114 年 國立成功大學環境醫學研究所甲組在職生《環境衛生》

本題主要考驗學生對水媒性疾病及其致病原的認識，以及飲用水消毒方法的了解。

水媒性疾病及其致病原

水媒性疾病是指透過受污染的飲用水傳播的疾病。以下列舉五種常見的水媒性疾病及其致病原：

1. 霍亂 (Cholera)
   • 致病原：霍亂弧菌 (Vibrio cholerae)。這是一種革蘭氏陰性彎曲桿菌，主要透過攝入受污染的水或食物引起。
2. 傷寒 (Typhoid Fever)
   • 致病原：傷寒桿菌 (Salmonella Typhi)。這是一種革蘭氏陰性桿菌，經口感染，糞口傳播。
3. 痢疾 (Dysentery)
   • 致病原：志賀氏菌 (Shigella spp.) 或 痢疾阿米巴原蟲 (Entamoeba histolytica)。志賀氏菌是革蘭氏陰性桿菌，痢疾阿米巴原蟲是單細胞寄生蟲。兩者都透過糞口途徑傳播。
4. 輪狀病毒腸炎 (Rotavirus Gastroenteritis)
   • 致病原：輪狀病毒 (Rotavirus)。這是一種病毒，主要感染嬰幼兒，透過受污染的水或食物傳播。
5. 甲型肝炎 (Hepatitis A)
   • 致病原：甲型肝炎病毒 (Hepatitis A virus, HAV)。這是一種病毒，主要透過糞口途徑傳播，包括攝入受污染的水或食物。

飲用水消毒方法

消毒是確保飲用水安全的重要環節，旨在殺滅或抑制水中的病原微生物。以下列舉三種常用的飲用水消毒方法：

1. 氯消毒 (Chlorination)
   • 原理：利用氯氣 ($Cl_2$)、次氯酸鈉 ($NaClO$) 或二氧化氯 ($ClO_2$) 等氯化物，透過氧化作用或與微生物細胞壁反應，破壞其生化功能，達到殺菌目的。

本題主要考驗學生對溫室氣體的定義、種類以及其對大氣溫度影響機制 (溫室效應) 的理解。

溫室氣體 (Greenhouse Gases, GHGs)

溫室氣體是指大氣中能夠吸收並重新輻射紅外線輻射的氣體。這些氣體允許可見光通過，但會捕獲地表發出的長波紅外線輻射，從而使地球大氣層保持溫暖，這種現象被稱為「溫室效應」。

被歸類為溫室氣體的氣體種類：

主要溫室氣體包括：

1. 水蒸氣 (Water Vapor, $H_2O$): 是自然界含量最多、最重要的溫室氣體，其濃度受溫度影響而變化。
2. 二氧化碳 (Carbon Dioxide, $CO_2$): 主要來自化石燃料燃燒、工業製程、森林砍伐等。
3. 甲烷 (Methane, $CH_4$): 主要來自濕地、反芻動物消化、稻田、天然氣洩漏、生物質燃燒等。
4. 氧化亞氮 (Nitrous Oxide, $N_2O$): 主要來自土壤中的微生物活動、農業活動（如施肥）、工業製程和燃料燃燒。
5. 臭氧 (Ozone, $O_3$): 在對流層中是污染物，也是溫室氣體；在平流層中則形成臭氧層，吸收紫外線。
6. 氟氯碳化物 (Chlorofluorocarbons, CFCs) 和氫氟碳化物 (Hydrofluorocarbons, HFCs): 這類化合物是人造的，雖然含量較少，但其暖化潛勢 (Global Warming Potential, GWP) 非常高。

溫室氣體影響大氣溫度的作用機制 (溫室效應)

溫室氣體影響大氣溫度的機制，即溫室效應，可以透過以下步驟來解釋：

本題主要考驗學生對「持久性有機污染物」(POPs) 的定義以及依據《斯德哥爾摩公約》列管的八種化學物質的認識。

持久性有機污染物 (Persistent Organic Pollutants, POPs) 的定義

持久性有機污染物 (POPs) 是指在環境中不易分解，能夠長距離遷移，並在生物體內累積，對人體健康和環境構成嚴重威脅的有機化學物質。其主要特性包括：

1. 持久性 (Persistence): 在環境中（如土壤、水體、空氣）不易被生物降解、化學降解或光解，能夠長期存在。
2. 生物累積性 (Bioaccumulation): 能夠在生物體內的脂肪組織中累積，隨著食物鏈的傳遞，其濃度在較高級消費者體內會越來越高（生物放大作用, Biomagnification）。
3. 毒性 (Toxicity): 對生物體（包括人類）具有不良影響，可能引起癌症、生殖系統異常、神經系統損害、免疫系統抑制、內分泌干擾等。
4. 長距離遷移性 (Long-range Transport): 能夠透過大氣、水體或洋流等媒介，從污染源地遷移到遙遠的地區，包括極地等原始地區，造成全球性污染。

根據《斯德哥爾摩公約》列管的八種化學物質

《斯德哥爾摩公約》(Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants) 是一項旨在消除或限制持久性有機污染物生產、使用、排放和儲存的國際條約。公約初期列管了十二種化學物質（常被稱為「臟的十二種」, Dirty Dozen），其中八種為農藥，另外四種為工業化學品和副產物。以下列出其中八種化學物質：

農藥類 (Pesticides):

本題旨在測試學生對環境毒理學中幾個核心概念的理解與定義能力。

各名詞定義

A. 風險 (Risk)
* 定義：風險是指在特定條件下，某種有害事件發生的可能性及其後果的嚴重程度。在環境健康領域，風險通常指暴露於某種污染物或有害因子，可能導致不良健康效應的可能性。
* 計算或評估：風險評估 (Risk Assessment) 通常包括危害識別 (Hazard Identification)、劑量-反應評估 (Dose-Response Assessment)、暴露評估 (Exposure Assessment) 和風險特徵描述 (Risk Characterization) 四個步驟。數學上，風險常表示為一個機率值，例如：$Risk = Probability \times Consequence$。

B. 攝入量 (Intake)
* 定義：攝入量是指在特定時間內，個體透過各種途徑（如攝食、飲水、呼吸）進入體內的污染物總量。它代表了污染物進入人體的「入口」總量。
* 單位：通常以質量/時間表示，例如毫克/天 (mg/day) 或微克/年 (µg/year)。

C. 吸收量 (Uptake)
* 定義：吸收量是指攝入進入體內的污染物中，實際穿過生物屏障（如腸道黏膜、肺泡、皮膚）進入血液循環系統或體內組織的量。它代表了污染物從攝入部位進入體內的實際轉移量。
* 與攝入量的關係：吸收量通常小於或等於攝入量，因為並非所有攝入的污染物都能被身體吸收。

本題考驗學生對「毒物」(toxicant) 和「毒素」(toxin) 這兩個相關但有區別的術語的理解。

毒物 (Toxicant) 與 毒素 (Toxin) 的區別

毒物 (Toxicant)

• 定義: 毒物是一個廣泛的術語，泛指任何能夠對生物體造成不良生理影響或毒性作用的化學物質。這些物質可以是天然的，也可以是人造的。
• 來源: 毒物可以來自多種來源，包括：
  • 人為合成的化學品: 如農藥、工業化學品、藥物過量、重金屬（如鉛、汞）等。
  • 天然存在的物質: 如某些植物（毒蕈、蓖麻子）、動物（蛇毒、河豚毒素）分泌的物質，以及某些微生物產生的代謝物。
• 特性: 毒物依賴其化學結構、劑量、暴露途徑、暴露時間以及個體的生理狀況等因素來產生毒性。

毒素 (Toxin)

• 定義: 毒素是專指由生物體（如細菌、真菌、藻類、植物、動物）在其生命過程中產生的，對其他生物具有毒性作用的有機化合物。
• 來源: 毒素是由活的生物體通過其代謝途徑產生的。
  • 細菌毒素: 如破傷風毒素 (Tetanus toxin)、肉毒桿菌毒素 (Botulinum toxin)。
  • 真菌毒素: 如黃麴毒素 (Aflatoxin)。
  • 植物毒素: 如蓖麻毒蛋白 (Ricin)。
  • 動物毒素: 如蛇毒、蜘蛛毒、河豚毒素 (Tetrodotoxin)。
• 特性: 毒素通常是蛋白質、胜肽、生物鹼、糖苷等複雜的有機分子。它們的毒性往往非常強，即使在極低的濃度下也能引起嚴重的生理損害。

總結區別：

核心觀念

本題考查兩部分：

1. 硫在煤炭燃燒過程中氧化生成二氧化硫的化學反應。
2. 將氣體體積濃度 $\mathrm{ppm}$ 轉換為質量濃度 $\mu\mathrm{g/m^3}$。

氣體的 $\mathrm{ppm}$ 通常指體積混合比（$\mathrm{ppmv}$）：

$$0.06\ \mathrm{ppm} = 0.06\times 10^{-6}\ \mathrm{mol\ SO_2/mol\ air}$$

在已知溫度與壓力下，利用理想氣體方程式求出每立方公尺空氣中的氣體莫耳數，再乘以二氧化硫分子量，即可得到質量濃度。

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解題方法

一、硫燃燒生成二氧化硫

煤中的硫元素燃燒時與氧氣反應，生成二氧化硫：

$$\boxed{\mathrm{S+O_2\rightarrow SO_2}}$$

此反應已配平，表示：

$$1\ \mathrm{mol\ S}+1\ \mathrm{mol\ O_2} \rightarrow 1\ \mathrm{mol\ SO_2}$$

硫的氧化數由 $0$ 上升至二氧化硫中的 $+4$，氧則由 $0$ 降至 $-2$，因此本質上是硫被氧化的燃燒反應。

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二、將 $0.06\ \mathrm{ppm}$ 轉換為 $\mu\mathrm{g/m^3}$

步驟 1：計算氣體莫耳體積

已知：

• 溫度：$27^\circ\mathrm{C}=300.15\ \mathrm{K}$
• 壓力：$1\ \mathrm{atm}$
• 氣體常數：$R=0.082057\ \mathrm{L\cdot atm/(mol\cdot K)}$

由理想氣體方程式：

$$\frac{V}{n}=\frac{RT}{P}$$

因此在本題條件下，氣體的莫耳體積為：

$$\frac{RT}{P} = \frac{0.082057\times 300.15}{1} = 24.63\ \mathrm{L/mol}$$

換算為立方公尺：

$$24.63\ \mathrm{L/mol} = 0.02463\ \mathrm{m^3/mol}$$

所以每立方公尺空氣的總莫耳數為：

$$\frac{1}{0.02463} = 40.60\ \mathrm{mol/m^3}$$

步驟 2：計算 $\mathrm{SO_2}$ 的莫耳濃度

$$C_{\mathrm{SO_2}} = 0.06\times10^{-6}\times40.60$$ $$C_{\mathrm{SO_2}} = 2.436\times10^{-6}\ \mathrm{mol/m^3}$$

步驟 3：乘以二氧化硫分子量

二氧化硫分子量為：

$$M_{\mathrm{SO_2}} = 32.06+2(16.00) = 64.06\ \mathrm{g/mol}$$

因此：

本題考驗學生對廢棄電子電器 (WEEE) 處理不當對環境造成的危害，以及相關處理廠應符合的規定。

廢棄電子電器 (WEEE) 處理不當對環境的危害

電子電器設備廢棄物 (Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE)，俗稱電子垃圾，若處理不當，會對環境造成嚴重的危害，主要體現在以下幾個方面：

1. 有害物質污染:

   • 重金屬污染: 電子產品中含有鉛 (Pb)、汞 (Hg)、鎘 (Cd)、鉻 (Cr) 等重金屬。例如，顯示器中的鉛、螢光燈管中的汞、電路板中的鎘。這些重金屬若未經妥善處理，在掩埋場中可能滲入土壤和地下水，或在焚燒過程中釋放到大氣中，對生態系統和人類健康造成長期危害。
   • 鹵化有機物污染: 電子產品中的塑膠部件可能含有溴化阻燃劑 (Brominated Flame Retardants, BFRs)，如 PBDEs (Polybrominated Diphenyl Ethers)。這些物質在燃燒或高溫處理時，可能產生戴奧辛 (Dioxins) 和呋喃 (Furans) 等劇毒物質，對環境和生物體具有極強的累積性和毒性。
   • 其他有害化學物質: 如陰極射線管 (CRT) 顯示器中的鉛玻璃、電池中的酸鹼物質等，若處理不當，都會造成土壤、水源和空氣的污染。

2. 資源浪費:

   • 電子產品中含有金 (Au)、銀 (Ag)、銅 (Cu)、鋁 (Al)、稀土元素 (Rare Earth Elements) 等貴重金屬和資源。若未進行回收再利用，而是直接掩埋或隨意丟棄，將造成這些寶貴資源的巨大浪費，增加對新資源開採的需求，進而對自然環境造成進一步的破壞（如採礦對土地的破壞、水資源的消耗等）。

3. 土壤與水體污染:

   • 重金屬和有機污染物從廢棄電子產品中滲出，進入土壤，降低土壤肥力，影響植物生長，並可能透過食物鏈進入人體。
   • 污染物滲入地下水或隨地表徑流進入河流、湖泊，污染水體，危害水生生物，並影響飲用水安全。

4. 大氣污染:

   • 非法焚燒電子垃圾是處理電子垃圾的一種常見但極其有害的方式。焚燒過程中，不僅會釋放鉛、汞、鎘等重金屬到大氣中，還可能產生二噁英、呋喃等劇毒有機污染物，對空氣品質和人體呼吸系統造成嚴重危害。

廢電子電器、廢資訊物品處理廠(場)應符合的規定 (以台灣法規為例)

在台灣，廢棄電子電器和資訊物品的處理受到《廢棄物清理法》及其相關子法（如「廢棄物處理管理收費標準」、「有害事業廢棄物管理辦法」等）的規範。處理廠/場應符合的規定通常包括：

本題要求從提供的四個圖表中，根據咳嗽和說話時不同大小液滴的暴露比例隨水平距離變化的趨勢，歸納出三個結論。

核心觀念：
此題考驗學生對空氣傳播疾病中，飛沫（液滴）傳播距離與大小、傳播方式（咳嗽/說話）之間關係的理解，以及從圖表中提取資訊並進行歸納分析的能力。

圖表分析與結論歸納：

圖 1 顯示了四種不同液滴大小範圍 (a < 50 µm, b 50–100 µm, c > 100 µm, d 所有尺寸) 下，咳嗽 (Coughing) 和說話 (Talking) 時，大液滴到小液滴的暴露比例 (LS exposure ratio) 隨水平距離 (x [m]) 的變化。暴露比例 (LS exposure ratio) 的定義為：Large droplet exposure / Small droplet exposure。 ratio > 1 表示暴露於大液滴的比例高於小液滴；ratio < 1 表示暴露於小液滴的比例高於大液滴。

觀察四個子圖：

• 圖 (a) (< 50 µm, 小液滴):

  • 咳嗽和說話的曲線都顯示，隨著距離增加，暴露比例迅速下降，趨近於 0。
  • 在較近距離（如 0.5 m 內），咳嗽的比例略高於說話，但整體都非常低。
  • 這表明對於非常小的液滴，無論是咳嗽還是說話，暴露的機會都非常小，且隨距離快速衰減。

• 圖 (b) (50–100 µm, 中等液滴):

  • 咳嗽和說話的曲線都顯示，暴露比例從較高值（約 1.5-2.5）開始，隨著距離增加而下降。
  • 在較近距離，咳嗽的暴露比例明顯高於說話。
  • 隨著距離增加，兩者的比例都下降，但咳嗽的比例下降得更快，在約 1.5 m 處接近於 0。說話的比例下降較慢，但在約 1.5 m 處也趨近於 0。

• 圖 (c) (> 100 µm, 大液滴):

  • 咳嗽和說話的曲線顯示，暴露比例從非常高的值（咳嗽約 4，說話約 2.5）開始，隨著距離增加而迅速下降。
  • 咳嗽的暴露比例遠高於說話，且下降幅度非常劇烈。
  • 在較近距離（約 0.5 m），咳嗽的比例仍高達 2 以上，而說話的比例約為 1.5。
  • 在較遠距離（約 1 m），咳嗽的比例已接近 0，說話的比例也顯著下降。

• 圖 (d) (所有尺寸液滴):

  • 整體趨勢與 (b) 和 (c) 類似，但綜合了所有尺寸的液滴。
  • 咳嗽的暴露比例在較近距離顯著高於說話。