110 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

110 年・專技高考・高等考試・環境工程技師
試題代碼 空氣污染與噪音工程

第 一 題20 分

(一) 請依下列高斯擴散模式，推導懸浮微粒擴散至下風 xx 公尺處敏感點中心線地面濃度之擴散方程式。假設此微粒之粒徑為 dpd_p，終端沉降速度為 VtV_t，煙囪上方的水平風速為 uu，污染物排放流率為 qq，有效煙囪高度為 HH。（10 分）

C(x,y,z)=q2πuσyσzexp⁡[−12(yσy)2]{exp⁡[−12(z−Hσz)2]+exp⁡[−12(z+Hσz)2]}C(x,y,z)=\frac{q}{2\pi u\sigma_y\sigma_z} \exp\left[-\frac{1}{2}\left(\frac{y}{\sigma_y}\right)^2\right] \left\{ \exp\left[-\frac{1}{2}\left(\frac{z-H}{\sigma_z}\right)^2\right] + \exp\left[-\frac{1}{2}\left(\frac{z+H}{\sigma_z}\right)^2\right] \right\}

(二) 當煙囪排放廢氣中 SO2SO_2 排放流率下降 20%，煙囪上方水平風速 uu 升高 20%，則下風 xx 公尺處敏感點中心線地面懸浮微粒濃度上升或下降為多少倍？假設微粒粒徑及大氣擴散條件不變。（10 分）

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考高斯煙流模式中，地面反射項、懸浮微粒沉降造成的有效高度修正，以及排放流率與風速對濃度的比例關係。

微粒以終端沉降速度 VtV_t 向下沉降，從煙囪至下風距離 xx 的輸送時間為 x/ux/u，因此沉降距離為 Vtx/uV_t x/u。下風處的有效中心線高度為：

Hx=H−VtxuH_x=H-\frac{V_t x}{u}

解題方法

取敏感點為下風中心線地面位置，故 y=0y=0、z=0z=0。將這兩個條件代入題示高斯擴散式，兩個垂直方向的指數項相同：

C(x,0,0)=q2πuσyσz[exp⁡(−H22σz2)+exp⁡(−H22σz2)]C(x,0,0) =\frac{q}{2\pi u\sigma_y\sigma_z} \left[ \exp\left(-\frac{H^2}{2\sigma_z^2}\right) +\exp\left(-\frac{H^2}{2\sigma_z^2}\right) \right]

若考慮微粒沉降，以上式中的有效高度以 HxH_x 取代 HH，整理得：

C(x,0,0)=qπuσyσzexp⁡[−12σz2(H−Vtxu)2]C(x,0,0) =\frac{q}{\pi u\sigma_y\sigma_z} \exp\left[-\frac{1}{2\sigma_z^2} \left(H-\frac{V_t x}{u}\right)^2\right]

其中 σy\sigma_y、σz\sigma_z 為距離 xx 及大氣擴散條件的函數。沉降速度若由粒徑求得，仍須依微粒的物性及適用的沉降公式計算；本題已給定 VtV_t，直接代入即可。

(二) 濃度變化倍數

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 二 題20 分

某既存靜電集塵器（electrostatic precipitator, ESP）之除塵效率為 95%，為因應廢氣流量增加 20% 及除塵效率提高至 98% 之改善需求，請用德意志公式（Deutsch equation）估算收集板面積至少須增加為原來的多少倍？假設靜電集塵器之電場強度不變。

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考靜電集塵器的德意志公式（Deutsch equation），用以描述粒子在集塵器中的收集效率：

η=1−exp⁡(−wAQ)\eta = 1-\exp\left(-\frac{wA}{Q}\right)

其中，η\eta 為除塵效率，ww 為粒子的有效遷移速度，AA 為收集板面積，QQ 為廢氣流量。整理後可得：

wAQ=−ln⁡(1−η)\frac{wA}{Q}=-\ln(1-\eta)

在電場強度不變、粒子性質與操作條件相同的假設下，ww 不變，因此所需面積與流量及 −ln⁡(1−η)-\ln(1-\eta) 成正比。

解題方法

設原收集板面積為 A1A_1、原廢氣流量為 Q1Q_1。改善後流量增加 20%20\%，故 Q2=1.2Q1Q_2=1.2Q_1；效率由 95%95\% 提高至 98%98\%。

原狀態：

wA1Q1=−ln⁡(1−0.95)=−ln⁡(0.05)=ln⁡20\frac{wA_1}{Q_1}=-\ln(1-0.95)=-\ln(0.05)=\ln 20

改善後：

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 三 題20 分

(一) 請說明燃燒過程中戴奧辛（Dioxin）的生成機制。另就燃料成分及燃燒條件的控制，請說明如何有效降低戴奧辛的排放？（10 分）

(二) 某半導體封裝製程廢氣中含有多種 VOCs，擬採用串聯冷凝器、沸石轉輪、蓄熱式焚化爐等三種控制設備加以處理。若上述三者之 VOCs 處理效率分別為 50%、60%、90%，請推估此串聯控制設備之 VOCs 總處理效率為多少？（10 分）

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

戴奧辛通常指多氯二苯並戴奧辛（PCDDs）及多氯二苯並呋喃（PCDFs）。燃燒排氣中的生成可分成三種途徑：

  1. 未完全破壞而殘留：燃料中原有的戴奧辛未經充分燃燒而逸出。
  2. 前驅物合成：含氯酚類、氯苯類等前驅物，在煙道冷卻時經氧化、縮合及氯化反應生成戴奧辛。
  3. 從頭合成（de novo synthesis）：飛灰上的未燃碳或碳質物，與氯源在銅、鐵等過渡金屬催化下反應，生成戴奧辛。此反應常發生於約 200∼450∘C200\sim450^\circ\mathrm{C} 的煙道冷卻區。

解題方法：說明生成機制，再從來源與反應條件控制

先指出生成所需的主要條件：碳質反應物、氯源、金屬催化物及適合的溫度區間。再分別控制燃料組成與燃燒操作，降低生成機會。

1. 燃料成分控制

  • 降低含氯物質：分選或避免投入含氯塑膠等燃料，可減少氯源及含氯前驅物。
  • 降低銅、鐵等催化金屬：避免含銅、鐵等金屬物料混入燃料，減少飛灰表面催化作用。
  • 降低未燃碳及有機前驅物：控制燃料中的未燃碳、煙炱與氯酚、氯苯等前驅物來源，降低從頭合成及前驅物合成的反應物。

2. 燃燒條件控制

  • 維持高溫、足夠停留時間與良好混合：使戴奧辛及其前驅物充分氧化破壞，並避免局部缺氧或溫度不足。
  • 控制燃燒完全度：穩定供氧與燃燒操作，降低一氧化碳、煙炱及未燃碳生成。
  • 快速通過生成溫度區間：燃燒後迅速冷卻煙氣，使其儘快離開約 200∼450∘C200\sim450^\circ\mathrm{C} 的戴奧辛生成區，並減少飛灰在該溫度區停留時間。
  • 妥善控制飛灰與積灰：減少飛灰表面及煙道沉積物提供的反應場所，降低催化生成機會。

解題技巧

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 四 題20 分

(一) 某液態燃料之化學式可用 C6H14C_6H_{14} 表示，請列出該燃料燃燒之劑量化學反應式。（8 分）

(二) 假設過剩空氣量（excess air）為 30%，請計算該燃料在空氣（N2/O2=3.76N_2/O_2=3.76）中燃燒之空燃比（air-fuel ratio）為多少？（12 分）

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

本題考查液態燃料完全燃燒的化學計量，以及過剩空氣下空燃比的計算。

完全燃燒時，燃料中的碳生成 CO2CO_2，氫生成 H2OH_2O。先由化學反應式求出理論需氧量，再依過剩空氣率調整實際供氣量。空燃比定義為燃燒空氣質量除以燃料質量：

A/F=空氣質量燃料質量\mathrm{A/F}=\frac{\text{空氣質量}}{\text{燃料質量}}

解題方法

（一）列出劑量化學反應式

以 11 莫耳 C6H14C_6H_{14} 為基準，先寫出完全燃燒反應：

C6H14+aO2→6CO2+7H2OC_6H_{14}+aO_2\rightarrow 6CO_2+7H_2O

右側產物含有 6×2+7=196\times 2+7=19 莫耳氧原子，因此需 19/219/2 莫耳 O2O_2。理論需氧量為 9.59.5 莫耳：

C6H14+192O2→6CO2+7H2OC_6H_{14}+\frac{19}{2}O_2\rightarrow 6CO_2+7H_2O

若以空氣表示，空氣中每 11 莫耳 O2O_2 對應 3.763.76 莫耳 N2N_2，故理論燃燒反應式為：

C6H14+192(O2+3.76N2)→6CO2+7H2O+192(3.76)N2C_6H_{14}+\frac{19}{2}(O_2+3.76N_2) \rightarrow 6CO_2+7H_2O+\frac{19}{2}(3.76)N_2

其中氮氣係隨空氣進入，視為不參與反應。

（二）計算過剩空氣下的空燃比

過剩空氣量為 30%30\%，表示實際供氣量為理論空氣量的 1.301.30 倍。因此每莫耳燃料實際供應：

9.5(1.30)=12.35 mol O29.5(1.30)=12.35\ \text{mol }O_2

相應氮氣量為：

12.35(3.76)=46.436 mol N212.35(3.76)=46.436\ \text{mol }N_2

燃燒空氣總莫耳數為：

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

第 五 題20 分

(一) 某交通噪音監測資料如下表所示，監測時距為 10 秒，試計算此暫時性噪音之 L10L_{10}、L50L_{50}、L90L_{90}。（10 分）

時間（sec）102030405060708090100
dB(A)70506560556560557050

(二) 某辦公室之背景噪音量為 65 dB(A)，若搬入兩台新的事務機器，其單獨操作時所產生之噪音量分別為 70 dB(A) 及 75 dB(A)，請推測辦公室之最大總噪音量為多少 dB(A)？（10 分）

登入後即可作答並保存紀錄。

這一題的完整詳解

核心觀念

LnL_n 是在指定統計期間內，噪音量超過該值的時間占 n%n\% 的音量。依題意，每 10 秒取得一次噪音值，共 10 筆，因此每筆代表相同時距，先依音量由大至小排列，再按超越百分率定位。

解題方法

原始數據由大至小排列為：

70, 70, 65, 65, 60, 60, 55, 55, 50, 50 dB(A)70,\ 70,\ 65,\ 65,\ 60,\ 60,\ 55,\ 55,\ 50,\ 50\ \text{dB(A)}

共有 N=10N=10 筆。採用最近秩法，LnL_n 的位置為：

r=⌈n100N⌉r=\left\lceil \frac{n}{100}N \right\rceil

其中 rr 為由大至小排列後的順位。

  • L10L_{10}：r=⌈0.10×10⌉=1r=\lceil 0.10\times10\rceil=1，第 1 位為 7070 dB(A)。
  • L50L_{50}：r=⌈0.50×10⌉=5r=\lceil 0.50\times10\rceil=5，第 5 位為 6060 dB(A)。
  • L90L_{90}：r=⌈0.90×10⌉=9r=\lceil 0.90\times10\rceil=9，第 9 位為 5050 dB(A)。

解題技巧

L10L_{10} 是較高的噪音代表值，L90L_{90} 則是較低的背景噪音代表值；排序時由大至小，可避免把超越百分率的方向弄反。若題目指定採用其他百分位插值法，應依指定方法計算；本題以整數順位法可直接定位。

（二）辦公室最大總噪音量

核心觀念

🔒

後續完整解題步驟與【答案】

免費註冊，享 3 天全站完整詳解閱覽。

免費註冊

其他考古題

環境工程技師《空氣污染與噪音工程》其他年度

114113112111109