民國115年 高考三級 環保技術 環境污染防治技術考古題
民國115年 高考三級 環保技術 環境污染防治技術收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請說明廢棄物主要化學組成及化學性質有那些？並說明其在焚化爐設
計、操作控制及污染防制應用的重要性。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、化學組成：廢棄物化學組成常以近似分析與元素分析表示。近似分析含水分、揮發分、固定碳及灰分；元素分析含碳、氫、氧、氮、硫、氯，另含氟、磷、重金屬與微量有機物。組成受廢棄物種類、季節、分類回收及事業別影響，變異大，須以採樣統計建立設計值。
- 二、化學性質：主要包括高位與低位發熱量（HHV、LHV）、理論需氧量、理論空氣量、著火溫度、燃燒速率、揮發性、灰熔融溫度、酸鹼性、腐蝕性、鹵素含量及浸出毒性。水分與灰分高會降低發熱量；氯、硫、鹼金屬會生成酸性氣體並造成腐蝕、結垢；灰熔點低則易結渣。
- 三、焚化爐設計：發熱量決定燃燒室熱負荷、爐排面積、耐材與廢熱鍋爐容量；理論空氣量與過量空氣率決定送風機、煙道及燃燒器規模；元素組成決定HCl、SO2、NOx、粒狀物與重金屬負荷，進而決定洗滌、集塵與活性碳設備容量；灰熔點及腐蝕性決定爐溫與排渣設計。
- 四、操作控制：以給料速率、一次與二次空氣配比、過量空氣率、爐溫、停留時間及湍流度控制完全燃燒，並以煙氣O2、CO及溫度回饋調整。水分或發熱量變動時，應調整輔助燃料、預熱空氣及給料；高氯、高鹼廢棄物應避免過高爐溫與還原氣氛，以減少腐蝕、結渣及不完全燃燒。
- 五、污染防制：化學組成可預估酸性氣體、粒狀物、重金屬及戴奧辛（dioxins）生成潛勢，據以採行乾式或半乾式洗滌、濕式洗滌、活性碳噴注、選擇性非觸媒還原（SNCR）、袋式集塵及飛灰穩定化。含氯有機物與銅、鐵等催化金屬應特別控制燃燒條件及低溫再生成；飛灰、底渣則依浸出毒性決定再利用或掩埋。
請說明廢水處理過程中重要微生物之主要種類，並說明其在污染物去除
過程中所扮演之角色及功能。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、細菌（bacteria）：異營性細菌分解有機物，為活性污泥與生物膜之主體；硝化菌（nitrifiers）將氨氮氧化為亞硝酸鹽及硝酸鹽；脫硝菌（denitrifiers）在缺氧下將硝酸鹽還原為氮氣；聚磷菌（PAOs）在厭氧與好氧交替下超量攝磷；厭氧產酸菌與甲烷菌（methanogens）進行厭氧消化。
- 二、特殊細菌：絲狀菌（filamentous bacteria）為菌膠團骨架，但過度生長會造成污泥膨化（bulking）與泡沫；硫酸鹽還原菌產生H2S及腐蝕；產鹼菌與鐵錳氧化菌影響pH、沉澱與管路；厭氧氨氧化菌（anammox）可將氨氮與亞硝酸鹽轉為氮氣。菌相受食微比、溶氧、pH、溫度及毒性物質影響。
- 三、原生動物（protozoa）：如草履蟲、變形蟲及鐘形蟲，捕食細菌與懸浮微粒，促進菌膠團形成、降低出流濁度，並可作為污泥健康與毒性之生物指標。固著性纖毛蟲多見於良好硝化與低有機負荷；自由游動型常出現於高有機負荷或污泥流失；大量出現時可反映操作異常。
- 四、後生動物與其他：輪蟲（rotifers）、線蟲（nematodes）及寡毛類捕食細菌與小顆粒，幫助污泥絮凝與食物鏈穩定，亦為水質指標；真菌（fungi）可分解難降解有機物，但過度生長會造成泡沫；藻類（algae）在池塘系統行光合作用供氧並吸收氮磷；病毒（viruses）多為指標或病原，非主要去除者。
- 五、功能整合：微生物透過氧化、硝化、脫硝、攝磷、厭氧消化及絮凝等作用去除有機物、氮、磷與部分微量污染物；其族群平衡決定污泥沉降性、處理效率與放流水質。操作上應控制溶氧、食微比、污泥齡、營養比例及毒性負荷，避免污泥膨化、泡沫與硝化失敗，並以鏡檢與分子生物方法監測菌相。
試利用以下初沉池資料，計算每日污泥產生量（m3/day）。（15 分）
初沉池操作資料：
流量= 0.150 m3/s、進流水懸浮固體物（SS）濃度= 250 mg/L、去除率= 60%
污泥固體物濃度= 5%；揮發性固體物含量60%、揮發性固體物比重= 1.0；
固定性固體物含量40%、固定性固體物比重= 2.5
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、計算基準：流量0.150 m3/s換算為0.150×86,400＝12,960 m3/day。進流SS濃度250 mg/L＝250 g/m3，故SS負荷＝12,960×250＝3,240,000 g/day＝3,240 kg/day。去除率60%，去除SS量＝3,240×0.60＝1,944 kg/day，此即每日乾污泥固體量。
- 二、污泥固體比重：揮發性固體占60%、比重1.0；固定性固體占40%、比重2.5。固體平均比重以重量分率計算：1/[(0.60/1.0)＋(0.40/2.5)]＝1/(0.60＋0.16)＝1.3158，故固體密度約1,315.8 kg/m3。此步驟是將乾固體質量換算為固體體積之依據。
- 三、污泥體積：污泥固體濃度5%若採重量百分率（5% w/w），乾固體1,944 kg/day，總污泥質量＝1,944/0.05＝38,880 kg/day；其中水質量36,936 kg、體積36.936 m3/day；固體體積＝1,944/1,315.8＝1.477 m3/day；合計體積約38.41 m3/day。若忽略固體比重、以污泥密度約1,000 kg/m3計，則約38.88 m3/day。
- 四、判定與注意：題目之5%未明示w/w或w/v。若為5% w/v（50 kg/m3），則體積＝1,944/50＝38.88 m3/day；若5%指固體體積分率，則約29.5 m3/day。因濃度基準缺漏，嚴格而言無法得出唯一數值；本題宜以5% w/w假設採約38.4 m3/day，並以實際污泥比重與含水率校正，答題時應明確標示假設。
水泥粉塵具有非常細小的微粒特徵，且從水泥窯所排出的氣體溫度相當
高。下列那一種空氣污染物防治設備較適合使用？並請說明你的選擇理
由及考量因素。（15 分）
A.文氏洗滌器（Venturi Scrubber）
B.袋式集塵器（Baghouse）
C.靜電集塵器（Electrostatic Precipitator）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、選擇：本題為選擇題，以題意「水泥粉塵粒徑極細、窯氣溫度高」而言，較適合選C靜電集塵器（Electrostatic Precipitator, ESP）。ESP可在高溫、大風量下操作，壓力損失低，對細微粒與煙霧具高收集效率，且為乾式收集，無洗滌廢水問題；惟仍需依實際溫度、粉塵電阻率與排放標準確認。
- 二、理由：水泥窯排氣量大，ESP之氣流阻力小，可降低引風機能耗；其放電極與集塵板可在高溫下運轉，適合未經大幅降溫之高溫煙氣；對次微米粒徑仍可藉電場力收集，且可分段設置電場以提高效率。相較之下，文氏洗滌器（Venturi Scrubber）雖可同時降溫與除細塵，但壓損高、耗水耗電，並產生廢水與白煙。
- 三、袋式集塵器之限制：袋式集塵器（Baghouse）對細微粒過濾效率極高，但濾袋耐溫有限，高溫窯氣須先經冷卻塔、摻冷風或廢熱鍋爐降溫，否則濾袋燒損、壽命縮短；若溫度與濕度控制不當，亦可能結露、糊袋。故在高溫且未降溫之前，袋式集塵器並非最直接之選擇。
- 四、考量因素與但書：仍應評估粉塵電阻率（resistivity）、比集塵面積（SCA）、氣流分布、溫度與水分、鹼金屬及氯含量、腐蝕與積灰、空間、投資與操作成本。若粉塵電阻率過高，可採調質、加濕或脈衝供電；若法規要求超低排放或現場已設降溫，則袋式集塵器亦可成為最佳可行控制技術（BACT）。因此選擇ESP是原則性判斷，仍須以實際工況驗證。
請計算下列音量之總和（都以dB 表示）：80，85，78 及88。（10 分）
某環境噪音音量分別為10 分鐘72 dB、20 分鐘76 dB 及20 分鐘82 dB。
假設取樣時為10 分鐘，請問對於該50 分鐘時段，Leq（均能音量）是
多少？（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、音量合成公式：多個獨立音源之總音量採能量相加，L_total＝10 log10(Σ10^(Li/10))，不能直接算術相加。將80、85、78、88 dB代入：10^8.0＋10^8.5＋10^7.8＋10^8.8＝1.000×10^8＋3.162×10^8＋0.631×10^8＋6.310×10^8＝1.110×10^9。
- 二、計算結果：L_total＝10 log10(1.110×10^9)＝90.45 dB，約90.5 dB。另可以兩兩合成校核：80與85合成約86.2 dB，再與78合成約86.8 dB，再與88合成約90.5 dB。答案為約90.5 dB，並非331 dB。
- 三、Leq公式：Leq＝10 log10[(1/T)Σti10^(Li/10)]，T為總時段。本例T＝50 min，取樣時距10 min，故72 dB有1個時距、76 dB有2個、82 dB有2個；亦即ti分別為10、20、20 min。能量項為10×10^7.2＋20×10^7.6＋20×10^8.2。
- 四、計算結果：10^7.2＝1.585×10^7，10^7.6＝3.981×10^7，10^8.2＝1.585×10^8。Σti10^(Li/10)＝1.585×10^8＋7.962×10^8＋3.170×10^9＝4.124×10^9；除以50得8.249×10^7；Leq＝10 log10(8.249×10^7)＝79.16 dB，約79.2 dB。此值介於72與82 dB間且偏向高音量，符合能量平均特性。