)
煙道氣末端脫硝(De-)技術,主要利用還原劑將排氣中的 還原為無害的 與 。
第 四 題20 分
請詳述什麼是逸散性污染及列舉至少 3 項逸散性污染源,請分別註明是粒狀物或氣態污染物之逸散性污染。
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核心觀念
本題旨在測驗考生對於空氣污染防制核心基礎名詞「逸散性污染」之學理與法規定義,以及對常見固定污染源與逸散污染型態(粒狀物 vs. 氣態污染物)的歸納分類能力。
本題涉及之法規依據(以命題當年民國 109 年法規為準):
- 《空氣污染防制法》第 2 條第 10 款:「逸散排放:指空氣污染物未經排氣管道系統排放,而直接散布於空氣中。」(現行法主管機關雖於民國 112 年改制為環境部,該法條條文內容並未變動)。
- 《空氣污染防制法施行細則》第 4 條:「本法第二條第十款所稱逸散排放,指空氣污染物未經集氣系統收集或密閉排氣系統排放,逕行排放、洩漏或散布於空氣中者。」
在環境工程學理上,空氣污染源依排放形式主要分為兩大類:
- 管道排放(Point / Stack Source):污染物經過特定密閉集氣系統收集,導引至處理設備後由煙囪或排氣導管排放。
- 逸散排放(Fugitive Emissions):污染物未經有效集氣或密閉系統捕捉,呈「無組織排放(Non-point / Unconfined Emission)」,直接由操作設備、物料堆放、裝卸或開闊地面洩漏、擴散或被風力擾動至周界大氣中。
解題方法
本題為標準的觀念問答與分類申論題,作答策略採「定義闡述 工程特性剖析 實務污染源對稱列舉」的三段式切入法:
- 詳述逸散性污染:先以法規嚴謹定義破題,再補足環境工程學理意涵(產生機制、擴散途徑、防制困難點),突顯回答之廣度與深度。
- 列舉污染源與污染物形態標註:題目規定「至少 3 項」,實戰作答建議列舉 4 項(粒狀物 2 項、氣態 2 項),維持答題架構之平衡與完整度。針對每一項污染源,明確列出「污染源名稱」、「主要污染物種類」、「物理形態標註(粒狀物或氣態)」以及「逸散發生機制」。
選項分析
本題為非選擇題(申論題),針對評分委員之評閱要點與作答盲點進行剖析:
- 定義完整性要求:若僅以口語回答「煙囪以外排出的污染」,難以取得完整分數;必須明確寫出「未經排氣管道/集氣系統」及「直接散布於空氣中」等法規核心要件,並說明其無組織擴散之特性。
- 污染源列舉之精確度:若僅籠統列出「工廠、工地、馬路」,屬於不及格之空洞回答;應指明具體製程單元或作業行為,例如「石化廠設備元件洩漏」、「露天堆置場裝卸作業揚塵」。
- 強制標註形態要件:題目特別要求「分別註明是粒狀物或氣態污染物」,此為評分關鍵查核點,若遺漏標註或混淆物態,將會被直接扣分。
解題技巧
- 二分法配對速記法:
- 粒狀逸散源:牢記「露天堆置風蝕」與「地表車行擾動」(關鍵物為砂石、灰塵等粗細粒狀物)。
- 氣態逸散源:牢記「管閥設備元件洩漏」與「揮發性儲槽裝載」(關鍵物為揮發性有機物 VOCs 或惡臭氣體)。
- 避開常見陷阱:
- 煙囪排氣管若防制設備故障而冒黑煙,屬於「管道排放(點源)超標」,並非逸散性污染。
- 機車排氣管排放廢氣亦屬於管線排放,非屬逸散排放;但車輛行駛時輪胎摩擦擾動地面揚起之塵土,則屬於「車行揚塵逸散」。
第 五 題20 分
請論述有害空氣污染物的定義、分類及控制技術。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題評量考生對空氣污染防制法規體系中「有害空氣污染物」(Hazardous Air Pollutants, HAPs / Air Toxics)之基礎學理、法規定位與工程控制實務的掌握程度。
- 法源與時空背景: 本題以命題當年(民國 109 年)法規為準。民國 107 年 8 月 1 日修正公布之《空氣污染防制法》第 20 條第 2 項及第 3 項明定:「公私場所固定污染源排放有害空氣污染物者,中央主管機關應依健康風險評估結果及可行控制技術,訂定排放標準」、「前項有害空氣污染物之種類及健康風險評估指引,由中央主管機關定之」。(現行法已於民國 110 年 2 月正式發布《固定污染源有害空氣污染物排放標準》,將多項物種納入專法管制,後續並逐步滾動增列。)
- 學理意涵: 有別於傳統「基準空氣污染物」(Criteria Air Pollutants,如 、、、、、、含鉛微粒)多以區域環境大氣涵容能力與總量管制為導向,HAPs 具有「低環境濃度、高健康風險、高毒性蓄積」之特性,管制重點在於「微量即可能引發基因毒性、致癌性、生殖毒性或畸胎性」,其管制哲學由排放容許標準推進至「最大可達成控制技術」(MACT)與「殘餘健康風險評估」。
解題方法
本題為標準的申論型題型,作答切入點應採「定義界定 系統性分類 對應工程控制技術 管理策略綜效」四部曲展開:
- 定義層次:先破題提出 HAPs 的核心本質(毒理學與公共衛生角度),再援引法規條文與管制哲學,將其與基準空氣污染物做出鮮明區隔。
- 分類層次:切忌僅以單一角度列舉化合物名稱,應展現環境工程的系統化思維,由「化學物理形態」(有機、無機氣體、重金屬微粒、持久性有機物)與「毒理效應」(致癌性、非致癌慢性、急性劇毒)兩大主軸建構分類矩陣。
- 控制技術層次:必須依污染物的物理化學形態「對症下藥」,分門別類探討:
- 有機性 HAPs(VOCs 系列):以破壞法(熱焚化、觸媒焚化、生物處理)與回收法(吸附、冷凝)為主。
- 無機氣態 HAPs(酸氣、氰化物):以化學中和吸收(洗滌塔)為主。
- 粒狀與重金屬/戴奧辛類:以高效袋濾機、靜電集塵,搭配活性碳噴入法(ACI)複合控制。
- 製程逸散源:輔以設備洩漏檢測與修護(LDAR)等源頭預防手段。
選項分析
本題為高普考申論題(非選擇題),無選項需逐一辨析。就申論作答之關鍵得分維度進行評分要點解構:
- 子題一:定義(約佔 25% 分數): 若僅答出「有害人體健康的物質」將難以取得高分;必須精準指出其「在低濃度下即可經由吸入、攝入或皮膚接觸,造成致癌、畸胎、基因突變或特定器官毒性」之毒理學本質,並引申出《空氣污染防制法》第 20 條以「健康風險評估」為核心之立法精神。
- 子題二:分類(約佔 35% 分數): 若只零散列舉苯、甲醛、鉛等物質,層次偏低;標準作法為雙軸分類:其一按「物化物種分類」(有機揮發性、無機氣體、重金屬及其化合物、微量持久性有機物 POPs),其二按「毒理健康危害分類」(國際癌症研究機構 IARC 致癌分類、系統性器官毒性),並舉出代表性物質。
- 子題三:控制技術(約佔 40% 分數): 常見失分點在於「只寫傳統大宗空污技術(如旋風集塵器、重力沉降室)」,此類設備對亞微米粒徑之重金屬或微量有機物去除效率極低。必須針對各物種指出專門技術(如戴奧辛之活性碳噴入配合袋濾機、VOCs 之蓄熱式焚化爐 RTO、微量酸氣之濕式填充洗滌塔),並納入逸散防制(LDAR)。
解題技巧
- 層次架構化:利用大標題(一、二、三)、小標題((一)、(二))及項目編號(1.、2.),使閱卷委員能於 30 秒內掌握答案全貌。
- 避開空污控制常見陷阱:
- 勿將一般旋風分離器(Cyclone)列為 HAPs 粒狀物主要控制設備(其對微細顆粒效率不足)。
- 探討有機 HAPs 觸媒焚化時,務必點出「需預防重金屬或鹵素導致觸媒中毒」的工程限制。
- 提及戴奧辛(PCDD/Fs)時,應點出低溫重合成(De Novo Synthesis)區間()之驟冷控制,再搭配活性碳吸附。
- 加分關鍵詞:MACT(最大可達成控制技術)、LDAR(設備洩漏檢測與修護)、ACI(活性碳噴入法)、RTO(蓄熱式焚化爐)、IARC 致癌分類、健康風險評估。
【答案】
一、有害空氣污染物之定義
- 學理定義: 有害空氣污染物(Hazardous Air Pollutants, HAPs,或稱 Air Toxics)指排放至大氣環境中,即使呈現極微量或低環境濃度,仍具有直接或間接造成人體致命、罹患嚴重疾病、引發畸胎、突變、致癌,或對生態環境產生不可逆負面衝擊之空氣污染物。
- 法規定義與意旨: 依據命題當年(民國 109 年)《空氣污染防制法》第 20 條第 2 項及第 3 項規定,主管機關應依健康風險評估結果及可行控制技術,公告有害空氣污染物種類並訂定固定污染源排放標準。HAPs 之管制不同於以環境容許涵容能力為基礎之基準空氣污染物(Criteria Air Pollutants),其核心在於透過毒理學分析與人體健康風險評估(殘餘致癌風險小於 ),導向源頭減量與採用「最大可達成控制技術」(MACT)。
二、有害空氣污染物之分類
為利於工程控制與風險管理,學界與法規實務主要依據「化學組成與物理相態」及「人體健康危害效應」進行分類:
(一) 依物理相態與化學組成分類
- 揮發性有機有害空氣污染物(VOC-HAPs):
- 常溫常壓下具高揮發性之含碳有機化合物,多來自石化製程、塗裝、印刷或溶劑使用。
- 代表物質:苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲苯(Xylene)、氯乙烯(VCM)、三氯乙烯(TCE)、二氯甲烷、甲醛(Formaldehyde)等。