112 年 國立成功大學環境醫學研究所甲組《環境衛生》

此題旨在測驗考生對風險評估、風險管理與風險溝通這三個核心環境衛生概念的理解，以及它們之間的關聯性。

核心觀念： 風險管理是一個整合性的過程，包含識別、評估、處理和溝通風險。風險評估是風險管理的第一步，而風險溝通則是贯穿整個過程的關鍵環節。

詳解：

(1) 風險評估 (Risk assessment)
風險評估是指系統性地識別、分析和評估特定危害可能對人類健康或環境造成的潛在不良影響的過程。它通常包含以下幾個步驟：

• 危害鑑別 (Hazard identification)： 確定某物質或情境是否可能對健康或環境造成不良影響。
• 劑量反應評估 (Dose-response assessment)： 確定暴露劑量與不良反應發生頻率或嚴重程度之間的關係。
• 暴露評估 (Exposure assessment)： 評估個體或群體接觸特定危害物質的程度，包括接觸途徑、頻率、持續時間和劑量。
• 風險特徵描述 (Risk characterization)： 綜合前述步驟的結果，估計不良反應發生的可能性與嚴重程度。

(2) 風險管理 (Risk management)
風險管理是指基於風險評估的結果，採取適當的措施來降低、控制或規避風險的過程。它是一個決策導向的過程，旨在保護公眾健康和環境。風險管理可能包括：

• 風險規避 (Risk avoidance)： 停止或避免引起風險的活動。
• 風險降低 (Risk reduction)： 採取措施減少風險發生的可能性或降低其嚴重性（例如，設置污染防治設備、改善工作場所安全措施）。

此題考驗考生對環境危害鑑別 (Hazard Identification) 所需資訊來源的認識，以及這些資訊來源的相對重要性與優先級。

核心觀念： 危害鑑別是風險評估的第一步，其準確性直接影響後續的風險評估與管理。獲取可靠、多樣化的資訊是進行有效危害鑑別的關鍵。

詳解：

進行危害鑑別時，主要有四個資訊來源，它們的優先級會依據資訊的可靠性、相關性和時效性而有所不同。

1. 文獻資料與科學研究報告 (Literature and Scientific Research Reports)：

   • 內容： 包括已發表的研究論文、毒理學報告、流行病學研究、國際組織（如 WHO、IARC、EPA）發布的評估報告、化學物質安全資料表 (SDS) 等。
   • 優先級： 最高。 這是最為可靠、系統且經過同行評審的資訊來源。科學研究通常使用嚴謹的方法學，提供量化的數據和結論，對於確定物質的潛在危害至關重要。
   • 重要性： 提供物質的物理化學性質、毒性資料（急性、慢性、致癌、致突變、生殖毒性等）、環境行為（降解性、生物累積性）以及流行病學證據。

2. 主管機關與監管機構的資料庫與公告 (Databases and Announcements from Regulatory Agencies)：

   • 內容： 包括各國環保署、衛生部門、職業安全衛生機構等發布的法規、標準、有害物質清單、風險評估結論、事件調查報告等。
   • 優先級： 高。 這些機構的資料通常基於科學證據，並經過政策制定者的審核，具有官方權威性。
   • 重要性： 提供已確定或懷疑有危害的物質列表、相關的暴露限制、管制措施等，對於確定需要優先關注的危害對象非常有用。

此題分為兩部分，第一部分要求解釋溫室效應的機制，第二部分則要求闡述六種主要溫室氣體的潛在影響。

核心觀念： 溫室效應是地球氣候系統維持適宜溫度所必需的自然現象，但人為排放過量溫室氣體會加劇此效應，導致全球暖化。不同溫室氣體對此效應的貢獻程度不同。

詳解：

第一部分：溫室氣體影響全球氣候變遷的機制 (10%)

溫室氣體影響全球氣候變遷的機制，主要基於「溫室效應」(Greenhouse Effect)。其過程如下：

1. 太陽輻射到達地球： 太陽以短波輻射的形式將能量傳遞到地球。其中一部分能量被大氣層反射回太空，另一部分則被地表吸收。
2. 地表吸收與再輻射： 被地表吸收的太陽輻射使地表溫度升高，進而以長波輻射（紅外線）的形式向外輻射熱能。
3. 溫室氣體吸收長波輻射： 大氣中的溫室氣體（如水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等）具有吸收特定波長長波輻射的能力。當地球輻射出的長波輻射穿過大氣層時，會被這些溫室氣體分子吸收。
4. 溫室氣體再輻射： 被吸收能量的溫室氣體分子會以熱能的形式向各個方向重新輻射能量，其中一部分輻射回太空，但相當大一部分會重新輻射回地表。
5. 地表溫度升高： 重新輻射回地表的長波輻射進一步加熱地表，導致地球的平均表面溫度高於沒有大氣層時應有的溫度。這個過程與溫室的玻璃能夠讓陽光進入但阻止部分熱量散失的原理相似，故稱為「溫室效應」。

人為因素的影響：
工業革命以來，人類活動（如燃燒化石燃料、森林砍伐、農業活動、工業生產等）大量排放了額外的溫室氣體，特別是二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4) 和氧化亞氮 (N2O)。這些額外增加的溫室氣體，加強了原有的溫室效應，導致地球系統吸收的能量多於輻射出去的能量，長期下來造成全球平均氣溫上升，即「全球暖化」(Global Warming)。全球暖化進而引發一系列氣候變遷現象，如極端天氣事件頻率增加（熱浪、乾旱、強降雨、颶風）、海平面上升、冰川融化、海洋酸化等。

第二部分：六種主要溫室氣體的潛在影響 (6%)

雖然有許多氣體具有溫室效應，但通常關注的「六大溫室氣體」是指《京都議定書》中列出的六種主要氣體。它們對全球暖化的潛在影響，不僅取決於其吸收紅外線的能力，還取決於其在大氣中的濃度、停留時間（壽命）以及全球暖化潛勢 (Global Warming Potential, GWP)。

1. 二氧化碳 (Carbon Dioxide, CO2)：
   • 來源： 燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）、森林砍伐、工業製程（如水泥生產）。
   • 潛在影響： 是最主要的長效溫室氣體，濃度最高，對全球暖化的貢獻最大。其在大氣中壽命長（數百年），即使停止排放，其影響也會持續很久。

此題旨在測驗考生對「內分泌干擾物」、「持久性有機污染物」以及 Theo Colborn 提出的「內分泌干擾物假說」的定義與理解。

核心觀念： 內分泌干擾物 (EDCs) 是環境中一類特殊的污染物，可能干擾生物體的內分泌系統。持久性有機污染物 (POPs) 則是指在環境中不易分解、易生物累積並可長距離遷移的有機物。Theo Colborn 的假說將這兩者以及對健康的長期影響連結起來。

詳解：

(1) 內分泌干擾物 (Endocrine Disruptor, ED)
內分泌干擾物是指一種外來的化學物質，它能夠改變生物體內分泌系統的結構與功能，進而對個體或其後代的健康產生不利影響。這些化學物質的結構可能與體內的天然荷爾蒙相似，因此能夠與荷爾蒙的受體結合，模擬、阻斷或干擾荷爾蒙的正常訊號傳遞。
其關鍵特徵包括：

• 外來性： 非生物體內自然產生的物質。
• 干擾內分泌系統： 影響荷爾蒙的合成、分泌、運輸、結合、代謝或清除。
• 產生不利影響： 導致生殖、發育、神經、免疫等系統的異常。
• 非固定劑量-反應關係： 有些 EDCs 在極低劑量下也可能產生顯著影響，且可能存在非單調劑量-反應曲線 (non-monotonic dose-response curves)。

(2) 持久性有機污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs)
持久性有機污染物是指那些在環境中不易被分解（如生物降解、光解、水解），能夠長期存在，並且能夠透過食物鏈進行生物累積，同時具有毒性，以及能夠長距離遷移（例如通過大氣、水體或生物體）的有機化學物質。
其關鍵特徵包括：

• 持久性 (Persistence)： 在環境中難以分解，壽命長。
• 生物累積性 (Bioaccumulation)： 在生物體內，特別是脂肪組織中，隨著時間的推移而累積。
• 生物放大性 (Biomagnification)： 在食物鏈的較高級營養級生物體內，污染物濃度會隨著營養級的升高而顯著增加。
• 毒性 (Toxicity)： 對生物體健康造成不利影響。

此題考驗考生在環境工程與能源利用方面的實踐設計能力，分為兩部分：設計一種有效的戶外用爐灶，以及設計實驗來評估其排放與效率。

核心觀念： 有效的爐灶設計應兼顧燃燒效率、減少污染物排放、易於使用和維護。實驗設計則需要有明確的目標、變數控制、數據收集與分析方法。

詳解：

第一部分：設計一種有效的戶外用爐灶 (6%)

設計目標：提高燃燒效率，減少有害排放物（如 PM2.5, CO, NOx），節省燃料，適用於戶外烹飪。

設計概念： 採用「改良式省煤爐」(Improved Cookstove) 的原理，強調二次燃燒和良好的氣流控制。

設計要點：

1. 燃燒室設計 (Combustion Chamber Design)：

   • 結構： 採用雙層隔熱結構，內層為耐火材料（如耐火磚或高溫陶瓷），外層為金屬（如不鏽鋼）。
   • 二次燃燒設計： 在爐膛上方或側壁設計進氣口，引入預熱的二次空氣，使未完全燃燒的氣體（如 CO, 揮發性有機物 VOCs）在高溫下與二次空氣充分混合，進行二次燃燒，從而提高燃燒效率並減少 CO 和 VOCs 排放。
   • 燃料添加口： 設計一個易於添加燃料（如木柴、生物質塊）且能控制進氣的開口。

2. 氣流控制 (Airflow Control)：

   • 一次進氣： 設計可調節的進氣口（如底部風門），控制進入燃燒室的空氣量，確保燃料充分燃燒。
   • 二次進氣： 位於燃燒室上部，引入預熱空氣，促進二次燃燒。
   • 排煙口設計： 煙囪設計應能有效引導燃燒產物排出，同時考慮與鍋具的配合，形成適當的熱氣流。

3. 燃料類型與效率：

   • 適用燃料： 設計應以常見的戶外燃料為主，如乾燥的木柴、竹子、農作物廢料等。
   • 燃料預熱： 考慮將添加的燃料進行預熱，以提高燃燒速度和效率。

4. 鍋具支架與熱傳遞：

   • 支架設計： 穩固的鍋具支架，能有效支撐各種尺寸的鍋具。
   • 熱傳遞優化： 爐膛開口設計應能使火焰和高溫氣體最大程度地包覆鍋底，減少熱量散失，提高熱傳遞效率。

5. 材料選擇：

   • 耐高溫： 燃燒室內襯使用耐火材料。
   • 耐腐蝕與耐久性： 外殼使用不鏽鋼等耐腐蝕、耐候性好的金屬。
   • 隔熱性： 雙層結構中間可填充隔熱材料。

簡化設計圖示（概念性）：

      [排煙口]
        ↑
   [二次進氣口]
  /-------------\
 /   燃燒室      \  (隔熱層)
|   (耐火材料)    |
|               |
 \-------------/
   [一次進氣口]
      ↓ (可調)
[燃料添加口]

第二部分：設計實驗以評估爐灶排放與效率 (9%)

實驗目標： 量化評估設計的戶外爐灶的燃燒效率和主要污染物排放量。

實驗設計：

1. 實驗場地與環境：

   • 在室內或受控的戶外通風良好區域進行。
   • 確保無外部風力干擾（必要時設置擋風設施）。
   • 記錄環境溫度、濕度、氣壓。

2. 實驗材料與設備：

   • 爐灶樣品： 製作好的爐灶原型。
   • 燃料： 標準化、乾燥的測試燃料（例如，特定種類、尺寸和含水率的木柴）。
   • 稱重設備： 精確的電子天平，用於測量燃料消耗量。
   • 鍋具： 標準化的烹飪鍋具（例如，特定容量的鋁鍋）。
   • 水量： 標準化的水量，用於模擬烹飪任務。
   • 排放物採樣與分析儀器：
     • 煙氣分析儀 (Gas Analyzer)： 測量 CO, CO2, NOx, O2 的體積百分比。

此題要求考生列出塑膠微粒/奈米塑膠 (micro/nanoplastics) 的三大主要來源，並簡述其分解機制。

核心觀念： 微奈米塑膠是塑膠在環境中破碎、分解的產物，來源廣泛，分解過程複雜且緩慢，對環境和生態系統造成潛在威脅。

詳解：

三大主要來源 (Major Sources)：

1. 塑膠製品的物理破碎與磨損 (Physical Fragmentation and Abrasion of Plastic Products)：

   • 說明： 這是最主要的來源之一。大型塑膠製品，如塑膠瓶、塑膠袋、輪胎、漁網、紡織品（合成纖維衣物）等，在陽光照射（紫外線）、物理衝擊（風、浪、沙粒摩擦）、溫度變化、機械磨損（如輪胎與路面摩擦、衣物洗滌）等作用下，會逐漸破碎成越來越小的碎片，最終形成微米級別的顆粒。
   • 例子： 輪胎磨損產生的微塑膠是海洋和陸地環境中 PM2.5 的重要來源；洗滌合成纖維衣物會釋放出大量的微纖維。

2. 塑膠製品的化學和生物降解 (Chemical and Biodegradation of Plastic Products)：

   • 說明： 雖然塑膠通常被認為是難以降解的，但在環境中，特別是經過長時間暴露後，塑膠會發生一定程度的化學降解（如光氧化、熱氧化）和生物降解（微生物作用）。這些過程會導致塑膠聚合物鏈的斷裂，形成較小的分子片段，進而產生微米和奈米級別的塑膠顆粒。
   • 例子： 廢棄在環境中的塑膠垃圾（如塑膠袋、包裝材料）在陽光、水、氧氣和微生物的長期作用下，會緩慢分解，釋放出微奈米塑膠。

3. 塑膠作為添加劑的產品 (Products Containing Plastics as Additives)：

   • 說明： 塑膠不僅是獨立的製品，也常作為其他產品的成分或添加劑，例如化妝品中的微珠 (microbeads)、清潔產品中的磨砂顆粒、油漆和塗料中的塑膠顆粒。這些產品在使用過程中，其含有的塑膠成分會被直接釋放到環境中。
   • 例子： 含有塑膠微珠的去角質產品，在沖洗時會通過下水道系統進入水體；油漆脫落也可能釋放塑膠微粒。

塑膠的分解機制 (Breakdown Mechanism)：

塑膠的分解是一個複雜且緩慢的過程，涉及物理、化學和生物等多重因素。主要機制包括：

此題考驗考生對台灣現行垃圾焚化廠營運所面臨問題的了解，以及提出解決方案的能力。

核心觀念： 垃圾焚化是台灣處理都市固體廢棄物的重要手段，但其營運過程中面臨多重挑戰，包括環境污染、能源回收、成本效益及公眾接受度等。

詳解：

台灣目前焚化廠最主要面臨的問題 (5%)

1. 污染物排放與環境影響 (Pollutant Emissions and Environmental Impact)：

   • 問題： 儘管現代焚化廠有嚴格的污染防治設備，但仍可能排放戴奧辛、呋喃、重金屬、氮氧化物 (NOx)、硫氧化物 (SOx) 及懸浮微粒 (PM)，對空氣品質和周邊環境造成潛在影響。尤其是部分老舊設備的污染防治能力可能不足。
   • 關鍵點： 嚴格的排放標準要求與實際污染物逸散的風險。

2. 能源回收效率與再生能源利用 (Energy Recovery Efficiency and Renewable Energy Utilization)：

   • 問題： 焚化發電是焚化廠的主要功能之一，但部分焚化廠的能源回收效率不高，產生的電力無法完全滿足自身的運轉需求，或再生能源產值不高。這與燃料（垃圾）的熱值、焚化爐的設計效率、鍋爐與發電機組的效能等有關。
   • 關鍵點： 焚化作為能源回收手段的經濟效益和對整體能源結構的貢獻。

3. 焚化底渣與飛灰的處理與再利用 (Bottom Ash and Fly Ash Management and Reuse)：

   • 問題： 焚化過程會產生大量的底渣（約佔垃圾量的 10-20%）和飛灰（約佔垃圾量的 2-5%）。底渣若未妥善處理，可能含有有害物質；飛灰則通常含有較高濃度的重金屬和戴奧辛，處理成本高，且再利用途徑有限（如部分底渣可作為工程填料或水泥添加劑，但仍有爭議）。
   • 關鍵點： 廢棄物減量與資源化的挑戰。

4. 營運成本高昂與經濟效益 (High Operating Costs and Economic Efficiency)：

   • 問題： 焚化廠的建設與營運成本都相當高，包括設備維護、燃料（垃圾）處理、污染防治設備操作、底渣飛灰處理、以及人力成本等。部分小型或效率不佳的焚化廠，其經濟效益可能不彰。
   • 關鍵點： 焚化廠的經濟可行性與對地方財政的影響。

5. 公眾接受度與鄰避效應 (Public Acceptance and NIMBY Effect)：

   • 問題： 儘管焚化有其必要性，但焚化廠的選址常面臨「鄰避效應」(Not In My Back Yard)，即當地居民擔心焚化廠的污染、噪音、交通衝擊等問題，而強烈反對建設或營運。

此題考驗考生對台灣工業區廢水處理基本流程的認識。工業區廢水因其成分複雜且變化大，通常需要多級處理才能達到排放標準。

核心觀念： 工業區廢水處理旨在去除污染物，保護水體環境。其流程通常包含前處理、二級處理和三級處理，並依據廢水特性和排放要求進行調整。

詳解：

我國工業區廢水處理流程通常是多階段的，目的是去除不同類型的污染物，以符合國家或地方的放流水質標準。以下是一個典型的工業區廢水處理流程：

1. 前處理 (Pre-treatment)

這是處理的起始階段，主要目的是去除廢水中較大、較不易處理的污染物，並調整水質，為後續處理創造條件。

• 攔污/篩選 (Screening)： 使用格柵或篩網去除廢水中較大的懸浮物，如塑膠片、布條、樹枝等，防止堵塞後續設備。
• 沉砂 (Grit Removal)： 通過沉砂池，利用重力沉澱去除廢水中較重的無機顆粒，如砂石、玻璃碎片等。
• 油水分離 (Oil-Water Separation)： 對於含有油類（如礦物油、動植物油）的廢水，通過油水分離槽（如 CPI 分離器、浮油收集器）去除浮油和較重的油污。
• 初沉 (Primary Sedimentation)： 在初沉池中，通過重力沉澱去除廢水中較大的懸浮固體 (TSS)。這一步驟可以去除約 30-50% 的懸浮固體和 20-30% 的生化需氧量 (BOD)。
• pH 調整 (pH Adjustment)： 根據廢水特性，通過添加酸或鹼，將廢水的 pH 值調整至適合後續處理的範圍（通常為中性或微鹼性）。這對於許多化學處理和生化處理至關重要。
• 均衡/均質 (Equalization)： 設置均衡水池，調節廢水中污染物濃度和流量的波動，使進入後續處理單元的水質水量穩定，提高處理效率和穩定性。
• 化學預處理 (Chemical Pre-treatment)： 對於某些難處理的污染物，可能採用化學方法，如混凝沉澱 (Coagulation-Flocculation) 去除部分膠體懸浮物和溶解性污染物，或氧化還原處理去除特定化學物質。

2. 二級處理 (Secondary Treatment)

此階段主要去除廢水中溶解性的有機污染物和剩餘的懸浮固體。

• 生化處理 (Biological Treatment)： 這是工業廢水二級處理的核心。利用微生物的新陳代謝作用，將有機污染物分解為無機物（如 CO2, H2O）和新的微生物菌體。常見的生化處理方法包括：
  • 活性污泥法 (Activated Sludge Process)： 廣泛應用，包括傳統活性污泥法、延遲曝氣法、A/O 法、A²/O 法、SBR (序批式反應器) 等。通過曝氣池中的微生物絮凝體，將有機物吸附並降解。
  • 生物膜法 (Attached Growth Process)： 如生物濾池 (Trickling Filter)、旋轉碟片生物處理器 (RBC)、生物接觸氧化法。微生物附著在填料表面形成生物膜，廢水流過時進行處理。
  • 厭氧處理 (Anaerobic Treatment)： 對於高濃度有機廢水，可採用厭氧消化、UASB (上流式厭氧污泥床) 等方法，先將部分有機物轉化為沼氣，降低後續好氧處理的負荷。
• 二次沉澱 (Secondary Sedimentation)： 生化處理後，通過二次沉澱池將處理後的廢水與生物污泥分離，上清液進入三級處理或達標排放。

此題考驗考生對室內空氣品質管制標準與室外空氣品質管制標準之間差異的理解，特別是管制對象和重點的區別。

核心觀念： 室內與室外環境的空氣污染物來源、濃度、暴露特徵及健康影響不同，因此其空氣品質管制標準在管制對象、濃度限值和關注重點上有所差異。

詳解：

「室內空氣品質管制標準」與室外「空氣品質管制標準」雖然都旨在保護公眾健康，但它們所管制的空氣污染物種類、側重點和濃度限值存在顯著差異，這是由於室內外環境的空氣動力學、污染源、污染物停留時間以及人們的暴露行為模式不同所致。

1. 管制對象的差異 (Difference in Regulated Pollutants)：

• 室外空氣品質管制標準 (Ambient Air Quality Standards)：

  • 主要管制對象： 主要關注對大範圍區域空氣品質有影響的、來自工業排放、交通運輸、自然源（如沙塵暴、火山爆發）的污染物。
  • 典型污染物：
    • 總懸浮微粒 (TSP) / 懸浮微粒 (PM)： 特別是 PM2.5 和 PM10，是主要的健康危害物。
    • 氣體污染物： 臭氧 (O3)、二氧化硫 (SO2)、二氧化氮 (NO2)、一氧化碳 (CO)、鉛 (Pb)。
    • 揮發性有機化合物 (VOCs)： 雖然不是所有國家都納入基本標準，但 VOCs 是形成臭氧和 PM 的前驅物，且部分 VOCs 本身有毒性，因此也受到關注。
  • 重點： 關注長距離傳輸、區域性污染，以及對大氣化學過程的影響。

• 室內空氣品質管制標準 (Indoor Air Quality Standards)：

  • 主要管制對象： 主要關注在室內空間（如辦公室、學校、住宅、公共場所）中，由於建築材料、裝修、辦公用品、人體活動、室外污染物滲入等原因，導致濃度升高的污染物。
  • 典型污染物：
    • 總懸浮微粒 (TSP) / 懸浮微粒 (PM)： 濃度可能較室外低，但由於人們在室內停留時間長，仍是重要關注對象。
    • 氣體污染物：
      • 二氧化碳 (CO2)： 主要來自人體呼吸，是室內通風不良的指標性氣體，濃度升高會引起不適感。
      • 一氧化碳 (CO)： 可能來自室內燃燒設備（如瓦斯爐、壁爐）的洩漏或不完全燃燒。