113 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班在職生《環境工程概論》

此題為環境工程概論中關於污染物的名詞解釋。DNAPL 指的是密度大於水且在水中溶解度極低的有機污染物。

名詞解釋：

此題為環境工程概論中關於水質指標的名詞解釋。COD 是衡量水中可氧化物質含量的重要指標。

名詞解釋：

化學需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) 是指在特定條件下，水樣中各種可氧化物質（包括有機物和部分無機物）在強氧化劑（通常是重鉻酸鉀）

此題為環境工程概論中關於污染物在介質中行為的名詞解釋。Sorption 包含吸附和吸收兩種過程。

名詞解釋：

Sorption (吸附/吸收) 是指物質從流體相（如氣體或液體）轉移到固體表面或體積內的過程。它包含兩種主要機制：

此題為環境工程概論中關於污染物處理的名詞解釋。Biodegradation 是指微生物分解有機物的過程。

名詞解釋：

此題為環境工程概論中關於全球性環境議題的名詞解釋。Climate change 指的是長期的氣候模式變化。

名詞解釋：

此題為環境工程概論中關於溫室氣體減量的名詞解釋。Net zero emissions 指的是人為溫室氣體排放與移除的平衡。

名詞解釋：

此題為環境工程概論中的地下水流計算，運用 Darcy's Law 來求解地下水的平均流速。

核心觀念：
Darcy's Law 描述了多孔介質中流體（在此為地下水）的滲流速度與水力坡降、水力傳導係數的關係。

解題步驟：

1. 理解 Darcy's Law： Darcy's Law 的公式為 $Q = -KA \frac{dh}{dl}$，其中：

   • $Q$ 為流量 (m³/day)
   • $K$ 為水力傳導係數 (m/day)
   • $A$ 為垂直於流動方向的截面積 (m²)
   • $\frac{dh}{dl}$ 為水力坡降 (無因次)，表示單位距離的水頭損失。

   而流量 $Q$ 也可表示為 $Q = v A$，其中 $v$ 為平均流速 (m/day)。
   因此，將 $Q=vA$ 代入 Darcy's Law，可得 $vA = -KA \frac{dh}{dl}$。
   若我們關注的是平均流速 $v$，則可簡化為 $v = -K \frac{dh}{dl}$。
   在實際應用中，我們常取水力坡降的絕對值，並考慮流動方向，即 $v = K i$，其中 $i = |\frac{\Delta h}{\Delta l}|$ 為水力坡降。

此題為環境工程概論中的土壤性質計算，計算土體的孔隙率。

核心觀念：
孔隙率 (porosity) 是指土壤或岩石中孔隙（空隙）體積佔總體積的比例。

解題步驟：

1. 定義孔隙率：
   孔隙率 ($\phi$ 或 $n$) 定義為孔隙體積 ($V_v$) 與總體積 ($V_t$) 的比值。
   $\phi = \frac{V_v}{V_t}$

2. 確定已知參數：

   • 總體積 ($V_t$) = 1 m³
   • 土壤顆粒體積 ($V_s$) = 0.7 m³

核心觀念

本題考查環境毒物學與環境工程概論中**重金屬污染（Heavy Metal Pollution）**的基礎知識。

1. 重金屬的定義與環境特性：在環境工程中，通常將密度大於 $5\text{ g/cm}^3$ 的金屬元素（及部分毒性相似的類金屬如砷 $\text{As}$）歸類為重金屬。重金屬無法被生物降解，具備環境持久性（Persistence）、生物累積性（Bioaccumulation）與食物鏈生物放大作用（Biomagnification）。
2. 毒理機制：重金屬通常透過與生物體內酵素的活性基團（如硫氫基 $-\text{SH}$）結合使酵素變性失效、置換人體必需微量金屬離子（如 $\text{Ca}^{2+}$、$\text{Zn}^{2+}$、$\text{Fe}^{2+}$）、或誘導產生過量活性氧物質（ROS）引發氧化壓力，進而造成細胞與器官病變。

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解題方法

本題配分為 20 分，要求列舉「4 種日常生活中常見的重金屬污染物」及其「可能危害」。在作答架構上，應採取結構化條列，每種重金屬均勻分配 5 分，每項內容須涵蓋：

1. 重金屬名稱與化學符號
2. 日常生活中的主要暴露來源（貼合題目「日常生活常見」之要求）
3. 生理致病機制與主要健康危害（包含慢性中毒、急性中毒、代表性公害病或致癌性）

選取最具代表性、且在台灣環境公害史及環保法規中最關鍵的 4 種重金屬/類金屬：鉛（$\text{Pb}$）、鎘（$\text{Cd}$）、汞（$\text{Hg}$）、砷（$\text{As}$）。

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詳解

1. 鉛（Lead, $\text{Pb}$）

• 日常生活來源：
  • 老舊自來水鉛管與劣質水龍頭接頭溶出。
  • 老舊建築物之含鉛紅丹漆、防鏽油漆剝落產生的粉塵。
  • 汽機車鉛蓄電池製造與回收、低價玩具塗料、劣質彩色印刷品及部分重金屬超標之傳統草藥或化妝品（如眼影、唇膏）。
• 可能危害：
  • 神經系統毒性：對兒童神經發育危害尤甚，會穿透血腦屏障（BBB），導致智商（IQ）下降、注意力缺失（ADHD）、學習障礙及行為異常；成人長期暴露可引起周邊神經病變（如垂腕症）。
  • 造血系統受損：抑制血基質（Heme）合成過程中的關鍵酵素（如 $\delta$-ALAD 及鐵嵌合酵素 Ferrochelatase），導致貧血及嗜鹼性點彩紅血球增多。
  • 心血管與腎臟病變：引起慢性高血壓、動脈硬化及慢性間質性腎病變。

2. 鎘（Cadmium, $\text{Cd}$）

• 日常生活來源：
  • 鎳鎘（Ni-Cd）充電電池廢棄物處置不當。
  • 受含鎘工業廢水灌溉而受污染的農作物（如著名的「鎘米」事件）。
  • 二手菸及吸菸（菸草燃燒煙霧中含有高濃度鎘揮發物）。
  • 塑膠穩定劑、電鍍表面塗層及劣質陶瓷釉料釋出。
• 可能危害：
  • 腎臟毒性：鎘進入人體後主要蓄積於腎臟皮質，其生物半衰期長達 10～30 年。長期蓄積會破壞近曲小管重吸收功能，引發低分子量蛋白尿、糖尿及胺基酸尿。
  • 骨骼病變（痛痛病，Itai-itai Disease）：干擾維生素 D 活化及鈣質代謝，導致嚴重的骨質疏鬆症、骨質軟化症與多發性病理性骨折，患者骨骼劇痛。
  • 致癌性：已被國際癌症研究機構（IARC）列為第一級（Group 1）確定人類致癌物（主要與肺癌、前列腺癌相關）。

3. 汞（Mercury, $\text{Hg}$）

• 日常生活來源：
  • 食用大型掠食性海洋魚類（如鮪魚、旗魚、鯊魚等），經海洋食物鏈生物放大作用累積之有機甲基汞（$\text{CH}_3\text{Hg}^+$）。
  • 破損的傳統水銀體溫計、氣壓計、水銀血壓計及日光燈管。

此題為環境工程概論中的空氣污染物名詞解釋，要求說明 PM10 和 PM2.5。

核心觀念：
PM 代表懸浮微粒 (Particulate Matter)，PM10 和 PM2.5 是依據粒徑大小分類的兩種重要的空氣污染物，它們對人體健康有顯著影響。

名詞解釋：

1. PM10 (Particulate Matter 10)

   • 定義： 指直徑小於或等於 10 微米 ($\mu$m) 的懸浮微粒。這個尺寸的微粒可以穿過鼻腔和咽喉，進入呼吸道較深處。
   • 來源： 包括揚塵（道路揚塵、建築工地揚塵）、工業製程排放（如水泥、礦業）、燃燒過程（如生質物燃燒）、二次無機氣溶膠（由 SO2, NOx 等轉化而來）。
   • 影響： PM10 微粒可以沉積在氣管和支氣管，引起呼吸道刺激、咳嗽、痰多，加重氣喘和支氣管炎等呼吸道疾病。

2. PM2.5 (Particulate Matter 2.5)

   • 定義： 指直徑小於或等於 2.5 微米 ($\mu$m) 的懸浮微粒。這個尺寸的微粒非常細小，能夠穿透肺泡，進入人體血液循環。

此題為環境工程概論中的環境健康與風險管理，要求說明健康風險評估的四個步驟。

核心觀念：
健康風險評估 (Health Risk Assessment, HRA) 是一個系統性的過程，用於評估暴露於特定污染物或危險因子可能對人體健康造成的潛在不良影響。它提供科學依據，協助制定環境保護和公共衛生政策。

健康風險評估的四個步驟：

1. 危害鑑別 (Hazard Identification)

   • 目的： 確定某種污染物或暴露因子是否會引起不良健康效應，以及這些效應的性質。
   • 內容： 檢視現有的毒理學、流行病學、生態毒理學等科學證據，確定該物質是否具有致病性，以及可能引發的疾病類型（例如，致癌、生殖毒性、神經毒性等）。

2. 劑量-反應評估 (Dose-Response Assessment)

   • 目的： 確定污染物暴露劑量與健康效應發生機率或嚴重程度之間的定量關係。
   • 內容： 透過實驗數據（動物實驗）或流行病學研究，建立劑量-反應曲線。

此題為環境工程概論中的水污染來源，要求說明地下水硝酸鹽的可能來源。

核心觀念：
硝酸鹽（Nitrate, NO₃⁻）是水中常見的污染物，其濃度升高可能對人體健康和生態系統造成影響。地下水中的硝酸鹽來源多樣，主要與人類活動有關。

地下水硝酸鹽的可能來源：

1. 農業活動 (Agricultural Activities)

   • 肥料施用： 氮肥（如尿素、硝酸銨）的大量、不當或過量施用是地下水硝酸鹽污染最主要的來源之一。當施肥量超過作物吸收能力時，多餘的硝酸鹽容易透過滲漏進入地下水。
   • 畜牧業廢棄物： 畜牧場的動物糞便和尿液含有高濃度的氮化合物，若儲存不當或處理不善，滲漏後會污染地下水。
   • 施肥灌溉： 某些灌溉方式可能加劇肥料的淋溶。

2. 生活污水與污水處理廠排放 (Domestic Sewage and Wastewater Treatment Plant Effluents)

   • 化糞池與簡易污水系統： 在缺乏完善下水道系統的地區，化糞池或簡易污水處理設施若滲漏，其含有的氨氮和硝酸鹽會污染地下水。
   • 污水處理廠排放： 雖然污水處理廠旨在去除污染物，但若處理效率不高，或處理後的放流水（滲入土壤）仍含有一定濃度的硝酸鹽，也可能污染地下水。