108 高普考高考三級 環保技術 環境污染防治技術 考古題詳解

核心觀念

本題考查粒狀污染物如何由含塵氣流中分離，以及各類集塵設備所利用的物理機制。設備選用的關鍵在於粒徑、粉塵性質、氣體流量與溫度，以及容許壓損和操作條件。

粒狀污染物的控制效率通常以集塵效率表示：

其中 $C_{\mathrm{in}}$、$C_{\mathrm{out}}$ 分別為設備入口與出口的粒狀物濃度。若以質量流率表示，則可寫為：

粒徑愈小，粒子愈容易隨氣流運動，通常愈難以重力或慣性方式捕集；細粒子則較適合以濾材、電場或濕式捕集等方式處理。

控制機制

1. 重力沉降：粒子受重力作用向下沉降。粒徑較大、密度較高的粒子沉降速度較快，適合以較長停留時間分離。
2. 慣性碰撞：氣流改變方向時，粒子因慣性無法完全跟隨流線，偏離流線後撞擊集塵表面。粒子愈大、氣流轉彎愈急，慣性碰撞通常愈明顯。
3. 離心分離：使含塵氣流旋轉，粒子受離心作用移向外壁，再沿壁面落入集塵區。此法常見於旋風集塵器。
4. 攔截與擴散：粒子隨氣流通過濾材時，因粒子本身尺寸而接觸纖維，稱為攔截；極細粒子受到布朗運動影響，偏離流線而碰撞纖維，稱為擴散。
5. 靜電力：先使粒子帶電，再利用電場力將粒子移向集塵板並沉積。
6. 濕式捕集：以液滴或液膜與粒子接觸，經碰撞、攔截等作用使粒子進入液相，再由氣液分離裝置移除。

解題方法與四種主要控制設備

作答時可先列出粒子分離機制，再將機制對應至設備，並說明適用粉塵特性、優缺點與限制。常見主要設備如下：

一、重力沉降室

利用重力使較大、較重的粒子沉降至集塵斗。設備構造簡單、壓損低、操作維護容易，也可作為前處理，先移除粗粒子以減輕後續設備負荷。

其主要限制是沉降速度低，因此需要較大的設備體積與較長停留時間，對細粒子的捕集效果有限。設計上通常藉由降低氣流速度、增加沉降面積或延長停留時間改善分離效果。

二、旋風集塵器

核心觀念

本題考 Freundlich 吸附等溫式的線性化與參數求解。平衡時，單位質量活性碳吸附的污染物量為

其中 $C_0$ 為初始濃度、$C_e$ 為平衡濃度，$m$ 為活性碳投加量。題目所列活性碳量單位為 $\mathrm{g/L}$，因此 $q_e$ 的單位為 $\mathrm{mg/g}$。

Freundlich 等溫式為

兩邊取常用對數，可寫成直線式：

以 $\log C_e$ 為橫軸、$\log q_e$ 為縱軸進行線性迴歸，截距為 $\log K_f$，斜率為 $1/n$。

解題方法

活性碳量為 $0$ 的資料代表未投加吸附劑，因此其平衡濃度即為初始濃度：

對其餘四組資料，逐組計算吸附量：

核心觀念

本題考查達西定律在衛生掩埋場黏土底層滲漏量估算上的應用。依命題當年（民國 108 年）《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第 34 條，底層及周圍應採透水係數低於 $10^{-7}\ \mathrm{cm/s}$，且與廢棄物或滲出液具相容性的材料。

以達西定律表示單位面積滲出量：

其中 $q$ 為單位面積滲出量，$k$ 為透水係數，$i$ 為水力坡降，$h$ 為滲出水水頭，$L$ 為黏土層厚度。本題依題意以 $i=h/L$ 計算。

解題方法

先將透水係數與滲出量換成一致的單位，再由達西定律解出厚度。

已知：

換算為每日滲出量單位：

水頭為 $300\ \mathrm{cm}=3\ \mathrm{m}$，目標滲出量為：

核心觀念

聲音壓力位準與聲音壓力的關係為：

其中 $L_p$ 為聲音壓力位準，單位為分貝（dB）；$P$ 為聲音壓力，$P_0=2\times10^{-5}\ \mathrm{N/m^2}$ 為基準音壓。由於位準採對數表示，計算聲音壓力時須使用反對數。

解題方法

將公式改寫為：

裝設消音器前（100 dB）：

裝設消音器後（80 dB）：