112 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

本題考查空氣污染模式的分類原理，以及模式選用時如何配合污染源型態、污染物特性、地形與氣象條件。常見四類為高斯模式、箱型模式、數值模式與受體模式。前三者主要由排放與大氣條件推估空氣中的污染濃度；受體模式則從受體處量得的污染物組成，反推污染來源及其貢獻。

解題方法

答題時依「基本假設或分析原理 → 可處理的問題 → 適用情境與限制」逐類說明，並點出模式輸入資料的差異。這樣可同時呈現各模式的物理概念與實務用途，避免只列出模式名稱。

一、高斯模式（Gaussian model）

**原理：**假設污染物由點源排放後，沿平均風向平流輸送，並因大氣紊流在風向垂直的水平與垂直方向擴散；在穩定排放及氣象條件下，橫風向與垂直向的濃度分布可近似為高斯分布。典型連續點源、地面反射條件下的濃度式為

其中 $Q$ 為排放率，$u$ 為平均風速，$H$ 為有效煙囪高度，$\sigma_y$ 與 $\sigma_z$ 分別代表水平與垂直擴散尺度；其數值會隨下風距離與大氣穩定度改變。

**適用情境：**適合估算煙囪等連續點源的下風向濃度，常用於地勢較平坦、風向風速及大氣穩定度可合理代表的情況，也可延伸處理線源或多源。

**限制：**理想化程度較高；複雜地形、建物繞流、強烈非定常氣象或化學反應主導的污染問題，需審慎選用適當版本或其他模式。

二、箱型模式（Box model）

**原理：**將研究區域視為一個混合均勻的空氣箱，假設污染物在箱內充分混合，使濃度可用單一平均值表示。以質量守恆描述箱內污染物變化：

其中 $V$ 為箱體體積，$A$ 為迎風截面積，$C_{\mathrm{in}}$ 為入流濃度，$Q$ 為箱內排放率，$k$ 為一階去除或反應係數。穩態時令 $dC/dt=0$，即可由排放、流入流出及去除作用求得平均濃度。

核心觀念

本題考查管道臭氣的末端控制原理。臭氣通常是多種氣態污染物的混合物，可能包含硫化氫、氨、硫醇、胺類及揮發性有機物；控制方法可依污染物的去除機制，分為吸收、吸附、熱氧化、觸媒氧化及生物處理五類。

選用技術時，應考量臭氣成分與濃度、氣體流量、溫度與濕度、污染物是否可溶或可生物分解，以及操作維護需求。管道收集可將臭氣導入處理設備，但收集本身不等於去除。

解題方法

作答時依「污染物如何離開氣相或被轉化」分類：吸收是轉移到液相，吸附是附著於固體表面，熱氧化與觸媒氧化是將污染物氧化分解，生物處理則由微生物代謝分解。每一類說明其原理及適用特性，即能完整回答題意。

五種控制技術及原理

一、吸收法（洗滌法）

使臭氣通過液體洗滌液，利用污染物在液體中的溶解度，將其由氣相轉移至液相。若污染物可與洗滌液反應，加入酸、鹼或氧化劑可促進去除。

例如，鹼性洗滌液可吸收硫化氫等酸性氣體；酸性洗滌液可吸收氨等鹼性氣體。吸收後污染物進入洗滌液，因此須處理排出液，並維持適當的液氣比、接觸時間與洗滌液酸鹼值。

二、吸附法

使臭氣通過具有高比表面積及孔隙的固體吸附劑，污染物因分子間作用力或表面化學作用而附著於吸附劑表面及孔隙中。常用吸附劑包括活性碳、浸漬活性碳及沸石。

此法常用於低濃度臭氣或洗滌處理後的末端精處理。吸附劑會逐漸飽和，須定期更換或再生；選材時須配合臭氣成分，例如硫化氫可使用經適當浸漬處理的活性碳。

三、熱氧化法（熱燃燒法）

核心觀念

本題考查燃煤蒸汽系統中，如何透過能源效率提升、燃料與製程改善，讓「每單位有效蒸汽所需燃煤量」下降。燃煤量減少時，通常可同時降低二氧化碳及燃燒產生的硫氧化物、氮氧化物與粒狀污染物，形成空氣污染防制與減碳的共益效應。

燃煤鍋爐的二氧化碳排放主要取決於燃煤量及煤中碳含量，可概念化表示為：

其中 $F_{\mathrm{coal}}$ 為燃煤量，$EF_{\mathrm{CO_2}}$ 為燃料排放係數。燃煤的含硫量、灰分及燃燒條件，則分別影響二氧化硫、粒狀污染物及氮氧化物排放。

解題方法

可依「減少蒸汽需求、提高鍋爐效率、改善燃燒與燃料、處理末端排氣」的流程作答。重點是辨別哪些措施能同時降低污染物與二氧化碳，哪些措施只控制特定空氣污染物。

一、降低蒸汽需求與系統熱損失

1. 蒸汽系統節能：修復蒸汽管線保溫、蒸汽洩漏及疏水器故障，減少無效蒸汽損失；合理設定蒸汽壓力與供汽量，避免過度供汽。
2. 回收冷凝水與閃蒸蒸汽：回收高溫冷凝水作為鍋爐給水，可減少補水加熱所需燃料；回收閃蒸蒸汽可再供低壓製程使用。
3. 製程熱整合：利用高溫排氣或製程廢熱預熱給水、燃燒空氣或製程原料，降低鍋爐的燃料需求。

上述措施降低蒸汽負荷或補充熱量需求，因而可減少燃煤量，並同步降低二氧化碳、硫氧化物及灰分相關粒狀污染物排放。

二、提高鍋爐熱效率

1. 安裝省煤器與空氣預熱器：回收煙道廢熱，預熱鍋爐給水或燃燒空氣，降低排煙熱損失。
2. 改善鍋爐保溫與減少散熱：修復爐壁、管線與閥件保溫，避免熱量散失。
3. 控制排污與給水品質：在維持水質及設備安全的條件下，避免過量連續排污造成熱損失；可回收排污熱量。
4. 定期清除受熱面積灰與結垢：保持傳熱效率，避免因傳熱不良而增加燃煤量。

鍋爐效率可表示為：

在蒸汽需求固定時，提高鍋爐效率可降低燃煤量，因此具備減碳與減少燃燒污染物的雙重效果。

三、改善燃料與燃燒操作

1. 選用較低硫、低灰分煤：低硫煤可直接減少燃料帶入的硫，降低二氧化硫生成；低灰分煤可減少飛灰與底渣量，並降低集塵設備負荷。若煤的碳排放係數也較低，二氧化碳排放亦會下降。

核心觀念

工場機械噪音改善的基本原則，是先降低噪音源的發聲，再阻斷噪音傳播路徑，必要時才以個人防護作為補充。本題要求提列五種方法並說明原理；重點在辨認各方法作用於「噪音源」或「傳播途徑」，以及它如何減少聲能傳出或到達受音者。

解題方法：五種改善方法及原理

1. 機械保養、校正與緊固（噪音源改善） 定期潤滑軸承、齒輪及滑動部件，校正轉軸與機件，並緊固鬆動零件，可減少摩擦、撞擊、偏心振動與間隙碰撞所產生的噪音。此法著重消除異常發聲，通常也能避免設備耗損。

2. 降低運轉速度或改變操作條件（噪音源改善） 降低轉速、減少衝擊或避免不必要的高速運轉，可降低機械振動、撞擊頻率與氣流噪音。若生產需求允許，調整操作參數能直接減少噪音源的聲功率。

3. 改善機械平衡並加裝隔振裝置（噪音源／結構傳聲改善） 對旋轉機械進行動平衡，可減少週期性不平衡力與振動；在設備基座安裝適當的隔振器，能降低振動傳入樓板、牆體與管線，避免結構振動再輻射成噪音。隔振器須依設備重量與激振頻率選用，並避免剛性連接形成振動傳遞短路。