臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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近代社會之類型，已由過去傳統農業，邁向工業發展，而逐步朝向高科技取向之社會結構，此發展之變化，除帶領生活不斷向上提升，卻也遺留許多嚴重之環境危害，其中汞為一極特殊之物質，由於其液態金屬之性質，自數十年前，甚至數千年前，已利用於生活當中。過去工業社會亦大幅度廣泛使用，尤其是工業用之組裝元件，多有使用大量含汞之物質，諸如冷陰極管、高汞曝光燈、紫外線燈管、含汞繼電器、含汞溫控開關、含汞傾斜開關、工業用流量計及車輛含汞元件等。 本研究選定三種高度危害性含汞元件(含汞繼電器、含汞開關及高強度氣體放電燈)，探討含汞元件之常見基本類型及其特性，並了解其應用之領域及原理，同時蒐集國內外相關含汞元件之處理技術資料、專案研究報告及期刊、市場流向訪視、國內外管理法規及研討會論文集等文獻，進而彙整其基本性質及特性、使用現況分析、管理現況分析及相關處理技術，以作為研究之理論基礎。同時根據所針對之汞廢棄物回收處理技術，建置含汞元件之實驗設備及流程，並考量各廢含汞元件之特性進行分析及評估其最適之操作參數，進而達到最佳處理回收之處理方式。 針對三種含汞元件，本研究針對其特性、結構及類型，分別設計標準拆解程序，可先行移除24%~47%之純汞部分，經拆解後之秤重結果，處理一組含汞量180 g之含汞繼電器，相當於處理13,000至15,000支之日光燈管。根據本研究所呈現之熱脫附結果，三元件之最適處理溫度：含汞開關200℃持溫1小時、含汞繼電器360℃持溫2小時及高強度氣體放電燈150℃持溫1小時，分別可達到汞脫附量2.5951 mg/kg、8.0068 mg/kg及26.2096 mg/kg，足以佐證其可直接進行再利用之程序，與目前實廠處理之實際現況(700℃以上持溫6小時不等)相比較，其實驗結果可進一步改良對於高度含汞元件之處理技術，除能避免其高度危害性外，亦可大幅度降低處理成本、提高經濟效益及降低環境風險，朝向零廢棄、全回收之目標邁進。
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關於固定源與移動源管制作法施行策略已被執行，其中空氣品質淨化區的規劃亦屬於改善空氣品質的作法之ㄧ，如行人徒步區。因此，基於民眾較易曝露於高濃度之空氣污染，故本研究選擇西門町徒步區作為本研究探討案例，評估此區各項固定源（餐飲業與乾洗業）、移動源車輛經減量與本身當地現有植物及增設綠地面積淨化空氣污染後帶給民眾於個人終生平均壽命與醫療支出增減的效益。 其空氣污染物探討種類為PM10、O3 、SO2、NO2與CO，其中，臭氧部份則是由乾洗業、餐飲業與車輛排放之VOCs經光化反應所產生之臭氧濃度。首先先計算上述各項空氣污染物之年排放量（不包括臭氧），將之轉換成排放率（g/s），隨之配合氣象條件、建物高度等參數輸入至大氣擴散模式AERMOD中，以求得各受體點網格之濃度，並與本研究所設減量情境之施行比較空氣污染物減量前後濃度差，最後透過死亡與疾病之相對風險值、台北市94年度簡易生命表與94年衛生署統計健保醫療支出費用（呼吸道疾病與心血管疾病）計算各受體點網格之個人終生平均壽命與醫療支出。 將上述各受體點網格之個人終生平均壽命增加與節省之年醫療支出透過GIS建置資料庫檔，並給予各受體點網格漸層顏色，繪製個人終生平均壽命與醫療支出之圖層，以利檢視各地區減量效益之成效。 結果顯示PM10濃度降10.79 μg/m3，個人終生平均壽命增加112.48天，醫療支出降低300,000 元/年；O3濃度降低7.14 μg/m3，個人終生平均壽命增加56.13天，醫療支出降低54,000元/年；SO2濃度降低1.44 μg/m3，個人終生平均壽命增加16.64天，醫療支出降低19,000元/年；NO2濃度降低5.60 μg/m3，個人終生平均壽命增加11.53天，醫療支出降低77,000元/年；CO濃度降低224.94 μg/m3，個人終生平均壽命增加15.32天，醫療支出降低100,000元/年。 故PM10濃度改善對西門町徒步區居民健康獲致效益最大，不論是增加之個人終生平均壽命與醫療支出，是其餘4個空氣污染物濃度減量效果最佳，印證PM10對人體健康之影響最大。至於CO之濃度改善雖是其餘4個空氣污染物中減量效果最佳，但基於CO於不同濃度下對人體健康影響反應指出，CO濃度需夠大，才能較明顯表現其對人體健康影響，故本研究之CO濃度改善，對西門町徒步區居民之健康改善效果，比起其餘4個空氣污染物較差。
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台灣地處高溫高濕的特殊地理環境中，相較於其他歐美國家，提供了微生物滋生之溫床。相關病態大樓症候群 (Sick building syndrome, SBS) 及過敏 ( Allergy )疾病患者逐年增加，間接反應室內環境對人體健康危害。目前生物氣膠檢測程序繁瑣、耗時，且檢測成本高。故本研究發展利用室內空氣生物氣膠濃度推估模式取代需花費時間與金錢之傳統生物氣膠檢測方法。本研究以辦公大樓與醫療場所作為研究之室內空氣生物氣膠濃度預測場所，本研究將各項檢測結果與文獻蒐集之室內空氣品質調查資料，以複迴歸中F檢定分析室內空氣生物氣膠濃度與室內外空氣各測項之相關性，並利用分析所得之相關因子建立室內空氣生物氣膠濃度推估模式。室內空氣生物氣膠推估模式之準確度以平均絕對百分誤差 ( Mean Absolute Percentage Error, MAPE) 表示之。辦公大樓室內空氣細菌濃度之模式推估結果顯示，於不同區域範圍模式推估濃度值與實測濃度值之MAPE為16~105 %；採用單一獨棟建築物之複迴歸線性模式，其MAPE驗證結果較佳，MAPE為16 % (2~36 %)；室內空氣真菌濃度之模式推估結果顯示，於不同區域範圍模式推估濃度值與實測濃度值之MAPE為2~108 %，以單一獨棟建築物之複迴歸線性模式，其MAPE驗證結果較佳，MAPE為2 % (0~5 %)。此外，第1類場所之醫療場所室內空氣細菌濃度之模式推估結果顯示，於不同區域範圍模式推估濃度值與實測濃度值之MAPE為29~59 %；以單一獨棟建築物（複迴歸線性模式與線性規劃模式無建立單一獨棟建築物之推估模式）之指數模式推估結果，其準確度較佳，MAPE為29 % (0~84 %)；室內空氣真菌濃度之模式推估結果顯示，於不同區域範圍模式推估濃度值與實測濃度值之MAPE為1~69 %；以單一獨棟建築物之複迴歸線性模式，其準確度結果較佳，MAPE為1 % (0~3 %)。研究結果顯示，辦公大樓與醫療場所之室內空氣細菌及真菌濃度模式，準確度皆以單一獨棟建築物較佳。 本研究結果可提供辦公大樓與醫療場所，進行場所自主管理時之即時室內空氣細菌及真菌濃度預測，並作為空氣品質改善前後成效評估之工具。
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本研究將3台空氣清淨機分別於測試箱及室內實場，進行空氣清淨機去除污染物之效率評估，測試方法參考AHAM AC-1之標準方法，將AHAM AC-1方法延伸，進行空氣清淨機去除粒狀物與氣狀物之效率評估。測試之污染物為PM10、PM2.5、甲醛、TVOC等4種。在室內實場測試時，污染物注入於四個角落，待濃度穩定後開始進行空氣清淨機去除污染物效率測試，每一組測試包括：(1) 污染物之自然衰退測試，(2) 清淨機開機去除污染物測試。藉由儀器所監測之污染物濃度變化，計算各空氣清淨機實際去除污染物之效率與CADR值。並探討實場空間大小、空氣清淨機之操作風量、污染物起始濃度、對於空氣清淨機去除效率及CADR值之影響。而空氣清淨機室內實場模式，為考量室內實場之通風換氣量及空氣清淨機之去除率等因素建立。模式所需參數分別為：污染物起始濃度、室內空間體積、換氣量、空氣清淨機操作風量與CADR值，再藉由室內實場測試數據比對分析，利用平均絕對百分誤差 (Mean Absolute Percentage Error, MAPE) 驗證模式之準確度。 空氣清淨機於測試箱測試CADRPM10值35.56 ~ 82.20 ft3/min，CADRHCHO值1.43 ~ 4.31 ft3/min，CADRTVOC值0.81 ~ 2.94 ft3/min。室內實場CADRPM10值68.69 ~ 149.73 ft3/min，CADRHCHO值18.22 ~ 49.63 ft3/min，CADRTVOC值10.31 ~ 51.59 ft3/min。結果顯示空氣清淨機測試去除效率時，當測試空間越大，CADR值越大。空氣清淨機去除室內甲醛及TVOC之結果，當空氣清淨機搭配較多功能及元件，且濾網面積較大時，能提升空氣清淨機去除甲醛及TVOC效率。 空氣清淨機於低濃度(PM10、PM2.5、TVOC)測試時CADR值較高，而甲醛在高濃度測試時CADR值較高。各種操作風量測試結果顯示，風量越大，去除污染物之CADR值也越高，彼此呈現正相關。風量效益結果，各污染物結果相同，風量越大並不能使效益提升。金錢效益方面，低價位之空氣清淨機會有較好的價格效益。 綜合室內實場與測試箱模擬結果，模式預測空氣清淨機去除PM10之平均MAPE值為8.21% (2.01 ~ 17.76%)，10%≦MAPE≦20%，表示模式預測準確度優良。而甲醛與TVOC必須在較大實場與高濃度下，模式預測值較為準確，而TVOC在低風量下預測較不準確。本模式可供消費者與廠商應用。
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本研究進行搭乘長途客運與台北捷運的乘客的問卷調查，分析國人對車廂內空氣品質的認知及感受，探討不同因子與車廂內空氣品質認知及需求之差異性以瞭解乘客對於此議題的重視程度。監測車廂內空氣污染物與其他相關研究作分析，並配合問卷結果比較其相關性。建立車廂內空氣污染物預估模式，以推估車廂內污染物CO2之濃度變化。而監測之車廂內空氣污染物項目，包括：二氧化碳 (CO2)、一氧化碳 (CO)、二氧化硫 (SO2)、二氧化氮 (NO2)、臭氧 (O3)、總揮發性有機化合物 (TVOC)、粗懸浮微粒 (PM10)、細懸浮微粒 (PM2.5)、甲醛 (HCHO)、溫度 (T)、及相對濕度 (RH)。長途客運與台北捷運各取三條路線，市區聯外長途客運路線以北、中、南部，比較其各縣市年載運量，並以台灣地區都會區為主；捷運路線以地表水平高程區分。 乘客問卷結果顯示，「長途客運」與「市區公車」車廂空氣品質為最差，且認為政府不夠重視車廂內空氣品質。倘若政府相關單位提出車廂內空氣品質之改善措施及法規規範，則有60%以上乘客願意配合。長途客運與台北捷運車廂內空氣品質之主要污染物為CO2，濃度範圍在500 ~ 3000 ppm。其次為NO2及O3，濃度範圍分別在0.05 ~ 0.46 ppm及0.01 ~ 0.15 ppm。以平均絕對百分誤差 (Mean Absolute Percentage Error, MAPE) 驗證其車廂空氣品質模式之CO2濃度推估值與監測值，其6條監測路線皆小於10%。且CO2為影響車廂內空氣品質之重要指標，濃度愈高，則乘客罹患疾病機率愈高。為了保護乘客之健康，故應適當管制車廂空氣品質。
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煤為現今石化燃料中便宜且存量大之物質，亦是台灣主要發電之燃料來源，而燃煤事業所排放之空氣污染物除了SOX、NOX、CO2及重金屬對環境危害及人類健康一直受人類所關注，其中汞為全球性第一級之污染物質，更是不容忽視，亦被美國環保署列為129種優先管制之毒性污染物之一，因具有持久性生物累積物質，即使微量也可能對人體健康產生高度危害，而燃煤發電更是汞排放至大氣之主要來源，因此，調查國內燃煤發電程序含汞物質之流布實為刻不容緩之議題。 為了解燃煤發電廠含汞物質之流布，本研究採用物質流分析方法，將汞投入來源以燃煤量與煤之汞含量計算，產出之底灰、飛灰、石膏、污泥及煙道排氣等含汞物質，以質量守恆原理進行估算。並依實地訪視之中部燃煤A廠、B廠及南部燃煤C廠之權重比例，做為估算台灣地區燃煤產業含汞物質之流布依據。所求得2006年煤投入之汞量為5,464.6 kg，產出之底灰及飛灰最終掩埋之汞量分別為285.3 kg及871.6 kg，底灰、飛灰及石膏再利用所排出汞量分別為22.4 kg、2,788.6 kg及201.1 kg，隨著煙道排入大氣中之汞量為1,239.4 kg。 假使國內燃煤產業所產出之含汞物質經再利用後若未做任何清除處理，每年則會有3,012.1 kg進入環境中，加上直接掩埋1,213.2 kg，最終將會有4,225.3 kg掩埋於地底，長期來說，對環境及人民健康將造成累積性影響，因此，為更進一步瞭解因燃煤發電對台灣所造成之總負荷量，故採取汞使用量與國土面積之比較，依內政部內政統計月報得知2006年台灣土地面積為36,000 km2，與燃煤發電汞使用量5,464.6公斤，計算得知汞總負荷量為151.8 g/km2-yr，故藉由汞排放控制措施有效管理燃煤發電廠含汞物質，勢必為未來降低汞負荷量之趨勢。
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本研究以空品模式建立氣候變遷對空氣品質衝擊評估模式，模擬台灣地區溫度、風速及雨量受衝擊之改變，分析長期2010~2099年每5年移動與短期2010~2027年每年移動之未來北部空品區空氣品質及大氣涵容能力變化，並進行了未來濃度-排放量比例(m)、空氣污染物濃度累積頻率分析，建立大氣涵容能力永續性預警機制。短期預測結果顯示，在未來排放量不變下，各污染物平均濃度皆為改善的情況(約1.5%~5%)，但即使CO、NMHC及O3等污染物之大區域(北部空品區) 的空氣品質變化趨勢為變好，但其局部小區域的變化(各縣市行政區) 在特定時期、特定季節，特定污染物濃度可能會呈現惡化的趨勢。 本研究以永續預警指標EWI(Early Warning Index，排放量與大氣涵容能力之比值)來預測未來空氣污染物排放量是否會超出其大氣涵容能力，且分析現況1998~2007年監測資料與依據IPCC未來預設情境建立之指標變化，其中以PM10及NOx排放量最接近未來大氣涵容能力，其他各污染物SO2、CO、NMHC皆小於0.6，而NOX的接近飽和暗示NMHC的管制將是O3濃度的關鍵。短期輔助修正長期預測，結果顯示現況及短期與長期未來預測平均濃度與空氣品質不良率大致趨勢吻合，故進行短期預測能輔助判讀長期預測之準確性。此外，另加入溫度、雨量及風速外的其他氣象因子修正空品衝擊評估模式，增加模擬氣候條件影響空氣品質的準確性，並已找出混合層高度是相當重要之因子，可將MAPE由14.59%降至11.98%。最後，本研究亦分析短期特定空氣污染議題，如評估熱島效應對未來空氣品質與大氣涵容能力之影響等，結果顯示，熱島效應與氣候變遷對空氣品質與大氣涵容能力之影響(約±1.5%)相較，其對大氣涵容能力之影響(約±0.3%)並不大。
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本研究以電噴霧系統產生帶電液滴，使其與電中性之酒石酸鉀鈉微粒碰撞混合，改變微粒之電性，最後以高電壓平行板收集；並探討電噴霧溶液(NaCl solution、Buffer solution)特性、液滴特性以及液滴分布情形。採樣後，將液滴與微粒的帶電量，經由瑞利荷電極限推導、靜電氣膠器測量、移除效率換算等三種計算方法，可得到依以上三種計算所得到的帶電量的值，並針對這三個值進行比較。在移除效率的部份，可分為兩個部份，第一部分是wall lose，第二部份是以高壓電收集板，微粒在這兩個階段都可以被去除，而去除的計算方式，可以各粒徑之移除效率與總體積移除效率兩種方式來計算。在某些參數之下，以Buffer solution為例，移除效率可達60%以上。
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近年來，全球永續發展意識不斷高漲，市場價值已由財務考量的單一層面轉變為整合經濟、環境與社會面向的三重盈餘績效(Triple Bottom Line, TBL)。傳統平衡計分卡(Balanced Scorecard, BSC)被企業視為強化經營績效的關鍵工具，然而卻缺乏考量環境與社會層面，致使其無法作為企業永續績效的決策工具。目前國外雖有一些結合平衡計分卡與永續績效的相關研究，但大多缺乏運用科學方法來呈現具系統化的架構，反觀國內更僅只有少數著重於環境面平衡計分卡的研究，對於廣泛永續性議題的考量仍顯不足。有鑑於此，本研究首先透過廣泛文獻回顧與探討，將經濟、環境與社會面議題整合，並加入「永續性」及「利害關係人」的觀點，初步設計永續性、內部流程、利害關係人，與學習成長等四大構面，以及40項量度的『永續性平衡計分卡(Sustainability BSC, SBSC)』評估架構，接著以半導體業為研究對象，藉由模糊德爾菲法(Fuzzy Delphi Method)篩選出適用於半導體產業之25項量度。最後，為了考量各量度之間相依與回饋的關係，本研究以分析網路程序法(Analytic Network Process, ANP)來計算與制定各量度之相對權重。研究結果顯示，前5個最重要的量度分別為：「獲利能力」(0.2528)、「綠色創新或技術投資」(0.1563)、「企業綠色形象」(0.1546)、「顧客滿意度」(0.0799)及「高階主管永續認知與態度」(0.0516)，其中前三名皆為永續性構面之量度，佔總權重的56%之多，更突顯三重盈餘績效的重要性。本研究期望透過此永續決策工具的建置，協助企業衡量組織永續績效的良窳，使決策者得以研擬永續管理策略，提升企業永續競爭優勢。
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汞之全球循環特性被列管為有毒物之一，但仍被廣泛使用於發光照明等元件中。汽車相關電子元件多元化應用，包括大燈照明以及液晶螢幕等視聽娛樂設備中可能持續使用含汞物質做為照明用途，當含汞產品廢棄後釋放至環境，對人類與野生動物之危害極大。台灣為高汞污染地區，如何對車用含汞元件之使用與流佈調查更顯重要性。 本研究採用物質流分析方法，針對汽車生命週期中之汞開關、車用高壓氣體放電燈管 (High Intensity Discharge, HID)及液晶螢幕 (Liquid Crystal Display, LCD)等含汞元件進行汞物質流佈之調查推估，並探討廢棄汽車之拆解與管理制度。根據本研究親自訪問環保署、國內車用含汞元件製造商、使用含汞元件之汽車製造商、廢車拆解廠與廢車粉碎廠等機構調查及推估顯示，2006年透過國內自行生產及國外進口之車用HID燈與車用LCD之含汞量為1.136公斤，其中0.012公斤出口至其他國家，0.051公斤包含在廢棄不良品中。在2006年全國使用小客車5,698,324輛中，含有346.918公斤之汞以開關之封存量最多達337.18公斤；在281,801輛廢車中含汞量為24.893公斤，其中空氣逸散之汞潛勢量為1.867公斤，另外，汽車粉碎殘渣中13.119公斤以及金屬碎料中9.883公斤。 車用HID燈以及車用LCD產品可能進入銷售市場，本研究推估2006年兩項產品將分別以0.161公斤與3.884公斤存在消費市場中，當相關產品維修廢棄後，其有毒物之回收與處理技術為重要挑戰，此外，藉由研發推廣低危害產品及開發無汞替代光源，勢必為未來降低汞負荷量之世界趨勢。