108 公務人員升官等薦任 環境工程 廢棄物處理工程（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題評量《廢棄物清理法》三大基石體系：廢棄物法定動態定義、延伸生產者責任（Extended Producer Responsibility, EPR）之應回收廢棄物判定要件，以及阻絕國境境外污染之事業廢棄物輸入邊境管制規範。 本題作答以命題當年（民國 108 年）法規為準。（註：中央環境主管機關行政院環境保護署已於民國 112 年改制為環境部，法規實質規範要件與權利義務主體在現行法中維持一致）。

所援引法規條文如下：

1. 《廢棄物清理法》第 2 條：廢棄物實質認定要件（民國 106 年修正公布之定義，解決主副產物與市場價值爭議）及分類架構。
2. 《廢棄物清理法》第 15 條第 1 項：物品及包裝容器責任業者（製造、輸入業者）法定應負回收、清除、處理責任之物性要件。
3. 《廢棄物清理法》第 38 條第 2 項：事業廢棄物禁止輸入我國境內處理之法定排他要件。

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解題方法

本題為純法規申論題，答題關鍵在於「精確法條還原」與「立法目的闡述」：

1. 第 (一) 子題：不可僅寫「不要的垃圾」，必須精準寫出民國 106 年修正後第 2 條第 1 項的法定定義（拋棄、減失效用、製程非主產物且符合五種負面情事之一），並補述第 2 項之一般與事業廢棄物分類及「不論是否具市場價值均屬廢棄物」之關鍵擬制條款，方能拿滿 8 分。
2. 第 (二) 子題：直接切入第 15 條第 1 項本文及四款法定物理、化學及環境特性，說明 EPR 制度啟動之物質特徵門檻。
3. 第 (三) 子題：針對第 38 條第 2 項的 5 款禁止輸入事由進行逐條列舉，緊扣環境風險、處理技術、處理量能衝擊與原料實質需求等四個管制維度。

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選項分析（申論題各子題得分要件分析）

本題為國家考試申論題型，無選擇題選項，各子題評分爭點與要件拆解如下：

• 第 (一) 子題（配分 8 分）得分要件：

• 及格門檻（約 4~5 分）：僅寫出「廢棄物指能以搬移方式移動之固態或液態物質或物品：被拋棄者；減失原效用、被放棄原效用、不具效用或效用不明者」。

• 高分門檻（7~8 分）：完整寫出非主產物之五項判定情形（無利用製程能力、技術不成熟、無需求或市場價值、長期貯存或非法棄置、有污染環境之虞），並補充一般廢棄物與事業廢棄物分類，以及「符合要件者，不論是否具市場價值，均屬廢棄物」之規定。

• 第 (二) 子題（配分 5 分）得分要件：

• 審題要點：題目問的是經食用或使用後「具有哪些性質」之一般廢棄物。

• 得分關鍵：法條第 15 條第 1 項之四款性質（不易自然分解、含不易分解之成分、含有害物質成分、具回收再利用之價值）必須完整列出，漏列任一款扣 1~2 分。

• 第 (三) 子題（配分 7 分）得分要件：

• 審題要點：事業廢棄物輸入邊境管制之消極禁止事由。

• 得分關鍵：第 38 條第 2 項共有五款事由（危害健康環境、國內無處理技術設備、妨礙國內廢棄物處理、無直接供為原料使用需求、主管機關公告禁止），每款占 1~1.5 分，需字字到位。

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解題技巧與常見陷阱

核心觀念

本題考查環境工程中有機固體廢棄物（廚餘）之生物能資源化技術，核心重點涵蓋：

1. 生化反應途徑：厭氧消化（Anaerobic Digestion, AD）中複雜有機物經由微生物菌群協同代謝為沼氣（主要為 $\text{CH}_4$ 與 $\text{CO}_2$）的四階段生化反應機制（水解、產酸、產乙酸、產甲烷）。
2. 微生物生態與操作控制：產酸菌（細菌）與產甲烷菌（古菌）在生長動力學、耐受度及環境需求上的差異，以及關鍵控制因子（溫度、pH、鹼度、C/N 比、SRT/HRT、抑制物）。
3. 衍生殘餘物（沼渣、沼液）全循環去化：落實「資源循環零廢棄」，依據《廢棄物清理法》與命題當年（民國 108 年）《水污染防治措施及檢測申報管理辦法》之沼液沼渣農地肥培專章，兼顧農地肥力回歸、土壤鹽化防治及廢水合規排放。

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解題方法

本題為標準的公職工程申論題型，答題結構應採層次化、模組化論述：

1. 第 (一) 子題（原理）：以微生物生化反應四階段（水解 $\to$ 酸化 $\to$ 產乙酸 $\to$ 產甲烷）為主軸，配合產物化學式與古菌代謝途徑（乙酸裂解型與氫還原型）進行完整闡述，點出「互營共生（Syntrophy）」之熱力學限制。
2. 第 (二) 子題（影響因素）：分類為「環境條件（pH、溫度）」、「營養與基質特性（C/N、水分）」、「操作控制（HRT/SRT、攪拌、有機負荷）」與「毒性抑制（氨氮、鹽分、VFA）」四個維度，條列各項最佳操作範圍及失衡機制。
3. 第 (三) 子題（衍生殘餘物對策）：廚餘厭氧發酵副產物以「沼渣（固體）」與「沼液（液體）」為主。依循「固液分離 $\to$ 資源化再利用（堆肥/肥培） $\to$ 廠內循環（調配水分） $\to$ 末端物化生化處理（符合放流水標準）」的邏輯鏈說明。

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解題技巧

1. 掌握破題關鍵字：產甲烷古菌（Methanogenic Archaea）生長緩慢且對環境極度敏感，因此「水解階段為固態廚餘的速率限制步驟（Rate-limiting step）」、「產酸與產甲烷速率不平衡導致酸化（Souring）」是評分核心得分點。
2. 數據精確具體：寫出具體工程參數（如中溫 $35 \sim 38^\circ\text{C}$、pH $6.8 \sim 7.4$、C/N 比 $20 \sim 30:1$、VFA/鹼度比 $< 0.3 \sim 0.4$），展現專業深度。
3. 因應廚餘特性答題：廚餘具有高含水率、高有機質、高油脂、高鹽分（NaCl）特性，在答第 (二)、(三) 子題時特別點出「氨氮毒性」、「鹽分累積」與「農地施灌防鹽化」，能拉開與一般廢水厭氧題目的分數差距。

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【答案】

(一) 厭氧消化技術之應用原理

厭氧消化係指在無分子態氧（$\text{O}_2$）的密閉環境中，利用異質微生物菌群將高分子有機物（碳水化合物、蛋白質、脂肪）逐級分解，最終轉化為以甲烷（$\text{CH}_4, 55\% \sim 70\%$）及二氧化碳（$\text{CO}_2, 30\% \sim 40\%$）為主的生質沼氣過程。生化機制通常可細分為四個連續且相互耦合的階段：

1. 水解階段（Hydrolysis）： 兼性及專性厭氧菌分泌胞外酵素（澱粉酶、蛋白酶、脂肪酶），將非溶解性固態高分子有機物水解裂解為可溶性小分子單體（單醣、胺基酸、甘油與長鏈脂肪酸）。對於固含量高之廚餘，此階段為整體反應的速率限制步驟（Rate-limiting step）。
2. 酸生成階段（Acidogenesis，發酵階段）： 產酸發酵菌（Acidogens）吸收水解產物，在細胞內代謝生成揮發性脂肪酸（Volatile Fatty Acids, VFAs，如乙酸、丙酸、丁酸）、醇類、乳酸，並釋出 $\text{CO}_2$ 與 $\text{H}_2$。此類細菌生長迅速，產酸速率極快。
3. 乙酸（醋酸）生成階段（Acetogenesis）： 產乙酸菌（Acetogens）將前階段產生的長鏈脂肪酸（如丙酸、丁酸）及醇類轉化為乙酸（$\text{CH}_3\text{COOH}$）、$\text{H}_2$ 與 $\text{CO}_2$。此過程在熱力學上需仰賴產甲烷菌即時消耗氫氣，將系統氫分壓維持於極低水準（$< 10^{-4}\text{ atm}$），形成互營共生（Syntrophy）​關係，使吸熱反應得以自發進行。
4. 甲烷生成階段（Methanogenesis）： 嚴格厭氧之專性產甲烷古菌（Methanogens）利用最終基質合成甲烷，主要分為兩條途徑：

• 乙酸裂解途徑（Acetoclastic Pathway）：由乙酸裂解菌將乙酸轉化為甲烷與二氧化碳，約占總產甲烷量的 $70\%$： $\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2$

核心觀念

本題聚焦於環境工程領域中「有機污泥熱化學資源化／減量技術」與「有害事業廢棄物熱處理法規管制標準」。法規部分以命題當年（民國 108 年）之《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》為準（現行法雖歷經部分條文整併修正，但核心性能標準與管制指標精神維持一致）。

1. 熱化學轉換技術原理：依據反應環境中「空氣過剩係數（$\lambda$）／當量比（Equivalence Ratio, ER）」之不同，熱化學轉換主要涵蓋焚化（$\lambda > 1$）、氣化（$0.2 < \lambda < 0.4$）與熱裂解（$\lambda = 0$）。各反應之溫度、氧化還原環境不同，產物之物相（氣、液、固）分布與熱值利用價值有顯著差異。
2. 有害廢棄物熱處理管制重點：依《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第 29 條至第 31 條規定，有害事業廢棄物之熱處理（主要為焚化法）具高度環境風險，法規嚴格規範其「操作運轉條件」（燃燒溫度、氣體滯留時間）、「性能指標」（破壞去除效率 DRE、燃燒效率 CE）、「安全連鎖與連續監測（CEMS）」及「殘渣（飛灰、底渣）後續處置」。

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解題方法

1. 子題 (一) 切入策略：

• 選取三種最典型且學理對比鮮明之熱化學技術：焚化法（Incineration）、熱裂解法（Pyrolysis）、氣化法（Gasification）。
• 結構依序說明「技術定義／反應氣氛」、「化學反應機制與操作溫度」，最後以比較表統整「氣相、液相、固相產物與主要用途」，凸顯產物之本質差異。

2. 子題 (二) 切入策略：

• 嚴格依照民國 108 年《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》針對「有害事業廢棄物熱處理設施」之法定標準進行歸納。
• 分為「操作操作條件（燃燒室中心溫度與滯留時間）」、「分解效能標準（CE 與 DRE 指標及公式）」、「安全連鎖與監測設備」以及「衍生灰渣二次污染控制」四大構面條列陳述，確保命中閱卷給分要點。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無選項分析。考生作答時應注意配分比重（第一小題 12 分、第二小題 8 分），第一小題著重技術機理與產物比較之完整度，第二小題著重法規關鍵數字與控制名詞之精準度。

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解題技巧

1. 「當量比（$\lambda$）」是答題主軸：說明熱處理原理時，以氧氣供給量（$\lambda = 0$、次化學計量、過量空氣）貫穿三大技術，能展現扎實的化工熱力與燃燒學根基。
2. 法規關鍵數字不可模糊：有害有機廢棄物熱處理之關鍵數值為背誦重點：

• 溫度與時間：一般有害為 $850^\circ\mathrm{C}$／$1\text{ 秒}$；含氯大於 $0.5\%$ 或有機有害事業廢棄物為 $1,000^\circ\mathrm{C}$／$2\text{ 秒}$。
• 燃燒效率：$\mathrm{CE} \ge 99.9\%$。
• 破壞去除效率：$\mathrm{DRE} \ge 99.99\%$（特定多氯聯苯或戴奧辛類須達 $99.999\%$ 以上）。

3. 衍生殘渣不可遺漏：熱處理僅是體積減量與無害化手段，集塵設備產生的飛灰多屬有害廢棄物，作答時主動提及「TCLP 溶出試驗」與「固化／掩埋」可爭取完整分數。

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【答案】

(一) 三種可行之有機污泥熱處理方法、技術原理及其產物差異

1. 焚化法（Incineration）

• 技術原理：在過量空氣（空氣過剩係數 $\lambda > 1$，一般介於 $1.2 \sim 1.8$）及高溫（通常為 $850 \sim 1,050^\circ\mathrm{C}$）環境下，使脫水污泥中之有機物進行劇烈之完全氧化放熱反應，將碳、氫、氧、硫等元素徹底轉化為低分子無機氣體，達到最大程度之體積減量與殺菌無害化。
• 主要產物：
• 氣相產物：高溫煙道氣，主成分為不可燃之完全燃燒產物（$\mathrm{CO_2}$、$\mathrm{H_2O}$），以及伴隨之酸性氣體（$\mathrm{SO_x}$、$\mathrm{HCl}$）、氮氧化物（$\mathrm{NO_x}$）與微量有害物（戴奧辛、粒狀物）。熱能多經廢熱鍋爐回收產製蒸氣或發電。
• 固相產物：不可燃之無機殘灰，包括由爐底排出之底渣（Bottom ash）與排煙處理設備捕集之飛灰（Fly ash）。
• 液相產物：無（除煙道洗滌廢水外，本身不產生液體燃料產物）。

2. 熱裂解法（Pyrolysis）

• 技術原理：在完全隔絕氧氣（無氧氣氛，$\lambda = 0$）之常壓或微正壓環境下，外部供給高溫熱能（通常在 $400 \sim 800^\circ\mathrm{C}$），促使有機污泥內部之高分子聚合物化學鍵發生熱裂解（Thermal degradation）、脫氫、縮合與碳化等吸熱反應。
• 主要產物：
• 氣相產物：可燃性熱解合成氣（Syngas），主成分為 $\mathrm{H_2}$、$\mathrm{CO}$、$\mathrm{CH_4}$ 及低碳烴類（$\mathrm{C_mH_n}$），可自持裂解系統運作或外供燃氣熱值。
• 液相產物：熱解生物油／焦油（Bio-oil / Tar），由可凝結有機蒸氣冷凝而成，富含有機酸、酚類、芳香族化合物等，經改質後可作燃料油或特用化學品。
• 固相產物：高固定碳含量之熱裂解炭（Biochar / Char），保留了污泥中無機礦物質與殘留碳，具孔隙結構，可作為土壤改良劑、吸附材料或固體輔助燃料。

核心觀念

本題涵蓋垃圾焚化技術的三大核心面向：燃燒化學計量（理論空氣量推導）、焚化爐設計與運轉控制參數（爐床燃燒率與熱負荷），以及後端資源化之法規與品質規範（底渣再利用管理）。

1. 理論空氣量（Theoretical Air Requirement, $A_0$）： 依據化學反應計量，垃圾中可燃元素（$C$、$H$、$S$）氧化所需之最低氧氣量，扣除垃圾自身所含之氧（$O$）後，換算為標準狀態（$0^\circ\text{C}$、$1\text{ atm}$）下乾燥空氣之體積或質量。氮（$N$）在理論燃燒計算中通常視為惰性不消耗氧氣。
2. 爐床燃燒率與燃燒室熱負荷：

• 爐床燃燒率（Grate Burning Rate）：評估機械爐床面積之處理能力與耐燃負荷。
• 燃燒室熱負荷（Volumetric Heat Release Rate）：評估燃燒室空間容積之熱釋放強度，與氣相燃燒完全度（$3\text{T}$ 原則：溫度 Temperature、時間 Time、擾動 Turbulence）息息相關。

3. 焚化底渣再利用規範： 以命題當年（民國 108 年）施行之法規為準，底渣之再利用依循行政院環境保護署發布之《垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理辦法》（現行法法規名稱與部分條文已修正調整）。其管制核心在於「前處理程序」、「毒性溶出與環境品質標準（TCLP、戴奧辛）」、「工程用途與敏感區位使用限制」及「全流程流向申報追蹤」。

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解題方法

1. 第 (一) 小題（理論空氣量計算）：

• 採用元素分析之氧化反應化學計量法。
• 寫出 $C$、$H$、$S$ 完全燃燒反應方程式，計算各元素每單位質量氧化所需之純氧體積（$\text{Nm}^3$）與質量（$\text{kg}$）。
• 垃圾自身所含之氧（$O$）可直接供應內部氧化，故需依質量平衡扣除（每 $1\text{ kg } O$ 等效提供 $\frac{22.414}{32}\text{ Nm}^3$ 氧氣）。
• 分別導出以「標準狀態體積基準（$\text{Nm}^3/\text{kg}$）」與「質量基準（$\text{kg-air}/\text{kg-waste}$）」表示之理論空氣量公式。

2. 第 (二) 小題（定義與應用意義）：

• 採​「公式定義、物理單位、工程應用意義」​三層次架構說明。
• 針對爐床燃燒率，區分「質量燃燒率」與「熱燃燒率」之定義。
• 應用意義需點出數值過大或過小對焚化爐運作（燃燒完全度、耐火材破壞、結渣、設備造價）之具體影響。

3. 第 (三) 小題（底渣再生粒料規範）：

• 依據民國 108 年《垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理辦法》，分項條列：
• 產製與前處理要求（分選、熟化等）。
• 品質檢測規範（TCLP 溶出試驗、戴奧辛總毒性當量限值）。
• 用途分類與使用地點限制（工程骨材用途、水源水質保護區等禁制區）。
• 流向管控要求（聯單申報、GPS 追蹤）。

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解題技巧

1. 理論空氣量換算常數記憶竅門：

• 標準狀況下，每 $\text{kmole}$ 氣體體積為 $22.414\text{ Nm}^3$。
• 空氣中氧氣體積比以 $21\%$ 計（即空氣量 $=$ 氧氣量 $\div 0.21$）；質量比以 $23.2\%$ 計（空氣量 $=$ 氧氣量 $\div 0.232$）。
• 體積基準常數直接代入計量係數化簡：$\frac{22.414}{12 \times 0.21} \approx 8.89$；$\frac{22.414}{4 \times 0.21} \approx 26.67$；$\frac{22.414}{32 \times 0.21} \approx 3.33$。

2. 常考陷阱提示：

• 氫元素與氧元素之配合：氫完全燃燒生成水，若單獨以氫氣分子計算為 $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$，每 $1\text{ kg } H$ 需 $8\text{ kg } O_2$；扣除垃圾中氧元素時，應採用淨氫（$H - \frac{O}{8}$）的觀念。
• 氮元素的角色：燃燒計算之理論空氣量係指「使可燃物完全氧化之量」，垃圾成分中的有機氮（$N$）氧化生成微量 $\text{NO}_x$ 在理論空氣量計量中予以忽略，視為以 $\text{N}_2$ 形式釋出，不耗氧。
• 熱負荷與燃燒率區別：爐床燃燒率的分母是「面積（$\text{m}^2$）」，燃燒室熱負荷的分母是「容積（$\text{m}^3$）」，不可混淆。

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【答案】

(一) 理論空氣量之計算方式說明

設垃圾試樣以每公斤乾燥基準（$\text{kg}$）為單位，其所含碳、氫、氧、氮、硫之質量分率分別為 $C$、$H$、$O$、$N$、$S$（單位為 $\text{kg/kg}$ 或質量百分比化為小數），且 $\sum = 1$。在完全燃燒條件下，各元素的燃燒氧化化學反應計量如下：

1. 反應方程式與理論氧氣需求量：

• 碳（$C$）： $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ 每 $1\text{ kmol } (12\text{ kg})$ 碳完全燃燒需 $1\text{ kmol } (22.414\text{ Nm}^3)$ 氧氣。 故每公斤碳之耗氧體積為 $\frac{22.414}{12} = 1.868\text{ Nm}^3\text{ O}_2/\text{kg-C}$。
• 氫（$H$）： $\text{H}_2 + \frac{1}{2}\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} \quad \left(\text{或 } \text{H} + \frac{1}{4}\text{O}_2 \rightarrow \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}\right)$ 每 $1\text{ kg}$ 氫完全燃燒需 $\frac{22.414}{4} = 5.604\text{ Nm}^3\text{ O}_2/\text{kg-H}$。
• 硫（$S$）： $\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$ 每 $1\text{ kmol } (32\text{ kg})$ 硫完全燃燒需 $1\text{ kmol } (22.414\text{ Nm}^3)$ 氧氣。 故每公斤硫之耗氧體積為 $\frac{22.414}{32} = 0.700\text{ Nm}^3\text{ O}_2/\text{kg-S}$。
• 氧（$O$）與氮（$N$）： 垃圾本身所含的氧可供給燃燒使用，每公斤氧相當於提供 $\frac{22.414}{32} = 0.700\text{ Nm}^3$ 之氧氣；燃料中之氮（$N$）在理論燃燒計量中視為惰性釋出為 $\text{N}_2$，不耗費氧氣。

核心觀念

本題評量考生對我國廢棄物終端處置核心法規——《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》中「有害事業廢棄物最終處置」之工程防護規範的掌握程度。

法源依據： 本題以命題當年（民國 108 年）之《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》第三十條、第三十三條及相關掩埋處置專章規定為準。（註：現行法規條文雖歷經部分文字與條次修正，惟封閉掩埋場之核心工程防護與設施規範本質維持一致。）

關鍵觀念： 有害事業廢棄物因具毒性、有害特性或持久難分解性，其最終掩埋處置採最高規格的「多重屏障系統」（Multiple Barrier System），核心在於「完全阻隔、防止入滲、雙層檢漏、動態監控」。工程結構必須具備抗壓、抗震、耐酸鹼腐蝕能力，並搭配雙層不透水襯墊、滲出水與地下水雙重防線，以徹底阻絕污染物進入周遭環境介質。

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解題方法

本題為 15 分的法規工程整合型申論題。作答切入點應避免死記法條號碼，而應依循「環境工程系統防線」展開，層次分明地拆解為六大工程子系統：

1. 主體結構與邊界隔絕設施（壁體強度、抗壓抗震）
2. 底層與周邊不透水防滲系統（雙層襯墊與滲透係數要求）
3. 滲漏偵測與滲出水收集處理系統（雙層間檢漏、二次收集）
4. 地下水與環境監測系統（上下游監測井配置配置原則）
5. 地表逕流阻隔與雨水排除系統（截水溝、外水排除）
6. 最終封頂覆蓋與氣體導排系統（阻水層、排水層、植生層、排氣）

透過系統化條列，佐以法定工程參數（如滲透係數、監測井數），展現完整且嚴謹的工程思維。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。作答時各子系統之配分比重約 2 至 3 分，評分關鍵在於各項工程設施之「材料規格」、「幾何或配置要求」與「防制目的」是否具體明確，不可僅以通則性名詞帶過。

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解題技巧

1. 口訣記憶法：「壁、墊、漏、水、氣、頂、井」

• 壁：抗壓鋼筋混凝土隔絕壁體
• 墊：底層與側壁雙層不透水襯墊（$k \le 10^{-7}\text{ cm/s}$）
• 漏：雙襯墊間滲漏偵測層（LDS）
• 水：滲出水收集導排處理、場外雨水截流溝
• 氣：氣體收集及導排處理設施
• 頂：最終封頂複合覆蓋系統
• 井：地下水監測井（上一下二）

2. 常見失分陷阱：

• 混淆掩埋場類別：誤將「衛生掩埋場」（一般廢棄物，通常採單層或複合單襯墊）與「封閉掩埋場」（有害廢棄物，強制要求抗壓抗震獨立混凝土結構與雙層襯墊）混為一談。
• 遺漏檢漏層：封閉掩埋場與其他掩埋場最關鍵之工程差異即為雙層襯墊間必須設置「滲漏偵測層（Leak Detection System, LDS）」。
• 地下水監測井數量記錯：切忌寫「周圍各設一口」，法規標準為「地下水流向上游至少一口，下游至少二口」。

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【答案】

依據《事業廢棄物貯存清除處理方法及設施標準》規定，有害事業廢棄物採封閉掩埋場處理時，應具備之相關工程設施與技術要求如下：