111 專技高考高等考試 紡織工程技師 染色工程（包括煉漂、染色與印花） 考古題詳解

核心觀念

本題評量天然纖維素纖維（主要以棉纖維為代表）紡織品染整前處理（Pretreatment）之核心工序及化學加工原理。

1. 天然與外加雜質組成：

• 外加雜質：經紗織造時施加之漿料（天然澱粉、變性澱粉、聚乙烯醇 PVA、聚丙烯酸類、羧甲基纖維素 CMC）及油脂助劑。
• 天然共生物：果膠質（Pectin）、蠟狀物質（Wax）、含氮物質（蛋白質）、灰分（含多價金屬離子如 $\text{Fe}^{3+}, \text{Cu}^{2+}, \text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$）以及木質素類棉籽殼（Cotton seed hulls）。
• 天然色素：類胡蘿蔔素、黃酮類等天然生色基團。

2. 化學反應與去污原理：

• 退漿：大分子漿料水解或溶解為低分子物並洗除，建立均勻潤濕性。
• 精練：利用強鹼皂化脂肪酸、水解果膠質與蛋白質、乳化分散蠟質、膨潤溶解棉籽殼，使親水性纖維素暴露，大幅提升毛細管效應（潤濕吸水性）。
• 漂白：利用氧化劑（主要為過氧化氫之過羥陰離子 $\text{HO}_2^-$）破壞天然色素之共軛雙鍵發色系統，提升織物白度並維持聚合度（Degree of Polymerization, DP）。

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解題方法

本題為標準的專技高考申論題。答題切入點應採「製程工序展開法」，嚴謹遵循染整前處理之邏輯順序（退漿 $\rightarrow$ 精練 $\rightarrow$ 漂白），每道工序皆具體說明其「目的與去除標的」、「主流方法與具體加工條件（藥劑配方、$\text{pH}$、溫度、時間）」；後半部則聚焦於「現場實務注意事項與重大瑕疵防制（如針洞、氧脆、殘漿、殘氧色花等）」，展現技師級別之實務工程分析能力。

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工序方法與條件剖析（申論核心詳解）

本題為申論題型，針對前處理三大工序之方法、條件及反應機構逐一剖析如下：

一、退漿（Desizing）

• 目的：去除經紗上之外加漿料，提高織物滲透性與後續藥劑均勻反應度。
• 主要方法與條件：

1. 酵素退漿（Enzymatic Desizing）：

• 適用：澱粉及其混合漿料（專一性水解 $\alpha\text{-1,4}$ 葡萄糖苷鍵，不損傷纖維素）。
• 條件：
• $\alpha$-澱粉酶：$2 \sim 5\text{ g/L}$
• 滲透劑（非離子型）：$1 \sim 2\text{ g/L}$
• $\text{pH}$ 值：$6.0 \sim 7.0$（依酵素品種而定）
• 溫度與時間：中溫型 $60 \sim 70^\circ\text{C}$（堆置 $4 \sim 8\text{ hr}$）；高溫耐熱型 $90 \sim 100^\circ\text{C}$（連續汽蒸 $2 \sim 5\text{ min}$）
• 充分熱水洗（$> 85^\circ\text{C}$）洗除糊精與麥芽糖。

2. 鹼退漿（Alkali Desizing）：

• 適用：PVA、聚丙烯酸類化學漿料，亦能使澱粉膨潤。
• 條件：
• $\text{NaOH}$：$10 \sim 20\text{ g/L}$
• 陰/非離子型耐鹼滲透劑：$1 \sim 2\text{ g/L}$
• 溫度與時間：$90 \sim 100^\circ\text{C}$，浸漬汽蒸處理 $30 \sim 60\text{ min}$。利用鹼液促使 PVA 溶解並防凝膠化。

3. 氧化退漿（Oxidative Desizing）：

• 適用：複合變性混合漿料，常與後續精練或單浴漂白整合。
• 條件：過硫酸鈉/銨（$\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_8$）$2 \sim 5\text{ g/L}$ 或 $\text{H}_2\text{O}_2$ 氧化裂解，$\text{pH } 9.5 \sim 10.5$，$95 \sim 100^\circ\text{C}$ 汽蒸處理。

二、精練（Scouring）

• 目的：去除果膠、棉蠟、蛋白質、有機酸、灰分及分解棉籽殼，使纖維素織物獲得優良毛細管吸水效應。
• 主要方法與條件：

1. 苛性鈉高溫鹼精練（Alkaline Scouring）（業界主流標準）：

• 藥劑配方：
• 氫氧化鈉（$\text{NaOH}$，固含量計）：$20 \sim 40\text{ g/L}$（連續軋蒸）或 $10 \sim 20\text{ g/L}$（間歇浸染機）
• 耐鹼滲透乳化劑（如烷基聚氧乙烯醚硫酸鹽）：$2 \sim 3\text{ g/L}$
• 螯合分散劑（聚丙烯酸鹽或有機膦酸鹽，耐高鹼型）：$1 \sim 2\text{ g/L}$
• 亞硫酸氫鈉（$\text{NaHSO}_3$，還原保護並軟化棉籽殼）：$2 \sim 5\text{ g/L}$
• 工藝條件：
• 浴比（間歇式）：$1:8 \sim 1:12$；軋餘率（連續式）：$100\%$
• 溫度與時間：常壓 $98 \sim 100^\circ\text{C}$ 處理 $45 \sim 60\text{ min}$；高壓密閉式煮練爐 $120 \sim 130^\circ\text{C}$ 處理 $30 \sim 45\text{ min}$
• $\text{pH}$ 值：維持 $\text{pH } > 12$。

2. 生物酵素精練（Bio-scouring）：

• 適用：要求手感柔軟、低能耗、綠色環保加工。
• 條件：鹼性果膠酶（Pectinase）$1 \sim 3\text{ g/L}$，非離子界面活性劑，$\text{pH } 7.5 \sim 8.5$，溫度 $55 \sim 65^\circ\text{C}$，時間 $30 \sim 45\text{ min}$。此法對棉籽殼去除率較低，常需搭配後續加強漂白。

三、漂白（Bleaching）

• 目的：消解殘存天然色素及殘餘棉籽殼碎屑，賦予均一且持久之白度，同時維持纖維聚合度（強損控制在 $10\%$ 以內）。
• 主要方法與條件：

1. 過氧化氫漂白（雙氧水漂白，$\text{H}_2\text{O}_2$）（現代工業核心標準）：

• 反應原理：過羥陰離子為主要漂白活性粒子： $\text{H}_2\text{O}_2 + \text{OH}^- \rightleftharpoons \text{H}_2\text{O} + \text{HO}_2^-$
• 藥劑配方：
• $\text{H}_2\text{O}_2\ (35\%)$：$4 \sim 8\text{ g/L}$（浸染）或 $30 \sim 50\text{ g/L}$（軋蒸法）
• 鹼劑（$\text{NaOH}$）：調節系統維持 $\text{pH } 10.5 \sim 11.0$
• 雙氧水安定劑（矽酸鈉 $\text{Na}_2\text{SiO}_3$ 或無矽有機安定劑）：$2 \sim 4\text{ g/L}$
• 螯合分散劑：$1 \sim 2\text{ g/L}$
• 非離子精練滲透劑：$1 \sim 2\text{ g/L}$
• 工藝條件：

核心觀念

本題評量智能化染整工程中「電腦配色系統」（Computer Color Matching, CCM）之光學基礎、實務建庫流程，以及「色彩管理系統」（Color Management System, CMS）於智慧製造中提升一次對色成功率（Right-First-Time, RFT）的整合應用能力。

1. 光學基本原理：庫貝爾卡－蒙克理論（Kubelka-Munk Theory） 織物屬於強散射之不透明或半透明介質，光線穿透時兼具吸收（Absorption）與散射（Scattering），無法直接套用透光液體之比爾－朗伯定律（Beer-Lambert Law），必須採用 Kubelka-Munk 理論： $\frac{K}{S} = \frac{(1 - R_\infty)^2}{2 R_\infty}$

• $R_\infty$：光學無限厚層樣品（測量時光線不透底）之單色光反射率（數值介於 $0 \sim 1$）。
• $K$：基質與染料之光吸收係數（Absorption Coefficient）。
• $S$：基質與染料之光散射係數（Scattering Coefficient）。

2. 加成性原理（Additivity Principle）與單常數理論（Single-Constant Theory） 在紡織浸染與軋染作業中，通常假設織物纖維基質承擔全部光散射作用，染料僅貢獻光吸收，且基質散射係數 $S$ 視為常數（即單常數理論）。複色染色織物在特定波長 $\lambda$ 下的總吸收散射比值具加成性： $\left(\frac{K}{S}\right)_{\text{mix}} = \left(\frac{K}{S}\right)_{\text{sub}} + \sum_{i=1}^n c_i \left(\frac{k_i}{s}\right)$

• $(K/S)_{\text{sub}}$：未染色被染物基質（空白漂白織物）之吸收散射比值。
• $c_i$：第 $i$ 種染料之染色濃度（% o.w.f. 或 g/L）。
• $\left(\frac{k_i}{s}\right)$：第 $i$ 種染料之單位濃度相對吸收係數。

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解題方法

本題為典型的三段式申論綜合題，解題切入點應分為三大架構，循序漸進闡述：

1. 原理與建庫方法：從 Kubelka-Munk 光學公式推導出染料基礎資料庫（Calibration Dyeings / 色母庫）之濃度梯度取樣、標準化染色流程及光譜校正回歸方法。
2. 提高對色率之實務注意事項：從原料基材、染助劑秤量、染色工藝設備參數、測色儀器操作等維度，說明減少誤差、提升實驗室至大生產重現性的管制作為。
3. 色彩管理系統提升染色目標達成率之道：結合同色異譜指數（Metamerism Index）、色差公式（CMC (l:c)、CIEDE2000）、數位色彩傳遞（Digital Color Standards）及大貨生產閉環補色（Auto-Correction），論述如何從根本達到全面品質管理與目標達成率。

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選項分析

本題為高等考試技師類科之「申論題」，無選項設計。作答時須涵蓋題幹各子題的關鍵得分要素：

• 子題一（原理與建庫）：須精確寫出 Kubelka-Munk 公式、單常數假設，並詳述基礎色樣梯度製作（濃度範圍選取、反射率量測、$(K/S)$ 與濃度非線性修正）。
• 子題二（實務注意事項）：須點出「重現性（Reproducibility）」與「對色率（RFT）」之關鍵變因，包含基質白度一致性、染料相容性（Compatibility Value, $V$ 值）、浴比與化料精度。
• 子題三（色彩管理系統應用）：須著重於數位色票（CxF/QTX）、多光源同色異譜評估、公差設定（Pass/Fail 容差球），以及線上首染補色與大數據閉環整合。

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解題技巧

1. 核心關鍵詞必備：Kubelka-Munk 公式、單常數理論（Single-Constant Theory）、色母校正梯次（Calibration Ladder）、一次命中率（Right-First-Time, RFT）、同色異譜（Metamerism Index, MI）、CIEDE2000、閉環控制（Closed-Loop Control）。
2. 避開常見陷阱：

• 誤將穿透光專用的比爾定律（Beer's Law, $A = \varepsilon b c$）當作織物反射光學的主要原理；織物測色必須明確寫出 Kubelka-Munk 理論。
• 基礎資料建立時，不可僅做單一濃度，必須涵蓋「極低濃度」至「染料表面飽和濃度」之濃度階梯，以建立非線性修正常數。
• 探討色彩管理系統時，不可僅侷限在分光儀軟體，應延伸至智慧工廠與自動滴液機、染色機中央監控系統之整合。

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【答案】

一、建立電腦配色染料基礎資料之原理與製作方法

（一）應用原理

1. 庫貝爾卡－蒙克理論（Kubelka-Munk Theory） 織物屬於多孔性半透明散射材料，入射光在織物內部經過多重吸收與散射後反射。當樣品疊放至光學無限厚層（光線無法穿透底層）時，波長 $\lambda$ 下的單色光表面反射率 $R_\infty$ 與吸收係數 $K$、散射係數 $S$ 之關係遵循： $\frac{K}{S} = \frac{(1 - R_\infty)^2}{2 R_\infty}$
2. 單常數光學模型（Single-Constant Theory）與加成性法則 在紡織品電腦配色系統（CCM）中，普遍採用單常數模型：假設被染基質（纖維）提供整體系統之光散射（即 $S_{\text{fabric}} \gg S_{\text{dye}}$，染料之散射忽略不計，視纖維之 $S$ 為定值），染料僅提供光吸收。 複色染色物之光學吸收散射比值等於未染基質底色與各單色染料吸收比值之代數和： $\left(\frac{K}{S}\right)_{\text{mix}} = \left(\frac{K}{S}\right)_{\text{sub}} + \sum_{i=1}^n c_i \cdot \alpha_i$ 其中 $\alpha_i = \left(\frac{k_i}{s}\right)$ 為第 $i$ 種染料在該波長下的單位濃度吸收散射係數，$c_i$ 為染料濃度。

核心觀念

本題評量**聚醯胺纖維（尼龍，Nylon / Polyamide）**之染整化學與染色工程實務，核心觀念包含：

1. 尼龍之分子結構與化學特性：尼龍纖維（如 Nylon 6、Nylon 66）分子主鏈具有醯胺基（$-CONH-$），末端帶有胺基（$-NH_2$）與羧基（$-COOH$）。纖維在水溶液中具兩性性質，其等電點（Isoelectric Point, pI）約在 $\text{pH } 5 \sim 6$。
2. 主要染料之染著機構（Dyeing Mechanism）：

• 酸性染料：在低於等電點的酸性條件下，纖維末端胺基質子化帶正電，與染料之陰離子磺酸基（$-SO_3^-$）形成離子鍵（鹽鍵），輔以凡得瓦力（van der Waals forces）及氫鍵結合。
• 分散染料：以非離子態微粒子藉固溶體（Solid solution）機制擴散進入非晶質區，主要以凡得瓦力及氫鍵結合。
• 含金錯鹽染料／反應性染料：透過配位鍵或共價鍵形成極高牢度的結合。

3. 染色實務缺點與成因：

• 條斑現象（Barré / 經柳）：導因於加工紗線之物理結構差異（結晶度、配向度、熱定型歷程不一）或化學結構差異（末端胺基含量 AEG 不均）。
• 遮斷效應（Blocking Effect / 競染）：尼龍末端胺基數量有限（飽和值低），不同酸性染料拼色時，親和力較高者會優先佔據座席，遮斷親和力較低者之上染。
• 濕牢度與勻染性之取捨：強酸性染料勻染性佳但耐洗牢度差；弱酸性或含金染料牢度佳但移染性差、易產生色花。

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解題方法

本題為國家考試標準的「四段式申論題」，破題與解題切入點如下：

1. 第一層次：主要染色方法及機構：鎖定工業界最普遍採用的「酸性染料浸染法」，明確寫出纖維質子化化學反應式、離子鍵結合式，並提及主鏈醯胺鍵在強酸高溫下的副反應。
2. 第二層次：實務重要缺點：精準點出「條斑現象（Barré）」、「遮斷效應（競染問題）」以及「深色濕牢度不良」三大紡織技師最常面臨的實務痛點，並論述其物理與化學成因。
3. 第三層次：採用何種染料及染著機構：依據缺點提出相應的染料體系，重點說明「分散染料」（針對遮蓋條斑）與「反應性染料／1:2型酸性含金錯鹽染料」（針對高水洗牢度）之染著機構。
4. 第四層次：克服缺點之具體工程對策：從「染料篩選」、「染色助劑（防條斑勻染劑、固色劑）」及「pH 值控制技術（酸緩釋劑／pH sliding）」三個實務層面給出定案解決方案。

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選項分析

本題為專技高考之申論題型，無選擇題選項。依據典試委員評分標準，考生應針對題目所列四大子題面向完整作答，其配分結構與審題要素如下：

• 子題一（主要染色方法及其染色機構）：必須寫出酸性染料上染條件（pH 值控制）與化學反應機構式，缺質子化方程式者難獲滿分。
• 子題二（染色實務缺點）：必須區分「化學性條斑（AEG差異）」與「物理性條斑（配向度/結晶度差異）」，並闡明飽和值低所引發的遮斷效應。
• 子題三（染料種類及染著機構）：須詳述分散染料之「固溶體機構」如何無視末端胺基差異，以及高牢度染料（含金／反應性）之化學鍵結。
• 子題四（克服缺點之實務措施）：須涵蓋助劑原理（如兩性勻染劑之暫時封端作用）與製程優化（如溫控、滑動酸、單寧固色處理）。

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解題技巧

1. 條理分明化：切忌寫成一大段雜亂散文，應以層次化大標、小標與化學式呈現，讓閱卷委員迅速掌握關鍵字（如：末端胺基、質子化、條斑、固溶體、遮斷效應）。
2. 化學方程式展現專業度： $\text{纖維質子化：} \quad \text{Ny-NH}_2 + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{Ny-NH}_3^+$ $\text{染著鹽鍵結合：} \quad \text{Ny-NH}_3^+ + \text{D-SO}_3^- \rightleftharpoons \text{Ny-NH}_3^+ \cdot \text{O}_3^-\text{S-D}$
3. 對症下藥邏輯：前段提出的缺點（例如條斑），後段必須有對應的化學染料與工藝方案（例如分散染料或陰/兩性界面活性劑）予以擊破，首尾呼應方能取得高分。

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【答案】

一、一般尼龍織物之主要染色方法及其染色機構

尼龍織物在工業實務上最主要的染色方法為浸染法（Exhaust Dyeing），主要採用**酸性染料（Acid Dyes）**進行加工（包含勻染型強酸性染料與半勻染／耐洗型弱酸性染料）。

1. 染色方法（工藝條件）：

• 浴比通常設定為 $1:10 \sim 1:20$。
• 依染料類別調節染浴 $\text{pH}$ 值：強酸性染料在 $\text{pH } 3.0 \sim 4.5$（加甲酸），弱酸性染料在 $\text{pH } 5.0 \sim 6.0$（加醋酸或緩衝鹽）。
• 採升溫擴散控制：常溫始染，以 $1 \sim 1.5^\circ\text{C/min}$ 緩慢升溫至 $98 \sim 100^\circ\text{C}$，保溫 $45 \sim 60$ 分鐘，使染料充分擴散移染。

2. 染色機構（Dyeing Mechanism）：

• 離子鍵（鹽鍵）結合：當染浴 $\text{pH}$ 值低於尼龍的等電點（$\text{pI} \approx 5 \sim 6$）時，尼龍纖維末端的游離胺基被水中的氫離子質子化，帶正電荷；

核心觀念

本題考查紡織印染工程中「熱轉移印花（Heat Transfer Printing）」之熱昇華工藝核心原理，涵蓋三大物理化學與工程技術面向：

1. 染著機構（Dyeing Mechanism）：分散染料在熱壓狀態下的固相相變、氣相質量傳遞、纖維表面吸附，以及纖維受熱超過玻璃轉移溫度（Glass Transition Temperature, $T_g$）後染料分子在無定形區（Amorphous region）的自由體積擴散（Free Volume Diffusion）。
2. 傳質與熱力學影響因素：涉及克勞修斯—克拉伯龍方程式（Clausius-Clapeyron relation）所支配的蒸氣壓、菲克擴散定律（Fick's Laws of Diffusion）、染料化學結構與分子量、纖維基質物性（結晶度、配向度、$T_g$）及機台工藝條件（溫度、時間、壓力）。
3. 製程工程特性（優缺點評析）：乾式印花之環保無水特性、高解析度圖案呈現，以及其對於纖維材質（主要是聚酯等熱塑性疏水纖維）的局限性與熱歷程對手感的影響。

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解題方法

本題為標準的專技高考申論題，作答策略應遵循「微觀相變與傳質動態 $\to$ 跨維度變因分類歸納 $\to$ 巨觀製程優劣勢比對」三段式論述：

1. 染著機構：依時間與空間順序，將印花過程拆解為「染料昇華脫附」、「氣相間隙遷移」、「纖維表面凝結吸附」、「纖維內部自由體積固溶擴散」四個連續微觀步驟，展現完整的物化動力學視野。
2. 影響因素：採用「熱轉印製程條件」、「染料物化性質」、「纖維基質結構」三大維度展開，避免雜亂羅列，凸顯層次邏輯。
3. 優缺點剖析：從「環保與工藝流程」、「印製品質與外觀」、「適用基材與堅牢度限制」三方面對比，提供客觀且具工程深度的結論。

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選項分析

本題為專技高考之申論題（非選擇題）。考試評分關鍵在於能否精準使用紡織物理化學術語（如「玻璃轉移溫度」、「自由體積」、「固溶體」、「分散染料」），並將理論機制與實務工藝操作參數（溫度 $180^\circ\text{C} \sim 210^\circ\text{C}$、時間 $20 \sim 40\text{ s}$、機械壓力）緊密扣合。

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解題技巧

1. 四大機構關鍵字記憶鏈： $\text{轉印紙固相染料} \xrightarrow{\Delta H_{\text{sub}}} \text{單分子氣相} \xrightarrow{\text{氣隙擴散}} \text{纖維表面吸附} \xrightarrow{T > T_g} \text{無定形區自由體積擴散固著}$
2. 陷阱避開：

• 昇華轉印並非「融化黏附」，本質是「相變昇華」與纖維內部的「固溶體形成」。
• 纖維受熱時必須高於 $T_g$，高分子鏈段運動才能產生容納染料分子的瞬時空隙（自由體積）；若纖維非熱塑性（如棉、麻、毛、絲），缺乏此機制，染料無法滲入固著。

3. 工藝參數錨定：申論作答時主動帶出典型聚酯轉印參數（如溫度 $190^\circ\text{C} \sim 210^\circ\text{C}$、時間約 $20 \sim 30\text{ s}$、壓力約 $0.2 \sim 0.5\text{ kg/cm}^2$），能大幅增加答案的專業說服力。

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【答案】

一、昇華熱轉移印花之染著機構

昇華熱轉移印花（Sublimation Heat Transfer Printing）主要以載有低/中能量分散染料（Disperse Dye）的轉印紙與疏水性熱塑性織物（如聚酯纖維 PET）緊密貼合，在施加熱與壓力（通常為 $180^\circ\text{C} \sim 210^\circ\text{C}$）的條件下完成染著。其完整的物理化學機構包含以下四個連續步驟：

1. 染料受熱昇華（Sublimation）： 轉印紙表面固相狀態的分散染料結晶吸收熱能，當溫度達到其昇華點時，染料分子克服分子間作用力，不經液態而直接相變為氣態單分子蒸氣（固相 $\to$ 氣相）。
2. 氣相穿透與擴散（Vapor Phase Diffusion）： 染料蒸氣在轉印紙與織物纖維表面之間的微細空氣間隙中，藉由蒸氣壓梯度驅動，迅速擴散遷移至纖維外層表面。
3. 纖維表面吸附（Surface Adsorption）： 抵達纖維表面的氣態染料單分子，因溫度差異與界面自由能作用，瞬間在纖維外表面凝結並形成物理吸附（主要藉助凡得瓦力與氫鍵結合）。
4. 纖維內部擴散與固著（Solid Solution / Free Volume Diffusion）：

核心觀念

本題為專技高考紡織工程技師「染色工程」科目之典型環保與廢水處理申論題，命題核心圍繞於紡織染整廢水特性、水質污染指標及單元操作處理機構（Mechanisms）：

1. 水質指標定義與區別：

• 生化需氧量（BOD, Biochemical Oxygen Demand）：水中好氧微生物分解有機物所需消耗之溶氧量（常用 $20\,^\circ\mathrm{C}$ 培養 5 日之 $\text{BOD}_5$），代表「可生物降解」有機物濃度。
• 化學需氧量（COD, Chemical Oxygen Demand）：在強酸與高溫條件下，利用強氧化劑（如重鉻酸鉀 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$）氧化水中還原性物質所消耗之氧當量，代表「可降解與難生物降解有機物」及「無機還原劑」之總量。
• 染整廢水特性：染料多為人工合成的高分子芳香族結構，常具備耐光、耐熱與耐生物分解特性，使染整廢水常呈現高 COD、中低 BOD，導致 $\text{BOD}/\text{COD}$ 比值偏低（常 $< 0.3$），生物處理難度高。

2. 水質與環境衝擊機制：高 BOD/COD 造成水體溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）驟降至厭氧狀態，引發水生生態滅絕、厭氧黑臭及水體自淨功能喪失。
3. 污染物去除機構：

• 有色有機物（染料等）：需破壞發色共軛雙鍵基團（化學氧化法／高級氧化程序 AOPs）或透過物理化學方式聚集沉降／吸附（混凝沉澱法、活性碳吸附法、薄膜分離法）。
• 易被氧化活性物質（硫化物、保險粉等還原劑）：透過氧化反應轉化為安定態無害離子（曝氣氧化、化學氧化），或生成難溶物析出（沉澱法）。

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解題方法

本題包含四大核心子題，應以層次分明之工程邏輯鋪陳解題架構：

1. 名詞定義與本質剖析：清楚界定 BOD 與 COD 的測定原理、反應機構及兩者比值（$\text{BOD}/\text{COD}$）在染色廢水可生化性評估上的工程意義。
2. 環境影響評估：由「溶氧消耗鏈」出發，從物理水質（濁度、溶氧）、化學水質（厭氧還原產物 $\text{H}_2\text{S}$、$\text{CH}_4$）到生物生態（窒息、生態浩劫）層層推導。
3. 有色有機物質去除之方法與機構：依據「化學破壞共軛鍵（脫色礦化）」與「物理/物化轉移分離」雙向切入，詳述高級氧化（Fenton、臭氧）、混凝沉澱與物理吸附之機構反應式。
4. 易被氧化活性物質去除之方法與機構：鎖定染整製程特有之還原性添加劑（如硫化染色之硫化鈉、還原染色之保險粉 $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_4$），說明曝氣催化氧化與化學氧化之轉化機制。

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選項分析

本題為申論題，無選項分析。各子題評分核心與作答要點分析如下：

• 子題一（BOD 與 COD 說明）：需精確指出測定條件、氧化程度差異，並帶出紡織廢水難分解特性（低 $\text{BOD}/\text{COD}$）。
• 子題二（高值對水質環境衝擊）：核心在於「水體溶氧（DO）歸零引發之連鎖崩潰反應」。
• 子題三（有色有機物質去除）：不能僅列出處理設備名稱，必須詳細寫出「發色團裂解」、「電位中和吸附架橋」等化學物理「機構（Mechanism）」。
• 子題四（易被氧化活性物質去除）：必須切中紡織「還原劑（保險粉、硫化物）」之特性，說明轉化為無害硫酸根等氧化機構。

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解題技巧

1. 結構模組化：申論題採「定義 $\to$ 機構 $\to$ 方法 $\to$ 反應式」四層結構編排，便於閱卷委員逐項核對配分點。
2. 專門術語精確化：提及脫色時務必強調「共軛雙鍵裂解（Conjugated double bond cleavage）」與「發色基團（Chromophore）破壞」；提及混凝時必備「壓縮雙電層」、「電荷中和」與「吸附架橋」。
3. 結合紡織染整實務：點出紡織廢水中的具體物質（如保險粉 $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_4$、偶氮染料 $-\text{N}=\text{N}-$、分散染料、活性染料），展現紡織工程專業背景。

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【答案】

一、染色廢水之 BOD 與 COD 定義與特性說明

1. 生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand, BOD）

• 定義：指在特定溫度與時間條件下（標準為 $20\,^\circ\mathrm{C}$ 培養 5 天，記作 $\text{BOD}_5$），水中好氧微生物分解水中有機物質時所消耗的溶解氧量，單位為 $\text{mg/L}$。
• 物理意義：代表廢水中可被生物降解之有機物含量。在染色廢水中，BOD 主要來自天然漿料（澱粉）、天然纖維雜質及部分易被生物利用的界面活性劑。

2. 化學需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）

• 定義：在強酸（$\text{H}_2\text{SO}_4$）與高溫回流條件下，以強化學氧化劑（台灣法定標準檢驗方法通常使用重鉻酸鉀 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$）氧化水中之還原性物質（有機物及無機還原劑）所消耗氧化劑之量，並換算成氧當量，單位為 $\text{mg/L}$。
• 物理意義：代表廢水中總有機物（包含可生物降解與難生物降解有機物）及無機還原性物質之總量。染色廢水中大量的人工合成染料（如偶氮、蒽醌染料）、PVA 合成漿料、定型助劑等均貢獻顯著的 COD。

3. 染色廢水水質特性之指標關聯（$\text{BOD}/\text{COD}$ 比值）

• 一般而言，$\text{COD} \ge \text{BOD}$。紡織染色廢水因含有大量抗生物分解之芳香環染料與合成聚合物，其 $\text{BOD}/\text{COD}$ 比值通常偏低（常落在 $0.1 \sim 0.3$ 之間），顯示廢水生物分解性差，無法單純仰賴傳統好氧生物處理完全去除。

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二、BOD 或 COD 值過高對水質和環境之影響

1. 水中溶解氧（DO）枯竭

• 當高 BOD 或 COD 之廢水排入受納水體，水中的好氧微生物將快速大量耗氧以分解有機物，或水中的無機還原劑直接進行化學耗氧，導致受納水體之溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）急劇下降至接近零。

2. 水生生態浩劫

• 魚類、甲殼類等高等水生生物需要足夠之溶氧維持呼吸代謝（一般魚類最低耐受 DO 約 $2 \sim 4\,\text{mg/L}$）。缺氧環境將導致魚貝類窒息死亡，破壞食物鏈與水體生物多樣性。

3. 水體黑臭與底泥惡化

• 當溶氧耗盡，水體轉變為厭氧（Anaerobic）狀態。