114 高普考高考三級 環保行政 水污染與土壤污染防治 考古題詳解

核心觀念

地面水水質指數是把多項水質監測結果整合成一個數值或等級，方便比較水體狀況與追蹤變化。河川與水庫的水文、生態特性不同，常用指數及其評估重點也不同：

• 河川：河川污染指數（RPI，River Pollution Index），用來判別河川的污染程度。
• 水庫：卡爾森優養指數（CTSI，Carlson Trophic State Index），用來判別水庫的營養狀態與優養化程度。

兩者各有著重：RPI主要反映有機污染及其造成的耗氧情形；CTSI主要反映藻類生產與營養鹽造成的優養化。單一指數無法代表全部水質風險。

解題方法

依序回答「指數適用水體與代表意義 → 參數及關注重點 → 指數盲點與補充參數」，並比較河川與水庫指數的評估目的。如此能涵蓋題目要求，也能說明指數分數背後代表的環境意義。

一、河川污染指數 RPI

適用水體與代表意義

RPI主要用於河川水質污染程度的判別，依計算結果將河川分為未（稍）受污染、輕度污染、中度污染及嚴重污染等級。其設計重點是以代表性水質項目的分級點數，呈現河川受到污染的程度。

RPI的四項參數及其反映面向如下：

參數	主要反映面向
溶氧量（DO）	水體供氧狀況；低溶氧可能反映耗氧污染或水體復氧能力不足
生化需氧量（BOD₅）	可生物分解有機物造成的耗氧需求
懸浮固體（SS）	水中懸浮顆粒及濁度相關的污染負荷
氨氮（NH₃-N）	含氮污染及硝化作用可能造成的耗氧負荷

各參數依濃度或溶氧狀況換算成污染點數後，取四項點數的算術平均：

$$RPI=\frac{P_{DO}+P_{BOD_5}+P_{SS}+P_{NH_3-N}}{4}$$

其中，$P_i$為各參數依分級標準換算的污染點數。須留意 DO 為溶氧量，數值愈低通常代表污染情形愈不利；其餘項目的點數則依各自濃度分級決定。

評論與限制

RPI主要呈現有機污染、耗氧狀況及懸浮固體負荷。DO、BOD₅與氨氮能反映有機物分解、含氮污染及其對氧平衡的影響；SS則補充顆粒物負荷資訊。這組參數適合快速掌握河川常見污染狀況，但不能涵蓋所有污染類型。

例如，RPI未直接納入病原微生物、重金屬、農藥、其他有機毒物、營養鹽磷及河川生物群聚狀況；單看RPI可能無法辨識毒性污染或生態影響。

二、水庫卡爾森優養指數 CTSI

適用水體與代表意義

CTSI主要用於水庫等湖庫型水體，評估其營養狀態與優養化程度。卡爾森指數愈高，通常代表藻類生產或營養狀態愈高，優養化問題愈明顯。常用分類為：

• CTSI 小於 40：貧養
• CTSI 介於 40 至 50：普養
• CTSI 大於 50：優養

CTSI以三項參數計算：

核心觀念

本題考查土壤與地下水污染管制標準中的重金屬項目，以及砷、六價鉻、鉬在水體中的化學形態、價態與傳輸特性。法規依據為《土壤及地下水污染整治法》第六條第二項所訂的《土壤污染管制標準》與《地下水污染管制標準》。以下以命題當年（民國 114 年）法規為準。

兩項標準的共同重金屬為八種：砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅。地下水標準另列銦、鉬，備註規定：製程使用含銦、鉬原料的行業辦理污染潛勢調查時，地下水須檢測這兩項。這不是所有地下水調查一律加測，而是與行業製程及原料使用情形有關。

解題方法

先依標準整理管制項目，再從各元素在水中的常見化學形態，辨認形成含氧陰離子的元素。含氧陰離子通常較易溶於水，在土壤中的吸附、沉澱行為與常見以陽離子存在的重金屬不同，因此可能較容易隨地下水移動。

管制重金屬與價態

元素	土壤管制	地下水管制	水中重要價態或形態
砷（As）	是	是	常見砷(III)、砷(V)；砷(V)常以砷酸根含氧陰離子存在
鎘（Cd）	是	是	常見 Cd(II)，以陽離子形態為主
鉻（Cr）	是	是	Cr(III)常為陽離子；Cr(VI)常以鉻酸根等含氧陰離子存在
銅（Cu）	是	是	常見 Cu(I)、Cu(II)，以陽離子或錯合物形態為主
汞（Hg）	是	是	常見 Hg(0)、Hg(I)、Hg(II)，水中形態受環境條件及錯合作用影響
鎳（Ni）	是	是	常見 Ni(II)，以陽離子形態為主
鉛（Pb）	是	是	常見 Pb(II)，以陽離子形態為主
鋅（Zn）	是	是	常見 Zn(II)，以陽離子形態為主
銦（In）	否	是，依備註適用	常見 In(III)，多為陽離子或錯合物形態
鉬（Mo）	否	是，依備註適用	常見 Mo(VI)，多以鉬酸根含氧陰離子存在

以陰離子形態存在的重點元素為砷、鉻、鉬，但要注意其形態會受氧化還原條件、pH 等影響：

• 砷：氧化條件下，砷(V)常以砷酸根含氧陰離子存在；還原條件下，砷(III)常以亞砷酸形態存在，在一般地下水 pH 條件下不一定帶負電。因此作答時宜寫明「砷的氧化態與 pH 會影響其是否呈陰離子」。
• 鉻：Cr(VI)以鉻酸根或重鉻酸根等含氧陰離子存在；

（一）PFAS 的定義、種類數與環境污染重要性

核心觀念

PFAS 是「全氟和多氟烷基物質」的總稱，涵蓋具有不同碳鏈長度與官能基的一大類含氟有機化合物。依 OECD 2021 年定義，分子中至少含有一個完全氟化的甲基或亞甲基碳原子，即碳原子上連接的其他原子不是氫、氯、溴或碘，即屬於 PFAS。

依採用的定義與資料庫不同，估計的 PFAS 數量有所差異；以較廣泛的 OECD 定義計，已知種類超過 10,000 種。較早期文獻常見的數字約為 4,700 種，兩者差異主要來自定義範圍與化學物質清單更新。

解題方法

作答時依序交代「化學結構定義、種類數、環境問題」，再說明其為何被稱為「永遠的化合物」。PFAS 中穩定的碳氟鍵使許多化合物不易在自然環境中分解，部分 PFAS 也具有較高移動性及生物累積性，因此能在環境中長期存在，並經由水、土壤、食物鏈等途徑擴散。

環境污染的重要性

PFAS 曾廣泛用於防水、防油、耐熱及耐化學腐蝕產品，例如消防泡沫、紡織品、塗層與部分工業製程。生產、使用及廢棄過程可能造成水體與土壤污染。其環境重要性包括：

• 持久性高：許多 PFAS 不易自然分解，可在環境中長期殘留。
• 傳輸範圍廣：可隨水流、地下水或大氣傳輸，污染源與受污染地點可能相距甚遠。
• 生物累積與健康疑慮：部分 PFAS 可在生物體內累積，長期暴露與多項健康不良影響相關。
• 治理不易：傳統水處理程序通常難以有效去除 PFAS；吸附或分離處理也會產生需進一步處置的濃縮廢液或廢吸附材。

（二）常見檢出物、PFHxS 名稱與水處理技術

核心觀念

環境水體中常受關注、也常被檢測的代表性 PFAS 為：

1. PFOA：全氟辛酸（perfluorooctanoic acid）。
2. PFOS：全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonic acid；

核心觀念

溶氧（dissolved oxygen, DO）是溶解於水中的分子態氧，通常以 $\mathrm{mg/L}$ 表示。河川中的氧氣主要來自大氣復氧與水生植物、藻類的光合作用；水中生物呼吸、有機物分解與化學氧化則會消耗氧氣。DO 因此反映河川供氧與耗氧的平衡，是判斷水質、生態條件及污染影響的重要指標。

台灣《地面水體分類及水質標準》按用途與環境基準分級，河川溶氧標準依序為甲類 $\geq 6.5$、乙類 $\geq 5.5$、丙類 $\geq 4.5$、丁類 $\geq 3$、戊類 $\geq 2\ \mathrm{mg/L}$。以命題當年（民國 114 年）法規為準。

解題方法與作答要點

作答可依「溶氧代表的意義—影響因素—低溶氧改善」三部分鋪陳。說明因素時，掌握「供氧來源」與「耗氧來源」兩類；提出改善措施時，則先削減污染與耗氧，再補充氧氣並維持河川流動，才能處理根本原因。

一、溶氧在不同面向的意義

• 環境與水質： DO 是水體自淨能力與有機污染狀況的重要指標。水中有機物經微生物分解會消耗氧氣；若有機污染負荷過大，溶氧下降，顯示水體供氧趕不上耗氧。DO 須與生化需氧量（BOD）、氨氮等指標合併判讀，不能單獨作為污染程度的完整判斷。
• 生態： 魚類、底棲生物及好氧微生物需要氧氣維持呼吸與代謝。溶氧過低會造成生物生長、活動及繁殖受阻，嚴重時可能發生魚類死亡，並使生物群聚組成改變。耐低氧生物較能存活，生態多樣性與穩定性可能下降。
• 遊憩與景觀： 低溶氧常伴隨有機物分解、惡臭及水質惡化，降低親水、觀賞及遊憩品質；若水域供氧不足，也會削弱其作為休閒環境的適宜性。遊憩安全仍須同時考量病原菌、毒性物質等其他水質因素。

二、影響河川溶氧的因素

供氧因素：

1. 大氣復氧： 水面與空氣接觸，氧氣由大氣傳入水中。河川流速快、跌水、湍流或水面擾動強時，氣水交換通常較旺盛。
2. 光合作用： 藻類及水生植物在有光時行光合作用，釋出氧氣；日照及植物、藻類生產力會影響供氧量。

耗氧因素：

1. 有機物分解： 微生物分解生活污水、畜牧廢水或事業有機廢水中的有機物，會消耗溶氧，並提高 BOD。
2. 生物呼吸： 魚類、水生動植物及微生物均會呼吸耗氧。

核心觀念

本題考查的是氨氮作為污染指標、毒性物質與營養鹽的多重意義，需串連污染來源、水域生態、自來水水源與處理、優養化等面向作答。

水中氨氮是以氮計的氨及銨離子總量，主要包括未離子態氨 $NH_3$ 與離子態銨 $NH_4^+$。兩者在水中會隨酸鹼值及水溫改變比例：

$$NH_4^+ \rightleftharpoons NH_3 + H^+$$

一般而言，水溫及 pH 值愈高，毒性較強的未離子態氨比例愈高。因此，判讀氨氮風險時，不能只看總氨氮濃度，也要考量水溫及 pH 值。

涉及法規數值時，以命題當年（民國 114 年）法規為準。《飲用水水源水質標準》規定，作為自來水及簡易自來水水源的地面水體或地下水體，氨氮不得超過 $1\ \mathrm{mg/L}$；《飲用水水質標準》所列飲用水氨氮（以氮計）限值為 $0.1\ \mathrm{mg/L}$。硝酸鹽氮的飲用水限值為 $10\ \mathrm{mg/L}$。本題無須推導放流水個別業別限值，重點是說明氨氮為何須受管制。

解題方法

建議依序採「來源 → 水域影響 → 飲用水水源與處理 → 優養化及削減意義」作答。先說明氨氮從何而來，再分別交代其直接毒性、對處理流程的影響，以及作為營養鹽造成的間接水質惡化，便能涵蓋題目指定的面向。

氨氮污染來源

氨氮可由含氮有機物分解及含氮廢水直接排入水體而來，常見來源包括：

• 生活污水：人體排泄物、廚餘及其他有機含氮物分解後，會形成氨氮。
• 畜牧廢水：糞尿及畜舍沖洗水含大量含氮物質，是常見的氨氮污染來源。
• 工業廢水：食品加工、化學製程等含氮製程廢水，可能含氨氮或可分解為氨氮的含氮物質。
• 農業與養殖排水：肥料流失、養殖魚蝦排泄物及殘餌分解，均會增加水中氮負荷。
• 自然分解與底泥釋出：水中生物遺體及有機物經微生物分解，亦會釋出氨氮。

氨氮濃度升高可作為水體受到生活污水、畜牧或其他含氮廢水污染的警訊；但應搭配其他水質指標與水文條件判讀，不能單憑氨氮數值直接認定污染來源。

生態及環境風險

1. 對水生生物的毒性 未離子態氨 $NH_3$ 較容易穿過魚類鰓部，干擾呼吸、離子調節及排氨作用，造成緊迫、生長受抑制、鰓部傷害，濃度過高時可導致死亡。幼生、魚卵及部分敏感物種通常更易受影響。

2. 毒性受水溫與 pH 影響 在總氨氮相同的情況下，較高水溫及較高 pH 會使 $NH_3$ 比例上升，生態毒性因而提高。藻類大量行光合作用時，午後水體 pH 可能升高，若水中氨氮偏高，魚類所受氨毒風險也會增加。

3. 硝化作用消耗溶氧 氨氮可經硝化作用轉化為亞硝酸鹽及硝酸鹽。硝化過程需要氧氣；氨氮負荷高時，微生物氧化氨氮所需的溶氧增加，可能加重水體缺氧。亞硝酸鹽亦會對水生生物造成毒性。

4. 反映水質與生態狀態 在清潔、溶氧充足的水體中，氨氮通常會經硝化及生物吸收等作用轉化或移除。若氨氮持續偏高，可能表示污染負荷大於水體自淨能力，應進一步追查污染源及水體的溶氧、pH、溫度等條件。

自來水水源及水處理