110 公務人員升官等薦任 環境工程 空氣污染與噪音控制技術（包括相關法規） 考古題詳解

一、核心觀念

本題考兩個層次：第一是《空氣品質標準》所稱的「八小時平均值」如何計算；第二是日光下 $VOC$ 與 $NO_x$ 如何透過自由基反應，使 $NO$ 轉成 $NO_2$，進而促成臭氧累積。

法規與標準值以命題當年（民國 110 年）為準。民國 110 年《空氣品質標準》所定臭氧八小時標準值為 $0.06\ \mathrm{ppm}$；「八小時平均值」的定義為連續八小時各小時平均值的算術平均。現行《空氣品質標準》後續已有修正，作答本題仍依命題當年規定說明。

二、解題方法

先區分「一個八小時平均值」與「判定空氣品質標準是否符合」：

1. 八小時平均值是連續八個小時的平均濃度。
2. 標準符合判定另依年度統計方式處理；臭氧八小時項目以各站每日最大八小時平均值排序，取第 95 累計百分位數，再計算連續三年之算術平均值，與標準值比較。

接著依光化學反應順序說明：$NO_2$ 光解產生臭氧；但單靠 $NO$ 與 $NO_2$ 的轉換會形成近似循環，難以使臭氧淨累積。$VOC$ 氧化產生的過氧自由基能把 $NO$ 轉成 $NO_2$，而不消耗臭氧，打破此循環並推動臭氧淨生成。

三、作答要點

（一）臭氧八小時平均值的定義（5 分）

依民國 110 年《空氣品質標準》，八小時平均值是連續八個小時之小時平均值的算術平均值。若連續八小時的臭氧小時平均濃度依序為 $C_1$ 至 $C_8$，則：

計算時應以連續時段為基礎，不能任意挑選八個不連續小時。每日可得到不同起始時刻的連續八小時平均值；其中最大值稱為「每日最大八小時平均值」。

應注意，空氣品質標準的年度符合判定不是拿單一日的八小時平均值直接比較，而是依規定對各站每日最大八小時平均值進行年度排序及多年平均統計。民國 110 年臭氧八小時標準值為 $0.06\ \mathrm{ppm}$。

（二）$VOC$ 與 $NO_x$ 促進臭氧生成的反應機制（15 分）

1. $NO_x$ 的光解與臭氧形成

$NO_x$ 通常指 $NO$ 與 $NO_2$。在日光照射下，二氧化氮吸收光能而光解：

生成的氧原子與氧分子結合形成臭氧：

其中 $M$ 是吸收反應多餘能量的第三體分子，通常為空氣中的 $N_2$ 或 $O_2$。

2. $NO$ 消耗臭氧：無 $VOC$ 時的光穩態循環

生成的臭氧可與一氧化氮反應：

若系統中主要只有 $NO$、$NO_2$ 與 $O_3$，$NO_2$ 光解所生成的臭氧會再被 $NO$ 消耗，整體形成近似循環。因此，只有 $NO_2$ 光解，通常不足以造成臭氧大量淨累積。

核心觀念

本題比較兩種破壞揮發性有機物（VOC）或有害氣體的處理方式：

• 傳統燃燒法（熱氧化）：將廢氣加熱至足以氧化污染物的溫度，使其轉化為二氧化碳、水及其他氧化產物。
• 觸媒焚化（催化氧化）：廢氣先預熱，再通過觸媒床；觸媒降低氧化反應所需的活化能，使污染物能在較低溫度下氧化分解。觸媒本身不作為反應物消耗。

兩者均以污染物的氧化分解為核心，主要差異在於反應是否藉由觸媒降低所需操作溫度。因此，評估優缺點時，應從操作溫度、燃料需求、設備成本、污染物適用性、操作穩定性及二次污染等面向比較。

解題方法

採用「反應原理—能源與設備—適用條件—操作風險」的比較架構。題目要求說明相較於傳統燃燒法的優缺點，作答時須同時指出觸媒焚化的節能優勢與觸媒限制，並以傳統熱氧化作為對照，避免只列優點。

VOC 的完全氧化可概念化表示為：

實際反應產物仍依污染物組成、氧氣供應及操作條件而定；含硫、含氮或含鹵污染物可能生成酸性氣體或其他副產物，須另行控制。

優點

1. 操作溫度較低，燃料需求較少 觸媒降低氧化反應的活化能，通常可在低於傳統熱氧化的溫度下達到所需去除效果。廢氣升溫所需熱量減少，因而可降低輔助燃料消耗與操作費用。

2. 升溫需求較低，設備可較精簡 因反應溫度較低，加熱設備與耐高溫材料的負荷可降低，設備體積及熱損失也可能較小。實際設備尺寸仍須依廢氣流量、濃度、停留時間及熱回收設計決定。

3. 有機會降低氮氧化物生成 相較於高溫燃燒，較低的反應溫度可減少由空氣中氮氣形成熱氮氧化物的機會；但污染物本身含氮時，仍須考量含氮氧化產物及其控制需求。

4. 適合處理濃度較低、流量穩定的含 VOC 廢氣 在污染物可被觸媒有效氧化、廢氣成分穩定且不含顯著觸媒毒物時，觸媒焚化可兼顧去除效率與能源使用。配合熱回收，亦可進一步降低燃料需求。

缺點與限制

1. 觸媒有中毒、覆蓋及失活風險 含硫、含磷、含矽、鹵素、重金屬或粉塵等成分，可能毒化、覆蓋或堵塞觸媒，使活性下降、壓力損失增加，並需清洗、再生或更換觸媒。進氣通常須先確認成分，必要時配置前處理設備。

核心觀念

靜電集塵器（ESP）先使粒狀物帶電，再以電場力將其移至集塵板。粒狀物的電阻係數會影響其帶電、沉積與放電狀況，因此必須維持在適當範圍。

• 電阻係數過高：粒子抵達集塵板後不易釋放電荷，集塵板上的粉塵層容易累積電荷，造成反電暈（back corona），削弱有效電場並降低集塵效率。
• 電阻係數過低：粒子抵達集塵板後迅速失去電荷，容易被氣流重新帶起，形成再飛散（re-entrainment）。

解題方法

本題分兩步作答：先依粉塵成分判斷電阻係數的高低，再說明如何在集塵器上游調整煙氣或粉塵表面性質，使高電阻係數下降至適當範圍。答題時須同時交代主要成分、調理劑、作用機制與操作上的限制。

1. 造成電阻係數過低或過高的化學成分

電阻係數偏高的成分

• 二氧化矽（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）：屬於電絕緣性較強的成分，含量高時通常使飛灰電阻係數升高。低硫煤所產生的飛灰，常因表面缺少足夠的含硫、含水導電物質而呈高電阻係數。
• 低硫成分：燃燒氣體中的硫氧化物較少，粒子表面較不易形成具導電性的含硫酸性薄膜，飛灰電阻係數因而偏高。

電阻係數偏低的成分

• 鈉、鉀等鹼金屬化合物：例如含鈉、鉀的氧化物或水溶性鹽類，通常會提高粉塵的導電性，使電阻係數下降。
• 硫氧化物及硫酸性物質：煙氣中的 SO₃ 與水蒸氣可形成硫酸性物質並吸附於粒子表面，形成較導電的表面層，使電阻係數下降。
• 水分：粒子表面含水增加，表面導電性通常提高，電阻係數隨之降低。

2. 以煙氣調理改善高電阻係數

煙氣調理是在靜電集塵器上游加入調理劑，或調整煙氣溫度、含濕量，使粒子表面導電性增加，降低過高的電阻係數。常見方法如下：

核心觀念

濕式洗滌塔是使污染氣體與液體充分接觸，利用污染物在液相中的溶解、反應或被液滴捕集，達到氣體淨化的設備。解題要先區分污染物型態：

• 氣狀污染物：著重污染物由氣相移向液相的質傳，以及溶解後的化學反應。
• 粒狀污染物：著重顆粒與液滴碰撞、接觸、凝集及捕集。

以命題當年（民國 110 年）法規為準。本題未要求特定法條或法規條文，重點在控制原理與工程特性。

解題方法

依「污染物型態—接觸方式—捕集機制—設備優缺點」作答。氣狀污染物說明氣液質傳與液相反應；粒狀污染物則說明顆粒如何與液滴接觸並被帶入液相。最後從處理能力、操作需求、二次污染及設備維護等面向歸納優缺點。

一、去除氣狀污染物的作用原理與機制

氣狀污染物去除主要依靠氣液質傳。污染氣體中的成分由主氣流穿過氣膜，移動至氣液界面，再穿過液膜進入液體；若該污染物具有足夠溶解度，便可被洗滌液吸收。

吸收效果受污染物溶解度、氣液接觸面積、接觸時間、液氣比、溫度、液相濃度及操作 pH 等因素影響。常以雙膜理論描述氣、液兩側的質傳阻力；提高氣液接觸面積、維持足夠液體循環量，並降低液相中污染物濃度，均有助於增加吸收。

對於單靠物理溶解不易去除的污染物，可在洗滌液中加入適當藥劑，使污染物溶解後立即發生中和、氧化還原或其他化學反應。反應消耗已吸收的污染物，降低液相界面附近的濃度，進而維持氣相至液相的濃度梯度。例如酸性氣體可用鹼液吸收中和；特定還原性或氧化性氣體則可依其化學性質選用相應反應藥劑。

二、去除粒狀污染物的作用原理與機制

粒狀污染物去除依靠顆粒與洗滌液滴或液膜接觸，並由液相捕集。常見機制包括：

1. 慣性碰撞：氣流繞過液滴時，具有慣性的顆粒無法完全跟隨流線，因而撞上液滴並被捕集。顆粒愈大、相對速度愈高，通常愈容易因慣性碰撞被捕捉。
2. 截取：顆粒沿氣流流線移動，但其半徑使其外緣碰到液滴表面，因而附著於液滴。
3. 布朗擴散：極細微粒因布朗運動偏離原有流線，增加與液滴接觸的機會。
4. 凝集與潤濕捕集：細粒在洗滌過程中互相凝集，或因液體潤濕而附著、併入液滴，之後隨液體排出。

濕式洗滌塔透過噴霧、填料、文氏喉管或其他接觸構造，增加氣液接觸機會。文氏洗滌器利用高速氣流將液體打散成細小液滴，提供大接觸面積與較高相對速度，通常有較強的細粒捕集能力，但壓力損失與動力需求也

核心觀念

本題考查餐飲業噪音源的辨識，以及依「源頭減量、傳播途徑阻隔」原則提出減音措施。作答時應列出餐飲營運中實際會發出噪音的設備或行為，並說明措施如何降低噪音傳至鄰近住戶。

法規方面，以命題當年（民國 110 年）法規為準。《噪音管制法》第 8 條將餐飲等使用動力機械操作的商業行為列為地方主管機關得公告管制的行為；第 9 條則規定噪音管制區內營業場所等所發出的聲音不得超過噪音管制標準。實際管制仍須依所在地公告的時間、地區、場所及適用標準辦理。

解題方法

先依餐飲業的營運流程分類噪音源：烹調與排氣、冷凍空調設備、清洗與搬運作業、顧客及營業活動。再挑選兩種有效措施，分別從設備本身減少振動與噪音，以及隔離、吸收或降低聲音傳播著手。這種答法能同時呈現噪音源辨識及工程控制概念。

餐飲業噪音來源

1. 排油煙與通風設備：抽油煙機、排風機及風管運轉時會產生馬達聲、氣流聲；風機或風管固定不良時，也會伴隨振動與共鳴聲。
2. 冷凍空調設備：冰箱、冷凍櫃、冷氣室外機及冷卻設備運轉時，可能產生壓縮機、風扇及機體振動噪音。
3. 廚房設備與作業聲：例如攪拌機、切菜機、洗碗機等動力設備，以及鍋具、餐具碰撞和清洗作業聲。
4. 貨物搬運與清運聲：卸貨、推車、拖拉桌椅、垃圾桶移動及垃圾清運時的碰撞與摩擦聲。
5. 顧客與營業活動聲：顧客交談、候位及出入聲，或店內播放音樂、使用擴音設備所產生的聲音。