北高雄地區聚集台灣中油公司高雄煉油廠、仁武及大社工業區等大型石化工廠，其所排放之大量空氣污染物，已成為此區域空氣品質不良的重要影響因素。而高煙囪及廢氣燃燒塔為工廠處理各類有害污染物的最終管道，意味著高煙囪處理效率的高低，是影響高雄地區空氣品質結果的關鍵。有鑑於此，本研究利用繫留氣球(tethered balloon)採樣法進行空氣污染物之垂直剖面採樣，探討其垂直剖面變化與不同季節之時空分佈趨勢。
本研究分別於 2009 年9 月17~18 日、2009 年12 月20~21 日、2010 年4 月8~9 日及2010 年7 月7~8 日在北高雄石化工業區上下風處進行VOCs 採樣與分析。此外，另針對廢氣燃燒塔及製程排放管道進行檢測，以瞭解VOCs 指紋特徵，並推估各排放管道之排放係數，最後利用主成份分析法及臭氧生成潛勢，探討北高雄石化工業區排放空氣污染物對環境空氣品質之影響。
本研究發現部分採樣點之空氣品質不良程度明顯較其它採樣點嚴重，其採樣點多半位於石化工業區下風處，推測原因可能與北高雄地區盛行風向為西北風有關。此外，在不同採樣點均發現高空污染物濃度大於地面之層化現象，顯示出高空VOCs 污染情形亦不可忽視。
就 VOCs 物種而言，本研究發現北高雄石化工業區指標污染物係以甲苯、乙烯+乙炔+乙烷及丙酮為主，此外，由不同高層之VOCs物種分佈可看出，地面與高空VOCs 物種具有不同之指紋特徵，推測高空明顯受到石化工業區高煙囪排放所影響。
本研究利用主成份分析法篩選 VOCs 之可能污染來源，其分析結果顯示，各主成份之特徵因子與石化工業區排放VOCs 之特徵相似，顯示其污染來源應與北高雄石化工業區具有一定程度的相關性。此外，距離地表越遠之VOCs 特徵因子尤以石化產業為主，顯示出北高雄地區明顯受到高煙囪排氣之影響。另由O3 生成潛勢結果得知，北高雄地區生成O3 之VOCs 以苯環類及烯類為主，VOCs 物種則是以甲苯及乙烯+乙炔+乙烷為主要貢獻物種，而冬季則為O3 污染最嚴重之季節。
最後，本研究針對排放管道進行解析，由廢氣燃燒塔二次檢測結果發現，廢氣組成分以烯類、烷類為主，VOCs 之平均破壞去除率為98.2%。而平均之排放係數則為0.0186 kg NMHC/ kg flared gas。此外，在製程排放管道方面，P105、P060 及P408 之排放係數分別為0.105
g/kL、1.11 g/Kl 及61.97 g/Kl，所推估結果與AP-42 之排放係數資料相比較，除P060 管道因混合製程無相關資料可比較外，P105 管道排放係數有明顯偏低情形，而P408 管道排放係數略偏高，但與AP-42資料較相近。

The emission of volatile organic compounds (VOCs) and odors from petrochemical industrial complex, including China Petroleum company (CPC),Renwu and Dazher petrochemical industrial parks, causes poor air quality of northern Kaohsiung. The removal efficiencies of elevated stacks and flares might play
important roles on ambient air quality in metro Kaohsiung. Consequently, this study
applied a tethered balloon technology to measure the vertical profile of VOCs, and
ascertained their three dimensional dispersion in the atmosphere.
The vertical profile of VOCs in ambient atmosphere surrounding the
petrochemical industrial complex was measured during the intensive sampling periods
(September 17-18th and December 20-21st, 2009 and April 8-9th and July 7-8th, 2010).
Moreover, this study was designed to sample and analyze VOCs emitted from
elevated stacks and flares, and estimate their emission factors. Finally, the source
identification and ozone formation were further determined by principal component
analysis (PCA) and ozone formation potential (OFP).
This study found that some regions had relatively poorer air quality than other
regions surrounding the petrochemical industrial complex. Most sampling sites with
poor air quality were located at the downwind region of the petrochemical industrial
complex, particularly with the prevailing winds blown from the northwest. Moreover,
stratification phenomena were frequently observed at most sampling sites, indicating
that high-altitude VOCs pollution should be considered for ambient air quality.
This study revealed that the indicators of VOCs in northern Kaohsiung were
toluene, C2 (ethylene+acetylene+ethane), and acetone. Vertical sampling of VOCs
showed that the species of VOCs at the ground and high altitude were different,
suggesting that ambient air quality at high altitude might be affected by the emission
of VOCs from elevated stacks and flares at the petrochemical industrial complex.
Results obtained from PCA showed that the major sources of VOCs in the
ambient atmosphere of the petrochemical industrial complex were similar to the characteristics of VOCs emitted from the petrochemical industrial complex. The
characteristics of VOCs at high altitude had strong correlation with petrochemical
industry, indicating that the ambient air quality of northern Kaohsiung was highly
influenced by the emission of VOCs from high stacks and flares. In addition, major
VOCs for O3 formation potential at northern Kaohsiung were aromatics and vinyls,
with particular species of toluene and C2. Moreover, air pollution episodes resulting
from high O3 concentration was usually observed in early winter.
Flare sampling results indicated that major VOCs emitted from the ground flare
of CPC were alkanes and vinyls. The average removal efficiency of TVOCs was
98.2%. The average emission factor of VOCs was 0.0186 kg NMHC/kg flare gas. In
addition, stack sampling results indicated that the emission factors of crude oil
distillation process (P105), mixing process (P060), and rubber manufacturing process
(P408) were 0.105, 1.11, and 61.97 g/Kl, respectively. The emission factor of P105
was lower than AP-42, while that of P408 was higher than AP-42.

謝誌……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..……. I
中文摘要..……..……..……..……..……..……..……..……..……..……. II
英文摘要…………………………………………………………………. IV
目錄..……..……..……..……..……..……..……..……..……..……..…... VI
表目錄..……..……..……..……..……..……..……..……..……..………. IX
圖目錄..……..……..……..……..……..……..……..……..……..………. XI
第一章前言..……..……..……..……..……..……..……..……..……... 1-1
1-1 研究緣起..……..……..……..……..……..……..……..……….. 1-1
1-2 研究目的..……..……..……..……..……..……..……..……….. 1-2
1-3 研究範圍及架構..……..……..……..……..……..……..……… 1-2
第二章文獻回顧..……..……..……..……..……..……..……..………. 2-1
2-1 揮發性有機物之特性…….…..……..……..……..……..…….. 2-1
2-1-1 揮發性有機物(VOCs)之定義...……..……..…………… 2-1
2-1-2 揮發性有機物之來源…………………………………… 2-3
2-1-3 石化工業區揮發性有機物排放種類………………….... 2-7
2-1-4 揮發性有機物對人體健康之影響……………………… 2-12
2-2 揮發性有機物之管制………………………………………….. 2-14
2-2-1 固定污染源設置與操作許可證管理辦法……………… 2-14
2-2-2 固定污染源空氣污染物排放標準……………………… 2-14
2-2-3 固定污染源空氣污染物連續自動監測設施管理辦法… 2-15
2-2-4 揮發性有機物空氣污染管制及排放標準……………… 2-15
2-3 光化學反應機制……………………………………………….. 2-15
2-3-1 氮氧化物之光化學反應………………………………… 2-16
2-3-2 揮發性有機物之光化學反應…………………………… 2-17
2-4 廢氣燃燒塔構造..……..…………..……..……..……..……….. 2-19
2-4-1 高架燃燒塔構造…………..…………………………….. 2-24
2-4-2 地面燃燒塔構造..………………………………….......... 2-26
2-5 高雄地區氣象及空氣品質現況……....….....…..……..………. 2-27
2-5-1 高雄地區氣象條件現況.....……..…...……..……..…….. 2-27
2-5-2 高雄地區空氣品質現況..……………..……..………….. 2-28
第三章研究方法..……..……..……..……..……..……..……..………. 3-1
3-1 北高雄地區氣象監測資料分析……..……..…....………....….. 3-1
3-2 空氣污染物採樣規劃..…………..……..……………………… 3-1
3-2-1 春季採樣規劃………………………………...………..... 3-1
3-2-2 夏季採樣規劃.…………………………………………... 3-2
3-2-3 秋季採樣規劃……………................................................ 3-2
3-2-4 冬季採樣規劃……………................................................ 3-2
3-3 排放管道採樣規劃……………………………..……………… 3-3
3-3-1 廢氣燃燒塔……………………………………………… 3-3
3-3-2 製程排放管道…………………………………………… 3-4
3-4 高空採樣原理、方法與設備………………………………….. 3-5
3-5 氣態污染物監測原理、方法與分析設備…………………….. 3-6
3-5-1 二氧化硫自動分析儀………………..……...…...…….... 3-9
3-5-2 氮氧化物自動分析儀………………...…...…………….. 3-10
3-5-3 臭氧自動分析儀……………………...…………………. 3-10
3-5-4 碳氫化合物分析儀……………...………………………. 3-11
3-6 揮發性有機物分析原理、方法與設備………...……………… 3-12
3-7 品保與品管(QA/QC).………………………….………….…… 3-19
3-7-1 氣態污染物分析之品保與品管………………………… 3-19
3-7-2 Tedlar 採樣袋空白測試…………………………………. 3-21
3-7-3 揮發性有機物分析之品保與品管....………………..….. 3-22
3-8 污染物擴散及臭氧生成解析………..………………………… 3-23
3-8-1 污染物濃度空間分佈……………....…..……………….. 3-23
3-8-2 主成份分析法…………………………………………… 3-24
3-8-3 最大增量反應性…………………….……..……………. 3-25
3-8-4 臭氧生成潛勢分析.......……..…………………………... 3-26
第四章結果與討論……..………………………………………………4-1
4-1 採樣期間北高雄地區氣象條件分析...………………………... 4-1
4-2 石化工業區環境大氣中氣態污染物採樣分析結果探討.……. 4-12
4-2-1 春季採樣期間氣態污染物分佈趨勢…………………… 4-12
4-2-2 夏季採樣期間氣態污染物分佈趨勢…………………… 4-13
4-2-3 秋季採樣期間氣態污染物分佈趨勢…………………… 4-19
4-2-4 冬季採樣期間氣態污染物分佈趨勢………..………….. 4-22
4-3 石化工業區環境大氣中揮發性有機物採樣分析結果探討….. 4-25
4-3-1 揮發性有機物之物種檢出率………...……………..…... 4-25
4-3-2 揮發性有機物之時間變化趨勢……...….……………… 4-31
4-3-3 揮發性有機物之垂直空間分佈趨勢…………………… 4-45
4-4 排放管道採樣分析結果……………………………………….. 4-66
4-4-1 廢氣燃燒塔…………………...………………………..... 4-66
4-4-2 製程排放管道………………...…………………………. 4-68
4-5 石化工業區污染來源探討…………………………………….. 4-74
4-6 VOCs 之臭氧生成潛勢分析.………………………………….. 4-79
4-7 石化工業區排放管制策略研擬……………………………….. 4-87
第五章結論與建議……………………………………………………. 5-1
5-1 結論..…..……………………………………………………….. 5-1
5-2 建議…………………………………………………………….. 5-2
參考文獻..……………………………………………………………….. R-1
附錄A 揮發性有機物分析之品保品管A-1
附錄B 臭氧生成潛勢與O3 實際監測值比對B-1
附錄C 主要臭氧生成潛勢VOCs 物種與苯環類之相關性分析C-1
附錄D 排放管道及大氣採樣VOCs 結果之相關性分析D-1

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