112 年 國立中央大學環境工程研究所乙組《環境工程概論》

這是一題關於環境工程重要名詞解釋的題目，總共佔 36% 的分數。考生需要針對 (A)~(F) 六個名詞，盡可能詳盡地闡述其定義、原理、重要性、相關應用或影響等，以爭取滿分。

(A) Global warming potential (GWP)

解題過程：

1. 定義： 全球暖化潛勢 (Global Warming Potential, GWP) 是衡量一種溫室氣體相較於二氧化碳，在特定時間範圍內對全球暖化造成影響的相對指標。
2. 計算原理： GWP 的計算是基於該氣體在特定時間尺度（通常是 100 年）內吸收的熱量（輻射強迫）與二氧化碳進行比較。公式如下：
   $GWP(x) = \frac{\int_0^{t} I_x(t') dt'}{\int_0^{t} I_{CO_2}(t') dt'}$
   其中，$I_x(t')$ 是氣體 $x$ 在時間 $t'$ 時的輻射強迫，而 $I_{CO_2}(t')$ 是二氧化碳在時間 $t'$ 時的輻射強迫。時間範圍 $t$ 通常選定為 100 年，故常稱為 GWP$_{100}$。
3. 重要性與應用： GWP 是量化不同溫室氣體對氣候變遷貢獻的重要工具。它幫助我們比較和優先處理不同溫室氣體的減排措施。例如，甲烷 (CH$_4$) 的 GWP$_{100}$ 約為 28-34，氟氯碳化物 (CFCs) 的 GWP 可能高達數千甚至上萬。
4. 相關溫室氣體： 主要的溫室氣體包括二氧化碳 (CO$_2$)、甲烷 (CH$_4$)、氧化亞氮 (N$_2$O) 以及部分氟化氣體 (如 HFCs, PFCs, SF$_6$)。
5. 影響因素： GWP 的值會受到氣體在大氣中的停留時間（生命週期）以及其吸收紅外線的效率等因素影響。

【答案】

(B) Flue gas desulfurization (FGD)

解題過程：

1. 定義： 煙道氣脫硫 (Flue Gas Desulfurization, FGD) 是一種用於移除燃燒過程產生的煙道氣中的二氧化硫 (SO$_2$) 的技術。
2. 目的： 主要目的是減少燃煤電廠、工業鍋爐等設施排放的 SO$_2$ 量，以符合空氣污染管制標準，防止酸雨的形成，並保護人體健康。SO$_2$ 是造成酸雨的主要污染物之一。
3. 主要技術類型：
   • 濕式脫硫 (Wet Scrubbing)： 這是最常見的技術。利用吸收劑（通常是石灰石，CaCO$_3$，或石灰，CaO）與煙道氣在水中反應。
     • 石灰石-石膏法 (Limestone-Gypsum Process)： 煙道氣通過充滿石灰石漿液的吸收塔。SO$_2$ 溶解在水中，與石灰石反應生成亞硫酸鈣 (CaSO$_3$)，然後通過氧化生成硫酸鈣 (CaSO$_4$)，即石膏。
       $SO_2(g) + CaCO_3(s) + \frac{1}{2}H_2O \rightarrow CaSO_3 \cdot \frac{1}{2}H_2O(s) + CO_2(g)$
       $CaSO_3 \cdot \frac{1}{2}H_2O(s) + \frac{1}{2}O_2(g) + \frac{3}{2}H_2O \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O(s)$
       產生的石膏可作為建築材料。
   • 乾式脫硫 (Dry Scrubbing)： 注入乾燥的脫硫劑（如石灰或碳酸氫鈉）到煙道氣中，或使用乾式反應器。反應產物為乾粉，易於處理。
   • 半乾式脫硫 (Semi-dry Scrubbing)： 結合濕式和乾式方法的優點，將脫硫劑漿液霧化噴入煙道氣中，水分蒸發後，固體顆粒吸收 SO$_2$。
4. 效率： 濕式脫硫系統通常能達到 90-99% 的 SO$_2$ 去除效率。
5. 副產物： 除了石膏，也可能產生飛灰、未反應的吸收劑、氯化物等。

【答案】

(C) Ozone depletion

解題過程：

1. 定義： 臭氧層破壞 (Ozone depletion) 指的是平流層中臭氧 (O$_3$) 濃度異常下降的現象，尤其是對臭氧層最集中的區域，如南極上空，形成了所謂的「臭氧洞」。
2. 臭氧層的角色： 平流層中的臭氧層能吸收大部分來自太陽的有害紫外線 (UV-B)，保護地球上的生物免受傷害。
3. 主要破壞機制： 雖然自然界也有臭氧的生成與分解，但人為活動釋放的化學物質是導致臭氧層嚴重破壞的主因。
   • 氯氟烴 (CFCs)： 這是最主要的元兇。CFCs 穩定性高，能進入平流層。在紫外線作用下，CFCs 分解釋放出氯自由基 (Cl·)。
     $CCl_3F + UV \rightarrow Cl· + CCl_2F$
   • 氯自由基催化分解臭氧： 氯自由基會催化臭氧的分解，且一個氯原子可以破壞成千上萬個臭氧分子。
     $Cl· + O_3 \rightarrow ClO· + O_2$
     $ClO· + O· \rightarrow Cl· + O_2$
     總反應：$O_3 + O· \rightarrow 2O_2$
   • 其他物質： 溴氟烴 (Halons) 釋放的溴自由基 (Br·) 破壞臭氧的效率比氯自由基更高。氧化亞氮 (N$_2$O) 釋放的氮氧化物 (NOx) 也會參與臭氧的分解。
4. 影響： 臭氧層破壞導致到達地表的紫外線增強，對人類健康（皮膚癌、白內障）、生態系統（損害植物生長、浮游生物）和材料造成危害。

好的，這題是關於典型家庭污水處理流程的繪圖與說明，考驗的是學生對污水處理單元操作的基礎知識與整合能力。這類題目通常會要求繪製標準的二級處理流程圖，並對各單元的功能進行簡要解釋。

解題過程

本題要求繪製典型的家庭污水處理流程圖，並標示各單元並簡要說明其功能。家庭污水處理流程通常包含前處理、初沉、二級處理（生物處理）及三級處理（若有需要）等階段。以下將依此順序繪製流程圖並說明各單元。

1. 前處理 (Pre-treatment)

• 目的： 去除污水中較大的固體雜質，保護後續設備免受損壞，並減少初沉池的負荷。
• 單元：
  • 攔污柵 (Screening)： 設置不同孔徑的柵網，攔截較大的懸浮物，如塑膠袋、布塊、樹枝等。
  • 沉砂池 (Grit Chamber)： 利用流速控制，使比重較大的無機顆粒（如砂、礫石）沉澱下來，而有機物則隨水流帶走。

2. 初級處理 (Primary Treatment)

• 目的： 主要去除污水中較大的懸浮固體和部分溶解性有機物。
• 單元：
  • 初沉池 (Primary Sedimentation Tank)： 降低水流速度，使大部分的懸浮固體（約 50-60%）和部分溶解性有機物（約 25-35%）藉由重力沉澱，形成初沉污泥。

3. 次級處理 (Secondary Treatment) - 生物處理

• 目的： 主要去除污水中溶解性及膠態的有機物，通常透過微生物的代謝作用來達成。這是家庭污水處理的核心階段。
• 單元：
  • 生物處理單元：
    • 活性污泥法 (Activated Sludge Process)： 這是最常見的生物處理方法之一。污水與回流的活性污泥混合後，進入曝氣池，在有氧條件下，微生物大量繁殖並吸附、氧化分解有機物。
    • 曝氣池 (Aeration Tank)： 提供微生物生長所需的氧氣，並使污水與微生物充分混合。
    • 二次沉澱池 (Secondary Sedimentation Tank)： 將曝氣池混合液中的生物固體（即活性污泥）與處理後的水分離。大部分沉澱下來的污泥會回流至曝氣池（回流污泥），以維持微生物濃度；剩餘部分則為剩餘污泥，需進一步處理。
  • 其他生物處理方法（可選，但活性污泥法為典型）： 濾池 (Trickling Filter)、生物膜反應器 (Biofilm Reactor) 等。

4. 污泥處理 (Sludge Treatment)

• 目的： 處理初沉池和二次沉澱池產生的污泥，使其體積減小、穩定化，並便於後續處置。
• 單元：

這是一題典型的河流污染混合稀釋問題，核心觀念在於運用質量平衡原理，計算工業廢水排放後，河川中污染物濃度的變化，並與環保法規標準進行比較。

解題過程：

本題主要考驗對河流混合稀釋的質量平衡概念的理解。我們需要計算工業廢水排放後，河川中污染物（非反應性有機物）的最終濃度，並與環保法規設定的最高標準進行比較。

首先，我們定義以下參數：

• $Q_r$: 河川最小流量 (m³/s)
• $C_r$: 河川上游污染物濃度 (mg/L)
• $Q_w$: 工業廢水流量 (m³/s)
• $C_w$: 工業廢水污染物濃度 (mg/L)
• $Q_{mix}$: 混合後河川流量 (m³/s)
• $C_{mix}$: 混合後河川污染物濃度 (mg/L)
• $C_{limit}$: 法規設定的污染物最高濃度限制 (mg/L)

根據題目給定的資訊：

• $Q_r = 10\ \text{m}^3/\text{s}$
• $C_r = 20\ \text{mg/L}$
• $Q_w = 0.5\ \text{m}^3/\text{s}$
• $C_w = 5000\ \text{mg/L}$
• $C_{limit} = 100\ \text{mg/L}$

由於假設完全混合發生，混合後的總流量為河川流量與廢水流量之和：
$Q_{mix} = Q_r + Q_w$
$Q_{mix} = 10\ \text{m}^3/\text{s} + 0.5\ \text{m}^3/\text{s} = 10.5\ \text{m}^3/\text{s}$

接著，我們運用質量平衡原理來計算混合後的污染物濃度。在完全混合點，進入該點的污染物總質量流率等於離開該點的污染物總質量流率。由於污染物是非反應性的，因此在混合過程中污染物不會被消耗或產生。

這題主要考驗考生對國際氣候變遷會議（COP27）、台灣的淨零排放目標（Net Zero 2050）以及碳匯（Carbon Sink）等重要環境議題的理解與掌握。

(1) 2022 年 COP27 的重要討論議題

2022 年 11 月在埃及舉辦的聯合國氣候變遷大會（COP27）是全球應對氣候變遷的重要會議。本次會議的討論重點圍繞著如何加速落實《巴黎協定》的目標，並特別關注發展中國家在氣候變遷衝擊下的需求。

重要討論議題包括：

• 損失與損害（Loss and Damage）： 這是 COP27 最具突破性的議題之一。許多發展中國家，尤其是小島嶼國家和非洲國家，面臨著氣候變遷造成的不可逆轉的損失（如海平面上升淹沒土地、極端天氣事件造成的永久性破壞）。會議最終同意設立「損失與損害基金」，以提供財政援助給受氣候變遷影響最嚴重的國家。
• 調適（Adaptation）： 討論如何加強全球在氣候變遷下的調適能力，包括建立早期預警系統、發展抗旱作物、改善基礎設施等，以減少氣候變遷的衝擊。
• 減緩（Mitigation）： 雖然 COP27 的主要焦點不在於設定新的減排目標，但仍有討論如何加速落實各國的國家自主貢獻（NDCs），並呼籲各國提高減排目標。會議也關注如何逐步淘汰化石燃料，並推動再生能源的發展。
• 氣候資金（Climate Finance）： 討論已開發國家如何履行其對發展中國家的氣候資金承諾，包括支持減緩和調適措施。這也是發展中國家爭取的重要議題。
• 實施與透明度（Implementation and Transparency）： 確保各國能夠有效執行其氣候承諾，並建立透明的報告機制。

【答案】
COP27 的重要討論議題包括：損失與損害（Loss and Damage）基金的設立、加強氣候變遷調適能力、加速減排行動與淘汰化石燃料、履行氣候資金承諾，以及提升氣候行動的實施與透明度。

(2) 台灣的淨零排放 2050 願景

「淨零排放 2050」是台灣政府設定的國家發展目標，旨在透過各種策略與行動，在 2050 年達成溫室氣體淨零排放。這意味著國家整體排放的溫室氣體量，與透過各種方式移除的溫室氣體量相抵後，總量為零。

台灣淨零排放的關鍵策略與行動包括：

• 能源轉型： 大幅提高再生能源（如太陽能、風力）的發電比例，逐步降低對化石燃料的依賴，並發展儲能技術。同時，也規劃了核能的除役與未來能源組合的考量。
• 產業轉型： 鼓勵產業導入低碳技術與製程，發展綠色產業，並推動循環經濟。

好的，這是一題關於廢棄物定義、分類以及處理方法的題目，主要考驗考生對台灣廢棄物管理法規的理解以及對固體廢棄物熱處理技術的掌握。

第 5 題詳解

(1) 依據台灣《廢棄物清理法》定義及分類「廢棄物」。

解題思路：
此小題要求考生根據台灣現行的《廢棄物清理法》來定義「廢棄物」並說明其分類。這需要考生熟悉該法條的相關規定，特別是關於廢棄物的定義條款以及法規中對廢棄物進行分類的依據。

定義：
根據《廢棄物清理法》第二條第一款的定義，「廢棄物」是指「物質之製造、加工、運輸、貯存、使用、回收、再利用、清除、處理或棄置過程中，所產生之具有清除、處理、處置或再利用必要之固體、半固體、液體廢棄物。」

分類：
《廢棄物清理法》將廢棄物主要分為兩大類：

• 一般廢棄物： 指由日常生活產生，或為吾人日常生活所生，雖經分類、回收、再利用後，仍有清除、處理必要之廢棄物。其主要來源為家庭、商業、辦公室、公共場所等。
• 事業廢棄物： 指在事業活動過程中，所產生之下列廢棄物：
  • 有害事業廢棄物： 指事業產製之廢棄物，經中央主管機關認定含有害健康物質、易燃、易爆、腐蝕、毒性等特性之一者。
  • 一般事業廢棄物： 指事業產製之廢棄物，除有害事業廢棄物以外者。

說明：
此分類的目的是為了針對不同來源和性質的廢棄物，採取不同的管理策略。一般廢棄物主要由地方政府負責管理，而事業廢棄物則由中央主管機關（環保署）及其授權的地方環保機關負責列管，並要求事業單位自行處理或委託合格的處理機構處理，以確保其妥善管理，避免對環境及人體健康造成危害。

【答案】
「廢棄物」係指物質之製造、加工、運輸、貯存、使用、回收、再利用、清除、處理或棄置過程中，所產生之具有清除、處理、處置或再利用必要之固體、半固體、液體廢棄物。
廢棄物依其來源及性質，主要分為「一般廢棄物」與「事業廢棄物」兩大類。

1. 一般廢棄物： 由日常生活產生，或為日常生活所生，雖經分類、回收、再利用後，仍有清除、處理必要之廢棄物。
2. 事業廢棄物： 在事業活動過程中產生，又細分為：
   • 有害事業廢棄物： 經認定含有害健康物質、易燃、易爆、腐蝕、毒性等特性者。
   • 一般事業廢棄物： 除有害事業廢棄物以外者。

(2) 請描述兩種常見的固體廢棄物熱處理方法。

解題思路：
此小題要求考生描述兩種常見的固體廢棄物熱處理方法。熱處理是固體廢棄物處理的重要手段之一，其主要目的是減容、減體積、殺菌、回收能源或將廢棄物轉化為較穩定或有價值的物質。考生需要列舉並簡要說明這兩種方法的原理、優缺點或應用。

常見的兩種固體廢棄物熱處理方法：