108 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班一般生《環境工程概論》

本題為基本名詞解釋題，旨在測試考生對環境工程基礎概念的理解程度。

a. Non-Aqueous Phase Liquid (NAPL)
NAPL 指的是在水中不互溶，且密度與水不同的液體相。它可能比水輕（Light NAPL, LNAPL，例如汽油、柴油）而漂浮在水面上，也可能比水重（Dense NAPL, DNAPL，例如四氯乙烯、三氯乙烯）而沉到底部。NAPL 的存在是地下水污染的重要來源，因為它們在水中溶解度低，但可以透過相間擴散、蒸發等方式持續污染水體。

b. Sorption
Sorption 是指物質從流體相（氣體或液體）轉移到固體表面的過程，包括吸附（adsorption）和吸收（absorption）。在環境工程中，Sorption 常用來描述污染物在土壤顆粒、懸浮固體或生物體表面的附著或滲透。例如，許多有機污染物會吸附在土壤有機質上，而重金屬離子則可能吸附在黏土礦物表面。這個過程會影響污染物在環境中的傳輸、轉化和生物可利用性。

c. Unconfined Aquifer
Unconfined aquifer，又稱自由含水層或非自壓含水層，是指其頂部與大氣直接接觸，且其上方的飽和區頂部即為潛水面（water table）的含水層。潛水面的高程隨水量變化而波動。此類含水層的補給主要來自地表水的滲漏和降雨的滲透。

本題主要考查考生對重金屬定義的理解，以及在日常生活中常見的重金屬污染物及其對人體的危害。

首先，說明重金屬的定義：
重金屬（Heavy Metals）通常是指密度大於 5 g/cm³，且具有一定毒性的金屬元素。它們在環境中不易降解，易於生物累積，對生態系統和人體健康構成潛在威脅。一些非金屬元素（如砷 As、硒 Se）雖然密度不大，但因其毒性與重金屬相似，也常被歸類在重金屬污染的討論範疇。

接著，列舉日常生活中常見的 2 種重金屬污染物及其可能危害：

1. 鉛 (Lead, Pb)
   • 常見來源： 早期油漆、鉛管飲水系統、電池、汽油添加劑（過去）、某些化妝品、傳統中藥。
   • 可能危害：
     • 神經毒性： 對兒童的腦部發育有嚴重影響，導致學習障礙、智力低下、行為問題。對成人也會造成神經系統損傷。
     • 血液系統： 抑制血紅素合成，導致貧血。
     • 腎臟損傷： 影響腎功能。

本題主要考查考生對 Darcy's law 的理解，這是地下水流動模擬與分析的基礎定律。

Darcy's law（達西定律）描述了在多孔介質（如土壤、岩石）中，穩態、單相、不可壓縮性流體的流動速率與驅動力之間的關係。由法國工程師 Henry Darcy 在 1856 年提出，基於其在過濾實驗中的觀察。

其數學表達式為：

$Q = -K \cdot A \cdot \frac{dh}{dl}$

其中：

• $Q$ 是流體通過某截面的體積流量（Volume flow rate），單位為 $m^3/s$。
• $K$ 是介質的導水係數（Hydraulic conductivity），單位為 $m/s$。它反映了介質滲透性的能力，與介質的孔隙度、孔隙大小和連通性有關。
• $A$ 是流體流動的垂直截面積，單位為 $m^2$。
• $\frac{dh}{dl}$ 是水力坡度（Hydraulic gradient），表示單位長度上水頭（hydraulic head）的變化，單位為 dimensionless ($m/m$)。

本題考查如何運用 Darcy's law 計算地下水流速，並需要理解受壓含水層 (confined aquifer) 的概念。

核心觀念：
Darcy's law 描述了地下水流動與水力坡度之間的關係。在穩態流動條件下，地下水會從高水力高程流向低水力高程。

解題步驟：

1. 確定給定參數：

   • 觀測井 1 水頭：$h_1 = 105m$
   • 觀測井 2 水頭：$h_2 = 85m$
   • 兩井距離（即流動距離）：$l = 1000m$
   • 水力傳導係數：$K = 0.001 m/day$

2. 計算水力坡度 (Hydraulic Gradient, $i$)：
   水力坡度定義為水頭差除以兩點之間的距離。由於 $h_1 > h_2$，水流方向從井 1 流向井 2。
   $i = \frac{\Delta h}{l} = \frac{h_1 - h_2}{l}$
   $i = \frac{105m - 85m}{1000m} = \frac{20m}{1000m} = 0.02$
   水力坡度為 $0.02$。

本題旨在測試考生對地下水污染整治方法的了解程度，要求舉出一種方法並加以說明。

這裡舉「土壤蒸氣抽離法 (Soil Vapor Extraction, SVE)」為例進行說明。

方法名稱： 土壤蒸氣抽離法 (Soil Vapor Extraction, SVE)

原理與說明：
土壤蒸氣抽離法 (SVE) 是一種在污染場址中，利用真空泵在地下土壤中產生的負壓，將揮發性有機污染物 (Volatile Organic Compounds, VOCs) 的蒸氣從土壤孔隙中抽離出來，進而達到污染整治目的的方法。

1. 設置抽氣井： 在受污染的土壤區域，鑽設多個或單個抽氣井，井管下方會設置濾網，以防止土壤顆粒進入。
2. 產生負壓： 利用真空泵連接至抽氣井，在土壤中產生負壓（真空）。
3. 蒸氣擴散與抽離： 負壓會促使土壤孔隙中的污染物蒸氣向抽氣井擴散，並被抽離至地表。
4. 污染物處理： 被抽離的氣體（含有污染物蒸氣）會被導引至地表處理單元，進行污染物移除。常見的處理方法包括：
   • 活性碳吸附 (Activated Carbon Adsorption)： 污染物蒸氣被吸附在活性碳表面。
   • 熱氧化 (Thermal Oxidation)： 在高溫下將污染物燃燒分解。
   • 觸媒氧化 (Catalytic Oxidation)： 在催化劑作用下，以較低的溫度氧化污染物。

本題考查考生對台灣環境公害事件的歷史知識，特別是烏腳病。

烏腳病 (Blackfoot Disease) 的發生區域：
烏腳病主要發生在台灣的沿海地區，特別是西南沿海的幾個縣市，包括：

• 台南市： 尤其是學甲、北門、將軍、七股等沿海鄉鎮。
• 嘉義縣： 沿海鄉鎮。
• 雲林縣： 沿海鄉鎮。

這些地區多為地勢低窪、土壤鹽鹼度較高的沿海沖積平原。

烏腳病可能的發生原因：
烏腳病是一種嚴重的末梢血管疾病，導致肢體末端（尤其是腳趾）因缺血而壞死變黑，最終可能需要截肢。長久以來，學界與醫界對其確切病因有諸多探討，但目前普遍認為與飲用水的長期污染有關。主要可能的因素包括：

1. 砷 (Arsenic, As) 污染：
   • 這是目前被認為最主要且最有可能的原因。烏腳病好發區域的地下水，長期被檢測出含有高濃度的砷。

本題考查考生對我國環保署空氣品質指標 (AQI) 定義的了解。

空氣品質指標 (Air Quality Index, AQI) 的定義：
空氣品質指標 (AQI) 是由環保署（現為環境部）制定的一套用於評估空氣污染程度，並向公眾傳達空氣品質資訊的標準化系統。它的主要目的是將不同空氣污染物（如細懸؟؟？PM2.5、懸浮؟؟？PM10、臭氧 O3、二氧化硫 SO2、二氧化氮 NO2、一氧化碳 CO）的濃度，轉化為一個單一的、易於理解的數值和顏色等級，讓民眾能夠清楚了解當前的空氣品質狀況及其對健康的潛在影響，並採取相應的保護措施。

AQI 的計算與表達方式：

1. 污染物濃度監測： 環保署透過空氣品質監測站，連續監測空氣中的主要污染物濃度。
2. 計算個別污染物指標值 (Sub-index)： 針對每一種監測到的污染物，根據其濃度值，套用對應的污染物指標對應表，計算出一個單獨的指標值 (Sub-index)。這個指標值介於 0 到 500 之間。
3. 確定 AQI 值： 在所有計算出的污染物指標值中，選擇數值「最高」的那個，即作為當天的 AQI 值。這意味著 AQI 的值由對人體健康影響最大的單一污染物決定。
4. 對應顏色等級與健康影響： AQI 值被劃分為不同的等級，每個等級對應一種顏色和對應的健康影響說明，以及建議採取的行動。等級通常包括：
   • 良好 (Good)： AQI 0-50 (綠色)，空氣品質良好。