109 年 國立中山大學環境工程研究所乙組《環境工程概論》

本題考查消毒劑（如氯、臭氧等）在不同 pH 值下的消毒效率。一般而言，大多數消毒劑的殺菌效果與水的 pH 值密切相關。

pH 值對消毒效率的影響主要取決於消毒劑的種類。

1. 氯消毒 (Chlorination)：

   • 在水中，氯會與水反應生成次氯酸 (HClO) 和次氯酸根離子 (ClO⁻)。
   • HClO 是主要的殺菌物質，其殺菌能力遠大於 ClO⁻。
   • HClO 在 pH 較低時（酸性或弱酸性環境）更為穩定且濃度較高，因此殺菌效率較高。
   • 隨著 pH 值升高（鹼性環境），HClO 會更多地解離成 ClO⁻，導致 HClO 濃度下降，殺菌效率降低。
   • 在 pH 7.5 以上，HClO 的濃度顯著下降，消毒效果減弱。

2. 臭氧消毒 (Ozonation)：

   • 臭氧的消毒機制主要是通過其強氧化性，破壞微生物的細胞結構。

本題考查能源的分類，特別是區分化石能源與非化石能源。

• 化石能源 (Fossil Fuels)：由古代生物遺骸在地殼中經過長時間高溫高壓作用而形成的燃料，包括煤炭、石油 (oil) 和天然氣 (natural gas)。
• 非化石能源 (Non-fossil Energy Sources)：
  • 核能 (Nuclear Energy)：利用核分裂或核融合反應產生能量。
  • 水力發電 (Hydro-electric Power)：利用水的位能發電。
  • 風力發電 (Wind Power)：利用風的動能發電。
  • 太陽能 (Solar Energy)：利用太陽輻射能發電。
  • 地熱能 (Geothermal Energy)：利用地球內部的熱能。
  • 生質能 (Biomass Energy)：利用有機物質（如植物、動物排泄物）燃燒或轉化產生能量。

本題考查地下水流速的計算，屬於地下水文學的範疇。我們需要使用 Darcy 定律來計算地下水流速。

Darcy 定律 描述了在飽和多孔介質中，滲流速度與水力梯度和水力傳導係數的關係：
$Q = KA \frac{dh}{dl}$

其中：

• $Q$ 是流量 (volume/time)
• $K$ 是水力傳導係數 (hydraulic conductivity, L/time)
• $A$ 是垂直於流動方向的截面積 (area)
• $\frac{dh}{dl}$ 是水力梯度 (hydraulic gradient, dimensionless)

而流量 $Q$ 也可以表示為：
$Q = v \cdot A$

其中 $v$ 是滲流速度 (specific discharge 或 Darcy velocity, L/time)。

將兩式合併，我們可以得到滲流速度 $v$：
$v = K \frac{dh}{dl}$

題目提供的資訊：

• 井間距離 (distance) $= 250 \text{ ft}$。這代表了計算水力梯度時的長度 $dl$。
• 上游井的水面高程 $= 101.00 \text{ ft}$。
• 下游井的水面高程 $= 100.85 \text{ ft}$。
• 水力傳導係數 $K = 5 \text{ ft/day}$。

本題考查空氣污染控制設備的用途，重點在於區分用於控制粒狀物 (particulate matter) 和氣狀污染物 (gaseous pollutants) 的設備。

• Electrostatic precipitator (ESP, 靜電集塵器)：利用靜電原理，使懸浮在氣體中的粒子帶電，然後在電場作用下被收集到集塵板上。這是非常有效的粒狀物控制設備。
• Bag filter (袋式濾塵器，或稱布袋集塵器)：利用織物濾袋，通過物理攔截、慣性碰撞、擴散等作用，將氣體中的粒子捕捉在濾袋表面。也是非常有效的粒狀物控制設備。

本題考查氣體分壓的計算，需要用到理想氣體定律和道爾吞分壓定律。

道爾吞分壓定律 (Dalton's Law of Partial Pressures)：在氣體混合物中，總壓力等於各組分氣體分壓之和。各組分氣體的 P_i = x_i * P_total，其中 $x_i$ 是該組分氣體的摩爾分率。

理想氣體定律 (Ideal Gas Law)：PV = nRT

• P = 壓力 (Pressure)
• V = 體積 (Volume)
• n = 摩爾數 (moles)
• R = 理想氣體常數 (Ideal Gas Constant)
• T = 熱力學溫度 (Temperature in Kelvin)

首先，我們需要將給定的濃度從 mg/L 轉換為摩爾分率。
給定：

• 溫度 $T = 25^\circ\text{C}$。需要轉換為絕對溫度：$T = 25 + 273.15 = 298.15 \text{ K}$。
• 總壓力 $P_{\text{total}} = 1 \text{ atm}$。
• H₂S 的質量濃度 $= 100 \text{ mg/L}$。

我們需要計算 H₂S 的摩爾質量 (Molar Mass of H₂S)：

• 原子量 H ≈ 1.008 g/mol
• 原子量 S ≈ 32.06 g/mol
• $M_{\text{H₂S}} = 2 \times 1.008 + 32.06 = 2.016 + 32.06 = 34.076 \text{ g/mol}$。

現在，我們計算 H₂S 的摩爾濃度 (molar concentration)：
質量濃度 $= 100 \text{ mg/L} = 0.1 \text{ g/L}$。
摩爾濃度 $n/V = \frac{\text{質量濃度}}{M_{\text{H₂S}}} = \frac{0.1 \text{ g/L}}{34.076 \text{ g/mol}} \approx 0.002934 \text{ mol/L}$。

根據理想氣體定律 $PV = nRT$，我們可以將其改寫為 $P = (n/V)RT$。
在 1 atm 和 298.15 K 的條件下，理想氣體常數 $R$ 的值為 $0.08206 \text{ L} \cdot \text{atm} / (\text{mol} \cdot \text{K})$。

核心觀念

本題考查氣膠的空氣動力學直徑（aerodynamic diameter, $d_a$）定義。

空氣動力學直徑不是單純由顆粒的幾何尺寸決定，而是以顆粒在空氣中的運動與沉降特性為基礎，將實際氣膠顆粒換算成：

密度為 $1\ \text{g/cm}^3$ 的球形顆粒，且具有與原氣膠相同終端沉降速度的直徑。

在 Stokes 流況下，若顆粒直徑為 $d_p$、密度為 $\rho_p$、動力形狀因子為 $\chi$，則常用近似式為：

$$d_a=d_p\sqrt{\frac{\rho_p}{\rho_0}}\frac{1}{\sqrt{\chi}}$$

其中 $\rho_0=1\ \text{g/cm}^3$。因此，空氣動力學直徑同時反映：

• 顆粒的幾何尺寸；
• 顆粒密度；
• 顆粒形狀；
• 顆粒在空氣中的慣性、沉降與運動行為。

解題方法

判斷本題的關鍵在於辨認「aerodynamic」所描述的是顆粒在空氣中的空氣動力學行為，而不是單純的幾何尺寸或體積。

若顆粒密度大於 $1\ \text{g/cm}^3$，即使其幾何直徑不變，因為質量較大、慣性較強，其空氣動力學直徑會大於幾何直徑。若顆粒形狀不規則，形狀因子也會影響其沉降特性。

因此，本題應選擇最接近「顆粒在空氣中漂浮、運動時所表現的有效尺寸」的選項。

選項分析

• A. Size of the aerosol particle when floating in air.

  正確。此選項雖然是較概括的描述，但「when floating in air」指出顆粒在空氣中的有效尺寸與運動表現，符合空氣動力學直徑的概念。嚴格而言，它不是顆粒單純的實際幾何尺寸，而是反映顆粒在空氣中沉降與慣性行為的等效尺寸。

核心觀念

本題考查「衛生下水道腐蝕」的主要成因。下水道中含有有機物與硫酸鹽，在缺氧、厭氧環境下，硫酸鹽還原菌可將硫酸鹽還原生成硫化氫（$H_2S$）。

生成的 $H_2S$ 逸散至下水道上部空間後，會在潮濕的管壁或管頂被硫氧化菌氧化成硫酸（$H_2SO_4$）：

$$H_2S + 2O_2 \rightarrow H_2SO_4$$

硫酸會與混凝土中的水泥水化物反應，使管壁遭受酸蝕；也可能加速金屬管件腐蝕。因此，$H_2S$ 是衛生下水道腐蝕最具代表性的相關物質。

解題方法

判斷下水道腐蝕的關鍵，是找出「厭氧下水道中產生，並能進一步形成強酸」的物質。

判斷鏈如下：

$$\text{有機物分解} \rightarrow \text{厭氧環境} \rightarrow SO_4^{2-}\text{ 還原產生 }H_2S \rightarrow H_2SO_4\text{ 形成} \rightarrow \text{下水道腐蝕}$$

其中，真正直接參與腐蝕機制的是 $H_2S$ 及其氧化產物硫酸，而不是單純代表有機污染程度的指標。

選項分析

• A. $H_2S$：正確

本題考查 TOD、BOD 和 COD 這三個衡量水中有機物氧化程度的指標之間的關係。

• BOD (Biochemical Oxygen Demand, 生化需氧量)：指在特定溫度下（通常為 20°C），微生物分解水中有機物時，在一定時間內（通常為 5 天，稱為 $BOD_5$）所消耗的溶解氧量。它僅反映可生化有機物的氧化程度。
• COD (Chemical Oxygen Demand, 化學需氧量)：指在強氧化劑（如重鉻酸鉀）作用下，將水中有機物完全氧化（包括可生化和不可生化有機物）時所消耗的氧化劑的量，通常以等效的溶解氧量表示。它反映了水中所有可氧化物質的氧化程度。
• TOD (Theoretical Oxygen Demand, 理論需氧量)：指將水中的所有有機物（包括有機碳、有機氮等）完全氧化為最終產物（如 $CO_2$、$H_2O$、$NO_3^-$ 等）所需的理論上的最大氧氣量。它是基於有機物的化學結構進行化學計量計算得出的。

關係分析：

1. TOD vs. COD/BOD：TOD 是基於化學計量計算的理論值，它代表了水中所有可氧化物質（包括有機物和無機物）完全氧化的最大潛力。COD 反映了實際化學氧化過程中消耗的氧氣量，由於氧化劑的效率、反應條件等限制，COD 通常小於或等於 TOD。BOD 僅反映可生化有機物的氧化，所以 BOD 必然小於或等於 COD（對於可生化有機物而言）和 TOD。
   因此，$TOD \ge COD \ge BOD$。

本題考查熱交換器 (heat exchanger) 中結垢 (fouling) 對其性能的影響。

熱交換器基本原理：熱交換器的目的是在兩種流體之間傳遞熱量。熱傳量 $Q$ 可以通過以下公式表示：
$Q = U \cdot A \cdot \Delta T_{lm}$
其中：

• $U$ 是總傳熱係數 (overall heat transfer coefficient)。
• $A$ 是傳熱面積 (heat transfer area)。
• $\Delta T_{lm}$ 是對數平均溫差 (logarithmic mean temperature difference, LMTD)。

結垢 (Fouling)：是指在熱交換器傳熱表面上沉積了污垢（如水垢、沉澱物、微生物等），這會增加傳熱表面的熱阻，從而降低總傳熱係數 $U$。

影響分析：

1. 總傳熱係數 $U$ 的降低：結垢會增加熱阻，使得總傳熱係數 $U$ 減小。
   $U = \frac{1}{\frac{1}{h_i} + R_{fi} + R_w + R_{fo} + \frac{1}{h_o}}$
   其中 $h_i$ 和 $h_o$ 分別是內外壁的對流傳熱係數，$R_w$ 是管壁熱阻，$R_{fi}$ 和 $R_{fo}$ 是內外壁的結垢熱阻。結垢後，$R_{fi}$ 和 $R_{fo}$ 增加，導致 $U$ 減小。

2. 熱傳量 $Q$ 的變化：由於 $U$ 減小，在其他條件（傳熱面積 $A$ 和平均溫差 $\Delta T_{lm}$）不變的情況下，熱傳量 $Q$ 會減小。

3. 水溫升的變化：對於一個給定的流體（水）和固定的流量，其溫度升 $(\Delta T_w)$ 與吸收的熱量 $Q$ 之間有如下關係：
   $Q = m \cdot c_p \cdot \Delta T_w$
   其中 $m$ 是水的質量流率，$c_p$ 是水的比熱容。
   由於結垢導致 $Q$ 減小，而 $m$ 和 $c_p$ 保持不變，因此水的溫度升 $(\Delta T_w)$ 會減小。

本題考查環境風險評估 (Environmental Risk Assessment, ERA) 的構成要素。環境風險評估是一個系統性的過程，用於識別、評估和管理環境中潛在的危害。

環境風險評估通常包含以下幾個關鍵步驟和要素：

1. 危害識別 (Hazard Identification)：確定可能對環境或人類健康造成不利影響的物質、現象或情況。例如，有毒物質、污染物、輻射源等。

2. 劑量-反應評估 (Dose-Response Assessment)：確定暴露量與不良反應（如健康影響、生態毒性）之間的關係。這通常涉及確定「劑量-效應曲線」或「劑量-反應曲線」，以及確定無明顯不良反應的劑量水平（NOAEL, LOAEL）。

   • Potency of a toxic material (有毒物質的效力)：這是劑量-反應評估的核心內容，描述了物質的毒性強度，即在多大劑量下會產生何種程度的影響。

3. 暴露評估 (Exposure Assessment)：估計環境中特定個體或群體（包括人類和生態系統）暴露於危害物質的程度、頻率和持續時間。

本題考查氣膠 (aerosol) 的分類，特別是液體形式的氣膠。

氣膠是指由固體或液體的小粒子分散在氣體中形成的懸浮體系。根據分散相的狀態，氣膠可以分為：

• 固體粒子分散在氣體中：
  • 塵 (Dust)：由固體顆粒物，通常是通過機械過程（如研磨、破碎）產生的。例如，建築揚塵、麵粉塵。
  • 煙 (Smoke)：由固體燃燒或化學反應產生的細小顆粒物，通常伴隨有氣體。例如，燃燒產生的煙塵。
  • 煙霧 (Fume)：由氣態物質凝結形成非常細小的固體顆粒。例如，金屬熔化時產生的金屬氧化物煙霧。

本題考查氣體在液體中溶解度的物理定律。

• Hick's law：這個定律通常不存在於物理學或化學中。可能是一個筆誤，或者是與特定領域相關的定律，但非標準物理化學定律。
• Henry's law (亨利定律)：亨利定律指出，在恆定的溫度下，溶解在液體中的氣體的量（通常用摩爾分數表示）與該氣體在液體上方的分壓成正比。
  數學表達式為：$P = k_H \cdot x$
  其中：
  • $P$ 是氣體的分壓。
  • $k_H$ 是亨利常數，取決於氣體種類、溶劑和溫度。

本題考查燃煤火力發電廠中，控制硫氧化物（SOx）排放的常用方法。

SOx（主要是 $SO_2$）是燃煤過程中產生的主要污染物之一。控制 SOx 排放的方法有多種，常見的包括：

• 燃燒前脫硫 (Pre-combustion Desulfurization)：在煤炭進入鍋爐前，通過物理或化學方法去除煤中的硫分。
• 燃燒中脫硫 (In-combustion Desulfurization)：在燃燒過程中，向煤粉或爐膛內添加脫硫劑（如石灰石、石灰），使 SO₂ 與之反應生成亞硫酸鹽或硫酸鹽，然後從飛灰中分離。
• 燃燒後脫硫 (Post-combustion Desulfurization)：在煙氣離開鍋爐但進入煙囪之前，通過化學吸收或吸附方法去除煙氣中的 SO₂。這是最常見和最有效的方法之一。

現在分析選項：

A. Catalytic conversion (觸媒轉化)：觸媒轉化器主要用於處理汽車尾氣中的 NOx、CO、HC 等氣體污染物，將它們轉化為 $N_2$、$CO_2$、$H_2O$。對於燃煤電廠的 SOx 排放，觸媒轉化並非主要或最常用的控制方法。

本題考查土壤中導致鐵和鋼管腐蝕的細菌種類。

管道埋設在土壤中，會受到土壤環境的影響，包括水分、氧氣、pH 值、鹽類以及微生物的活動。土壤微生物在金屬管道的腐蝕過程中扮演著重要角色，特別是厭氧環境下的微生物。

我們來分析各選項：

A. Iron bacteria (鐵細菌)：鐵細菌是一類能夠利用鐵離子作為能量來源的細菌，它們通常將溶解態的二價鐵離子 ($Fe^{2+}$) 氧化成不溶性的三價鐵氧化物或氫氧化物 ($Fe^{3+}$)。例如，Sphaerotilus natans, Gallionella ferruginea 等。它們在富含鐵離子的環境中生長，並可能在金屬表面形成沉澱物。雖然它們與鐵的循環有關，但它們本身並不直接導致金屬的腐蝕，反而可能在表面形成保護層。然而，有些文獻也提到，鐵細菌分泌的代謝物可能對金屬產生影響。

B. Sulphur bacteria (硫細菌)：這是一類廣泛的細菌，包括多種不同的代謝類型。在土壤或水體中，與金屬腐蝕密切相關的主要是硫酸鹽還原菌 (Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)，它們屬於硫細菌的一種（嚴格來說，SRB 是厭氧的，而典型的硫細菌如硫氧化菌是需氧的）。

核心觀念

本題比較不同空氣污染控制設備的除塵效率。除塵效率定義為進、出口污染物濃度差占入口濃度的比例：

$$\eta=\frac{C_{\mathrm{in}}-C_{\mathrm{out}}}{C_{\mathrm{in}}}\times 100\%$$

其中，$C_{\mathrm{in}}$ 為入口濃度，$C_{\mathrm{out}}$ 為出口濃度。

在一般操作條件下，靜電集塵器可藉由電場使粒子帶電，再以庫侖力吸附於集塵板，對細微粒子具有很高的去除效率，常可達 $99\%$ 以上。

解題方法

本題無給定粒徑、氣體流量、壓降及操作條件，因此採用空氣污染控制設備的典型性能比較：

1. 靜電集塵器：利用電場作用捕集粒子，效率最高。
2. 動力式集塵器：利用旋轉或機械動力分離粒子，效率通常低於靜電集塵器。
3. 噴霧塔：液滴與污染氣體接觸，對粗粒子及易溶性污染物較有效，但細粒子捕集能力有限。
4. 濕式旋風集塵器：結合旋風離心力與液體洗滌，效率通常高於一般噴霧塔，但仍受粒徑與壓降限制。

因此，在典型設備性能的比較下，應選擇靜電集塵器。

選項分析

A. Electrostatic precipitator（靜電集塵器）—正確

靜電集塵器先利用放電電極產生電暈，使懸浮微粒帶電，再利用電場力將粒子移向集塵板。其主要特點如下：

• 對細微粒子的捕集效率高。
• 壓力損失通常低於高效率濾袋集塵器。
• 適用於大型燃燒設備及工業排氣。
• 設計良好且操作穩定時，整體除塵效率可達 $99\%$ 以上。

其理論效率可用 Deutsch–Anderson 方程式表示：

$$\eta=1-\exp\left(-\frac{wA}{Q}\right)$$

其中：

本題考查生化需氧量 (BOD) 的動力學模型，特別是 5 天 BOD ($BOD_5$) 與最終需氧量 (Ultimate BOD, $BOD_L$ 或 $BOD_\infty$) 的比例。

BOD 的衰減過程通常可以用一級反應動力學來描述：
$\frac{dL}{dt} = -k_1 L$
其中：

• $L$ 是剩餘的可生化有機物濃度。
• $t$ 是時間。
• $k_1$ 是第一級反應速率常數 (以天為單位，通常是 base-e)。

積分上式，得到：
$L_t = L_0 e^{-k_1 t}$
其中 $L_0$ 是初始的可生化有機物濃度，也就是最終 BOD ($BOD_L$)。
$L_t$ 是時間 $t$ 時剩餘的可生化有機物濃度。

BOD 的消耗量 $BOD_t$ 是指在時間 $t$ 內消耗的氧氣量，它等於初始有機物濃度減去剩餘有機物濃度：
$BOD_t = L_0 - L_t = L_0 (1 - e^{-k_1 t})$

題目中提到的是 5 天 BOD ($BOD_5$) 與最終 BOD ($BOD_L$ 或 $L_0$) 的比例。
所以，我們需要計算 $BOD_5 / BOD_L$。
$BOD_5 = L_0 (1 - e^{-k_1 \times 5})$
$\frac{BOD_5}{BOD_L} = \frac{BOD_5}{L_0} = 1 - e^{-5k_1}$

$k_1$ 的值會因水樣的溫度、微生物群落、有機物種類等因素而變化。在標準的 20°C 下，對於一般的生活污水，$k_1$ 的值通常在 0.1 到 0.4 之間（base-e）。

我們來計算幾個常見的 $k_1$ 值下的比例：

• 如果 $k_1 = 0.1 / \text{day}$ (base-e)：

本題考查沉澱池 (sedimentation tank) 中粒子沉降速度的決定因素。

沉澱池的目的是通過降低水流速度，使懸浮粒子有足夠的時間沉降到底部。粒子的沉降速度主要由其自身的物理特性以及流體的物理特性決定。

根據斯托克斯定律 (Stokes' Law)，對於在流體中緩慢運動的球形粒子，其終端沉降速度 $v_s$ 為：
$v_s = \frac{g d_p^2 (\rho_p - \rho_f)}{18 \mu}$
其中：

• $g$ 是重力加速度。
• $d_p$ 是粒子的直徑。
• $\rho_p$ 是粒子的密度。
• $\rho_f$ 是流體的密度。
• $\mu$ 是流體的動力黏度。

從這個公式可以看出，粒子的沉降速度 $v_s$ 主要取決於：

1. 粒子本身特性：直徑 ($d_p$)、密度 ($\rho_p$)。
2. 流體特性：密度 ($\rho_f$)、動力黏度 ($\mu$)。

沉澱池的設計參數：
沉澱池的設計參數包括：

• 表面積 (Surface Area)：沉澱池的表面積決定了其溢流率 (Overflow Rate, O.F.)，即單位表面積上的處理流量 ($Q/A$)。

本題考查地下水污染指標。我們需要判斷哪個參數不是判斷地下水受污染（特別是受人類活動影響）的良好指標。

A. BOD (Biochemical Oxygen Demand, 生化需氧量)：BOD 反映水中可生化有機物的含量。如果地下水受到有機污染物（如生活污水、農業廢棄物）的污染，BOD 值會顯著升高。因此，BOD 是判斷地下水是否受到有機污染的一個良好指標。

B. Nitrates (硝酸鹽)：地下水中的硝酸鹽主要來源於人類活動，如化肥施用、生活污水、動物排泄物、工業廢水等。硝酸鹽在土壤中易於淋溶，並容易進入地下水。高濃度的硝酸鹽是地下水受污染的重要標誌，對人體健康（如引發藍嬰症）和生態系統都有害。因此，硝酸鹽是判斷地下水受污染（特別是農業和污水污染）的一個非常重要的指標。

本題考查污泥 (sludge) 的質量計算，特別是當固體含量相同但含水量不同時，污泥總量的變化。

我們需要假設「固體含量相同」這個條件。這意味著，對於相同質量的污泥，其中固體部分的質量是相同的。

設：

• $M_{total,1}$ 是含水量 98% 的污泥總質量。

• $M_{solid,1}$ 是含水量 98% 的污泥的固體質量。

• $M_{water,1}$ 是含水量 98% 的污泥的水分質量。

• $M_{total,2}$ 是含水量 96% 的污泥總質量。

• $M_{solid,2}$ 是含水量 96% 的污泥的固體質量。

• $M_{water,2}$ 是含水量 96% 的污泥的水分質量。

題目給定：

• 含水量 98% 的污泥總質量為 X，即 $M_{total,1} = X$。
• 要求計算含水量 96% 的污泥總質量 $M_{total,2}$。
• 關鍵條件：「For the same solid content」，這意味著 $M_{solid,1} = M_{solid,2}$。

本題考查靜電集塵器 (ESP) 的設計參數與性能，特別是如何根據效率、處理量和集塵面積計算粒子的漂移速度 (drift velocity)。

靜電集塵器的設計和性能分析中，一個重要的概念是粒子漂移速度（也稱為電場漂移速度，electrical drift velocity，$v_d$）。它代表了粒子在電場作用下，由於電場力而獲得的平均運動速度。

ESP 的去除效率與幾個參數有關，其中一個關鍵的經驗公式是 Deutsch-Anderson 方程：
$E = 1 - e^{-\frac{A \cdot v_d}{Q}}$
其中：

• $E$ 是 ESP 的去除效率 (collection efficiency)，以小數表示。
• $A$ 是總的集塵板面積 (total collector plate area)。
• $v_d$ 是粒子的平均漂移速度 (particle drift velocity)。
• $Q$ 是煙氣的體積流量 (volumetric flow rate)。

核心觀念

環境評估研究中的「解釋與評估」並非只判斷是否測得污染或影響，而是要將預測、監測及分析結果放入完整的決策架構中，判斷計畫對環境可能造成的整體意義。主要考量包括：

1. 影響的不確定性（uncertainty）：環境影響預測涉及模型假設、監測誤差、未來排放量及自然變異，因此應說明結果的可信度、誤差範圍及潛在風險。
2. 影響的重要性（significance）：測得或預測到的影響，不一定都具有重大環境意義，必須依影響程度、範圍、持續時間、可逆性及受影響對象等因素判斷。
3. 替代方案比較（comparison of alternatives）：應比較不同開發位置、規模、製程、污染防制措施及「不開發方案」，以選出環境衝擊較小且可接受的方案。

因此，A、B、C 所列內容均屬環境評估研究中解釋與評估的必要項目。

解題方法

本題可由環境影響評估的決策流程切入：

$$\text{資料蒐集} \rightarrow \text{影響預測} \rightarrow \text{不確定性分析} \rightarrow \text{重要性判定} \rightarrow \text{替代方案比較} \rightarrow \text{決策}$$

題幹問的是 interpretation and evaluation 應考慮哪些事項。只要選項屬於影響結果的合理解釋、環境重要性判定或方案決策比較，均應納入評估。

A、B、C 分別對應不確定性、影響重要性及替代方案，三者皆是完整環境評估不可缺少的面向，所以應選擇涵蓋全部內容的 D。

選項分析

本題考查厭氧消化 (anaerobic digestion) 產生的沼氣 (biogas) 的主要成分。

沼氣是由厭氧微生物分解有機物（如動物糞便、農業廢棄物、污水污泥等）過程中產生的氣體混合物。其主要成分包括：

• 甲烷 ($CH_4$)：是沼氣的主要可燃成分，通常佔 50-75%。
• 二氧化碳 ($CO_2$)：是另一個主要成分，通常佔 25-50%。
• 其他少量成分：
  • 硫化氫 ($H_2S$)：來自有機物中的硫，其濃度變化較大，可能從 ppm 級到數千 ppm。
  • 氨 ($NH_3$)：來自有機物中的氮，含量較少。
  • 水蒸氣 ($H_2O$)：沼氣中總是含有水蒸氣。
  • 痕量的其他氣體，如氮氣 ($N_2$)、氫氣 ($H_2$)、一氧化碳 ($CO$) 等。

現在我們分析選項：

核心觀念

Xenobiotics（外來性化合物）是指存在於生物體或環境中、但非生物正常代謝所產生的有機物，例如部分農藥、工業溶劑與合成化學品。

其「生物可分解性」通常是觀察微生物能否將有機物分解，並以呼吸作用或有機物去除程度加以表示，常用指標包括：

• 二氧化碳生成速率：反映有機碳被微生物氧化、礦化的程度。
• 氧氣消耗速率：反映好氧微生物分解有機物時的呼吸速率。
• BOD/COD 比值：反映有機物中可被微生物生物分解的比例。

其中：

$$\text{BOD/COD}=\frac{\text{生化需氧量}}{\text{化學需氧量}}$$

BOD 代表微生物分解可生物降解有機物所需的氧量；COD 則代表化學氧化整體有機物所需的理論氧量。因此，比值越高，通常表示越容易被生物處理。

解題方法

本題問的是「如何表徵 xenobiotics 的 biodegradability」，判斷重點在於各選項是否能反映微生物分解有機物的程度或速率。

生物分解通常伴隨下列現象：

1. 有機碳被氧化並生成 $CO_2$。
2. 好氧微生物消耗 $O_2$。
3. 可生物分解部分造成 BOD，而整體可氧化物質造成 COD，因此可用 BOD/COD 比值估算生物可分解程度。

三者皆為合理的生物可分解性指標。

選項分析

A. Rate of CO2 formation

本題考查固體廢棄物熱解 (pyrolysis) 的處理過程。

熱解是一種熱化學處理技術，指在無氧或缺氧的條件下，高溫加熱有機物，使其分解產生氣體、液體（焦油）和固體殘渣（炭黑）的過程。

熱解與燃燒 (combustion) 的主要區別在於反應條件：

• 燃燒：在過量氧氣存在下進行，有機物被完全氧化為 $CO_2$、$H_2O$ 等，釋放出大量熱能。
• 熱解：在無氧或缺氧條件下進行，有機物分解產生可燃氣體、液體燃料和炭。

現在分析選項：

A. Autoclaving (高壓滅菌)：高壓滅菌通常是在高溫高壓下利用飽和蒸汽進行滅菌，主要用於醫療廢棄物等，與熱解原理不同。

核心觀念

本題考查固體廢棄物管理中「回收再利用（recycling）」與「處理、處置方法」的分類。

回收再利用是指將廢棄物中的可用成分加以分離、轉化，使其重新成為有用的物質或產品。例如：

• 有機廢棄物經堆肥化轉為堆肥。
• 廢紙、金屬、玻璃經分類後重新製造。
• 可燃廢棄物製成固體再生燃料。

其中，堆肥化是典型的有機物資源回收方法。

解題方法

判斷各選項的主要功能：

1. 是否將廢棄物轉換成可再利用的資源？
2. 若只是降低體積、穩定化、燃燒或掩埋，則屬於處理或最終處置，不是狹義的回收。

本題四個選項中，只有 Composting 直接將有機性廢棄物轉化為可供土壤使用的堆肥，因此選擇 B。

選項分析

• A. Pelletisation（製粒化）

  製粒化是利用壓縮、乾燥等方式，將粉狀或碎片狀廢棄物製成規則顆粒，以利於儲存、運輸或燃燒。若原料是可燃廢棄物，製粒化可作為製造固體再生燃料的一部分；但單獨而言，它主要是物理加工與減容方法，並不必然代表完成資源回收。

  因此在本題的分類下，A 不是最佳答案。

• B. Composting（堆肥化）

本題為簡答題，要求解釋 PM2.5 和 PM10 的定義以及它們對健康的影響。

PM2.5 和 PM10 的定義：

• PM (Particulate Matter)：指懸浮在大氣中的固體或液體顆粒物，也稱為懸浮微粒。
• PM10：指粒徑小於或等於 10 微米 ($\mu\text{m}$) 的顆粒物。這些顆粒物可以通過呼吸道進入人體。
• PM2.5：指粒徑小於或等於 2.5 微米 ($\mu\text{m}$) 的顆粒物。PM2.5 是 PM10 的一個子集，由於其粒徑更小，可以深入人體呼吸系統。

對健康的影響：

PM2.5 和 PM10 對人體健康都有不良影響，但 PM2.5 的危害性更大，因為它們能更深入地進入呼吸系統，甚至進入血液循環。

1. 對呼吸系統的影響：
   • PM10：可以沉積在上呼吸道（如鼻腔、咽喉、氣管、支氣管），引起刺激，導致咳嗽、咳痰、喉嚨痛、鼻塞等症狀。對於患有哮喘、支氣管炎等呼吸道疾病的人，PM10 會誘發或加重病情，導致呼吸困難、喘鳴。
   • PM2.5：由於其粒徑極小，可以穿過上呼吸道的防禦屏障，沉積在肺泡區域。這會引起肺部炎症，損害肺功能，增加患肺炎、支氣管炎、肺氣腫等疾病的風險。

本題考查水的離子濃度計算，涉及 pH、pOH 和 $H^+$ 離子濃度的關係。

在任何水溶液中，水的離子積 ($K_w$) 在特定溫度下是一個常數。在 25°C 時，水的離子積 $K_w = [H^+][OH^-] = 1.0 \times 10^{-14} \text{ M}^2$。

pH 和 pOH 的定義分別為：
$pH = -\log_{10}[H^+]$
$pOH = -\log_{10}[OH^-]$

同時，pH 和 pOH 之間存在關係：
$pH + pOH = 14$ (在 25°C 時)

題目給定：

• $pOH = 6$。

首先，我們可以使用 $pH + pOH = 14$ 來計算 pH 值：
$pH = 14 - pOH = 14 - 6 = 8$。

本題為簡答題，要求解釋噪音的定義、對人體健康的影響以及如何控制噪音污染。

1. 噪音的定義 (What is noise?)

噪音 (Noise) 是指一種令人不快、干擾或不需要的聲音，它會對人體產生不良的生理和心理影響。在物理學上，聲音是由物體振動產生的聲波，其強度（或聲壓級）是衡量聲音大小的指標。當聲音的強度過高、頻率不協調、或在不適當的時間和地點出現時，就可能被視為噪音。

噪音的測量單位通常是分貝 (decibel, dB)。人耳能夠聽到的聲音範圍很廣，一般認為 0 dB 是人耳的聽覺閾值，而超過 85 dB 的聲音長時間暴露可能對聽力造成損害。

2. 噪音對人體健康的影響 (Effects of noise on human health)

噪音污染對人體健康的影響是多方面的，包括生理和心理層面：

• 聽力損害 (Hearing Impairment)：

  • 暫時性聽閾位移 (Temporary Threshold Shift, TTS)：長時間暴露於較高強度的噪音後，聽力會暫時下降，但休息後可恢復。
  • 永久性聽閾位移 (Permanent Threshold Shift, PTS)：長期暴露於高強度噪音（如持續超過 85 dB）會對內耳的毛細胞造成永久性損傷，導致聽力永久性下降，甚至耳聾。
  • 聽覺疲勞、耳鳴 (Tinnitus)：即使沒有造成永久性損傷，噪音也會引起聽覺疲勞和耳鳴。

• 非聽覺生理效應 (Non-auditory Physiological Effects)：

  • 心血管系統影響：噪音會引起身體的應激反應，導致壓力荷爾蒙（如皮質醇、腎上腺素）分泌增加，心率加快，血壓升高。長期暴露可能增加患高血壓、心臟病、中風的風險。
  • 睡眠干擾 (Sleep Disturbance)：噪音會影響睡眠質量，導致入睡困難、夜間覺醒、夢魘等，進而引起白天疲勞、注意力不集中、記憶力下降。
  • 內分泌和代謝系統影響：長期噪音暴露可能影響內分泌系統的正常功能，如血糖水平、甲狀腺功能等。
  • 消化系統影響：噪音可能影響食慾、胃腸蠕動，導致消化不良。

• 心理和行為影響 (Psychological and Behavioral Effects)：

  • 壓力、焦慮和煩躁 (Stress, Anxiety, Irritability)：噪音會引起人們的不安、煩躁、憤怒等負面情緒。