環境化學與環境微生物學考古題｜歷屆國考試題彙整

某焚化廠排放之戴奧辛均勻沉降至三塊種植芋頭的農田。A、B、C 三塊 農田的土壤有機質含量分別為0.5%、2.5% 與15%。假設三塊農田接受 相同戴奧辛污染負荷，且其他土壤性質與栽培條件相近，請預測收成芋 頭中戴奧辛濃度的高低順序，並從土壤有機質含量對疏水性有機污染物 有效性與作物吸收的影響加以說明。（25 分）

天然水體的pH 緩衝能力常受碳酸鹽系統控制。一研究團隊於晴朗夏日 的清晨，前往某含有豐富藻類與水生植物的湖泊量測水質，測得pH 為 7.5，且湖水具有一定的總鹼度。當團隊於午餐後再次檢測湖水時，請問 湖水的pH、總碳酸鹽濃度（total carbonate concentration）與總鹼度（total alkalinity）分別會降低、升高或近似維持不變？請從碳酸鹽系統及湖泊 日變化的角度說明原因。（25 分）

傳統「硝化－脫硝」（nitrification–denitrification）廢水脫氮程序常面臨 曝氣能耗高、外加碳源需求及碳排放增加等問題。近年來，新興生物脫 氮技術，如部分亞硝化－厭氧氨氧化（partial nitritation–anammox, PN/A） 程序，常倚賴生物膜或顆粒污泥中的「空間分層／功能分層」（spatial or functional stratification），以調控氨氧化菌（AOB）、亞硝酸鹽氧化菌 （NOB）與厭氧氨氧化菌（Anammox bacteria）的相對活性與空間分布。 請回答： 何謂生物膜或顆粒污泥中的「空間分層／功能分層」？（13 分） 為何此種分層與系統的曝氣強度及溶氧控制密切相關？（12 分）

地下水受三氯乙烯（TCE）污染時，可利用生物復育進行整治。TCE 的 微生物轉化主要包括好氧氧化與厭氧還原脫氯。請從微生物細胞能量學 的角度，分別說明微生物如何參與TCE 的好氧與厭氧轉化，並比較TCE 在兩種途徑中分別扮演何種角色？（25 分）

何謂鹼度？一水體中鹼度為1.5×10 －3 eq/L，當pH = 10 時，HCO3 －、CO32－ 及OH －各貢獻多少當量濃度之鹼度？（25 分） Alk(eq/L) =[HCO3 －]+2[CO32－]+[OH －]–[H+] [HCO3 －] ⮂[H+]+[CO32－] Ka2=4.69×10 －11

為何水中消毒所使用的「液氯」通常是偏鹼性？消毒效能是否會隨酸鹼 度（pH）變化？（25 分）

在具一定深度的湖泊或水庫，夏冬季常出現水溫分層、春秋則發生上下 層對流的翻騰情況，請說明此現象發生的原因、對水中可能造成環境化 學的影響及對水中微生物生長的影響。（20 分）

在自來水水質指標中，判斷消毒效能的生物性指標及判斷糞便污染的指 標分別為何？請說明原理及檢測方法。（25 分）

有18kg 之葡萄糖（C6H12O6）意外洩漏至一條含有飽和溶氧（8.32 mg/L, 25℃） 之溪流，假設葡萄糖被水中微生物完全分解成CO2 及H2O，請回答下列 問題： 請平衡以下葡萄糖被完全分解之反應方程式。（10 分） C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O 試求有多少體積水之溶氧，會因好氧生物降解而消耗殆盡？（15 分）

臺灣制訂用來表示河川水質的指標是River pollution index（RPI），其是 一個綜合性指標，請說明其組成成分與代表意義；若改用生化需氧量 （BOD）作為單一河川水體品質的指標，請分析此改變的利弊。（20 分）

水資源回收中心操作成本中污泥處理及曝氣動力費占處理費用約五成， 而厭氧生物處理則被認為可以減少上述成本，請從微生物代謝機制，詳 細說明為何厭氧生物處理法之污泥產生量較好氧生物處理法低。（25 分）

在一座接受民生污水的人工濕地系統中，研究人員為評估污染物去除過 程中的微生物群落變化，採集不同處理區位的樣本進行分子分析，結果 顯示上游（接近進流水）以Proteobacteria、Bacteroidetes 為主，下游則 以Nitrospirae、Planctomycetes 為主。研究人員同時應用了16S rRNA 高 通量定序與qPCR 技術。請回答： 試說明濕地中微生物群落組成與多樣性如何受環境因子（如溶氧、營 養鹽、pH、植物根系分泌物）影響，並解釋為何沿處理流程方向會出 現菌相更替（microbial succession）。（10 分） 請比較16S rRNA 定序與qPCR 在微生物生態研究中的分析原理與產 出資料的差異，並說明若要同時評估菌群結構變化與功能基因（如 amoA、nirS）表現，應如何應用這兩種技術。（10 分） 若在分析結果中發現濕地中反硝化功能基因豐度上升，但總氮去除效 率卻未明顯提高，試提出兩種可能的生態或操作性原因。（5 分）

請輔以化學平衡方程式，說明可能貢獻大氣中氮氧化物（NOx）的來源， 及其會造成那些環境效應？（20 分）

水中的無機氮物種多為氨氮、亞硝酸鹽氮以及硝酸鹽氮，如擬將水中無機 氮去除則需將其轉成氮氣，上述行為可統稱為硝化及脫硝，請詳細說明： 硝化及脫硝的反應及所需要的環境。（10 分） 參與上述反應的三種微生物英文屬名。（15 分）

某座山區水庫之原水受石灰岩地層影響，水中主要離子為： Ca²⁺ = 40 mg/L、HCO₃⁻ = 100 mg/L、pH = 7.8、溫度25°C。 試說明該水體的酸鹼緩衝系統主要受那一對共軛酸鹼對控制？並寫 出其平衡反應式。（5 分） 若該水體與大氣中CO₂（分壓3.5×10⁻⁴ atm）達平衡，請以亨利定律與 碳酸平衡常數（K₁ = 4.5×10⁻⁷，K₂ = 4.7×10⁻¹¹）推算此時水體的理論pH 值，並說明造成實際量測值偏高的可能原因。（10 分） 試說明此水若經曝氣處理後pH 的變化，並說明此變化對硬度與碳酸 鹽沉澱的影響。（10 分）

取水來源為地表水的某些淨水廠，有觀察到每日進流原水的pH 值會發 生震盪情況，白天最高可上升到pH 8～9，到夜間可能降至pH 6～7。 （每小題10 分，共20 分） 請分析原水中可能涉及的生化反應以解釋此現象，並說明該淨水廠適 合使用的消毒策略。 下表是該廠使用加氯消毒的實驗數據量測結果，請計算此反應的反應 速率常數並註明單位，並求出此反應的半衰期。 時間（hr） 自由有效餘氯（mg/L） 1 5.0 2 3.0 3 1.8 28220 28420

某加油站在營運過程中發生油品洩漏，造成土壤與地下水污染。該廠址 控制計畫中提出以「現地氧化法」進行污染整治，在現場配置適當濃度 的強氧化劑溶液，直接灌注到整治井中。假設現場共添加200 kg 的過硫 酸鈉（Na2S2O8）藥劑一次配好注入整治井（直徑10 cm，深度10 m，溫 度25℃），並與欲整治範圍內的油品立即完全反應而消耗完（地下水體 積為1200 m3），請藉由平衡以下的化學反應方程式，計算生成的SO4-‧ 莫爾數、地下水中氫離子濃度及反應後產生的二氧化碳壓力（假設均蓄 積於整治井中，單位atm）。（20 分） S2O82-→ SO4-‧ SO4-‧+ C9H20 + H2O →CO2 + H+ + SO42-

欲瞭解廢（污）水中有機物之濃度，除直接監測已知物種之有機物質外， 較常量測之項目為化學需氧量（COD）或生化需氧量（BOD）。 試說明化學需氧量與生化需氧量的定義。（8 分） 進行生化需氧量試驗，使用之稀釋水，除要維持適當的滲透壓外，請 再列舉3 個需配合之條件。（9 分） 某廢水僅含有460 mg/L 之乙醇，若利用氧氣將乙醇完全氧化成二氧化 碳與水，請列出化學平衡反應式，並計算其理論需氧量（mg/Las O2）。 （8 分）

在10℃的土壤中，若農藥DDT 的半衰期為6 年，請計算1 公斤農藥DDT 殘留為1×10-7公克時所需的時間。（25 分）

人類活動如燃煤之火力發電廠與汽機車使用之廢氣排放，往往是形成酸 雨的原因。 試說明酸雨的定義。（3 分） 試說明酸雨的危害。（8 分） 假設一密閉系統之水中僅含有2×10-2M 碳酸（H2CO3），其pKa1 與pKa2 分別為6.3 與10.3，試問於水溫25℃下，該水溶液之pH 值與各成分 （碳酸、碳酸氫根、碳酸根）的濃度。（14 分）

人為或自然空氣污染源並不會直接產生光化學氧化物，請說明為何汽車 排放是形成臭氧的來源？並以化學反應式解釋之。（25 分）

在自來水水質指標中，一般生物性的檢測項目是大腸桿菌群及總生菌 數，請問這兩個項目分別代表什麼意義？並請分別舉例說明其檢測方 法。（25 分）

欲瞭解微生物是否有生長，可藉由菌數增加、菌體重（質）量增加與監 控菌體活性（如攝氧量、二氧化碳釋放率……）獲悉，試舉出3 種藉由 量測菌數增加之方法，並說明其作法。（15 分）

請說明廢水處理中，活性污泥法之「活性污泥」的組成成分，及其形成 污泥的原因，並解釋為何污泥健康度（可沉降性）對於此類廢水處理操 作上很重要？（25 分）

微生物可利用碳水化合物、脂肪獲得能量。 試繪脂肪之結構式。（5 分） 脂肪經微生物代謝分解產生甘油與脂肪酸，脂肪酸經β-氧化作用繼續 代謝下去，試闡述甘油經好氧菌分解之代謝情形，並計算1 分子甘油 經好氧代謝後會生成多少能量（ATP）。（10 分）

在進行相關微生物實驗時，除避免微生物受到污染，也防止操作人員遭受 危害，常會使用生物安全櫃（或無菌操作台）進行實驗。 試述生物性危害之定義。（6 分） 微生物依其危害性可分1-4 級（Risk group 1-4），試說明這4 級（RG1- RG4）各自代表之定義。（8 分） 結核桿菌（Mycobacterium tuberculosis）、麻疹病毒（Measles virus）、 腮腺炎病毒（Mumps virus）、漢他病毒（Hantavirus），則分別歸屬RG1- RG4 那個等級。（6 分）

大氣氣體溶液的組成主要為CO2、硫酸鹽和硝酸鹽，其表面常存在一層 膜，即為雨滴，試說明此三成分所造成的環境影響。（25 分）

二氧化硫（SO2）在大氣中會經由雙氧水（H2O2）的氧化，產生硫酸液滴， 其反應式及反應速率常數如下： SO2(aq) + H2O2(aq) H2SO4(aq) k = 1.1 103 L/mol-s 假設SO2及H2O2在大氣中的濃度分別為0.59 ppm及4.0 ppb，亨利常數（KH） 分別為1.2及1.0 105 mol/L-atm且大氣中的水氣含量為0.014 g/L時， 請計算大氣中二氧化硫（SO2）的反應速率。（10分） 當二氧化硫（SO2）溶於大氣雨水中時，請問此時雨水的pH值為多少？ （10分） SO2(g) + H2O H2SO3(aq) KH, SO2 = 1.2 H2SO3(aq) H+ + HSO3- Ka, SO2 = 1.7 10-2 CO2(g) CO2(aq) KH, CO2 = 10-1.5 H2CO3(aq) H+ + HCO3- Ka1, CO2 = 10-6.33 HCO3- H+ + CO32- Ka2, CO2 = 10-10.33

空氣污染事件可能導致嚴重災害，造成民眾身體健康危害甚至死亡。因此， 為維護民眾身體健康，空氣品質監測為一重要之工作。試回答下列問題： 請說明倫敦煙霧及洛杉磯煙霧形成之原因。（9 分） 我國空氣品質指標（Air Quality Index, AQI）是基於那6 種空氣污染物 濃度計算而得？（6 分）

各種水體底泥及其形成的原因如下，試將水體底泥及對應的形成原因作 連接，並說明理由。（25 分） 水體底泥 形成原因 ⑴FeS(s) 曝氧於厭氧水體中 ⑵Ca5OH(PO4)3 水體中好氧環境變成厭氧環境 ⑶Fe(OH)3 光合作用之產物 ⑷CaCO3 家庭污水排入硬水水體中

加氯消毒是水處理程序中控制微生物的重要方法。一般加氯消毒的效率 跟水體的pH值有關，且次氯酸（HOCl）的消毒能力是次氯酸根（OCl-） 的80倍。 在水體pH 7.0時，100 mg/L次氯酸鈉（NaOCl）可達到99.99%的消毒效率， 請問在水體pH 8.0時，需加入多少濃度的次氯酸鈉，才能達到與pH 7.0 相同的消毒效率？（10分） 當水中含有15 mg/L氨氮（NH3-N）時，請問此時在pH 7.0時，每公升需 加入多少克的次氯酸鈉，才能達到相同的消毒效果？（10分） HOCl H+ + OCl- Ka = 2.7 10-8 38120

臭氧為平流層中重要之氣體，請回答下列問題： 試以化學式說明臭氧於平流層中自然生成與消失之反應機制。（8 分） 試說明臭氧在平流層之作用及造成臭氧層破洞之原因。（7 分）

存在土壤的氮為何常有缺乏的現象？而作為植物利用的有機氮及無機氮， 來源分別為何？何者才是穩定供植物利用的氮，並說明理由。（25 分）

一水廠欲利用河川原水作為自來水的水源，經分析測得河水的pH值為 9.5，水中含有40 mg-CaCO3/L的鹼度，其中也包含12 mg/L的矽酸 （H4SiO4）。在考慮下列反應式時，請計算水中矽酸鹽及碳酸系統對鹼度 的貢獻度。（10分） H4SiO4 H+ + H3SiO4- Ka1, Si = 10-9.8 H2CO3 H+ + HCO3- Ka1, CO2 = 10-6.33 HCO3- H+ + CO32- Ka2, CO2 = 10-10.33 註：log 2 = 0.301，log 3 = 0.477，log 7 = 0.845 原子量（g/mole）：氫（H）：1.01；碳（C）：12.01；氮（N）：14.01； 氧（O）：16.00；鈉（Na）：22.99；矽（Si）：28.08； 硫（S）：32.07；氯（Cl）：35.45

氣體於水中之溶解度，可藉由亨利定律（Henry’s Law）得知，試回答 下列問題： 請說明亨利定律之定義。（10 分） 請以亨利定律計算1 atm、25℃下，氧氣在水中之溶解度（mg/L）。 已知氧氣在乾空氣中之占比為20.95%，水蒸氣在25℃下壓力為 0.0313 atm，氧氣之亨利定律常數為1.28×10-3 mole/L atm。（10 分） 亨利定律： x (aq) X K P      ( ) aq X ：氣體在水中之溶解度（mole/L） xP ：氣體之分壓（atm） K ：亨利定律常數（mole/L atm）

活性污泥法之曝氣池因有微生物代謝作用，導致系統內廢水之pH 值常 會隨之改變，試說明曝氣池pH 值下降之原因。（25 分）

某水資源回收中心現正進行硝化作用改善工程之驗收，通過條件除了出 流水中氨氮必須符合放流水標準之外，廠商必須證明改善後活性污泥系 統中的自營性硝化菌數量有明確增加，請問如何進行實驗分析？（15分）

請繪圖並說明EMP 代謝、TCA 循環與電子傳遞鏈之間的關係。（20 分）

核醣體為細胞內合成蛋白質的位置，請解釋rRNA、tRNA及mRNA如何與 核醣體產生關聯？（15分）

細菌屬於原核細胞，真菌屬於真核細胞，請列表舉出原核細胞與真核細 胞的五種差異。（20 分）

請說明為何生物膜法污泥產生量較活性污泥法低。（10 分）

您被要求建立一間微生物分析實驗室，該實驗室必須可以進行下列分析 項目：微生物分離培養（劃碟、抹碟、倒碟），以及革蘭氏染色，請依此 提出所需購買實驗裝置之清單，並解釋這些實驗裝置之用途。（20分）

請說明： 緩衝溶液（Buffer solution）的定義。（4 分） 緩衝溶液的配置方法與作用原理。（8 分） 在環境及水處理程序上的重要性。（8 分） 請計算在一個含有2.0 M 醋酸與2.0 M 醋酸鈉的1 公升緩衝溶液中， 通入0.10 莫耳氣體鹽酸後的pH 值。（5 分）

已知空氣中的CO2 溶於某自然水體中且達到平衡，大氣壓力1.00 atm 及 溫度25℃下相關反應式及平衡常數如下，請回答下列問題： CO2(aq)+ H2O ↔ HCO3−(aq)+ H+(aq) Ka1 = 4.45×10−7 HCO3−(aq)↔ CO32−(aq)+ H+(aq) Ka2 = 4.69×10−11 當CO2(aq)的平衡濃度與CO32−(aq)的平衡濃度相等，請計算水中的pH 值。 （5 分） 若水中pH 值為7.00 且鹼度為1.00×102 mg/L as CaCO3（分子量： CaCO3 = 100），請計算水中總溶解性無機碳的體積莫耳濃度（M）。 （10 分） 承上題，若水體因藻類利用水中溶解性無機碳行光合作用，導致水中 的pH 值由7.00 上升為10.00 但鹼度維持不變，請計算水中總溶解性 無機碳的體積莫耳濃度（M）。（10 分）

難溶性固體Mg(OH)2 之溶解度積Ksp = 1.2 × 10-11，請回答下列問題： 計算其在溶液中平衡時之pH 值。（9 分） 說明在溶液中出現共同離子（common ion），對Mg(OH)2 溶解度及水體 pH 值的影響。（16 分）

在酸性條件下以Cr2O72−氧化Fe2+的反應原理，被應用於水樣化學需氧量 （COD）的檢測，已知在25℃下相關半反應及標準電極電位如下： Cr2O72−+ 6e−+ 14H+ ↔ 2Cr3+ + 7H2O E1o = +1.33 V （1） Fe3+ + e− ↔ Fe2+ E2o = +0.77 V （2） 能斯特方程式（Nernst Equation）之R 及F 值分別為8.314 J/K-mol 及 96485 C/mol，而單位轉換：CV = J 且1cal = 4.184 J，請回答以下問題： 請計算Cr2O72−與Fe2+反應生成Cr3+及Fe3+之全反應的平衡常數 Ke（25℃）。（10 分） 承上題，請計算上述全反應的標準自由能變化∆Go（kcal） （25℃）。（10 分） 以濃硫酸調整某濃度為0.10 N 的K2Cr2O7 水溶液，使其pH = 1.0、 體積= 50 mL，使用0.20 N 硫酸亞鐵銨溶液進行滴定，請計算滴定 達當量點時Cr3+的體積莫耳濃度（M）（假設完全反應）。（5 分） 37620 37820

(1)　(2) 10 分

為什麼有些行光合作用的細菌不產生氧氣？（15 分）

許多奈米金屬氧化物可用於控制微生物之控制，試以奈米氧化鋅為例， 試說明奈米光觸媒反應對微生物殺菌或抑制活性之主要機制。（15 分）

如何以即時聚合酶連鎖反應方法定量樣品中活菌菌株的數目？請詳述 機制。（15 分）

受非洲豬瘟影響，廚餘養豬受到限制，環保單位積極推動廚餘多元再利 用，試說明進行高速發酵之原理、操作重點以及如何應用次世代定序 （Next Generation. Sequencing, NGS）分析發酵過程之微生物族群變化。 （20 分）

污水生物處理中，活性污泥系統曝氣槽常見的Zoogloea spp.菌株在活性 污泥系統操作上有何重要意義？（20 分）

試說明Extracellular polymeric substances（EPS）之主要成分及各成分在 廢水生物處理程序所扮演之功能。（15 分）

請使用化學反應式說明天然水體的pH 緩衝系統。（10 分） 若氧氣溶解於水的亨利常數是1.3×10-3mol L-1 atm-1，計算一大氣壓時， 水中的飽和溶氧濃度，並以mg/L 表示。（10 分）

消毒程序一般可視為消毒劑針對微生物細胞所進行的「高級氧化」作用， 因此被視為水及廢水處理流程中，讓「抗生素抗性基因」失活（deactivation） 與降解（degradation）的最後一道防線。不過，由於大部分的抗生素抗性 基因藏於細胞內，因此如果所用的消毒劑對於胞內基因分子的氧化效率 不佳時，將會使得即便微生物已死亡，但抗生素抗性基因仍具活性，並當 流入環境且進入其他細胞後，將讓所對應的抗藥性繼續運作，進而產生環 境抗藥性增長的問題。請根據自由氯、臭氧、二氧化氯、紫外光的消毒機 制，說明何者對於胞內抗性基因的效果較佳，並預測當廢水處理流程中沒 有設置營養鹽去除的單元時，上述何種消毒劑其效果容易因此打折，進而 造成放流水的抗性基因濃度依舊偏高的後果。（25 分）

請解釋土壤及地下水有機物污染的生物復育技術中，生物刺激 （Biostimulation）、生物放大（Bioaugmentation）以及自然衰減（Natural attenuation）之原理。（9 分） 重質非水相液體（Dense Non-aqueous Phase Liquid，簡稱DNAPL）為 常見的土壤及地下水之有機物污染物。請描述DNAPL 之比重特性、 親疏水性及其污染土壤時的傳輸特徵。（8 分） 請列出三類土壤污染常見之DNAPL 物質。（3 分）

一廢水含330 mg/L 的有機物，以及27 mg/L 的氨氮。假設有機物的實驗 式為[CH2O]n，計算這廢水的理論需氧量。（15 分）

土壤屬於「非均相」（heterogeneous）物質，其固相組成可粗分成「礦物 相」與「有機相」：礦物相主要是黏土顆粒與金屬（氫）氧化物顆粒，而 有機相則主要是腐植質，且其含量常占0.5%至5%的單位土壤乾重。當 農地土壤受污染時，在不考慮周界大氣的污染傳輸下，作物從根部攝取 到污染物的多寡，已知與污染物在土壤「孔隙水」的濃度分布有關。請 說明當土壤的有機質含量從0.5%升高至5%時，針對土壤中「重金屬」 與具一定「疏水性的農藥」（即log Kow > 2）兩種類別的污染物，何者在 作物收成後，於作物可食用部位測得的濃度變化趨勢，較能用「平衡」 的概念預測？（注意：您的答案必須包括重金屬與疏水性農藥分別在具 耕作力的土壤的遲滯（retardation）機制為何，以及須表明各類別的污染 物於作物的累積濃度，是隨土壤有機質含量升高而升高、或降低、或無 任何趨勢可預期。）（25 分）

請描述自然界中的氮循環過程之固氮作用、硝化作用。（6 分） 以生活污水之含氮成分處理為例，說明生活污水中主要含氮成分為 何？希望處理後之含氮成分被轉換為何種形式後排放？並設計一合 理之污水含氮成分處理之轉換程序。（14 分）

毒化物的劑量-反應關係是健康風險評估所需的資料之一，請回答下列 問題： 說明什麼是劑量以及劑量-反應關係。（5 分） 環境毒物的允許每日攝取量（allowable daily intake, ADI）一般根據動 物試驗的無可視效應劑量（no observed adverse effect level, NOAEL） 來訂定，請解釋ADI 與NOAEL，並說明兩者之間的關係。（5 分） 假設某毒化物口服攝取的ADI 是0.020 mg/kg-bw/day，以成年人體重 70 公斤且每天攝取2 公升的水為基準，則這個毒化物的飲用水水質標 準應定在多少？（5 分）

請說明病毒的構造，並敘述病毒繁殖的過程。（15 分）

理想的指標微生物標準（Criteria for an ideal indicator organism）要件： 此指標微生物須能適用於各類水體。 有腸道致病性微生物存在時，這類指標微生物也必須存在。 除了上述兩條件之外，還有那些條件亦可視為指標微生物的選擇要件？ （10 分）

某水資源回收中心的活性污泥經廢棄後，送至厭氧消化槽進行污泥消 化，操作員發現其甲烷產生量不佳，該廠檢驗員擬以碳酸氫鈉為碳源， 利用平板培養基以封口臘膜於攝氏20 度之震盪培養箱中培養48 小時後 進行甲烷產生菌之計數，試說明其實驗設計何者有誤。（25 分）

試說明水質指標微生物具有之條件，並舉出二種微生物說明之。（15 分）

根據環保署空氣品質監測108 年年報統計，臺灣空氣品質指標（Air Quality Index, AQI）不健康等級（AQI>100）中，以臭氧（O3）及細懸浮 微粒（PM2.5）為最主要指標污染物，請就針對臭氧，說明臭氧之生成機 制。（20 分） 18560 18660

氮系元素如排入承受水體，將導致河川溶氧下降或者水庫優養化，試論 述一般水資源回收中心利用微生物除氮之機制及其參與之二類微生物 屬名。（25 分）

何謂廚餘堆肥化？試說明廚餘中可做堆肥材料，及廚餘堆肥化之生物處 理技術。（20 分）

有一水樣針對水質硬度主要成分分析如下， pH = 7.5 Na+ = 10.5 mg/L Mg2+ = 18.3 mg/L Ca2+ = 60 mg/L HCO3- = 122 mg/L SO42- = 50 mg/L 請計算 總硬度（Total Hardness），以mg/L as CaCO3 表示。 碳酸鹽硬度（Carbonate Hardness），以mg/L as CaCO3 表示。 非碳酸鹽硬度（Noncarbonate Hardness），以mg/L as CaCO3 表示。 提示：各元素原子量為： Ca = 40, Mg = 24.4, C = 12, H = 1, S = 32, Na = 23, O = 16 g/mole （20 分）

自來水停水後再復水過程，有那些因素可能造成用戶端自來水之微生物 污染的可能性增高？（10 分）

何謂離子強度？一個0.4M 的MgCl2 水溶液的離子強度為何？（25 分）

一廢水處理廠欲處理一含有三氯乙烯濃度1,100 mg/L之廢水106公升。若 將此廢水放入一體積為2106公升、溫度25℃之密閉系統反應槽靜置，試 問當系統達平衡時，廢水中之三氯乙烯濃度為何？假設三氯乙烯在25℃ 之亨利定律常數（Henry’s Law Constant）為11.6 atm/mole，理想氣體常數 R=0.082 atm-L/mole-K。（15分）

為何礦渣中FeS2 會成為酸性礦場出流水（acid mine drainage）的主要成 因？請將FeS2 遇到氧氣後的可能化學變化列出。（25 分）

何謂室內空氣污染？試舉出五種不同類型之室內空氣污染物質及其來 源。（20分）

地下水若遭受甲苯污染，如要採用生物現地處理，會以「好氧」或「厭 氧」的方式處理？為什麼？生物反應中可能的電子提供者及電子接受者 為何？（25 分）

地下水中含二價鐵離子（Fe2+）濃度15 mg/L，若以連續曝空氣方式利用氧 氣氧化處理二價鐵離子至0.2 mg/L，需耗時多久方能達到目標？假設曝氣 處理過程中溫度為20℃，pH控制在7，空氣中氧氣分壓為0.21大氣壓 （atm），二價鐵離子氧化速率常數k為81013 L2/(mole2-atm-min)。（15分）

目前已知自然界元素循環中經由生物將氨氮轉成氮氣的方式有那兩大類？ （25 分）

環境中大多數的細菌在大部分的時間都處於代謝活動非常低且幾乎沒在 生長的狀態，稱之為「生長停滯」（growth arrest）。事實上，最先從霍亂弧 菌與大腸桿菌中所觀察到的「活著但無法培養」（viable-but-nonculturable） 的型態，也屬於生長停滯的一種樣式，而大腸桿菌已知為糞便污染的指標 微生物。請試述細菌「活著但無法培養」的狀態對於水質安全、公共衛生 有何影響？（答案需先說明「糞便指標細菌」（fecal indicator bacteria）的構 成條件為何？接著說明「活著但無法培養」有何特徵；最後說明「活著但 無法培養」的狀態對於水質安全、公共衛生的影響。）（30分）

目前大規模污水處理廠之污泥多用中溫厭氧消化法處理，產生甲烷燃燒 後以維持厭氧消化槽之溫度，請說明兩類甲烷菌生成甲烷之機制以及三 種甲烷菌屬名。（20分）

世界各地超級細菌（superbugs）案例的擴增已成為急需嚴肅面對及解決的 全球性公衛議題。請說明何謂超級細菌，並從「環境」微生物學的角度論 述超級細菌的產生原因。（20分）

試說明微生物計數中多管發酵法以及膜濾法之概略實驗方式。（10分）

重金屬汞以HgS(s)存在自然水體中，其解離出Hg2+與水的pH 值有關。 依據下列反應式及反應常數，請寫出HgS(s)在酸性水體的解離反應式及 平衡常數，並分別計算在pH7 及pH2，水體中Hg2+的莫爾濃度。（16 分） HgS(s) ⇄ Hg2+ + S2- Ksp = 3.0×10-53 S2- + H+ ⇄ HS- K1 = 7.7×1012 HS- + H+ ⇄ H2S(g) K2 = 1.0×107

持久性有機污染物（persistent organic pollutants, POPs）通常具有「持久 性」與「半揮發性」的特性，試以此二點特性為例，說明其對環境的危 害性。（25 分）

氯氣(Cl2)用於自來水消毒，當Cl2(g)溶於水中會有Cl2(aq)、HOCl、OCl-、 Cl-等溶解態氯氣及次氯酸生成，若溶於水中Cl2(aq)濃度為10-4 M，氯在 水中系列反應式如下：（每小題10 分，共20 分） (1)Cl2(g) ⇄ Cl2(aq) (2)1/2 Cl2 q) + e- ⇄Cl- (3)HOCl + H+ + e- ⇄ 1/2 Cl2(aq) + H2O (a (4)HOCl ⇄ H + + OCl- E0 =+1.39 V pE0 =+23.5 E0 =+1.60 V pE0 =+27.0 Ka=10-7.5 pKa=7.5 法拉第常數F：23061 cal/Volt、R=1.987 cal/k mole、T=298 K、 Δ G0=-RT ln (Ka)、Δ G0=-nFE0，氯在水中的pE-pH 圖如下： 請依據上述反應式寫出HOCl 在酸性條件還原成Cl-的半反應式，計算 該半反應pE0，並導出HOCl/Cl-邊界線①（boundary line）的pE-pH 方程式。 請計算H+ + OCl- ⇄ HOCl 反應的自由能（ G0），與上題導出半反應式 合併，及自由能（Δ G0=-nFE0）觀念，計算：OCl- +2 H+ +2 e- ⇄ Cl- + H2O 反應的pE0，並導出OCl- /Cl-邊界線②（boundary line）的pE-pH 方程式。 Δ 29520

(1)　(2)　(3)　(4)

大氣中臭氧（O3）及一氧化氮（NO）在1 atm及300 K時的濃度分別為40 ppb 及80 ppb。 請將O3及NO 的濃度單位以molecules/cm3 air 表示。（原子量：O = 16， N = 14）（R = 0.082 L atm K-1mole-1，Avogardo number：6.02×1023）（14 分） NO + O3 →NO2 + O2的反應速率式為：Rate = k[NO][O3]，以上述之濃 度計算該反應之速率值，已知k = 2×10-14 molecules-1cm3sec-1。（10 分）

請說明酸雨的主要成因，及可能會對環境產生那些不良影響？（25 分）

地球大氣含O2、N2 及其他氣體，二氧化碳（CO2）為主要溫室氣體，目 前大氣的CO2 濃度約為410 ppm，又CO2 會吸收15 μm 及4.26 μm 紅外 光，請回答下列問題：（每小題10 分，共20 分） 假設大氣無其他氣體干擾，CO2溶於雨水生成CO2飽和水（Saturated water） H2CO3，計算該CO2飽和雨水的pH。亨利常數KH=3.4×10-2 M atm-1 (25°C)， H2CO3 的Ka1= 4.5×10-7。 解釋大氣的O2 及N2 為何為非溫室氣體。分別計算CO2 吸收15 μm 及 4.26 μm 紅外光能量，以k joules/mole 表示。CO2 分解成CO 及O 反應： CO2 →CO + O，在室溫下CO2、CO 及O 的生成熱焓值（ H）分別 為：–393.5、–110.5 及+249.2 k joules/mole，請計算15 μm 及4.26 μm 紅外光照射CO2 時，CO2 分解成CO 及O 的分解百分比。普郎克常數： h=6.626×10-34 Joule sec，光速：c=3×10 Δ 10 cm/sec，E = hν，Avogadro's number：6.02×1023 molecules/mole。

分析湖泊底泥中的水樣，該水樣的pH = 7.0 且系統達平衡，分析該水樣 顯示：[SO4 2-] = 2.00×10-5 M，又H2S(g)的分壓為0.100 atm，該水樣又同時 存在CO2 與CH4，請計算該底泥中的CO2/CH4 的分壓比為何？（10 分） 已知條件： 8 1SO4 2-(aq) + 4 5H+ + e- → 8 1 H2S(g) + 2 1H2O pE0 = -3.50 8 1CO2(g) + H+ + e- → 8 1CH4(g) + 4 1H2O pE0 = -4.13

請說明大腸桿菌群（coliforms）作為水質生物指標的主要原因。（25 分）

環境中的脂溶性毒化物會經由食物鏈進入人體，此類化學毒物會經由生 物濃縮累積在脂肪中不易排出生物體之外，請回答下列毒化物的問題。 請解釋何謂毒化物的半數致死劑量（LD50）及生物濃縮因子（BCF）。 （6 分） 湖泊中有彩虹鱒魚（Rainbow trout），鱒魚的脂肪占體重5.0%，若分析 鱒魚體脂肪中含有22ppb 的巴拉松殺蟲劑，請計算該湖泊中巴拉松殺 蟲劑的濃度。若巴拉松殺蟲劑BCF 與KOW 值可視為具有相同的意義。 已知巴拉松殺蟲劑的正辛醇-水（Octanol-Water）分配係數：log KOW =3.8。 （4 分）

在量測純菌培養於液態培養基中的生長曲線時，常用吸光度表示菌體生 長密度，例如OD600。但在使用吸光度量測時，在某個生長階段會與實 際的活菌數量之結果差異較大？試說明其原因為何？（25 分）

何謂一階反應（first-order reaction）？試舉一例說明。（25 分）

說明生物氣溶膠成分，試分析影響大氣微生物存活的因素。（15 分）

微生物的代謝反應中，代謝同一種基質情況下，通常「好氧」代謝反應 較「厭氧」代謝反應所獲得的能量高，其原因為何？（25 分）

試述微生物與氮循環的關係。（15 分）

請說明下列兩種微生物之特性及在環境上之意義。（每小題10 分，共20 分） 非洲豬瘟病毒（ASFV） 藻礁

持久性有機污染物一直是國際上受到重視的有機污染物，近年來，多溴 二苯醚（polybrominated diphenyl ethers）已多數被列入持久性有機污染 物中。 請畫出多溴二苯醚結構通式與說明其特性，並以此特性詳述其可能在 環境中之移動性。（8 分） 另外，五氯酚（pentachlorophenol）也是持久性有機污染物，請畫出五 氯酚結構與說明其特性，並以此特性詳述其可能在環境中之變化與移 動性。（10 分） 比較五氯酚與最高含溴數之多溴二苯醚在環境中轉化與移動性。 （2 分） 假設一系統中含多溴二苯醚濃度為200 μg/kg，需移除多溴二苯醚的 90%，且在20℃下，移除多溴二苯醚的一階降解速率為0.5 hr-1。 ⑴請問所需移除的時間為多久？（4 分） ⑵假設移除多溴二苯醚的活化能為10 Kcal/mol，若溫度升到30℃， 此一系統中要移除多溴二苯醚到10 μg/kg 所需的時間？（6 分）

取200 mL 的湖水，利用0.02 N 硫酸（H2SO4）進行滴定，所得滴定曲線如圖所示， 請回答下列問題： 請說明湖水最初的pH 值為10.5 的原因為何？（5 分） 請由滴定曲線計算水中的酚酞鹼度與總鹼度。（10 分） 請問水中氫氧根（OH-）、碳酸根（CO3 2-）及碳酸氫根（HCO3 -）的濃度分別為何？ （10 分） 0 1

環境中存在許多膠體，尤其近年來，奈米顆粒在環境應用與其行為也被 廣泛重視： 請問膠體與奈米顆粒的定義。（5 分） 請繪圖說明一般負電膠體粒子的不同電位勢能，並以此說明膠體顆粒 穩定的機制。（5 分） 請問改變那些環境化學因子，會造成膠體顆粒不穩定而聚集？（5 分） 請以所繪製之圖，說明為何加入環境化學因子，會造成膠體顆粒聚集 的原因？（5 分） 34050 35050

登革熱如何傳染給人類？根據衛生福利部疾病管制署資料顯示臺灣本 土登革熱病例數，2015 年與2018 年（11 月20 日）分別為43419 人及 177 人，請由病毒擴散分析其差異。（15 分）

試述下列兩種微生物之特性及在環境上之意義。 微囊藻（Microcystis aeruginosa）。（10 分） 硫酸還原菌（Sulfate-reducing bacteria）。（10 分）

試繪圖說明利用生物處理法去除廢水中磷之方法及機制，並說明影響磷 去除之因子。（15 分）