113 高普考高考三級 化學安全 地方特考三等 環保技術類科(環境化學與環境微生物) 考古題詳解

核心觀念

本題考查一級反應的半衰期與殘留量衰減關係。農藥在土壤中的濃度常以一級反應近似，表示單位時間內的分解量與當時殘留量成正比：

其中 $C_0$ 為初始殘留量、$C_t$ 為 $t$ 年後的殘留量、$k$ 為一級反應速率常數。半衰期 $t_{1/2}$ 與 $k$ 的關係為：

解題方法

初始 DDT 質量為 $1\,\mathrm{kg}=10^3\,\mathrm{g}$，目標殘留量為 $1\times10^{-7}\,\mathrm{g}$。因此殘留比例為：

先由半衰期 $6$ 年求速率常數：

核心觀念

臭氧（$O_3$）屬於光化學氧化物，主要由氮氧化物（$NO_x=NO+NO_2$）與揮發性有機物（VOCs）在陽光照射下經一連串反應生成。汽車排氣管不會直接排放大量臭氧，卻會排放生成臭氧所需的前驅物，因此是臭氧的重要來源。

其中，$NO_x$ 提供生成臭氧的反應途徑；VOCs 氧化後形成的自由基則能把 $NO$ 轉化為 $NO_2$，使 $NO_2$ 持續光解並產生新的臭氧。

解題方法

從汽車排放的前驅物切入，依序說明「$NO_2$ 光解產生氧原子 → 氧原子與氧氣生成臭氧 → VOCs 氧化產生的自由基促進 $NO$ 轉化為 $NO_2$」。最後指出，這種自由基反應使臭氧能淨累積，而不只是經由 $NO_x$ 循環反覆生成、消耗。

1. 汽車排放前驅物

汽油或柴油燃燒會排放氮氧化物，尤其是 $NO$，並可能排放未完全燃燒的碳氫化合物及其他 VOCs。日照下，$NO$ 會氧化為 $NO_2$；$NO_2$ 吸收紫外光後發生光解：

生成的氧原子與空氣中的氧氣在第三體 $M$ 協助下結合，形成臭氧：

$M$ 通常為空氣中的 $N_2$ 或 $O_2$，作用是帶走多餘能量，使生成的 $O_3$ 穩定。

2. VOCs 促使臭氧淨累積

若只有上述 $NO_2$ 光解及臭氧生成反應，生成的 $O_3$ 會與 $NO$ 反應，形成 $NO_2$ 並消耗臭氧：

這與 $NO_2$ 光解形成的循環，使臭氧不易淨累積。汽車排放的 VOCs 經氧化反應會生成有機過氧自由基 $RO_2\cdot$ 及氫過氧自由基 $HO_2\cdot$，它們能將 $NO$ 氧化成

核心觀念

自來水的細菌性指標中，大腸桿菌群與總生菌數反映的水質意義不同：

• 大腸桿菌群（Coliform group）：一群常見於土壤、水體及動物腸道的細菌，通常以其存在與否及數量作為衛生指標。飲用水檢出大腸桿菌群，表示水可能受到糞便或環境污染，並提示其他病原微生物存在的風險；但它不是特定病原菌的直接檢測。
• 總生菌數（Total bacterial count；法規用語為「總菌落數」）：在規定培養條件下，能生長並形成菌落的異營性細菌數量，用來評估水中一般可培養細菌的多寡，並監測處理及消毒效果。它不專指病原菌，也不能直接代表所有微生物的總數。

解題方法

作答時先區分兩種指標的用途，再各舉一種檢測方法：

1. 大腸桿菌群著重衛生與污染指標，可用多管發酵法或濾膜法檢測。
2. 總生菌數著重一般可培養細菌量與消毒效果，可用標準平板培養法測定菌落數。

飲用水水質標準規定，大腸桿菌群限值為多管發酵法 $6\ \mathrm{MPN}/100\ \mathrm{mL}$，或濾膜法 $6\ \mathrm{CFU}/100\ \mathrm{mL}$；總菌落數限值為 $100\ \mathrm{CFU}/\mathrm{mL}$，且適用採樣地點限於有消毒系統水廠的配水管網。依命題當年（民國 113 年）法規為準。

檢測方法舉例

一、大腸桿菌群：多管發酵法

核心觀念

活性污泥法利用曝氣槽中的微生物群聚，吸附、分解廢水中的有機物，並在二沉池與處理水分離。題目要掌握三件事：活性污泥由什麼構成、污泥如何形成，以及為何必須維持良好的沉降性。

活性污泥不是單一菌種，而是以微生物及其形成的絮體為主體，混合廢水中的有機與無機懸浮物所構成的生物固體。

組成成分與形成原因

組成成分

• 微生物細胞：以異營性細菌為主，另有真菌、原生動物及後生動物等。異營性微生物分解有機污染物；原生動物及後生動物可攝食細菌與細小顆粒，並反映處理系統的生物狀態。
• 胞外聚合物（EPS）：由微生物分泌的多醣、蛋白質等物質，可黏結細胞及懸浮顆粒，使其形成絮體。
• 被吸附或包埋的物質：包括廢水中的有機物、無機懸浮固體及其他微粒。
• 細胞代謝產物與衰亡殘體：包括微生物代謝後的物質、老化細胞及細胞碎屑。

形成污泥的原因

廢水進入曝氣槽後，微生物在氧氣充足的環境下利用有機物作為碳源及能量來源。部分有機物被氧化分解，部分則轉化為新細胞，使微生物增殖。微生物分泌的 EPS 使細胞彼此黏結，並捕捉廢水中的細小顆粒，逐漸形成可觀察到的污泥絮體。

微生物生長、固體物質被絮凝與截留，加上老化細胞及殘體累積，使系統中形成污泥。操作時回流部分二沉池污泥至曝氣槽，以維持足夠的微生物量；多餘污泥則須排出，以控制系統固體量及污泥齡。

解題方法