淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-0109201112032300
中文論文名稱 濕式研磨都市垃圾焚化飛灰程序對鉛之穩定效率及機制探討
英文論文名稱 A study on the Pb stabilization efficiency and mechanism during the wet ball milling for MSWI fly ash
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 鄭人豪
研究生英文姓名 Jen-Hao Cheng
學號 698480125
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-07
論文頁數 109頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-孫常榮
委員-詹益臨
中文關鍵字 飛灰  研磨  重金屬  穩定  機制 
英文關鍵字 fly ash  milling  heavy metal  Stabilization  mechanism 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 都市垃圾焚化飛灰具有高鹼度、高氯鹽及大量重金屬的問題,屬於有害事業廢棄物,飛灰中的氯會與重金屬形成易溶出鹽類,因此本研究將水萃程序作為前處理去除大量氯鹽,再以濕式研磨技術穩定重金屬。研究中主要探討飛灰在濕式研磨環境下重金屬穩定效率及機制,並於實驗中添加已知濃度鉛液,觀察重金屬鉛受機械力研磨作用前後相關之變化。由初步水萃灰重金屬溶出結果得知,Pb之TCLP溶出值為9.76 mg/L,逾法規標準,故後續針對Pb討論研磨穩定重金屬。
由實驗結果得知,1:1混合的研磨球粒徑研磨穩定重金屬效果比單一小尺寸研磨球粒徑佳,另外,水萃灰與10 g/L、40 g/L鉛液經8小時研磨程序再以TCLP的方式萃取,Pb穩定效率分別為93 %、82 %,在水萃灰與40 g/L鉛液共同研磨0-20小時,結果顯示長時間研磨Pb的晶相物種難以被鑑定出,由SEM觀察出研磨灰外觀呈固溶狀,使得重金屬鉛穩定於飛灰中;由數學式推算表示,機械力研磨機制可以增加37-40 %的重金屬鉛穩定效益,化學反應形成穩定化合物只有增加12 %穩定效率,鉛形成穩定吸附可增加18 %穩定效率,最後,XRD鑑定Pb經過8小時研磨由易溶出的Pb7O6Cl2型態轉變為較難溶的PbO2穩定型態,證實機械力研磨作用確實能有效降低重金屬鉛的溶出並穩定於飛灰。
英文摘要 Municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash with high alkalinity, high chloride and heavy metals problems. The chlorine and heavy metal will form easily dissolved salts in fly ash. In this study, the water extraction procedure as a pre-treatment to remove plenty of chlorine salts. Then stability of heavy metals with wet ball milling technology. The study is to investigate heavy metal stabilization efficiency and mechanism during the wet ball milling for MSWI fly ash. And adding a known concentration of lead fluid in experimental. Observed the lead by mechano-chemical of change. According to the results of water-extracted fly ash leaching of heavy metals, the lead of the leached concentration was 9.76 mg/L. It was higher than with the USEPA regulatory limit of 5mg/L. Therefore, the future tendency is to discuss Pb stabilization by milling.
According to the experimental results, stabilizing effect of lead using the mixing ratio of milling media 1:1(diameter of milling media is 1 and 5 mm respectively) is better than a single small diameter 1mm milling media. However, the mutual milling of the water-extracted fly ash and concentration 10g/L、40g/L lead fluid was 8 hours and then extractable lead by TCLP. The results show that 93%、82% of lead stabilization efficiency respectively. The water-extracted fly ash and concentration 40g/L lead fluid milled 0-20 hours. The results by XRD analysis showed with the long milled of the lead crystalline particles were hardly to identify. The observation of SEM indicates that milled fly ash to from solid solution which led the lead into fly ash to result in stabilization. According to mathematical projections, mechano-chemical treatment can increase 37-40% stabilization efficiency of heavy metals. Chemical reaction to form a stable compound that only 12% stabilization efficiency of heavy metals. The lead to form a stable adsorption can increase 18% stabilization efficiency of heavy metals. Finally, the results by XRD analysis showed the lead milled 8 hours. The predominant species of lead was identified to be Pb7O6Cl2 into insoluble state PbO2. Confirmed that mechano-chemical treatment can effectively inhibited the elution of lead from fly ash.
論文目次 第一章 緒論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 飛灰之種類來源與物化特性 5
2-1-1 飛灰之種類來源 5
2-1-2 飛灰之物化特性 7
2-2 水萃處理相關文獻 10
2-3 水萃灰之物種 13
2-4 研磨技術 14
2-4-1 行星式球磨原理 15
2-4-2 研磨穩定重金屬相關文獻 16
2-5 pH值對重金屬鉛溶出影響 18
2-6 影響重金屬穩定機制 22
2-7 熱穩定性相關文獻 24
第三章 研究方法 26
3-1 研究方法及架構 26
3-2 實驗設計及步驟 28
3-2-1 水萃程序 28
3-2-2 研磨條件選取 28
3-2-3 硝酸鉛液於不同pH之化學變化 32
3-2-4 不同試樣之研磨機制探討 33
3-2-5 固定pH 4萃取實驗 39
3-3 實驗藥品及器材 41
3-4 實驗設備 42
3-5 分析設備 43
第四章 結果與討論 45
4-1 水萃灰特性分析 45
4-1-1 反應原灰之兩段水萃液元素分析 45
4-1-2 水萃灰元素及粒徑分析 46
4-1-3 水萃灰TCLP溶出 48
4-1-4 水萃灰XRD物種分析及SEM圖 49
4-2 不同研磨操作條件對重金屬鉛溶出影響 51
4-2-1 單一與混合研磨球粒徑對重金屬穩定效果 52
4-2-2 水萃灰和10 g/L鉛液在不同時間研磨之晶相變化 54
4-2-3 水萃灰和10 g/L在不同時間研磨之熱分析 55
4-2-4 水萃灰在不同濃度鉛液中攪拌之物種鑑定及顯微外觀 57
4-2-5 水萃灰在不同濃度鉛液中攪拌之熱分析 60
4-2-6 水萃灰和40 g/L鉛液研磨穩定時間 61
4-2-7 水萃灰和40 g/L鉛液在不同時間攪拌之晶相變化 64
4-2-8 水萃灰和40 g/L鉛液在不同時間研磨之晶相變化及顯微外觀 65
4-2-9 水萃灰和40 g/L鉛液在不同時間研磨之熱分析 71
4-2-10 水萃灰、攪拌灰及研磨灰粒徑分析 71
4-3 添加硝酸鉛在不同pH之特性 72
4-4 不同試樣之研磨穩定效率 74
4-5 數學式推估 80
4-5-1 穩定機制對鉛離子可能產生之影響 81
4-5-2 數學式推估說明與計算結果 82
4-6 不同試樣之研磨機制探討 85
第五章 結論與建議 100
5-1 結論 100
5-2 建議 102
參考文獻 103




圖目錄
圖2-1飛灰多段水萃液氯離子含量變化 11
圖2-2飛灰多段水萃液pH值變化 12
圖2-3飛灰多段水萃後之水萃廢液重金屬含量變化 12
圖2-4行星球磨機示意圖 16
圖2-5硝酸鉛與氫氧化鉛在不同pH值下存在的形式 19
圖2-6氫氧化鉛與碳酸鉛溶解度與pH關係圖 19
圖2-7機械力對固體產生變化 24
圖3-1研究流程圖 27
圖3-2攪拌與研磨程序經醋酸萃取之實驗流程圖 32
圖3-3不同試樣之攪拌與研磨穩定實驗外觀 34
圖3-4不同試樣經攪拌與研磨程序重金屬穩定實驗流程圖 37
圖3-5固定pH萃取實驗流程圖 40
圖4-1水萃灰粒徑分析 48
圖4-2水萃灰XRD圖 50
圖4-3水萃灰SEM圖 51
圖4-4不同粒徑鋯球和研磨時間之研磨液鉛含量 53
圖4-5不同粒徑鋯球和研磨時間之研磨灰酸萃濾液鉛含量 53
圖4-6不同粒徑鋯球和研磨時間之研磨灰酸萃濾液鉛濃度 54
圖4-7水萃灰和10 g/L鉛液在不同研磨時間之研磨灰XRD圖 55
圖4-8水萃灰和10 g/L鉛液在不同研磨時間之研磨灰TG圖 56
圖4-9水萃灰和10 g/L鉛液在不同研磨時間之研磨灰DTA圖 57
圖4-10水萃灰在不同濃度鉛液攪拌8小時後之攪拌灰XRD圖 58
圖4-11水萃灰和40 g/L鉛液攪拌8小時後之攪拌灰SEM圖 59
圖4-12水萃灰和100 g/L鉛液攪拌8小時後之攪拌灰SEM圖 59
圖4-13水萃灰在不同濃度鉛液攪拌8小時後之攪拌灰DTA分析 60
圖4-14水萃灰和40 g/L鉛液在不同攪拌或研磨時間後濾液鉛含量 62
圖4-15水萃灰和40 g/L鉛液在不同攪拌或研磨時間後酸萃濾液鉛含量 63
圖4-16水萃灰和40 g/L鉛液在不同攪拌或研磨時間後酸萃濾液鉛濃度 63
圖4-17水萃灰和10 g/L、40 g/L鉛液在不同攪拌或研磨時間後重金屬鉛穩定效率 64
圖4-18水萃灰和40 g/L鉛液在不同攪拌時間之攪拌灰XRD圖 65
圖4-19水萃灰和40 g/L鉛液在不同研磨時間之研磨灰XRD圖 67
圖4-20水萃灰和40 g/L鉛液研磨8小時之研磨灰SEM圖 68
圖4-21水萃灰和40 g/L鉛液研磨14小時之研磨灰SEM圖 69
圖4-22水萃灰和40 g/L鉛液研磨20小時之研磨灰SEM圖 70
圖4-23水萃灰和10 g/L鉛液在不同研磨時間之研磨灰DTA圖 71
圖4-24水萃灰攪拌和研磨後粒徑變化 72
圖4-25硝酸鉛液於不同pH溶出特性 73
圖4-26硝酸鉛液於pH 12.48沉澱之固體XRD圖 74
圖4-27試樣A研磨程序之穩定實驗鉛殘留量 75
圖4-28試樣B研磨程序之穩定實驗鉛殘留量 76
圖4-29試樣C研磨程序之穩定實驗鉛殘留量 77
圖4-30試樣D、E攪拌程序之穩定實驗鉛殘留量 78
圖4-31試樣B1攪拌灰XRD圖 86
圖4-32試樣B2研磨灰XRD圖 86
圖4-33試樣B之B1攪拌灰與B2研磨灰DTG圖 87
圖4-34試樣B之B1攪拌灰與B2研磨灰DTA圖 88
圖4-35試樣B之B1攪拌灰與B2研磨灰SEM圖 88
圖4-36試樣C1攪拌灰XRD圖 89
圖4-37試樣C2研磨灰XRD圖 90
圖4-38試樣C之C1攪拌灰與C2研磨灰DTG圖 91
圖4-39試樣C之C1攪拌灰與C2研磨灰DTA圖 92
圖4-40試樣C之C1攪拌灰與C2研磨灰SEM圖 92
圖4-41試樣D1攪拌灰XRD圖 93
圖4-42試樣E1攪拌灰XRD圖 94
圖4-43試樣D、E之D1攪拌灰與E1攪拌灰DTG圖 95
圖4-44試樣D、E之D1攪拌灰與E1攪拌灰DTA圖 95
圖4-45試樣D、E之D1攪拌灰與E1攪拌灰SEM圖 96
圖4-46試樣A1攪拌灰XRD圖 97
圖4-47試樣A2研磨灰XRD圖 97
圖4-48試樣A之A1攪拌灰與A2研磨灰DTG圖 98
圖4-49試樣A之A1攪拌灰與A2研磨灰DTA圖 99
圖4-50試樣A之A1攪拌灰與A2研磨灰固體SEM圖 99



表目錄
表2-1國內外焚化飛灰之主要元素及重金屬分析結果 9
表2-2國內外反應灰及水萃反應灰物種相關文獻 14
表2-3國內外研磨穩定重金屬文獻 17
表2-4國內外萃取飛灰重金屬相關文獻 21
表2-5化合物Ksp及熱反應特性 25
表3-1攪拌與研磨實驗試樣製備與設計目的 33
表3-2不同試樣影響穩定效率之主要機制發生情況 38
表3-3本研究所使用之藥品 41
表3-4實驗器材 41
表4-1兩段水萃液之元素分析 46
表4-2水萃灰之元素組成 47
表4-3水萃灰之重金屬含量 47
表4-4水萃灰TCLP溶出濃度 49
表4-5不同試樣攪拌與研磨穩定實驗之鉛含量及穩定效率彙整表 79
表4-6重金屬鉛形成各種機制之穩定效率所占百分比 83
表4-7試樣B之B1攪拌灰與B2研磨灰元素組成百分比 86
表4-8試樣C之C1攪拌灰與C2研磨灰元素組成百分比 89
表4-9試樣D、E之D1攪拌灰與E1攪拌灰元素組成百分比 93
表4-10試樣A之A1攪拌灰與A2研磨灰元素組成百分比 96

參考文獻 Buchholz B.A. and Landsberger S. (1995). “Leaching dynamics studies of municipal solid waste incinerator ash.”, Air and Waste Management Association, 45: 579-590.
B. Van der Bruggen et al. (1998). “Simulation of acid washing of municipal soild waste incineration fly ashes in order to remove heavy metals”, Journal of Hazardous Materials, 57: 127-144.
Chan, Chris C. Y. and Donald W. Kirk. (1999). “Behaviour of metals under the conditions of roasting MSW incinerator fly ash with chlorinating agents”,Journal of Hazardous Materials, Vol. B64, pp. 75-89.
Chimenos, J. M., Segarra, M., Fernandez, M. A. and Espiell, F. (1999).“Characterization of the bottom ash in municipal solid waste incinerator.”Journal of Hazardous Materials, A:64, 211-222.
Carthew, A. R. (1995) “The quantitative estimation of kaolinite by differential thermal analysis.” American Mineralogist, 40, 107.
Ding, C., Hongge, Y. and Peiyun, H. (2003) “Development of Mechanochemical Process” Chinese Journal of Rare Metals, 27(2), 293-298
Gulnaziya Issabayeva, Mohamed Kheireddine Aroua and Nik Meriam NikSulaiman.(2006) “Removal of lead from aqueous solutions on palm shell activated carbon” Bioresource Technology, 97, pp.2350-2355.
Hong, K. J., Tokunaga, S., and Kajiuchi, T. (2000). “Extraction of heavy metals from MSW incinerator fly ashes by chelating agents.” Journal of hazardous materials, 75(1), 57-73.
Haiying, Z., Youcai, Z., and Jingyu, Q. (2010). “Thermal characterization of fly ash from one municipal solid waste incinerator ( MSWI ) in Shanghai.” Process Safety and Environmental Protection, Institution of Chemical Engineers, 88(4), 269-275.
Haynes, W. M., Ph.D., and Lide, David R. (2010). “CRC Handbook of Chemistry and Physics: A Ready-reference Book of Chemical and Physical Data”, Taylor & Francis, 8-119.
Johannes, M.N., van Kasteren and Jan P. Lotens. (1995). ”Modelling and conceptual design of a waste smelting process” resources conservation and recycling, Vol. 14, 35-45.
Li, Ming-Guo, Chang-Jung Sun, Sue-Huai Gau, and Chia-Jung Chuang. (2010). “Effects of wet ball milling on lead stabilization and particle size variation in municipal solid waste incinerator fly ash.” Journal of hazardous materials, 174(1-3), 586-591.
Lai, Lu. (1998). “Mechanical Alloying” Kluwer Academic Publishers, U.S.A..
Lee, D., Chung, D., Hwang, J., and Choi, H. (2007). “Fixation of lead contaminants in Pb-Doped solidified waste forms.” Environmental Engineering, 12(3), 101-108.
Mizutani, S., Tsuneyuki, Y., Shin-ichi, S., and Hiroshi, T. (1996). “Release of metals from MSWI fly ash and availability in alkali condition.” Waste Management, 16(5-6), 537-544.
Mangialardi, T., Paolini, A. E., Polettini, A. and Sirini, P. (1999).“Optimization of the solidification/stabilization process of MSW fly ash in cementitions.”, Journal of Hazardous Materials, B70, 53-70.
Nomura, Y., Fujiwara, K., Takada, M., Nakai, S., and Hosomi, M. (2008). “Lead immobilization in mechanochemical fly ash recycling.” Journal of Material Cycles and Waste Management, 10(1), 14-18.
Nomura, Y., Okada, T., Nakai, S. and Hosomi, M.(2006).“Inhibition of heavy metal elution from fly ashes by mechanochemical treatment and cementation.” Kagaku Kogaku Ronbunshu 32, 196-199.
Querol, X., Fernandez, J.L. and Lopez, A.(1995). “Trace element in coal and their behavior during combustion in a large power station”, Fuel, Vol. 74, 331-343.
Richer, U. and Birnbaum, L. (1998). “Datailed investigation of filter ash from municipal solid waste incineration”, Waste Management Institute, Res., Vol. 16, 190-196.
Sakai, Shin-ichi and Masakatsu Hiraoka. (2000). “Municipal solid waste incinerator residue recycling by thermal processes”, Waste management, Vol. 20, 249-258.
Switzer, J. a, Rajasekharan, V. V., Boonsalee, S., Kulp, E. a, and Bohannan, E. W. (2006). “Evidence that monochloramine disinfectant could lead to elevated Pb levels in drinking water.” Environmental science & technology, 40(10), 3384-3387.
Sukrut S. Thipse, Mirko Schoenitz and Edward L. Dreizin. (2002). “Morphology and composition of the fly ash partical produced in incineration of municipal solid waste”, Fuel Processing Technology, Vol. 75, 179-184.
Selena Montinaro, Alessandro Concas and Massimo Pisu, Giacomo Cao. (2008). ” Immobilization of heavy metals in contaminated soils through ball milling with and without additives”, Chemical Engineering Journal, 142(3), 271-284.
Tan, L. C., V. Choa and J. H. Tay. (1997). “The influence of pH on mobility of heavy metals from municipal solid wasye incinerator fly ash”, Environmental Monitoring and Assessment, Vol.44, 275-284.
Vitkova, M., Ettler, V., Sebek, O., Mihaljevic, M., Grygar, T., and Rohovec, J. (2009). “The pH-dependent leaching of inorganic contaminants from secondary lead smelter fly ash.” Journal of hazardous materials, 167(1-3), 427-33.
Wang, K. S., Sun, C. J. and Liu, C.Y. (2001). “Effects of the type of sinteringatmophere on the chromium leachability of thermal-treatedmunicipal solid waste incinerator fly ash” Waste Management,Vol.21, 85-91.
Yongfeng, N., Peng, Z., Jianguo, L. and Feng, L. (2007).“Effects of phosphoric acid washing on thermal stability and chemical stability of heavy metals of MSWI fly ash”, Journal of Tsinghua University, Vol.47(6).
Young Jun Park and Jong Heo. (2002). “Vitrification of fly ash from municipalsolid waste incinerator”, Journal of Hazardous Materials, Vol. B91, 89-93.
Zhao Youcai, Song Lijie and Li Guojian. (2002). “Chemical stabilizationofMSW incinerator fly ashes”, Journal of Hazardous Materials, Vol.B95, 47-63.
Zhang, Y., Jiang, J. and Chen, M. (2008). “MINTEQ modeling for evaluating the leaching behavior of heavy metals in MSWI fly ash.” Journal of Environmental Sciences, The Research Centre for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, 20(11), 1398-1402.
劉瓊玲,「都市垃圾焚化飛灰穩定燒結再利用技術之研發」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,2005。
謝函潔,「焚化飛灰吸附有機物及重金屬鉛、鎘之探討」,碩士論文,台灣大學環境工程研究所,2001
陳一銘,「都市垃圾焚化飛灰水萃對其熱處理程序重金屬分佈之影響」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,2003。
張一岑,「有害廢棄物焚化技術」,聯經文化事業有限公司,1991。
高思懷,「垃圾焚化飛灰萃取特性探討」,第十六屆廢棄物處理技術研討會,中華民國環境工程學會,2001。
高思懷、王鯤生,「垃圾焚化灰渣利用之研發建制及推廣計畫EPA 87-E3E1-03- 01」,行政院環境保護署,1998。
李明國,柴浣蘭,周錦東,高思懷,「酸雨對焚化底灰掩埋滲出污染物之影響」,第十七屆廢棄物處理技術研討會,2002。
孫世勤,闕蓓德,「都市垃圾焚化廠飛灰處理方式評估」,工業污染防治期刊,第78期,第247-254頁,2001。
羅文林,「添加劑對都市垃圾焚化飛灰水泥固化體強度及重金屬溶出之影響之研究」,碩士論文,台灣大學,2001。
林家禾,「垃圾焚化飛灰中無機氯鹽對重金屬溶出之影響」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,1995。
林敬二,楊美惠,楊寶旺,廖德章,薛敬和,「化學大辭典」,高立圖書,1993。
曾豐益,「垃圾焚化飛灰及灰渣中重金屬之濃度與分佈的探討」,碩士論文,中央大學,1994。
江康鈺等,「焚化灰渣粒徑分佈對重金屬溶出特性影響之研究」,第十五屆廢棄物處理技術研討會,中華民國環境工程學會,2000。
陳達松,「水萃研磨程序對都市垃圾焚化飛灰重金屬穩定之影響」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,2008。
莊家榮,「濕式研磨對MSWI飛灰特性影響之研究」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,2006。
黃彥為,「高能球磨飛灰內重金屬在高溫環境下穩定之研究」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所碩士論文,2008。
何欣怡,「垃圾焚化飛灰水萃廢水處理之研究」,碩士論文,淡江大學水資源及環境工程研究所,2006。
周信輝,「都市垃圾焚化反應灰安定化之研究」,碩士論文,成功大學資源工程研究所,2001。
張乃斌,1999,「垃圾焚化廠系統工程規劃與設計(下)」,第十六章。
野馬幸生、貴田晶子,“高アルカリ飛灰の炭酸化と処理飛灰の溶出特性”,廃棄物学会論文誌,Vol. 8 No. 4,pp. 129~137,1997。
蘇偉凱、黃家俊、曾昭桓,「以管柱與批次試驗比較垃圾焚化灰中無機離子之溶出」,第十二屆廢棄物處理技術研討會,1997。
楊南如,「機械力化學過程及效應(I)(II)」,南京化工大學,材料科學與工程學院,2000
陳到達譯,「熱分析」,渤海堂文化事業有限公司,1992
張海英、趙由才、祈景玉,「生活垃圾焚燒飛灰的熱性質」,環境科學與技術,第30卷,第4期,2007。
鄭水林,「超細粉碎」,中國建材工業出版社,1999。
賴耿陽,「工業分散技術」,復漢出版社,1990。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2014-09-01公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2016-09-01起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信