115 年 國立成功大學環境醫學研究所甲組在職生《環境衛生》

本題主要在探討危害辨識（Hazard Identification）的資訊來源及其優先順序。危害辨識是風險評估的第一步，目的是識別出潛在的危害因子。

危害辨識的資訊來源有多種，以下列出四個主要的來源及其優先順序的考量：

1. 歷史事故與事件記錄 (Historical Accident and Incident Records):

   • 內容: 過去發生的意外事故、未遂事故（near misses）、職業病、環境事件等記錄。這包括公司內部報告、政府監管機構的調查報告、行業內的事故數據庫等。
   • 優先性: 極高。歷史記錄提供了直接的證據，顯示哪些危害確實曾導致不良後果，以及這些後果的嚴重程度。從過去的錯誤中學習是最直接且有效的方法。
   • 考量: 記錄的完整性、準確性，以及事件是否與當前情況具有可比性。

2. 專家判斷與訪談 (Expert Judgment and Interviews):

   • 內容: 邀請具有相關領域知識和經驗的專家（例如，安全工程師、工業衛生師、化學家、操作人員）進行訪談、研討會或問卷調查，以識別潛在危害。
   • 優先性: 高。專家能夠基於其豐富的經驗和對作業過程的深入理解，預見到潛在的、尚未發生或未被記錄的危害。
   • 考量: 專家的經驗範圍、客觀性，以及不同專家意見的整合。

3. 現行法規、標準與指南 (Current Regulations, Standards, and Guidelines):

本題包含兩部分：第一部分要求定義「環境盤查」與「環境影響評估」；第二部分要求描述環境影響評估的五個主要活動。

第一部分：名詞定義 (10%)

1. 環境盤查 (Environmental Inventory):

   • 定義: 環境盤查是指對特定區域、設施、產品或製程在特定時間點或生命週期內，其所涉及的環境要素（包括資源消耗、污染物排放、廢棄物產生等）進行系統性、量化的記錄、統計與分析的過程。它是一個「狀態」的描述，旨在了解當前環境負荷的狀況。
   • 目的: 了解現況、量化環境衝擊、作為後續管理與改進的基礎、符合法規要求等。
   • 範例: 一家工廠的年度廢水排放量統計、一個產品的生命週期碳排放量盤查、一個城市在特定年份的空氣污染物排放清單。

2. 環境影響評估 (Environmental Impact Assessment, EIA):

   • 定義: 環境影響評估是一個系統性的過程，用於預測和評估一項計畫、政策、方案或開發案在實施後，可能對環境（包括自然環境、社會經濟環境、文化環境等）產生的潛在正面與負面影響，並提出減緩或增強這些影響的措施。它是一個「預測」與「規劃」的過程，旨在避免或最小化不良影響，並最大化其正面效益。
   • 目的: 確保開發決策考量環境因素、預防環境破壞、引導永續發展、促進公眾參與等。
   • 範例: 在興建大型水庫前，評估其對生態、水文、社會經濟的影響；在制定新的環境政策前，評估其對產業、民眾生活、環境品質的整體衝擊。

第二部分：環境影響評估的五個主要活動 (10%)

環境影響評估的過程可以細分為多個階段，以下列出五個核心活動：

1. 篩選 (Screening):
   • 說明: 確定一項擬議的開發計畫或政策是否需要進行環境影響評估。這通常基於計畫的規模、性質、潛在衝擊強度以及相關法規的要求。篩選階段決定了是否進入後續的評估程序。
   • 重點: 決定是否需要做 EIA。

本題旨在探討影響社區用水量（Water Consumption Quantity）的各種因素。這些因素可大致歸納為氣候、人口、經濟、行為、技術與政策等面向。

影響社區用水量的主要因素如下：

1. 氣候因素 (Climatic Factors):

   • 溫度 (Temperature): 高溫會增加蒸發散，導致灌溉用水需求增加（如草坪、花園），也可能增加個人用水（如沖涼、飲水）。
   • 降雨量 (Precipitation): 降雨量直接影響替代水源（如雨水收集）的使用，以及草坪、花園等戶外用水的頻率與強度。乾旱時期用水量通常會顯著增加。
   • 濕度 (Humidity): 濕度影響蒸發速率，進而影響植物生長和戶外用水需求。
   • 季節性變化 (Seasonal Variations): 大多數地區的用水量有明顯的季節性波動，通常夏季用水量高於冬季。

2. 人口因素 (Demographic Factors):

   • 人口規模 (Population Size): 社區人口越多，總用水量自然越高。
   • 人口密度 (Population Density): 影響供水管網的設計和效率，但也可能間接影響用水習慣。
   • 年齡結構與家庭結構 (Age Structure and Household Composition): 不同年齡層和家庭結構（如單人戶、大家庭）的用水習慣可能不同。

3. 經濟因素 (Economic Factors):

   • 經濟發展水平 (Level of Economic Development): 經濟越發達的地區，通常生活水平較高，對用水的需求也可能增加（如更多家電、景觀用水）。
   • 水價與收費機制 (Water Pricing and Tariffs): 水價是影響用水量的關鍵經濟誘因。高水價通常會促使節約用水，反之亦然。分級水價（多用多付）或季節性水價也會影響用水行為。
   • 產業結構 (Industrial Structure): 社區內工業、商業（如餐廳、飯店、洗車場）、農業（若包含在社區範圍內）的用水需求量佔比，會顯著影響總用水量。

本題要求根據 IPCC AR6 報告中的輻射強迫圖，解釋全球暖化主要貢獻的強迫因子及其不確定性。

核心觀念：
全球暖化主要由人為活動導致，透過改變地球的能量平衡（輻射強迫）來實現。圖表中顯示了從 1750 年到 2019 年間，不同因子對有效輻射強迫 (Effective Radiative Forcing, ERF) 的貢獻，ERF 是衡量人為或自然因素引起地球能量收支變化的指標。正值表示地球吸收的能量增加（增暖），負值表示地球散失的能量增加（降溫）。

主要貢獻強迫因子解釋：

圖表顯示了多種強迫因子，其中對全球暖化貢獻最大的為人為因素，特別是溫室氣體。

1. 二氧化碳 ($CO_2$):

   • 解釋: 圖中顯示 $CO_2$ 是對 ERF 貢獻最大的單一因子，其有效輻射強迫值約為 $+1.8 \, \text{W m}^{-2}$。這是因為工業革命以來，人類大量燃燒化石燃料、進行土地利用改變等活動，釋放出巨量的 $CO_2$ 到大氣中。 $CO_2$ 是一種長壽命的溫室氣體，能有效吸收和再輻射地表長波輻射，導致地球溫度升高。
   • 不確定性: $CO_2$ 的輻射強迫估計相對確定，其不確定性範圍（由誤差棒表示）較小，顯示科學界對其影響的共識較高。

2. 其他混合溫室氣體 (Other well-mixed greenhouse gases, WMGHGs):

   • 解釋: 此類氣體包括甲烷 ($CH_4$)、氧化亞氮 ($N_2O$) 和鹵化烴等。它們的總貢獻約為 $+1.0 \, \text{W m}^{-2}$。雖然單一氣體的濃度不如 $CO_2$ 高，但它們的暖化潛勢（Global Warming Potential, GWP）通常比 $CO_2$ 更強，且部分氣體（如 $CH_4$）的生命週期較短但排放量大。
   • 不確定性: WMGHGs 的總體不確定性範圍也相對較小，但其內部細項（如 $CH_4$、 $N_2O$）的貢獻和不確定性各有不同。

3. 平流層水蒸氣 (Stratospheric Water Vapour):

   • 解釋: 主要與甲烷氧化後生成水蒸氣，或因高空超音速飛機排放有關。其貢獻為正值，約 $+0.1 \, \text{W m}^{-2}$，但相對較小。
   • 不確定性: 相關不確定性較大。

4. 臭氧 ($O_3$):

   • 解釋: 臭氧在對流層（低層大氣）是溫室氣體，其增加會導致暖化（貢獻約 $+0.3 \, \text{W m}^{-2}$）；但在平流層（高層大氣），臭氧層的消耗則會導致輕微的降溫效應。圖中顯示的是其淨效應。
   • 不確定性: 臭氧的輻射強迫估計具有較大的不確定性。

5. 氣溶膠 (Aerosols):

   • 解釋: 氣溶膠是微小懸浮在大氣中的固體或液體顆粒，其影響非常複雜，可以透過兩種主要方式影響輻射平衡：
     • 氣溶膠-輻射交互作用 (Aerosol-radiation interactions, ERFari): 氣溶膠可以散射或吸收太陽輻射，通常會導致地球吸收的太陽能減少，產生冷卻效應（負輻射強迫）。圖中顯示此效應約為 $-0.4 \, \text{W m}^{-2}$。
     • 氣溶膠-雲交互作用 (Aerosol-cloud interactions, ERFaci): 氣溶膠作為雲凝結核，可以改變雲的性質（如雲滴數、雲水量、雲的壽命），進而影響地球反射太陽輻射的能力。此效應通常也導致冷卻，貢獻約為 $-0.8 \, \text{W m}^{-2}$。
   • 總體效應: 氣溶膠的總體效應是顯著的冷卻效應，總計約 $-1.2 \, \text{W m}^{-2}$，這在一定程度上抵消了溫室氣體的暖化效應。

本題要求說明凝結粒子計數器 (Condensation Particle Counter, CPC) 的工作原理，並解釋其為何能偵測奈米粒子。

第一部分：凝結粒子計數器的工作原理 (10%)

凝結粒子計數器 (CPC) 是一種用於測量極小尺寸（通常小於 1 微米，甚至小至數奈米）粒子數濃度的儀器。其基本原理是利用過飽和蒸汽在凝結核上凝結的過程，將微小粒子「放大」成可見、可測量的液滴，進而進行計數。

其工作原理可分為以下幾個主要步驟：

1. 樣品氣體導入與過飽和蒸汽產生 (Sample Gas Introduction and Supersaturation Generation):

   • 待測的空氣樣品（含有微小粒子）被導入 CPC。
   • 樣品氣體與飽和蒸汽（通常是酒精，如異丙醇）混合，並經過冷卻。
   • 透過精確控制溫度和壓力，使混合氣體達到過飽和狀態。過飽和是指蒸汽的實際分壓高於其在該溫度下的飽和蒸氣壓，此時蒸汽處於不穩定狀態，極易凝結。

2. 凝結核形成 (Condensation Nuclei Formation):

   • 在過飽和的環境中，只有當蒸汽分子有「凝結核」（即待測的微小粒子）存在時，才會發生定向的、快速的凝結。
   • 如果沒有凝結核，過飽和蒸汽可能會發生均勻成核（homogeneous nucleation），自行形成新的液滴，這會干擾對待測粒子數的測量。CPC 的設計旨在最小化或避免均勻成核。

3. 粒子放大 (Particle Growth/Amplification):

   • 當樣品粒子作為凝結核，過飽和蒸汽會在其表面迅速凝結，形成較大的液滴。這個過程稱為「粒子放大」。
   • 通過控制過飽和度、蒸汽的種類和量、以及凝結室的停留時間，可以確保待測粒子（即使初始尺寸非常小）都能成長為足夠大的液滴，使其容易被後續的偵測器檢測到。

4. 液滴偵測 (Droplet Detection):

   • 放大後的液滴（或其承載的粒子）被傳輸到一個偵測器。
   • 常見的偵測方法有：

核心觀念

本題考查兩部分：

1. 以室內容積與換氣率（air changes per hour, ACH）計算 HVAC 的總風量，再依排風比例求出排至室外的風量。
2. 液態氮（liquid nitrogen, $LN_2$）在職場造成的主要危害，包括：
   • 氧氣被氮氣蒸氣置換，引發缺氧窒息。
   • 極低溫造成凍傷、冷灼傷及低溫接觸傷害。

換氣率定義為每小時換出的等效室內空氣體積與室內容積之比：

$$ACH=\frac{Q}{V}$$

因此：

$$Q=ACH\times V$$

其中，$Q$ 為每小時風量，$V$ 為室內容積。

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解題方法與計算

一、計算室內容積

工廠尺寸為 $20\text{ m}\times 50\text{ m}\times 5\text{ m}$：

$$V=20\times 50\times 5=5000\text{ m}^3$$

二、計算總換氣風量

室內每小時有 $6$ 次換氣：

$$Q_{\text{total}}=6\times 5000 =30000\text{ m}^3/\text{h}$$

題目指 HVAC 將其中 $20\%$ 的空氣排至室外，因此室外排風量為：

$$Q_{\text{exhaust}} =0.20\times 30000 =6000\text{ m}^3/\text{h}$$

所以，每小時排至室外的空氣為：

$$\boxed{6000\text{ m}^3/\text{h}}$$

換算為每秒：

$$Q_{\text{exhaust}} =\frac{6000}{3600} \approx 1.67\text{ m}^3/\text{s}$$

題目另給「引入 $15\%$ 室外空氣」，其風量為：

$$Q_{\text{outside intake}} =0.15\times 30000 =4500\text{ m}^3/\text{h}$$

因此排風量比外氣引入量多：

$$6000-4500=1500\text{ m}^3/\text{h}$$

這代表系統存在 $1500\text{ m}^3/\text{h}$ 的空氣量差，實際上須由門縫、窗縫或其他補風路徑補入；這會使室內形成輕微負壓。此數值不改變題目所問的室外排風量。

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液態氮造成的兩大職業危害與控制方法

危害一：缺氧與窒息

液態氮本身不可燃、毒性低，但在常溫下會迅速汽化成大量氮氣。氮氣會置換空氣中的氧氣，使室內氧氣濃度下降。人員可能在沒有明顯警覺的情況下出現：

• 頭暈、注意力下降、判斷力降低
• 呼吸急促、意識喪失
• 嚴重時窒息死亡

液態氮的汽化膨脹量很大，約為：

$$1\text{ L液態氮}\approx 694\text{ L氣態氮}$$

因此，$100$ L 液態氮完全汽化後約形成：