109 專技高考高等考試 環境工程技師 空氣污染與噪音工程 考古題詳解

核心觀念

本題考的是「空品物聯網如何把密集感測資料轉成污染稽查行動」。答題須同時交代監測系統的硬體與資料流程，以及能讓資料產生執法成效的治理條件。

空品物聯網是以大量、低成本的空氣品質感測器進行密集布建，透過通訊網路將數據傳送至資料平台，再結合空間資訊、氣象、污染源與列管工廠資料，分析污染分布及熱區，提供環保機關規劃現場巡查與追查污染源的線索。

**以命題當年（民國 109 年）法規為準：**環保署當時推動空污感測物聯網，定位在補足既有監測站網的空間密度、輔助污染熱區判釋與環境稽查。微型感測器資料主要用於發現異常及指引稽查，不能僅憑單一感測器數據直接認定違法排放或取代法定檢測程序。

解題方法

可分成兩部分作答：

1. 依「感測端 → 通訊傳輸 → 資料平台 → 分析研判 → 現場查核」說明基本架構與運作流程。
2. 依「資料可信、污染源可追、機關能執行、執法有依據」說明成功要素。

這樣能清楚區分物聯網的技術架構與實際執法成效的管理條件。

一、空品物聯網的基本架構

1. 感測端：密集布建微型感測器

依污染源分布、工業區、交通或民眾陳情熱點等需求布設感測器，持續量測空氣品質相關指標。相較於傳統測站，微型感測器體積較小、成本較低，適合提高空間及時間涵蓋密度。

微型感測器提供的是高密度、近即時的環境資訊，優點是容易觀察區域濃度變化；其數據品質與傳統高精度監測站不同，必須經校正、比對及品質管理後再作判讀。

2. 通訊與資料傳輸

感測器將量測結果及時間、位置等資訊，透過有線或無線網路回傳資料平台。系統須有穩定供電與通訊、統一資料格式、時間同步及異常回報機制，才能確保資料可收集、可比對及可追溯。

3. 資料平台與整合資料庫

平台接收、儲存與管理各測點的資料，並整合下列資訊：

• 感測器位置、即時量測值及歷史資料。
• 氣象條件，如風向、風速及降雨等。
• 工廠、固定污染源及列管對象的空間資料。
• 必要的陳情、巡查及既有測站資料。

將感測數據與地理資訊整合後，得以地圖、時間序列及空間分布方式呈現污染變化。

4. 分析研判與熱區辨識

平台分析各測點的濃度變化與空間分布，辨識短時間異常、持續高值或特定區域的污染熱區；再依風向、風速及周邊污染源分布，縮小可能來源的範圍，排序現場勾稽與巡查對象。

5. 現場查核與結果回饋

環保機關依分析結果安排巡查，現場確認製程操作、污染防制設備、排放管道及逸散情形，並依適用的法定程序採樣、檢測或蒐證。查核結果再回饋資料平台，作為修正研判、安排後續巡查及評估治理成效的依據。

整體流程可概括為：

核心觀念

本題考查濕式排煙脫硫後的煙氣狀態，以及「白煙拖尾」的形成機制與再熱改善方法。

大型燃煤鍋爐常使用濕式排煙脫硫系統。煙氣通過脫硫吸收塔時，與洗滌液接觸並被冷卻，出口煙氣通常接近水蒸氣飽和狀態。這些水蒸氣排入較冷的環境空氣後，混合氣體溫度下降，超過其所能維持的水蒸氣量，多餘水分便凝結成細小液滴；液滴散射光線，形成肉眼可見的白色煙羽。

因此，白煙拖尾主要是水蒸氣冷凝形成的液滴所造成的視覺現象，不等同於未經處理的黑煙，也不必然代表粒狀污染物超標。

解題方法

依題目所列流程，先確認各設備的功能：排煙脫硝系統去除氮氧化物，靜電集塵器去除粒狀物，排煙脫硫系統去除硫氧化物。濕式脫硫會使煙氣降溫並增加濕度，因此判斷白煙問題的關鍵在脫硫後煙氣，而非只看前段除塵或脫硝設備。

在保留既有設備的前提下，應於排煙脫硫系統出口至煙囪之間增設煙氣再熱器，例如煙氣－煙氣熱交換器（GGH）、水媒式煙氣再熱器（MGGH），或其他可提供熱量的煙氣加熱設備。

核心觀念

本題考查低氮氧化物燃燒器（Low NOx Burner, LNB）的設備型式，以及各型式如何改變燃燒區的溫度、氧氣濃度與燃料、空氣混合方式，以抑制氮氧化物（NOₓ）生成。

鍋爐燃燒產生的 NOₓ，主要包括：

• 熱氮氧化物（thermal NOₓ）：高溫下空氣中的氮與氧反應生成；火焰峰值溫度愈高、處於高溫的時間愈長，生成量通常愈大。
• 燃料氮氧化物（fuel NOₓ）：燃料中的含氮成分在燃燒過程中轉化生成；燃燒初期的氧氣濃度及局部燃料、空氣比會影響其生成。
• 瞬時氮氧化物（prompt NOₓ）：燃料富集火焰前緣中，含氮物種參與反應所形成；一般鍋爐控制重點仍以熱 NOₓ 與燃料 NOₓ 為主。

低氮燃燒的核心做法是分段供風、分段供燃料、降低峰值火焰溫度、延後燃料與空氣混合，並控制燃燒區氧氣濃度。這些作法須兼顧燃燒完全度、火焰穩定、鍋爐效率及一氧化碳排放。

本題為申論題，沒有選項，也沒有特定計算式或法條需要套用。

解題方法

作答時先依「分段方式」分類低氮燃燒器，再對每一類說明燃燒器的設備配置、燃燒區形成方式，以及抑制 NOₓ 的機制。可按下列順序作答：

1. 空氣分段燃燒器。
2. 燃料分段燃燒器。
3. 煙氣再循環型低氮燃燒器。
4. 預混與混合控制型低氮燃燒器。
5. 說明操作限制及 NOₓ、CO 的折衷關係。

各型式低氮燃燒器及其原理

一、空氣分段型（Air-staged burner）

**設備內容：**燃燒器將助燃空氣分成一次風與二次風；部分設備亦設三次風或燃燒器外的燃盡風口。一次風在燃燒器喉口附近供入，二次風經燃燒器的環狀風道、旋流葉片或獨立風口加入；燃盡風則從爐膛較上方的噴口補入。其設計會控制各股空氣的流量、旋流強度及加入位置。

方法原理：

• 燃燒初期只供入部分理論空氣，使主燃燒區形成低氧、燃料較富的環境。
• 低氧環境可抑制燃料氮轉化為 NOₓ；延後補入空氣也能降低主火焰的局部峰值溫度。
• 後續再加入二次風或燃盡風，使未完全燃燒的可燃物氧化，完成燃盡。

若空氣在燃燒器內部逐段加入，稱為燃燒器內部空氣分段；若由爐膛上方的燃盡風口補入，常稱為上方燃燒空氣（Overfire Air, OFA）。OFA 通常屬於配合低氮燃燒的爐內分段供風設計，並非單一燃燒器本體內的構件。

**操作重點：**一次風量過低、二次風混合不足或燃盡區停留時間不夠，會造成 CO 上升、未燃碳增加或火焰不穩；需保留足夠的後段氧氣及混合時間。

二、燃料分段型（Fuel-staged burner）

**設備內容：**燃燒器將燃料分成主燃料流與延遲加入的次燃料流。主燃料在燃燒器附近燃燒，次燃料經獨立噴嘴或燃料噴孔，在主燃燒區下游加入；部分設計也會將燃料分配到多個噴口，形成不同濃度與反應階段的燃燒區。

方法原理：

• 主燃燒區先形成燃料較富、氧氣不足的還原性環境，使部分 NOₓ 生成受到抑制。
• 延遲加入的燃料在下游與煙氣及剩餘氧氣混合，完成燃燒；在特定設計中，還原性氣氛也能促使部分已生成的 NOₓ 還原為氮氣。

核心觀念

本題考查工業製程 VOCs 廢氣的濃度分級與控制技術選擇，以及污染物被移除或破壞後，後續如何處理。選擇方法時，不能只看 VOC 濃度，還要一併考量廢氣流量、VOC 成分與沸點、可燃性、回收價值、含水率、粉塵及處理後的二次廢棄物。

VOCs 控制方法可分為兩大類：

• 回收型（非破壞型）：將 VOC 從氣流中分離並回收，例如吸附、吸收、冷凝。
• 破壞型：將 VOC 氧化分解，例如直接燃燒、觸媒氧化及蓄熱式氧化。

濃度越低，通常越需要先將 VOC 富集，以降低後續處理的氣體量；濃度較高時，則可考慮直接回收或氧化。

解題方法：依濃度分級選擇方法

以下為常見的概略分級。各技術適用範圍會因 VOC 性質、廢氣量、設備設計及回收需求而重疊，故不宜將單一濃度界線視為絕對標準。

各方法的適用條件與後續處理

一、吸附與吸附濃縮

活性碳、沸石等固體吸附劑可將氣相 VOC 留在固體表面，常用於低濃度氣流，也可作為濃縮設備。

後續應考量：

• 吸附床會逐漸飽和，須監測出口濃度並安排更換或再生，避免穿透排放。
• 再生可採加熱、蒸汽或真空脫附；脫附出的高濃度 VOC 須再送往冷凝回收或氧化處理，不能視為已完成處置。
• 再生氣中的水分可能增加後續冷凝與分離負荷；高濕度也會影響某些吸附劑的有效容量。

核心觀念

本題考查「機動車輛行駛噪音量測方法－影像輔助法」（NIEA P211.80B）的三項內容：量測原理、量測干擾，以及受測噪音與背景音量接近時的背景音修正。

法源依據為《噪音管制法》第二十條第三項。**以下以命題當年（民國 109 年）法規及 NIEA P211.80B 為準。**該方法後續曾修正，解題仍依命題當年的版本作答。

解題方法

一、方法概要

本方法使用噪音計或陣列式聲音感應器（麥克風）等組合量測系統，量測機動車輛行駛噪音的最大值，並同步擷取相關影像，以辨識噪音事件與車輛。適用於量測機動車輛行駛於車道上所產生的噪音。

影像紀錄可協助確認噪音事件發生時間及對應車輛，並供判讀是否有其他音源干擾。

二、干擾因素

1. **傳播環境：**噪音傳播會受氣象條件、地形及地面情況影響。
2. **風雜音：**強風吹到聲音感應器時，風切作用會產生雜音，進而影響量測值。
3. **機械設備附近的影響：**量測時可能受到電場、磁場、振動、溫度、濕度、氣流及氣壓等因素影響。

三、背景音量修正

令：

• $L_1$：受測噪音與背景音合成後的整體音量，單位 dB。
• $L_2$：背景音量，單位 dB。
• $L$：扣除背景音後，欲量測音源的修正音量，單位 dB。