地特三等申論題
105年
[環保行政] 水污染與土壤污染防治
第 一 題
📖 題組：
水中溶氧是水體污染的重要指標之一，試分析有機廢水排放至水體中時，廢水中生物可分解有機物對於某一小型在槽水庫溶氧之影響：
水中溶氧是水體污染的重要指標之一，試分析有機廢水排放至水體中時，廢水中生物可分解有機物對於某一小型在槽水庫溶氧之影響：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請說明該情境下，造成水庫中溶氧變化之主要傳輸及反應機制。（6 分）
思路引導 VIP
看到「溶氧變化機制」，應直覺聯想水質模式（如 Streeter-Phelps 模式）中的『溶氧收支平衡（Sources and Sinks of DO）』。解題時請區分『反應機制』（生物/化學性的耗氧與產氧，如BOD耗氧、光合作用）與『傳輸機制』（物理性的移動，如大氣復氧、平流與擴散），並依序條列說明以拿滿6分。
小題 (二)
考量前述機制，假設水庫水係完全混合（Well Mixed），試推導方程式描述自廢水排入後，水庫溶氧隨時間之變化情形。（8 分）
[方程式中可能會用到的參數包括 C：水庫水中溶氧濃度（mg-L-1），Cs：水中飽和溶氧濃度（mg-L-1），Q：進流流量=出流流量（m3-day-1），Cin：進流水溶氧濃度（mg-L-1），A：水庫截面積（m2），V：水庫體積（m3）；BODu：有機廢水中最終 BOD 濃度（ultimate BOD, mg-L-1），k：BOD 降解速率係數（day-1），KOL：水與空氣介面總質傳係數（overall mass transfer coefficient for water, m-day-1），t：時間（day），其他參數請自行假設]
思路引導 VIP
本題測驗水體水質模式的基本概念。看到完全混合（Well Mixed）與隨時間變化，應立即想到使用「質量平衡方程式」（累積 = 進 - 出 + 產生 - 消耗）來推導微分方程，且須同時考慮溶氧（DO）與生化需氧量（BOD）的聯立關係。
小題 (三)
如果該廢水中含有揮發性、可生物分解之有機污染物，試推導該污染物濃度隨時間變化情形。（6 分）
[污染物在水庫中濃度 = Cc（mg-L-1）；該廢水排入後水庫中污染物初始濃度= Cco（mg-L-1）；進流水中污染物濃度可以忽略；kc：污染物在水庫之生物降解速率常數（day-1）；其餘參數可參考本題子題(二)]
思路引導 VIP
看到水體（水庫）污染物濃度隨時間變化的題型，應立刻聯想「完全混合反應槽（CSTR）」的質量平衡方程式（Mass Balance）。抓住題幹關鍵字：「進流忽略」代表沒有新增來源、「揮發性」與「生物分解」代表有兩種反應消耗項，將其與水力沖刷出流項加總，即可透過解一階常微分方程式，推導出濃度隨時間變化的指數衰減模型。