108 年 國立臺灣大學環境工程研究所科學與工程乙組《環境衛生學》

本題主要在探討氣候變遷的定義及其對公眾健康的影響。

(1) 氣候變遷 (Climate Change) 的定義：
氣候變遷是指長時間尺度上，地球氣候系統的平均狀態或其變異性的顯著且持續的改變。這種改變可能由自然因素（如太陽輻射變化、火山爆發）引起，但自工業革命以來，主要由人為活動（特別是溫室氣體排放）所驅動。它涵蓋了全球平均溫度上升、降雨型態改變、極端天氣事件頻率和強度增加等多個面向。

(2) 氣候變遷對公眾健康的潛在危害：
氣候變遷對公眾健康的影響可分為直接衝擊與間接衝擊兩大類。

• 直接衝擊 (Direct Impacts)：
  指氣候變遷的物理效應直接導致健康問題。
  • 極端天氣事件：
    • 熱浪： 導致熱衰竭、熱中暑、脫水，尤其對老年人、兒童、慢性病患者及戶外工作者威脅最大。
    • 洪水與風災： 造成溺水、創傷、骨折等急性傷害；水災後環境衛生惡化，易引發傳染病（如霍亂、傷寒、鉤端螺旋體病）。
    • 乾旱： 影響糧食生產，導致營養不良；缺水也影響個人衛生，增加疾病風險。
    • 強降雨與土石流： 造成直接傷亡及財產損失。
  • 空氣品質惡化： 溫度升高可能加劇地面臭氧形成，增加空氣污染物濃度，導致呼吸道疾病（如氣喘、支氣管炎）惡化，心血管疾病發生率上升。

本題主要在探討污水處理中的生物處理法。

生物處理法 (Biological Treatment) 是一種利用微生物（主要是細菌、真菌、原生動物等）的代謝作用來分解、轉化污水中有機污染物（如BOD、COD）的處理技術。在污水處理廠中，生物處理是去除溶解性及膠體性有機物的關鍵步驟，通常在初級處理（沉澱）之後進行，以降低污水的生化需氧量 (BOD)。

其基本原理是：

1. 微生物的生長與代謝： 微生物在適宜的環境（如溫度、pH、氧氣供應、營養鹽）下，攝取水中的有機物作為其生長和能量來源。
2. 有機物分解： 微生物透過氧化還原反應，將複雜的有機分子分解為簡單的無機物（如二氧化碳、水、硝酸鹽、硫酸鹽）和新的細胞物質。
3. 固液分離： 經過生物處理後，新生成的微生物細胞（污泥）需要與處理後的水體進行分離，常見的方法是沉澱（如二級沉澱池）或過濾。

本題旨在探討環境污染物暴露評估的定義及其目的。

(1) 暴露評估 (Exposure Assessment) 的定義：
暴露評估是環境流行病學和風險評估中的一個關鍵步驟，其目的是量化或估計個體、群體或生態系統與特定污染物接觸的程度。它關注的是「人（或生態系統）與污染物接觸的途徑、頻率、時間長度和強度」。暴露評估試圖回答：

• 接觸誰？ (Who is exposed?)
• 接觸何種污染物？ (What contaminant?)
• 透過何種途徑？ (Via which route? e.g., 呼吸、食入、皮膚接觸)
• 接觸多少？ (How much? Concentration and duration)
• 接觸多久？ (How long? Frequency and duration)
• 何時接觸？ (When? Time period)

暴露評估的結果是估計暴露劑量 (dose) 或劑量率 (dose rate)，這是評估污染物健康風險的基礎。劑量通常指進入生物體內的污染物量，而劑量率則是指單位時間內的劑量。

(2) 進行暴露評估的目的主要是為了蒐集那些資料？
進行暴露評估的主要目的，是為了蒐集以下幾類資料，以支持對環境污染物健康風險的判斷：

本題旨在探討永續發展的定義及其與環境保護的關係。

永續發展 (Sustainable Development) 的定義：
永續發展最為人熟知的定義來自1987年聯合國世界環境與發展委員會（WCED，即布倫特蘭委員會）的報告《我們共同的未來》(Our Common Future)：
「永續發展是能夠滿足當代人的需求，同時又不損及後代人滿足其自身需求的發展。」
這個定義強調了兩個核心概念：

1. 需求 (Needs)： 特別是世界上貧困人口的基本需求，應被優先考慮。
2. 限制 (Limitations)： 指出環境的承載能力對滿足當代和後代需求所造成的限制。

更廣泛地說，永續發展是一種將經濟發展、社會進步和環境保護這三個面向整合起來，追求長遠、平衡且協調發展的模式。它追求的是經濟的繁榮、社會的公平與包容，以及環境的健康與韌性，三者相互依存、缺一不可。

環境保護與永續發展間之相互關係：
環境保護是永續發展不可或缺的核心支柱，兩者之間存在著密不可分的相互依存和促進關係。

1. 環境保護是永續發展的基礎與前提：
   • 資源供給： 環境提供了人類生存和發展所需的各種自然資源（如水、空氣、土壤、生物、礦產）。若環境遭到嚴重破壞，這些資源將枯竭或無法使用，發展將難以為繼。
   • 生態系統服務： 健康的生態系統提供重要的服務，如淨化空氣和水源、調節氣候、授粉、土壤形成、災害防護等。這些服務是人類社會正常運作和經濟活動的基礎。
   • 環境承載力： 地球的環境具有一定的承載能力，能夠吸收和處理人類活動產生的廢棄物。

本題旨在探討熱危害的評估與預防方法。

熱危害 (Heat Hazard) 的評估：
熱危害的評估不僅是測量溫度，更重要的是評估人體在特定環境下所感受到的「熱壓力」(Heat Stress)。這需要考慮多種環境因素和個人因素。

1. 環境因素評估：

   • 空氣溫度 (Air Temperature)： 這是最直接的指標，但非唯一。
   • 濕度 (Humidity)： 高濕度會阻礙汗液蒸發，降低人體的散熱效率，使人感覺更熱。
   • 輻射溫度 (Radiant Temperature)： 包括太陽輻射、地面、建築物反射的熱輻射，以及人體自身輻射。例如，在陽光下或靠近熱源（如熔爐）時，輻射熱會顯著增加熱負荷。
   • 空氣流動速度 (Air Velocity)： 適度的空氣流動有助於汗液蒸發和帶走熱量，降低熱壓力；但過強的風在極端寒冷環境下則會造成失溫。
   • 代謝率 (Metabolic Rate)： 人體活動產生的熱量。工作強度越高，代謝率越高，產熱越多。
   • 穿著衣物 (Clothing Insulation)： 衣物的種類、厚度、顏色和透氣性會影響人體與環境的熱交換。

2. 綜合熱壓力指標：
   為了綜合評估熱危害，常使用一些指標：

   • 濕球溫度 (Wet-Bulb Temperature, Tw)： 結合了溫度和濕度，反映了蒸發冷卻的潛力。
   • 黑球溫度 (Black Globe Temperature, Tg)： 測量一個被動吸收輻射的黑色球體的溫度，能綜合考慮空氣溫度和輻射溫度。
   • 濕球黑球溫度指數 (Wet-Bulb Globe Temperature, WBGT)： 這是最常用且較為全面的指標，綜合考慮了空氣溫度、濕度、輻射溫度和空氣流動速度，並考慮了代謝率和衣物影響。WBGT 的計算公式為：
     $WBGT = 0.7T_w + 0.2T_g + 0.1T_a$
     其中 $T_w$ 為濕球溫度，$T_g$ 為黑球溫度，$T_a$ 為乾球溫度（空氣溫度）。
   • 標準有效溫度 (Standard Effective Temperature, SET)： 一種更複雜的熱生理學指標，考慮了所有熱交換因素，並將人體感受模擬為在特定條件下的「標準」熱交換情況。

本題探討空氣品質不良時的口罩選擇，以及呼吸防護具（Respirator）的選用原則。

(1) 當空氣品質不良時，民眾於戶外活動時應如何選用口罩，才能保障其健康？
空氣品質不良通常指懸浮微粒 (Particulate Matter, PM)、臭氧 ($O_3$)、二氧化氮 ($NO_2$) 等污染物濃度升高。對於一般民眾在戶外活動時，最主要的考量是如何有效阻擋懸浮微粒 PM2.5 和 PM10。

• 選擇具有過濾功能的口罩：
  • 醫療級口罩 (Surgical Mask)： 雖然主要設計用於阻擋飛沫，但其過濾效率對較大的顆粒物（如 PM10）有一定效果。然而，對於更細小的 PM2.5，其過濾效果有限，且與臉部的密合度不佳，容易有空氣滲漏。
  • 防塵口罩 (Dust Mask)： 許多標榜防塵的口罩，特別是符合標準（如 N95、FFP2 等級）的，能有效過濾空氣中的懸浮微粒。
• N95 或同等級口罩：
  這是目前最推薦給民眾用於阻擋 PM2.5 的口罩類型。
  • N95 (美國 NIOSH 標準)： 表示能過濾至少 95% 的直徑約 0.3 微米的非油性顆粒物。
  • FFP2 (歐洲 EN 149 標準) 或 KN95 (中國 GB 2626 標準)： 等級與 N95 相當，也能提供良好的防護。
  • 關鍵在於「密合度」： 即使是 N95 口罩，如果與臉部之間有明顯的縫隙，空氣中的污染物就會從縫隙進入，降低防護效果。因此，選擇尺寸適合臉部、能緊密貼合鼻樑和下巴的 N95 口罩非常重要。
• 其他類型口罩：
  • 活性碳口罩： 在過濾微粒的同時，部分活性碳層可以吸附部分異味或揮發性有機物 (VOCs)，但對 PM2.5 的過濾效率主要還是取決於其纖維濾材。
  • 布口罩/棉口罩： 僅能阻擋較大的灰塵顆粒，對 PM2.5 的防護效果非常有限，不建議在空氣品質不良時作為主要防護。

總結選擇原則：
在空氣品質不良時，民眾戶外活動應優先選擇能有效過濾 PM2.5 的口罩，且能與臉部緊密貼合。N95 或同等級（FFP2, KN95）的防塵口罩是較佳的選擇。若無法取得 N95，則醫療級口罩可作為次要選擇，但需注意其密合度與過濾效率的限制。

(2) 請說明呼吸防護具 (respirator) 的選用原則 (decision logic)。
呼吸防護具 (Respirator) 是指用於保護佩戴者呼吸系統免受空氣中有害物質侵害的裝置。其選用原則是一個系統性的決策過程，旨在確保選用的防護具能有效、安全地保護使用者。

呼吸防護具選用原則 (Decision Logic)：

1. 辨識危害 (Identify the Hazard)：

   • 污染物種類： 是顆粒物 (如粉塵、煙霧、細菌、病毒)？還是氣體/蒸氣 (如有機蒸氣、酸性氣體、氨氣)？或是兩者皆有？
   • 污染物濃度： 環境中危害物的預估或測量濃度是多少？這與防護具的防護係數 (Assigned Protection Factor, APF) 有關。
   • 危害物的物理化學性質： 是否有刺激性？毒性？是否缺氧？（氧氣濃度低於 19.5% 時，需使用供氣式呼吸器）。
   • 工作環境： 是否有固定的工作場所？還是需要移動？作業空間是否狹窄？

2. 確定防護需求 (Determine Protection Needs)：

   • 所需防護係數 (APF)： 根據危害物的濃度和容許暴露濃度 (Permissible Exposure Limit, PEL) 或其他職業暴露限值，計算所需的最小防護係數。APF 是指防護具能將工作場所空氣中的污染物濃度降低到佩戴者呼吸區空氣濃度多少倍的能力。
     $APF = \frac{環境中污染物濃度}{呼吸區污染物濃度}$
     （呼吸區污染物濃度通常指職業暴露限值 PEL）。
   • 是否需要同時防護顆粒物和氣體/蒸氣？

3. 篩選呼吸防護具類型 (Select Respirator Type)：
   根據上述資訊，決定所需 Respirator 的類型：

本題旨在探討閾限值 (Threshold Limit Values, TLVs) 的目的、依據及使用限制。

閾限值 (Threshold Limit Values, TLVs) 的目的：
TLVs 是由美國政府工業衛生學家會議 (American Conference of Governmental Industrial Hygienists, ACGIH) 所制定的一系列建議性職業暴露限值。其主要目的包括：

1. 保護勞工健康： 提供一個空氣中污染物濃度標準，據此判斷工作場所的空氣品質是否安全，以保護勞工免受因吸入有害物質而引起的健康損害（包括急性與慢性效應）。
2. 作為職業衛生評估的基準： 作為工業衛生師進行工作場所空氣污染物監測、暴露評估和風險管理的參考基準。
3. 促進工作場所安全與健康管理： 鼓勵雇主採取適當的工程控制、行政管理及個人防護措施，以降低勞工暴露於有害物質的風險。
4. 提供科學依據： 透過科學研究和專家審查，為制定職業暴露標準提供建議。

閾限值 (TLVs) 的依據：
TLVs 的制定是基於大量的科學研究和數據，主要依據以下幾個方面：

1. 毒理學研究 (Toxicological Studies)：
   • 動物實驗： 評估污染物在動物體內的急慢性毒性、致癌性、致突變性、生殖毒性、發育毒性等。
   • 人體流行病學研究： 觀察特定職業群體（如工廠工人）暴露於某種污染物後的健康影響。
   • 生化與生理學研究： 了解污染物在人體內的吸收、分布、代謝、排泄 (ADME) 過程，以及其作用機制。
2. 職業暴露監測數據： 收集工作場所空氣中污染物濃度與勞工健康狀況的相關性數據。
3. 科學共識： 由 ACGIH 的 TLVs 委員會（由具備毒理學、工業衛生、醫學、化學等專業知識的專家組成）對現有科學文獻進行嚴格審查、評估和討論，最終達成共識。
4. 安全係數 (Safety Factor)： 在確定無不良健康效應的暴露水平 (No Observed Adverse Effect Level, NOAEL) 或最低不良健康效應水平 (Lowest Observed Adverse Effect Level, LOAEL) 後，通常會除以一個安全係數，以涵蓋個體間的差異性以及研究數據的變異性。

閾限值 (TLVs) 的使用限制：
儘管 TLVs 是重要的參考標準，但其使用存在一些重要的限制，必須被理解和遵守：

本題要求根據提供的期刊資訊和摘要，回答所討論的重點，並選擇一種物質說明其環境歸趨 (Environmental Fate)。

(1) 資料中所討論的重點為何？
根據提供的期刊封面資訊和摘要內容，該資料討論的重點是：
母乳中存在的污染物 (Contaminants in Human Milk) 對於哺乳的風險與益處的權衡 (Weighing the Risks against the Benefits of Breastfeeding)。

摘要指出，雖然人類母乳含有重要的營養素、免疫調節劑和抗發炎因子，對嬰兒發育至關重要，但報告中也提及母乳中可能存在的有毒物質（如持久性有機污染物 POPs、重金屬）引起了母親和醫護人員對哺乳安全的擔憂。然而，研究數據顯示，儘管存在這些風險，哺乳在絕大多數情況下仍然是嬰兒餵養的最佳選擇。即使在衝突或災難情況下，也建議母親繼續哺乳，而非使用配方奶粉，因為為母親提供足夠營養比為非哺乳嬰兒準備配方奶粉更容易。

因此，資料的重點在於：

• 母乳的益處： 營養、免疫支持等。
• 母乳中潛在的健康風險： 來自污染物（POPs、金屬等）。
• 風險效益分析： 權衡污染物風險與哺乳益處，結論是益處大於風險。
• 推廣哺乳的必要性： 即使在特殊情況下，哺乳仍是首選。

(2) 請自選一種資料中所討論的物質,並說明其 environmental fate (10%)。
從摘要中可以辨識出幾類污染物：持久性有機污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs) 和 金屬 (metals)。這裡我們選擇 持久性有機污染物 (POPs) 來討論其環境歸趨 (Environmental Fate)。

持久性有機污染物 (POPs) 的環境歸趨 (Environmental Fate)：
POPs 是一類在環境中難以降解、易於生物累積、並可能對人類健康和環境造成遠距離運輸的有機化學物質。常見的 POPs 包括戴奧辛 (Dioxins)、呋喃 (Furans)、多氯聯苯 (PCBs)、滴滴涕 (DDT) 等。

POPs 的環境歸趨主要有以下幾個特徵：

1. 持久性 (Persistence)：
   • 難降解性： POPs 的化學結構通常非常穩定，不易被微生物分解、化學水解或光解。這導致它們在環境中（土壤、水體、沉積物）可以存在數十年甚至更長時間。