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。

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.

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

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