111 高普考高考三級 環境工程 空氣污染與噪音控制技術（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗考生對於我國移動污染源（Mobile Sources）管制策略演進脈絡之通盤理解。移動源因具備「數量龐大、高流動性、排氣高度接近人體呼吸帶」等特性，為都市空氣品質（尤其 $\text{CO}$、$\text{HC}$、$\text{NO}_x$、$\text{PM}_{2.5}$ 及臭氧前驅物）之主要肇因。

本題主要涉及之法規與觀念（以命題當年民國 111 年法規架構為準）：

1. 法源基礎：《空氣污染防制法》（下稱空污法）第四章「移動污染源管制」（第 36 條至第 46 條），涵蓋新車排放標準、製造／進口車型審驗、油品成分標準、使用中車輛定檢、召回改正及怠速熄火管制等；另包括第 40 條「空氣品質維護區」之劃設與移動源進出管制。 註：行政院環境保護署已於民國 112 年 8 月改制為「環境部」，法規主管機關現行由環境部承接，解題依命題當年架構為準。
2. 管制演進思維：歷程依技術成熟度與政策工具，由「末端管制（排氣標準／觸媒技術）」推進至「源頭與在用保養（油品改善／定檢制度）」，最終邁向「系統轉型與智慧零排放（運具電動化／空氣品質維護區）」。

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解題方法

本題為標準的政策發展與工程技術結合型申論題。閱卷評分關鍵在於結構對稱性與時間歷程邏輯。解題切入點應嚴格依循題目設定的「三個向度」（發展原因、管制對象、主要管制措施），並按歷史時間軸切割為三大階段展開說明：

1. 縱向開展：分段列出「第一階段」、「第二階段」、「第三階段」，每階段均獨立回答「發展原因」、「管制對象」、「主要管制措施」，切忌混雜混寫。
2. 橫向呼應：將污染物控制技術（如三元觸媒轉換器、柴油碳微粒濾清器 $\text{DPF}$）、燃料品質（超低硫化）以及管理制度（車型審驗、$\text{I/M}$ 檢驗、空品維護區）精準配置在各個對應階段。
3. 彙整收斂：在各階段詳述完畢後，歸納「三階段演進對照表」，使答案具備教科書級的完整度與可讀性。

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選項分析

本題為高普考申論題型，無選擇題選項。此處針對考生應掌握之評分要點與答題關鍵要素進行拆解分析：

1. 第一階段關鍵得分點：必須點出「引進國際新車排氣標準」、「三元觸媒技術普及」以及「汽油無鉛化」。若未提及無鉛化與新車審驗，該階段失分較多。
2. 第二階段關鍵得分點：核心在於「使用中車輛（$\text{In-use vehicles}$）」與「油品成分」。必須寫出「機車定期檢驗（$\text{I/M}$ 制度）」及「燃油降硫（超低硫汽柴油）」、「淘汰老舊二行程機車」。
3. 第三階段關鍵得分點：核心在於「綠色／電動運具」與「空間／智慧管制」。必須寫出「運具電動化路徑（2050 淨零）」與民國 107 年空污法修正後全面落實之「空氣品質維護區（$\text{AQMZ}$）智慧辨識執法」。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「一新二油三電區」

• 一新：第一階段著重新車末端審驗與排放標準（引進觸媒、汽油無鉛化）。
• 二油：第二階段著重在用保養（$\text{I/M}$）與潔淨油品（超低硫、淘汰二行程）。
• 三電區：第三階段著重運具電動化（零排放）與空氣品質維護區（空間智慧管制）。

2. 避坑指南：

• 勿將「固定污染源」管制手法（如連續自動監測 $\text{CEMS}$、許可證制度）誤置於移動污染源。
• 務必區分「新車」與「使用中車輛」之管制手段差異（新車重在「排氣審驗與耐久保證」；使用中車輛重在「定檢保養與汰舊換新」）。
• 「空氣品質維護區」為民國 107 年空污法修法亮點，屬第三階段之空間管理措施，切勿誤植至早期階段。

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【答案】

我國移動污染源污染管制歷經數十年發展，依管制思維、技術演進與政策工具，整體發展歷程可劃分為三個階段，各階段之發展原因、管制對象及主要管制措施說明如下：

一、第一階段：末端排放管制與新車審驗期（約民國 70 年代至 80 年代初）

1. 發展原因：

• 台灣經濟快速成長，都會區汽機車持有數量呈爆炸性增加，交通工具排氣造成嚴重之一氧化碳（$\text{CO}$）、碳氫化合物（$\text{HC}$）及光化煙霧（含臭氧及過氧乙醯硝酸酯 $\text{PAN}$）問題。
• 當時汽油普遍添加四乙基鉛作為抗震劑，導致都市空氣鉛污染嚴重，威脅人體健康。
• 國際間（如美國聯邦清潔空氣法案、加州空氣資源局 $\text{CARB}$）已發展出排氣後處理技術與排放標準，台灣遂參採國際經驗建立法規。

2. 管制對象：

• 製造端與進口端之新車（包括國產及進口之汽油小客車、機器腳踏車及柴油大客貨車）。
• 車用油品之重金屬含量（汽油含鉛量）。

3. 主要管制措施：

• 發布移動源排放標準：訂定發布「交通工具空氣污染物排放標準」（推動第一期、第二期標準），分階段加嚴各車種之一氧化碳（$\text{CO}$）、碳氫化合物（$\text{HC}$）、氮氧化物（$\text{NO}_x$）及黑煙排放限值。
• 建立新車型審驗制度：實施新車型排氣審驗、新車抽驗（$\text{COP}$）及耐久性保證制度，未取得排氣審驗合格證明者不得領牌照。
• 推動排氣後處理元件技術普及：強制汽油小客車全面配備含氧感知器與三元觸媒轉換器（$\text{TWC}$），大幅降低尾氣污染物。
• 推動汽油全面無鉛化：導入無鉛汽油，分階段調降汽油含鉛量，最終全面禁用有鉛汽油，避免觸媒轉換器鉛中毒失效並消除鉛危害。
• 路邊黑煙攔檢：對使用中柴油車實施路邊黑煙目測判煙與儀器檢驗，以遏止烏賊車。

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二、第二階段：潔淨燃料與在用車維護管理期（約民國 80 年代中至 100 年代初）

核心觀念

本題測驗固定污染源燃燒程序之空氣污染全程序控制技術（Full-process Air Pollution Control），探討石化燃料（煤、重油、天然氣等）在「燃燒前（Pre-combustion）」、「燃燒中（In-combustion）」與「燃燒後（Post-combustion）」三階段的污染防制策略。

核心觀念聚焦於三種主要污染物的物理化學成因與對應工程控制：

1. 粒狀物（Particulate Matter, PM）：主要由燃料中不可燃之無機礦物質（灰分，Ash）高溫燒結轉化為飛灰（Fly ash），以及燃燒不完全生成的碳黑（Soot）所構成。
2. 硫氧化物（$\text{SO}_x$，主要為 $\text{SO}_2$ 與少量 $\text{SO}_3$）：屬於「燃料型（Fuel-bound）」污染物，係燃料中所含之有機硫與無機硫（如黃鐵礦 $\text{FeS}_2$）氧化而成；其生成量取決於燃料之含硫量。
3. 氮氧化物（$\text{NO}_x$，主要為 $\text{NO}$ 與 $\text{NO}_2$）：生成機制涵蓋：

• 熱力型（Thermal $\text{NO}_x$）：高溫下（$> 1300^\circ\text{C}$）燃燒空氣中之 $\text{N}_2$ 與 $\text{O}_2$ 經謝爾多維奇機制（Zeldovich mechanism）生成。
• 燃料型（Fuel $\text{NO}_x$）：燃料內化學結合之氮原子在高溫裂解並氧化生成。
• 快速型（Prompt $\text{NO}_x$）：碳氫基團在火焰前緣與空氣中 $\text{N}_2$ 反應生成。

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解題方法

申論此題須採**「矩陣式比較結構」作答。以「三種污染物」為主軸，分別探討「燃燒前、燃燒中、燃燒後」三階段的相對重要性判定（極高／高／中／低）與具體工程控制技術**。

判定相對重要性的依據在於：

• 技術成熟度與去除效率。
• 經濟效益與可行性（成本／效能比）。
• 工程實務主流規範（如最佳可行控制技術，BACT）。

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解題技巧

1. 重要性評級記憶口訣：

• 粒狀物：後（絕對主力）$\gg$ 前 $>$ 中。
• 硫氧化物：後（末端達標核心）$\approx$ 前（源頭減量關鍵）$>$ 中。
• 氮氧化物：後（高標深度去除）$\approx$ 中（基礎源頭抑低）$\gg$ 前。

2. 精準名詞與縮寫並列： 作答時務必寫出規範之專有名詞與國際通用縮寫，如靜電集塵器（ESP）、袋濾式集塵器（Baghouse/FF）、排煙脫硫（FGD）、選擇性觸媒還原（SCR）、低氮氧化物燃燒器（LNB）。
3. 陷阱提醒：

• 煤炭的灰分與硫分無法單靠燃燒中控制消除；但燃燒中控制是控制「熱力型 $\text{NO}_x$」的最關鍵源頭策略。
• 燃燒前控制若涉及「燃料更換」（如燃煤改燃天然氣），對三種污染物皆具根本性成效，但若限於同類燃料的物理／化學前處理，其成效則因污染物種類而異。

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【答案】

總覽：三種污染物三階段控制相對重要性彙整

污染物	燃燒前控制	燃燒中控制	燃燒後（管末）控制
粒狀物（PM）	中等（煤炭水洗脫灰、改用低灰分燃料）	低至中等（促進完全燃燒抑低碳黑）	極高（ESP、袋濾式集塵器為達標主力）
硫氧化物（$\text{SO}_x$）	極高（加氫脫硫、改用低硫燃料或天然氣）	中等（流體化床爐內添加石灰石吸附）	極高（排煙脫硫 FGD，去除率達 90~98%）
氮氧化物（$\text{NO}_x$）	低（燃料脫氮成本過高，僅限選用低氮燃料）	極高（LNB、OFA、FGR 抑制熱力型生成）	極高（SCR、SNCR 為達成嚴格排放標準必備）

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一、粒狀物（Particulate Matter, PM）之三階段控制

1. 相對重要性分析

• 燃燒前控制（重要性：中等）：針對燃煤等固體燃料進行洗選可降低部分礦物灰分，或直接轉換為超低灰分之液體／氣體燃料；但對既有大型燃煤設備而言，單靠燃燒前處理無法免除末端集塵設備。
• 燃燒中控制（重要性：低至中等）：燃燒調整僅能減少因「燃燒不完全」所衍生的碳黑與未燃碳粒子（Unburned Carbon），對燃料本身所含無機灰分轉化為飛灰的總量無抑制效果。
• 燃燒後控制（重要性：極高）：為工廠與發電廠粒狀物防制之絕對核心，目前工業界均仰賴高效管末集塵設備達到法定排放標準。

2. 可行技術與方法

• 燃燒前：
• 煤炭物理洗選（Coal Cleaning/Washing）：利用重力分離去除伴生之頁岩與無機礦物雜質。
• 燃料轉換：改用低灰分低硫重油、柴油或液化天然氣（LNG）。
• 燃燒中：
• 燃燒最佳化調整：提高霧化品質（液體燃料）、維持最佳過剩空氣係數（Excess Air Ratio），避免缺氧生成碳黑。
• 微粉煤細度控制：確保煤粉研磨細度均勻以提高燃盡率。
• 燃燒後：
• 靜電集塵器（Electrostatic Precipitator, ESP）：利用高壓直流電暈放電使粒子帶電並在集塵板捕集，處理風量大、壓損低，除塵效率可達 $99\%$ 以上。
• 袋濾式集塵器（Fabric Filter / Baghouse）：利用濾布之攔截、慣性碰撞、擴散及濾餅過濾機制，對微細懸浮微粒（$\text{PM}_{2.5}$）去除效率極高（$> 99.5\%$）。

核心觀念

本題評量微粒力學（Particle Mechanics）中氣膠於大氣環境下的重力沉降與傳輸行為，涉及以下核心觀念與公式：

1. 司托克定律（Stokes' Law）沉降速度： 當微粒雷諾數處於層流區（$Re_p < 1$ 或 $Re_p < 0.1$）時，微粒所受重力、浮力與流體阻力達成平衡，終端沉降速度（Terminal Settling Velocity）為： $v_s = \frac{\rho_p g d_p^2}{18\eta}$

• $\rho_p$：微粒密度，題目設定接近水，取標準水密度 $\rho_p = 1000\ \mathrm{kg/m^3}$。
• $g$：重力加速度，常取 $9.8\ \mathrm{m/s^2}$（若以 $9.81\ \mathrm{m/s^2}$ 計算亦可）。
• $d_p$：微粒粒徑，氣動粒徑 $50\ \mu\mathrm{m} = 50 \times 10^{-6}\ \mathrm{m}$。
• $\eta$：空氣黏滯係數，$\eta = 1.81 \times 10^{-5}\ \mathrm{kg/(m\cdot s)}$。 (註：因粒徑 $d_p = 50\ \mu\mathrm{m} \gg$ 空氣分子平均自由徑 $0.066\ \mu\mathrm{m}$，坎寧漢滑脫修正係數 $C_c \approx 1$，且題目已明列計算式，故直接代入公式即可。)

2. 微粒在垂直方向之等速沉降運動： 大粒徑氣膠之弛豫時間（Relaxation time）極短（約數毫秒以內），釋出後幾乎立即達到終端沉降速度，故垂直運動可視為等速沉降： $t = \frac{H}{v_s}$ 其中 $H$ 為釋出高度（$1.5\ \mathrm{m}$），$t$ 為停留時間（著地時間）。

3. 微粒在水平方向之對流傳輸運動： 在無阻力衰減的水平風場假設下，微粒隨風速 $u$ 進行等速水平傳輸： $x = u \cdot t$ 其中 $x$ 為水平傳輸距離，$u$ 為水平風速（$2\ \mathrm{m/s}$）。

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解題方法

(一) 計算飛沫氣膠之沉降速度 $v_s$

將各已知條件換算為 SI 制標準單位：

• $\rho_p = 1000\ \mathrm{kg/m^3}$
• $g = 9.8\ \mathrm{m/s^2}$
• $d_p = 50\ \mu\mathrm{m} = 50 \times 10^{-6}\ \mathrm{m}$
• $\eta = 1.81 \times 10^{-5}\ \mathrm{kg/(m\cdot s)}$

代入題目給定之沉降速度公式： $v_s = \frac{\rho_p g d_p^2}{18\eta} = \frac{1000 \times 9.8 \times (50 \times 10^{-6})^2}{18 \times 1.81 \times 10^{-5}}$

計算分子： $\rho_p g d_p^2 = 1000 \times 9.8 \times (2.5 \times 10^{-9}) = 2.45 \times 10^{-5}\ \mathrm{kg\cdot m/s^2}$

計算分母： $18\eta = 18 \times 1.81 \times 10^{-5} = 3.258 \times 10^{-4}\ \mathrm{kg/(m\cdot s)}$

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「空氣品質模式（Air Quality Models, AQM）」在環境工程實務、環境法規與大氣科學研究之全方位整合能力。

1. 模式基本定義與分類：空氣品質模式係利用數學與物理化學方程式，模擬污染物排放至大氣後之傳輸、擴散、化學轉化及沉降過程。依尺度與機制主要分為：

• 高斯擴散模式（Gaussian Plume/Puff Models）：如 AERMOD、CALPUFF，適用於局部近場、點源或非均勻地形之一次污染物濃度增量評估。
• 光化網格模式（Photochemical Grid Models / Eulerian Models）：如 CMAQ、CAMx，適用於區域尺度之二次污染物（如 $\text{O}_3$、$\text{PM}_{2.5}$）生成與長程傳輸模擬。

2. 法規依據（以命題當年民國 111 年法規為準）：

• 《空氣污染防制法》（第 6 條防制區劃定與增量限制、第 8 條總量管制區新設或變更源評估）。
• 《環境影響評估法》及《開發行為環境影響評估作業準則》（預測評估開發行為對環境空氣品質之衝擊）。
• 《空氣品質模式模擬規範》（公告指定模式、氣象資料處理、受體點設定及增量限值判定標準）。（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，相關法規之主管機關名稱已配合修正，但模式技術規範核心要旨不變）。
• 《固定污染源設置與操作許可證管理辦法》。
• 《健康風險評估技術規範》（有害空氣污染物暴露濃度推估）。

3. 管理與科學核心議題：源受體關係（Source-Receptor Relationship）、污染來源解析（Source Apportionment）、光化反應敏感度分析（如 EKMA 曲線）、空氣品質預報與極端事件應變。

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解題方法

本題屬申論題型，答題時應採用「二分層次法」，分別針對「現行法規面」與「空氣品質管理與科學議題面」進行系統化架構：

1. 法規面切入：按環境行政管制的生命週期（規劃 $\rightarrow$ 許可審查 $\rightarrow$ 環評 $\rightarrow$ 總量管制）切入，點出模式在各項法規程序中扮演的「定量判定門檻」角色，並精確引用法條與規範名稱。
2. 管理與科學面切入：區分為「政府行政管理策略」與「前瞻科學機制探討」兩大支柱：

• 管理面：聚焦於政策效益評估、日常預報、緊急應變降載、跨區傳輸責任釐清及監測站網布設。
• 科學面：著重於大氣物理/化學機制（二次氣膠成因、$\text{NO}_x\text{-VOCs}$ 敏感度）、長程跨國傳輸與氣候變遷交互作用。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。就答題申論維度與模式技術匹配性分析如下：

• 維度一：局部源影響評估（法規符合性） 主要採用穩態高斯模式（如 AERMOD）。分析重點在於確認新設或變更污染源之「最大著地濃度增量」是否低於法定「空氣品質增量限值」（Air Quality Increment），避免耗盡該區域之大氣涵容能力。
• 維度二：區域性二次光化污染（管理與科學議題） 針對光化煙霧（$\text{O}_3$）與二次氣膠（$\text{PM}_{2.5}$），單純的高斯擴散無法計算複雜大氣光化學反應，必須採用三維尤拉網格模式（如 CMAQ、CAMx）。分析重點在於前驅物減量之非線性效應，不可套用簡單的一次線性稀釋邏輯。

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解題技巧

1. 法規名稱與關鍵名詞精準呈現：務必寫出《空氣品質模式模擬規範》、《開發行為環境影響評估作業準則》、以及關鍵名詞如「著地濃度增量」、「敏感受體」、「涵容能力」、「源解析技術（如 PSAT/OSAT）」。
2. 列舉知名模式增加專業度：適度帶出國際與台灣常用模式名稱（如 AERMOD、CMAQ、CAMx、WRF-Chem），展現對實務工具的熟悉度。
3. 避免遺漏「科學議題」：考生常將管理與科學混為一談，答題時應單獨列出「大氣化學反應機制」、「非線性二次氣膠生成」、「長程跨界傳輸」等科學議題，方能拿取完整分數。

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【答案】

一、空氣品質模式在現行法規面的應用（以命題當年民國 111 年法規為準）

空氣品質模式在法規面扮演客觀、定量的科學審查工具，主要應用如下：

1. 環境影響評估審查（《環境影響評估法》及相關作業準則）

核心觀念

本題探討營建工程噪音之工程防制對策，考驗考生對「音源－傳播路徑－受音者」防制原理在營建工地工程實務上的具體應用能力。

1. 法規依據（以命題當年民國 111 年法規為準）：

• 《噪音管制法》第 9 條第 1 項第 6 款規定，營建工程等場場所產生之聲音不得超過噪音管制標準。
• 《噪音管制標準》第 6 條針對各類噪音管制區內之營建工程，依時段（日間、晚間、夜間）分別明定「最大音量（$L_{\max}$）」與「均能音量（$L_{\mathrm{eq}}$）」限值。
• 《噪音管制法》第 8 條授權地方主管機關公告特定時段（如夜間、例假日）不得從事使用高噪音動力機械之施工行為。
• （附註：行政院環境保護署已於民國 112 年改制升格為環境部，現行管制法規標準架構維持相同。）

2. 防制工程基本原理： 營建噪音具備間歇性、衝擊性、隨工期進度移動等特性。工程防制設施著重於：

• 音源減噪設施：針對機具本體加裝消音、吸音、制振設備。
• 傳播路徑阻隔設施：利用聲波繞射、幾何發散、阻隔衰減與吸音機制，阻止噪聲波傳遞至周界敏感住宅點。

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解題方法

本題屬政策法規與控制工程綜合應用的問答題。解題關鍵在於切中題幹要求之「設施」（硬體工程裝備與構造物），而非單純陳述作息調配等行政管理手段。

答題架構應依照「噪音控制工程物理機制」由外而內、系統化開展：

1. 周界傳播阻隔設施（全區性／邊界防護）：防音圍籬、防音帷幕。
2. 音源局部遮蔽設施（點源式路徑阻隔）：移動式防音屏障、局部隔音罩。
3. 機具本體消音與防振設施（音源工程改善）：排氣消音器、減振基座／避震墊、防衝擊阻尼襯墊。
4. 低噪音機具與工法輔助設施（替代型防制設施）：靜音型發電機、液壓靜壓型破碎／植樁替代機具。

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選項分析

本題為高考三級專業科目申論題，非選擇題，故無個別選項分析。

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解題技巧

1. 答題結構分類清晰：閱卷委員極為重視分類邏輯。若雜亂條列容易遺漏失分，依循「周界阻隔 $\rightarrow$ 局部遮蔽 $\rightarrow$ 機具本體抑制」三維層次鋪陳，能展現工程整全思考。
2. 切忌「管理手段」反客為主：許多考生會大量書寫「夜間不施工」、「申請許可證」、「加強睦鄰宣導」等軟性行政作為。題幹明確要求「防制設施」，硬體工程設施必須佔據篇幅 80% 以上，行政自主管理措施僅適合作為最後補充。
3. 結合專業術語與數值規範：答題時適度帶入「微孔吸音板」、「多孔性吸音棉」、「插入損失（Insertion Loss）」、「表面質量密度 $\ge 10\ \mathrm{kg/m^2}$」、「隔振效率」等專業名詞，能顯著提升得分級距。

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【答案】

營建工地鄰近住宅區時，為符合《噪音管制標準》並維護周邊民眾生活環境品質，可採行之工程防制設施如下：