115 高普考高考三級 環境工程 空氣污染與噪音控制技術 考古題詳解

核心觀念

本題考查氮氧化物（NOx）的種類、排放來源、燃燒生成途徑，以及排入大氣後的光化學轉化與去除。作答時可依「是哪些物種 → 從哪裡來 → 如何生成 → 在大氣中如何轉化」的順序組織。

大氣污染討論中的 NOx，通常主要指一氧化氮（NO）與二氧化氮（NO₂）。廣義氮氧化物還包括氧化亞氮（N₂O）、三氧化二氮（N₂O₃）、四氧化二氮（N₂O₄）、五氧化二氮（N₂O₅）等；其中 N₂O 是重要溫室氣體，但不是一般燃燒污染控制所稱 NOx 的主要成分。亞硝酸（HNO₂）與硝酸（HNO₃）則是含氮的酸性氧化產物。

NOx 的主要人為來源包括汽車與柴油引擎、火力發電及工業鍋爐、燃燒爐、焚化設施與部分工業製程。自然來源則包括雷擊、高溫自然燃燒及土壤微生物作用等。燃燒排氣中的 NOx 通常以 NO 為主，進入含氧大氣後再逐步轉成 NO₂及其他氧化物。

解題方法：從燃燒氮源分類生成機制

先依氮原子的來源，區分來自空氣中的氮氣或燃料本身的含氮成分；再補充燃料富集火焰中由碳氫自由基引發的快速型（prompt）NOx。此分類能同時交代生成來源、反應條件與主要機制。

1. 熱力型 NOx（thermal NOx）

熱力型 NOx 由燃燒空氣中的 N₂與 O₂反應生成，主要反應為擴展 Zeldovich 機構：

此途徑在高溫下特別重要，因為高溫可提升氧原子等活性自由基濃度，也能加快穩定 N₂鍵結被活化的反應。生成量會隨火焰溫度、氧濃度及高溫區停留時間增加而上升。天然氣等燃料含氮量低時，熱力型常是主要的 NOx 來源。

2. 燃料型 NOx（fuel NOx）

燃料型 NOx 來自燃料中的含氮有機物，例如煤、重油及部分生質燃料中的氮。燃燒時，燃料氮先轉成揮發分或焦炭中的含氮中間物，再形成 HCN、NH₃、NH、NH₂等物種，最後依局部氧化還原條件轉為 NO 或 N₂。

在富氧、氧化性較強的區域，中間物較易氧化成 NO；在缺氧或還原性區域，含氮中間物較容易進一步還原為 N₂。故燃料含氮量、空燃比、混合程度及火焰分區都會影響燃料氮轉化率。此型 NOx 對燃燒溫度的敏感性通常不如熱力型明顯。

3. 快速型 NOx（prompt NOx）

快速型 NOx 主要出現在火焰前緣及燃料富集區。碳氫燃料裂解、氧化所產生的 CH 等自由基，可與空氣中的 N₂反應，形成 HCN、CN 或 NCN 等含氮中間物，之後再氧化生成 NO。簡化表示為：

其生成不必等到極高溫才開始，主要受碳氫自由基供應與局部燃料富集狀態影響；因此在富燃火焰前緣較具代表性。若題目要求較完整機制，可指出其後經 HCN、CN、NH 等中間物氧化為 NO，但實際反應網絡會隨燃料與燃燒條件而變化。

除上述三類外，部分低溫燃燒、稀燃或特定燃燒條件下，也可經 N₂O 中間途徑形成 NO；以簡化概念表示為 N₂先形成 N₂O，再進一步轉成 NO。

核心觀念

本題考查空氣污染防制法下「最佳可行控制技術」（Best Available Control Technology, BACT）的定義與《固定污染源最佳可行控制技術》公告中，不同行業、製程的指定技術和應符合條件。

依《空氣污染防制法》，最佳可行控制技術是指考量能源、環境、經濟成本及其他相關因素後，技術上可行且污染減量效果最佳的控制技術。依同法第六條及第八條，三級防制區或未符合空氣品質標準的總量管制區內，新設或變更且達一定規模的固定污染源，應採用最佳可行控制技術；特定大型污染源則適用最低可達成排放率控制技術。以下以命題當年（民國 115 年）法規為準。

各行業的 BACT 並非單看防制設備名稱，而是要同時確認公告指定的適用製程、控制技術及應符合條件。公告所列技術包括低污染性原物料或燃料、低污染製程、空氣污染防制設備及其他經認定的減量技術。

解題方法

依行業逐一整理「主要污染物／製程 → BACT → 排放或操作條件」。回答時要把「技術」和「條件」成對寫出；只列設備名稱，未交代排放濃度、削減率或操作規範，答案便不完整。

下列各項依《固定污染源最佳可行控制技術》公告中相關製程規定整理。公告以製程和污染物為判斷單位，同一產業內若製程不同，適用的 BACT 也可能不同。

各行業最佳可行控制技術及應符合條件

核心觀念

本題考查固定污染源如何降低溫室氣體排放，以及哪些措施能移除大氣中的二氧化碳。作答時先區分「減碳」與「負碳」：

• 減碳：相較於基準情境，減少製程、燃料或能源使用所造成的溫室氣體排放；排放量仍可能大於零。
• 負碳：從大氣移除二氧化碳，並以長期、可驗證的方式儲存，使全生命週期的移除量大於相關排放量。
• 淨零排放：將人為溫室氣體排放大幅減至最低，再以碳移除抵銷難以避免的剩餘排放。

以命題當年（民國 115 年）法規為準，我國《氣候變遷因應法》明定 2050 年淨零排放目標；其前身《溫室氣體減量及管理法》已修正為《氣候變遷因應法》。本題沒有計算式，主要依「源頭減量、能源替代、製程改善、碳捕捉與碳移除」分類，並比較各技術的適用性與限制。

解題方法

固定污染源包括鍋爐、窯爐、發電設備及工業製程等。可由排放形成路徑切入：先減少燃料與製程所需能源，再以低碳能源替代高碳燃料；對難以避免的製程排放，使用碳捕捉、利用或封存；若要主張負碳，則須說明碳移除來源、儲存方式及全生命週期淨移除量。

固定污染源可採行技術及優缺點

一、能源效率與節能改善

改善燃燒效率、鍋爐與窯爐熱效率，回收煙道廢熱，導入高效率馬達、變頻器、熱泵及製程熱整合；並藉由能源管理降低待機、空轉與能源損失。

優點： 技術成熟，通常可直接降低燃料消耗與碳排，並減少能源成本及部分空氣污染物排放。 缺點： 節能潛力受設備現況限制；老舊設備改造可能需停機或投入資本，改善後的剩餘排放仍須由其他措施處理。

二、製程改善與原料替代

採用低碳或低碳強度原料、提高物料利用率、減少製程損耗，並以低碳製程或循環利用降低每單位產品所需的能源與材料。例如水泥製程降低熟料比例，或回收製程副產物作為原料。

優點： 能從排放源頭降低燃料排放及部分製程排放，減少污染物與廢棄物，長期有助產業轉型。 缺點： 可能受產品品質、原料供應、製程安全及設備相容性限制；部分產業的化學反應排放難以單靠效率改善消除。

三、燃料與能源低碳化

以天然氣替代煤或重油、使用永續生質燃料或低碳氫，並以再生電力驅動製程設備；可配合電氣化，將燃燒設備改為電鍋爐、電熱或熱泵。

優點： 以低碳能源替代高碳燃料，可降低固定污染源直接排放；電氣化搭配低碳電力也能改善廠區空氣污染。 缺點： 天然氣仍是化石燃料，僅屬相對減碳；生質燃料須考量來源永續性、運輸與燃燒排放；氫能的減碳效益取決於製氫方式；電氣化則受供電容量、電價及高溫製程設備限制。

四、再生能源與能源整合

於廠區設置太陽光電等再生能源，或採購再生電力，並搭配儲能、廠內能源管理及熱電整合，降低外購化石能源與用電的排放。

優點： 可降低用電的間接排放，並提升能源供應多元性；與節能、電氣化併用可擴大減碳效益。 缺點： 再生能源出力具間歇性，受場址、土地、併網與儲能成本限制；若僅以購電憑證或帳面方式計算，應避免將其誤認為廠內直接減排。

五、碳捕捉、利用與封存（CCUS）

核心觀念

本題考查多個互相獨立噪音源的能量合成，以及點音源在自由音場中的距離衰減。分貝是對數量，不能直接相加；須先將各噪音級換算為能量比例，再加總。

多個獨立噪音源的總音壓級：

點音源在自由音場球面擴散時，距離由 $r_1$ 增至 $r_2$ 的噪音級變化為：

本題所列的法定標準為題目給定之第二類噪音管制區日間工廠（場）噪音管制標準 57 dB(A)；涉及法規者，以命題當年（民國 115 年）法規為準。

解題方法

先在工地邊界 5 公尺處以能量法合成三台機具的噪音，再將各機具噪音分別按距離衰減至 50 公尺，最後於住宅處合成。第三小題先將打樁機源音量降低 15 dB(A)，再依相同程序計算。

(一) 工地邊界 5 公尺處總噪音量

三台機具的音壓級分別為 80、95、90 dB(A)：

因此，工地邊界 5 公尺處的總噪音量約為 96.2 dB(A)。

(二) 住宅區 50 公尺處噪音量與標準判定

由 5 公尺傳至 50 公尺，距離比為 $50/5=10$。自由音場球面擴散衰減量為：

各機具在住宅處的音量為：

在住宅處以能量法合成：