111 專技高考高等考試 環境工程技師 廢棄物工程 考古題詳解

核心觀念

本題結合了「燃燒計算（化學計量學）」與「固體再生燃料（SRF）推動之實務工程與環保管制」，為專技高考《廢棄物工程》之經典題型。

1. 燃燒計量學核心原理：

• 理論需氧量（$O_0$）：燃料中各可燃元素完全氧化所需之最低氧氣量。一般以 $1 \text{ kg}$ 燃料為基準： $O_0 = \frac{C}{12} + \frac{H}{4} + \frac{S}{32} - \frac{O}{32} \quad (\text{kmol/kg 或換算為 } \text{Nm}^3/\text{kg})$
• 理論空氣量（$A_0$）：空氣中氧氣體積比約為 $21\%$，故 $A_0 = \frac{O_0}{0.21}$。
• 實際空氣量（$A$）與過剩空氣：空氣比（過剩空氣係數）$m = \frac{A}{A_0} = 2$，故實際引入空氣量 $A = 2 A_0$，過剩氧氣量為 $(m - 1) O_0 = O_0$。
• 排氣組成與乾／濕基濃度：
• 煙道氣濃度在空氣污染法規與工程實務上，標準表示法為乾基體積濃度（Dry basis, ppmvd 或 %）；若計入水分則為濕基體積濃度（Wet basis）。本題以乾基為主計算，並併列濕基以求嚴謹。
• 燃燒後各元素產物：$\text{C} \rightarrow \text{CO}_2$、$\text{S} \rightarrow \text{SO}_2$、$\text{Cl} \rightarrow \text{HCl}$、$\text{H} \rightarrow \text{H}_2\text{O}$。

2. SRF 取代燃煤之工程與管理：

• 包含熱能利用（熱值波動、高溫氯腐蝕、結渣）、二次污染物防制（$\text{HCl}$、戴奧辛、重金屬飛灰）與料源品質管理體系（以命題當年民國 111 年規範為基準）。

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解題方法

以燃燒 $1 \text{ kg}$ 燃料（含水基準，as-received）為計算基準。標準狀態（$0^\circ\text{C}, 1 \text{ atm}$）下，$1 \text{ kmol}$ 理想氣體體積為 $22.4 \text{ Nm}^3$。

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（一）燃煤與 SRF 之廢氣濃度計算

1. SRF 燃燒廢氣計算

• 各成分莫耳數（每 $1 \text{ kg}$ SRF）：

• $\text{C} = 0.612 \text{ kg} \rightarrow n_\text{C} = \frac{0.612}{12} = 0.051000 \text{ kmol}$

• $\text{H} = 0.095 \text{ kg} \rightarrow n_\text{H} = \frac{0.095}{1} = 0.095000 \text{ kmol}$

• $\text{O} = 0.100 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{O}_2} = \frac{0.100}{32} = 0.003125 \text{ kmol}$

• $\text{N} = 0.005 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{N}_2, \text{fuel}} = \frac{0.005}{28} = 0.000179 \text{ kmol}$

• $\text{S} = 0.003 \text{ kg} \rightarrow n_\text{S} = \frac{0.003}{32} = 0.00009375 \text{ kmol}$

• $\text{Cl} = 0.025 \text{ kg} \rightarrow n_\text{Cl} = \frac{0.025}{35.5} = 0.00070423 \text{ kmol}$

• 水分 $\text{W} = 0.100 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{H}_2\text{O}, \text{moist}} = \frac{0.100}{18} = 0.005556 \text{ kmol}$

• 理論需氧量（$n_{\text{O}_2, 0}$）： $n_{\text{O}_2, 0} = n_\text{C} + \frac{n_\text{H}}{4} + n_\text{S} - n_{\text{O}_2, \text{fuel}} = 0.051000 + \frac{0.095000}{4} + 0.00009375 - 0.003125 = 0.071719 \text{ kmol}$ 體積 $O_0 = 0.071719 \times 22.4 = 1.6065 \text{ Nm}^3$

• 實際空氣量（$m = 2$）： $n_{\text{air}} = 2 \times \frac{n_{\text{O}_2, 0}}{0.21} = 2 \times \frac{0.071719}{0.21} = 0.683036 \text{ kmol} \quad (A = 15.3000 \text{ Nm}^3)$

• 帶入之過剩氧氣 $n_{\text{O}_2, \text{excess}} = (2 - 1) \times 0.071719 = 0.071719 \text{ kmol}$

• 帶入之氮氣 $n_{\text{N}_2, \text{air}} = 0.79 \times n_{\text{air}} = 0.79 \times 0.683036 = 0.539598 \text{ kmol}$

• 乾基廢氣總莫耳數（$n_{Gd}$）與各成分體積：

• $n_{\text{CO}_2} = n_\text{C} = 0.051000 \text{ kmol} \quad (V_{\text{CO}_2} = 1.1424 \text{ Nm}^3)$

• $n_{\text{SO}_2} = n_\text{S} = 0.00009375 \text{ kmol} \quad (V_{\text{SO}_2} = 0.00210 \text{ Nm}^3)$

• $n_{\text{HCl}} = n_\text{Cl} = 0.00070423 \text{ kmol} \quad (V_{\text{HCl}} = 0.015775 \text{ Nm}^3)$

• $n_{\text{O}_2} = 0.071719 \text{ kmol} \quad (V_{\text{O}_2} = 1.6065 \text{ Nm}^3)$

• $n_{\text{N}_2} = n_{\text{N}_2, \text{air}} + n_{\text{N}_2, \text{fuel}} = 0.539598 + 0.000179 = 0.539777 \text{ kmol} \quad (V_{\text{N}_2} = 12.0910 \text{ Nm}^3)$

• 乾基排氣總莫耳數： $n_{Gd} = 0.051000 + 0.00009375 + 0.00070423 + 0.071719 + 0.539777 = 0.663294 \text{ kmol}$ 乾基廢氣體積 $G_d = 0.663294 \times 22.4 = 14.8578 \text{ Nm}^3$

• 濕基廢氣體積（$G_w$）補充：

• 燃燒生成水 $n_{\text{H}_2\text{O}, \text{comb}} = \frac{n_\text{H}}{2} = 0.047500 \text{ kmol}$

• 廢氣總水分 $n_{\text{H}_2\text{O}} = 0.005556 + 0.047500 = 0.053056 \text{ kmol}$

• 濕基排氣總莫耳數 $n_{Gw} = n_{Gd} + n_{\text{H}_2\text{O}} = 0.663294 + 0.053056 = 0.716350 \text{ kmol} \quad (G_w = 16.0462 \text{ Nm}^3)$

• SRF 排放濃度計算結果：

• $\text{CO}_2$ 濃度：

• 乾基：$\frac{0.051000}{0.663294} \times 100\% = \mathbf{7.69\%}$（濕基為 $7.12\%$）

• $\text{SO}_x$（以 $\text{SO}_2$ 計）濃度：

• 乾基：$\frac{0.00009375}{0.663294} \times 10^6 = \mathbf{141.34 \text{ ppm}}$（或 $0.0141\%$；濕基為 $130.87 \text{ ppm}$）

• 質量濃度：$\frac{0.003 \times (64/32) \times 10^6 \text{ mg}}{14.8578 \text{ Nm}^3} = 403.8 \text{ mg/Nm}^3$

• $\text{HCl}$ 濃度：

• 乾基：$\frac{0.00070423}{0.663294} \times 10^6 = \mathbf{1,061.7 \text{ ppm}}$（或 $0.1062\%$；濕基為 $983.1 \text{ ppm}$）

• 質量濃度：$\frac{0.025 \times (36.5/35.5) \times 10^6 \text{ mg}}{14.8578 \text{ Nm}^3} = 1,730.0 \text{ mg/Nm}^3$

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2. 燃煤燃燒廢氣計算

• 各成分莫耳數（每 $1 \text{ kg}$ 燃煤）：

• $\text{C} = 0.734 \text{ kg} \rightarrow n_\text{C} = \frac{0.734}{12} = 0.061167 \text{ kmol}$

• $\text{H} = 0.051 \text{ kg} \rightarrow n_\text{H} = \frac{0.051}{1} = 0.051000 \text{ kmol}$

• $\text{O} = 0.064 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{O}_2} = \frac{0.064}{32} = 0.002000 \text{ kmol}$

• $\text{N} = 0.010 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{N}_2, \text{fuel}} = \frac{0.010}{28} = 0.000357 \text{ kmol}$

• $\text{S} = 0.010 \text{ kg} \rightarrow n_\text{S} = \frac{0.010}{32} = 0.0003125 \text{ kmol}$

• $\text{Cl} = \text{N.D.}$（未檢出，視為 $0$）

• 水分 $\text{W} = 0.014 \text{ kg} \rightarrow n_{\text{H}_2\text{O}, \text{moist}} = \frac{0.014}{18} = 0.000778 \text{ kmol}$

• 理論需氧量（$n_{\text{O}_2, 0}$）： $n_{\text{O}_2, 0} = n_\text{C} + \frac{n_\text{H}}{4} + n_\text{S} - n_{\text{O}_2, \text{fuel}} = 0.061167 + \frac{0.051000}{4} + 0.0003125 - 0.002000 = 0.072229 \text{ kmol}$ 體積 $O_0 = 0.072229 \times 22.4 = 1.6179 \text{ Nm}^3$

核心觀念

本題評量廢棄物「生物轉化處理技術（Biological Transformation Technologies）」之核心學理與實務工程應用。主要涉及觀念與理論依據如下：

1. 生物降解熱力學與生化途徑：

• 好氧堆肥（Composting）：在充分供氧條件下，利用異營性好氧微生物分解易腐有機物，將化學能大量轉化為熱能釋出，使堆體進入高溫期，達到殺滅病原菌與雜草種子、體積減量及有機物腐植化（Humification）之目的。其基本反應通式為： $\text{有機物} + O_2 + \text{營養鹽} \xrightarrow{\text{好氧微生物}} \text{安定腐植質} + CO_2 + H_2O + \Delta H (\text{反應熱})$
• 厭氧消化（Anaerobic Digestion, AD）：在嚴格無分子氧（$ORP < -300\text{ mV}$）條件下，藉由微生物菌群協同代謝，經歷「水解（Hydrolysis）」、「酸化（Acidogenesis）」、「產乙酸（Acetogenesis）」與「產甲烷（Methanogenesis）」四階段生化反應，將有機物碳源轉化為高熱值氣體（甲烷），保留化學能作為生質能源。其總反應通式為： $\text{有機物} + H_2O \xrightarrow{\text{厭氧微生物群}} CH_4 + CO_2 + \text{生物量} + \text{微量熱}$

2. 操作控制參數定義：碳氮比（$C/N$ 比）、含水率（Moisture Content）、溫度範圍（中溫 vs. 高溫）、$pH$ 緩衝系統（揮發性脂肪酸 $VFA$ 與重碳酸鹽鹼度平衡）。
3. 法規與標準依據（以命題當年民國 111 年法規為準）：轉化產物之規範涉及行政院農業委員會（現農業部）《肥料管理法》之「肥料種類品目及規格」標準（如全氮、全磷酐、有機質、水分含量及重金屬限量），以及環保署（現環境部）《水污染防治措施及檢測申報管理辦法》中關於畜牧糞尿厭氧發酵產物「沼液沼渣作為農地肥分使用」之規範。

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解題方法

本題為專技高考環境工程技師典型的「橫向對比申論題」，作答策略應採「模組化矩陣結構」：

1. 破題歸納：先以簡要論述點出兩者本質差異在於「電子受體（$O_2$ vs. 內生有機碳／二氧化碳）」及「能量轉化型態（釋熱 vs. 產能）」。
2. 條列結構化鋪陳：嚴格呼應題目四大核心提問，依序展開：

• 原理與技術特色
• 關鍵影響控制因素
• 轉化產物種類與物理／化學／生物性質
• 後續市場應用途徑

3. 綜整對照表：於論述後補強全方位比較表，以高密度之工程參數展現應考專業深度，方便閱卷委員迅速核對給分點。

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選項分析

本題為專技高考環境工程技師之申論題，非選擇題型，故無選項分析。在申論答題時，需全面兼顧「反應機制、操作參數、產物特性、市場出路」四大構面，缺一不可，否則閱卷評分將依漏答要點比例扣分。

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解題技巧

1. 避免模糊字眼，精準寫出數值範圍：閱卷委員極看重工程操作數值。切忌只寫「適當的含水率」或「適合的溫度」，必須精確寫出「堆肥含水率控制於 $50\%\sim 60\%$」、「產甲烷階段最適 $pH$ 為 $6.8\sim 7.4$」、「堆肥需達 $55^\circ\text{C}$ 以上維持 3 天以上以完成無害化」。
2. 生化反應路徑必須點出關鍵菌種與中間產物：厭氧消化務必寫出四階段（水解、酸化、產乙酸、產甲烷），並強調產乙酸菌（共生專性產氫菌）與產甲烷菌（如食乙酸產甲烷菌、氫營養產甲烷菌）間的「種間氫轉移（Interspecies Hydrogen Transfer）」與酸鹼緩衝平衡，展現環工所學深度。
3. 產物市場應用不可僅寫「作肥料」：產物需細分「固態（腐植土、沼渣）」、「液態（沼液）」及「氣態（沼氣）」。後續應用須扣合台灣產業現況，如「沼氣提純生質天然氣（Biomethane/RNG）」、「汽電共生發電併網躉購（FIT）」與「畜牧糞尿沼液沼渣農地肥分使用管理措施」。

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【答案】

一、原理與特色比較

評比項目	好氧堆肥（Composting）	厭氧消化（Anaerobic Digestion）
生化原理	在有氧條件下，好氧微生物（細菌、放線菌、真菌）氧化有機物為 $CO_2$ 與 $H_2O$，釋放大量生化代謝熱，使堆體自體升溫，促使有機物穩定化、無害化並合成腐植質。	在隔絕氧氣（$ORP < -300\text{ mV}$）環境下，水解菌、產酸菌、產乙酸菌及產甲烷菌依序協同作用，將大分子有機物逐步分解為低分子脂肪酸，最終轉化為 $CH_4$ 與 $CO_2$。
主要階段	1. 初期升溫期（嗜溫階段，$< 45^\circ\text{C}$）：分解可溶性易降解醣類。<br>2. 高溫期（嗜熱階段，$50\sim 65^\circ\text{C}$）：分解纖維素等，殺滅病原菌及草籽。<br>3. 降溫熟成期（後熟階段）：木質素分解，形成穩定腐植質。	1. 水解作用：多醣、蛋白質、脂肪轉化為單醣、胺基酸、脂肪酸。<br>2. 產酸作用：轉化為揮發性脂肪酸（$VFA$）、醇類。<br>3. 產乙酸作用：轉化為乙酸、$H_2$ 與 $CO_2$。<br>4. 產甲烷作用：轉化生成 $CH_4$。
技術特色	1. 反應速率較快，水力/固體停留時間較短。<br>2. 釋熱量大，具備自我滅菌與水分蒸散能力。<br>3. 操作簡單、設備投資成本較低。<br>4. 需持續供氧（翻堆或強制通氣），動力能耗高，臭氣不易完全封閉收集。	1. 密閉槽體反應，臭氣溢散易於控制。<br>2. 能量回收率高，化學能直接以氣體（$CH_4$）型態回收。<br>3. 污泥產量少（微生物細胞合成率遠低於好氧菌）。<br>4. 啟動時間長，產甲烷菌生長緩慢且對環境變動（如酸化、毒物）極為敏感。

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二、關鍵影響因素比較

核心觀念

本題評量環境工程技師對於生物醫療事業廢棄物（以感染性廢棄物為主）在法規管理層面的熟稔度與工程實務掌握能力。核心法源為《廢棄物清理法》授權訂定之「事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準」（以下簡稱「設施標準」）。

解題時須扣緊三大工程管制生命週期：貯存（Storage）、清除（Clearance/Collection & Transport）與處理設施（Treatment Facilities）。

• 法規基準：本題詳解以命題當年（民國 111 年）法規為準。（現行法主管機關已改制為「環境部」，部分條文用語有些微行政機關名稱變更，但生物醫療事業廢棄物之核心管制標準、溫度、天數與操作參數均一致）。
• 關鍵法規條文架構：
• 貯存階段：設施標準第 8 條（有害事業廢棄物通則）、第 11 條（生物醫療事業廢棄物專用貯存方法及設施）。
• 清除階段：設施標準第 19 條、第 20 條（有害事業廢棄物與生物醫療廢棄物清除規定）。
• 處理階段：設施標準第 29 條、第 30 條、第 31 條（生物醫療廢棄物處理方法、滅菌效能與設施運作規範）。

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解題方法

本題為標準的「法規申論題」，切入點應避免空泛論述，需精準援引法規架構，將龐雜條文依「貯存、清除、處理」三大主軸條理化呈現：

1. 貯存切入點：依「容器與分類標示」、「貯存溫度與保存期限」、「貯存場所/設施工程要求」三層面鋪陳，關鍵數值（常溫、冷藏 $5^\circ\mathrm{C}$、冷凍 $0^\circ\mathrm{C}$ 及其對應天數）務必明確。
2. 清除切入點：掌握「專用冷藏運送車輛」、「即時追蹤（GPS）及聯單管制」、「運送防護與緊急應變」三大要求。
3. 處理切入點：聚焦於「處理技術途徑（焚化 vs. 滅菌）」、「操作工程參數（溫度、時間、DRE）」、「滅菌效能指標菌種及標準」與「破碎毀形及後續處置」。

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選項分析

本題為專技高考之申論題，非選擇題，無選項可供比對。 【要點橫向對比分析】：考生在作答時易將「感染性廢棄物」與「一般事業廢棄物」混淆，應注意以下法規界線：

• 廢尖銳器具 vs. 其他感染性廢棄物：廢尖銳器具無論何種處理途徑，貯存時必須採用「不易穿透之堅固容器」；處理後若採滅菌途徑，後續必須強制「破碎毀形」，避免重複使用或刺傷人員。
• 冷藏清除例外條款：原則上清除須以密閉式冷藏車輛（維持 $5^\circ\mathrm{C}$ 以下）運送；但廢尖銳器具在密封良好情況下，常溫清除不在此限。

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解題技巧

1. 數值強記口訣：

• 貯存時限與溫度：「常溫 1 日、冷藏 5 度 7 日、冷凍 0 度 30 日」。
• 焚化燃燒條件：「一燃室 $850^\circ\mathrm{C}$、二燃室 $1000^\circ\mathrm{C}$、滯留時間 1 秒以上」。

2. 拿分關鍵詞（Buzzwords）：

• 標誌：黃色標籤／紅色標籤之「生物性危害標誌」。
• 車輛：維持 $5^\circ\mathrm{C}$ 以下、平滑易清洗、耐腐蝕。
• 滅菌指標：枯草桿菌芽孢（Bacillus atrophaeus）或嗜熱脂肪芽孢桿菌（Geobacillus stearothermophilus），減菌率達 $\log_{10} 4$（即 $99.99\%$）或法規指定之效能指標。
• 毀形：滅菌後需經「破碎毀形」，方得降級為一般廢棄物處置。

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【答案】

依據民國 111 年施行之「事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準」規定，生物醫療事業廢棄物（具感染性者）於貯存、清除及處理設施之重要管理工作與法規要求如下：

核心觀念

本題評量環境工程技師對於廢棄物最終處置技術——**衛生掩埋場（Sanitary Landfill）**之水文機制、生物化學降解原理，以及工程防污染系統設計之綜合掌握度。

1. 水文與物質平衡原理：滲出水量由掩埋場水力平衡（Hydrologic Evaluation of Landfill Performance, HELP 模型概念）控制，沼氣產量則由有機廢棄物在無氧環境下的多階段厭氧分解反應決定。
2. 多重屏障防護理念（Multi-Barrier Concept）：依據命題當年（民國 111 年）法規《一般廢棄物衛生掩埋場設置規範》及《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》，衛生掩埋場必須構築具備阻隔、導排、收集、處理及監測等功能的完整工程設施，防止二次污染。

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解題方法

1. 子題（一）成因剖析：

• 滲出水：由「物理水文途徑」（大氣降雨入滲、地表逕流、廢棄物原始含水、地下水入滲）結合「生物化學反應」（廢棄物溶出、有機質分解代謝水）之水力平衡公式 $L = P - R_{off} - ET \pm \Delta S$ 切入說明。
• 沼氣：以有機質厭氧分解四階段（水解 $\rightarrow$ 酸化 $\rightarrow$ 乙酸化 $\rightarrow$ 甲烷化）為主軸，配合非甲烷有機物（NMOCs）的揮發機制，說明主要組分（$\text{CH}_4$、$\text{CO}_2$）之成因。

2. 子題（二）工程設施與規範架構：

• 採系統化階層論述，歸納為五大核心工程系統：底部阻水襯底系統、滲出水收集與處理系統、掩埋氣體（沼氣）導排與控制系統、雨水地表逕流排除系統、覆土與最終封場系統。
• 每一系統均嚴格對應說明「設施內容」、「設計理念」與「法規工程規範（含具體量化數據）」。

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選項分析

本題為專業技術人員高等考試之申論與工程設計計算題型，無選擇題選項。作答時須展現專業工程名詞與精確法規數值，避免泛泛空談。

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解題技巧

1. 量化數據是得分關鍵：掩埋場設計題的閱卷核心在於「規範數值」（例如黏土透水係數 $k \le 10^{-7}\text{ cm/s}$、厚度 $\ge 60\text{ cm}$；地工膜厚度 $\ge 1.5\text{ mm}$；水頭壓 $\le 30\text{ cm}$；日覆土厚度 $\ge 15\text{ cm}$ 等），務必熟記並完整列出。
2. 化學計量與爆炸極限加分項：提及沼氣時，寫出甲烷爆炸界限（LEL 5% 至 UEL 15%）及場界監測標準（$\le 25\%\text{ LEL}$），能突顯工程實務專業度。
3. 法規基準註記：涉及法規規範部分，以命題當年（民國 111 年）公布施行之《一般廢棄物衛生掩埋場設置規範》及《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》為準。

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【答案】

（一）滲出水及沼氣產生之成因

1. 滲出水（Leachate）之產生機理

掩埋場滲出水係指水分穿透掩埋堆體過程中，溶出、萃取或懸浮廢棄物中之有機物、無機鹽類與重金屬，所形成的高濃度液相二次污染物。其水量受整體水力平衡控制： $L = P + GW_{in} + W_{in} - R_{off} - ET - \Delta S_w$ 其中：

• $L$：滲出水產生量（Leachate Volume）
• $P$：大氣降水（Precipitation，為主要來源，經由未覆土之工作面或透水性覆土層滲入）
• $GW_{in}$：地下水入滲（Groundwater Inflow，地工襯底破損或地下水位高於底層時滲入）
• $W_{in}$：廢棄物進場時所含之本質水分及高含水污泥釋出水
• $R_{off}$：地表逕流流出量（Surface Runoff）
• $ET$：蒸發散量（Evapotranspiration）
• $\Delta S_w$：掩埋堆體廢棄物本身之吸水蓄水容量變化（Field Capacity 飽和前後的儲水增減）

生化成因部分，廢棄物中有機質經好氧與厭氧微生物分解時，會產生微量之生化代謝水；堆體內部有機酸生成階段會降低 pH 值，加速金屬離子及固相成分之化學溶出與淋溶作用（Leaching）。

2. 沼氣（Landfill Gas, LFG）之產生機理

掩埋堆體壓實並覆土後，內部迅速耗盡殘存氧氣而進入嫌氧狀態。各類有機碳氫化合物經厭氧微生物群協同作用分解，歷經四個生化反應階段：

1. 水解階段（Hydrolysis）：高分子有機物（蛋白質、碳水化合物、脂質）在胞外酶作用下分解為單醣、胺基酸與甘油等可溶性小分子。
2. 酸化階段（Acidogenesis）：產酸菌將水解產物轉化為揮發性有機酸（VFAs，如乙酸、丙酸、丁酸）、醇類、$\text{CO}_2$ 及 $\text{H}_2$。
3. 乙酸化階段（Acetogenesis）：乙酸生成菌進一步將高級脂肪酸與醇類氧化轉化為乙酸、$\text{H}_2$ 與 $\text{CO}_2$。
4. 甲烷化階段（Methanogenesis）：嚴格厭氧之甲烷菌利用乙酸（乙酸裂解菌）或利用 $\text{H}_2$ 還原 $\text{CO}_2$（氫營養菌）生成甲烷： $\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2$ $\text{CO}_2 + 4\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$

成氣特性：穩定產氣期之沼氣主要組成為甲烷（$\text{CH}_4$，體積比約 45%–60%）與二氧化碳（$\text{CO}_2$，體積比約 40%–55%），並伴隨微量硫化氫（$\text{H}_2\text{S}$，產生惡臭）及非甲烷有機碳（NMOCs/VOCs）。

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（二）衛生掩埋場重要之污染控制及工程管理設施、設計理念與工程規範

核心觀念

本題測驗「土壤及地下水污染整治」之三大核心技術，屬環境工程技師《廢棄物工程》考科之高頻考點。考生需精確掌握：

1. 相態分配與傳輸原理：包氣帶（不飽和層，Vadose Zone）之氣相傳輸與亨利定律（Henry's Law）。
2. 原位被動處理機制：飽和層（Saturated Zone）中天然水力梯度導引、零價鐵（ZVI）非生物還原反應與阻水／水力繞流（Hydraulic Bypass）效應。
3. 污染物固著與減毒機制：物理包覆（Solidification）與化學固定（Stabilization）之學理區別，以及毒性特性溶出程序（TCLP）之驗證標準。

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解題方法

本題為標準之申論問答題，作答時應採取「三段論矩陣式鋪排」，針對每一技術依序從「作用原理（化學反應／物理傳輸方程式）」、「技術特色（優缺點與工程限制）」及「工程應用（適應之污染物與實場案例）」三個構面切入。回答時應明確標示技術適用的地層空間（包氣帶或飽和層）與相態，展現技師級的實務工程思維。

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選項分析（各小題架構剖析）

本題為非選擇題，共包含三項技術之說明，各子題申論剖析如下：

• （一）土壤氣體萃取法（Soil Vapor Extraction, SVE）：重點在於鎖定「包氣帶」與「高揮發性有機物」，必須寫出亨利定律常數與蒸氣壓之物理化學門檻，並指出抽出尾氣之二次污染防制必要性。
• （二）透水性反應牆法（Permeable Reactive Barriers, PRB）：重點在於「原位地下水被動整治」，強調水力傳導度配比（$K_{\text{PRB}} > K_{\text{aquifer}}$）以避免繞流，以及零價鐵還原脫氯之反應機制與沉澱結垢鈍化問題。
• （三）固化／穩定化（Solidification/Stabilization, S/S）：重點在於清晰釐清「固化」（物理包覆降低表面積與滲透率）與「穩定化」（化學鍵結轉化為難溶態化合物）之本質差異，並強調此法不破壞重金屬總量，後續需依 TCLP 評估溶出風險。

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解題技巧

1. 操作分界口訣：

• 看到「揮發性有機物（VOCs）＋包氣帶」$\rightarrow$ 直覺聯想 SVE。
• 看到「含水層地下水污染羽（Plume）＋被動長期控制」$\rightarrow$ 直覺聯想 PRB。
• 看到「無機重金屬＋有害事業廢棄物／污泥」$\rightarrow$ 直覺聯想 S/S。

2. 常見盲點警示：

• 切勿將 SVE 寫成抽取地下水；SVE 僅操作於包氣帶孔隙氣體，若遇地下水面需搭配空氣注入法（Air Sparging, AS）或降水處置。
• PRB 之反應介質滲透係數必須高於周邊含水層（通常設計 $K_{\text{barrier}} \ge 2 \sim 10 \times K_{\text{aquifer}}$），否則地下水將產生繞流（Bypass）失去攔截效果。
• 固化／穩定化屬於「固定／抑低擴散」而非「解毒或破壞」，土壤中污染物總量並未減少，且處理後體積通常增加（增容效應約 $10\% \sim 50\%$）。

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【答案】

（一）土壤氣體萃取法（Soil Vapor Extraction, SVE）

1. 原理

SVE 是一種應用於**不飽和層（包氣帶，Vadose Zone）**的原位（In-situ）物理修復技術。其原理為利用真空泵浦或抽氣機在土壤中抽氣井內施加負壓梯度，促使新鮮空氣流經受污染土壤之孔隙。孔隙中的氣流破壞原本的相平衡，促使吸附於土壤顆粒、溶解於土壤孔隙水或以非水相液體（NAPL）形式存在之揮發性有機污染物，依亨利定律（Henry's Law）大量揮發至氣相中： $C_g = H \cdot C_w$ （式中 $C_g$ 為氣相濃度、$C_w$ 為液相濃度、$H$ 為無因次亨利常數） 揮發出的污染物氣體隨誘導氣流被抽引至地面，隨後進入尾氣處理設備（如粒狀活性碳吸附塔、催化燃燒爐或生物濾床）淨化排放。

2. 技術特色

• 原位處理擾動小：不需開挖土方，不破壞地表結構及運作中之設施，工程衝擊小。
• 處理效率受地質特性主導：適用於高透氣度、低含水量及均質之粗砂質地層（土壤固有滲透係數 $k > 10^{-8}\text{ cm}^2$ 為佳）；若地層為黏土或含水率過高，氣流通道受阻，萃取效率將大幅下降。
• 物化限制條件明確：污染物需具備高揮發性，一般要求其亨利常數 $H > 10^{-5}\text{ atm}\cdot\text{m}^3/\text{mol}$（或無因次 $H > 0.01$），且在 $20^\circ\text{C}$ 時蒸氣壓 $P_v > 0.5\text{ mmHg}$（約 $67\text{ Pa}$）。
• 二次污染防制要求：抽出的尾氣需妥善收集並處理，否則會轉化為大氣空氣污染問題。

3. 應用

• 主要處理對象：包氣帶中之揮發性有機物（VOCs）與半揮發性有機物（SVOCs），如苯、甲苯、乙苯、二甲苯（BTEX）等石油碳氫