系統識別號 | U0002-0209202010010200 |
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DOI | 10.6846/TKU.2020.00032 |
論文名稱(中文) | 垃圾焚化飛灰燒製高價值陶瓷濾膜技術改良及模廠試驗 |
論文名稱(英文) | Quality Elevation Study and Pilot Test of High Value Ceramic Filter Membrane Produced by Incinerator Fly Ash |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 水資源及環境工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Water Resources and Environmental Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 108 |
學期 | 2 |
出版年 | 109 |
研究生(中文) | 周辰璟 |
研究生(英文) | Chen-Jing Chou |
學號 | 608480116 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2020-06-30 |
論文頁數 | 107頁 |
口試委員 |
指導教授
-
高思懷(shgau@mail.tku.edu.tw)
委員 - 江康鈺(kychiang@ncu.edu.tw) 委員 - 林凱隆(kllin@niu.edu.tw) |
關鍵字(中) |
垃圾焚化飛灰、機械化學研磨穩定、澆鑄成形、陶瓷濾膜 |
關鍵字(英) |
Ceramic filter membrane、Municipal solid waste incinerator fly ash、pouring、Mechano-chemical milling. |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
台灣垃圾多由焚化法處理,焚化後將產生大量飛灰與底渣,其中飛灰多以水泥固化後進入衛生掩埋場掩埋,每年大量的飛灰對於台灣掩埋場負擔相當吃重,為了改善其問題,將飛灰資源化勢必已成為未來趨勢。本研究團隊曾以乾壓法製作平板陶瓷濾膜,但乾壓法模具製作成本較高,且因粉料鋪填不平整、生坯結構穩定性不佳,導致燒結完的濾膜形變量過大而無法使用。 本研究嘗試澆鑄法以改善粉料鋪填不均問題並提升生產效率,首先調配粉料並加入50 wt.%解膠水,避免漿料過於黏稠凝結成水泥般的稠狀物;使用攪拌器以轉速600 rpm持續10分鐘使漿料更加均勻,再倒入石膏模具內利用石膏吸水的特性使漿料水分被石膏吸收,泥料則會累積於石膏模上形成坯體,待石膏將泥料表面水分吸乾即可拆模,放置於105 oC烘箱將坯體剩餘水分去除,再進行燒結。 研究結果顯示最佳燒結條件為850 oC持溫30 min。最佳之配比為玻璃、研磨灰、高嶺土、蛙目土、葉長石各20 %,其不僅有最高之清水過濾通量43 m3/m2/d,抗彎強度達6.9 MPa且體積變化率及燒失率僅為10 %左右。 |
英文摘要 |
Most of the municipal solid waste is treated by incineration in Taiwan, while a large amount of ashes will be remained. The fly ash is mostly solidified by cement and then disposed by sanitary landfilling, it puts a heavy burden on landfills. In order to improve this problem, the recovery of fly ash will be the majority in the future.The research team used to apply the dry pressing method to make the green body of ceramic filter membrane, but the mold cost is expensive, the powder filling were difficult to make even, the structural of the green body were unstable, which induced the deformation of the sintered samples were too large usually. In this study, the pouring method was replaced to overcome the problems and increase the production efficiency during the green body manufacturing. The blended powder was added 50 wt. % of anti-gelling agent, mixed by 600 rpm for 10 min by an agitator, then poured into a gypsum mold. The green body was formed after the moisture was absorbed, then placed in an oven at 105 o C to drying before sintering. The results showed that, when the sintering temperature was 850 oC and hold for 30 min, the optimum raw additives for grind ash were glass, kaolin, gairome clay, castorite and mullite, and the ratio was 20% for each one. The sintered specimen has the highest pure water flux of 43 m3/m2/d, bending strength was 6.9 MPa, the volume deformation rate and ignition loss rate were only about 10% |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
第一章 緒論 1 1.1研究緣起 1 1.2研究內容 2 1.3研究目的 3 第二章 文獻回顧 4 2.1飛灰之種類來源與物化特性 4 2.1.1飛灰之種類來源 4 2.1.2飛灰之物理特性 5 2.1.3飛灰之化學特性 5 2.1.4焚化飛灰之毒性溶出特性及水洗處理 6 2.2機械化學濕式研磨 7 2.2.1機械化學原理 7 2.2.2機械化學運作過程 8 2.2.3機械化學之應用 9 2.2.4各種參數對機械化學製程的影響 10 2.3廢玻璃介紹 11 2.4高嶺土介紹 12 2.5莫來石介紹 12 2.6蛙目土介紹 12 2.7葉長石介紹 13 2.8 燒結原理 13 2.8.1固相燒結(Solid-state Sintering) 14 2.8.2液相燒結(Liquid Phase Sintering) 14 2.8.3多孔陶瓷燒結技術 15 2.7薄膜應用MBR (MF) 16 2.7.1不同材質之MBR比較 17 第三章 研究方法 19 3.1實驗設計 19 3.2 實驗原料及前處理 22 3.2.1原料及前處理 22 3.2.2生坯調質 25 3.2.3 漿體調配 26 3.2.4 生坯成型 26 3.2.5 燒結 28 3.2.6陶瓷膜功能測試: 28 3.3實驗流程 29 3.4樣品檢驗項目及分析方法 30 3.4.1原料分析 30 3.4.2 陶瓷濾膜分析 32 3.5實驗設備及分析儀器 34 3.5.1實驗設備 34 3.5.2分析儀器 43 第四章 結果與討論 50 4.1原料基本特性 50 4.1.1飛灰基本特性 50 4.1.2高嶺土基本特性 54 4.1.3 莫來石基本性質 57 4.1.4 葉長石基本性質 59 4.1.5 蛙目土基本性質 61 4.1.6 玻璃基本性質 63 4.2 鐵球研磨灰與氧化鋁球研磨灰比較 65 4.3 澆鑄成型法取代乾壓製程法的可行性 67 4.4研磨灰摻配高嶺土與玻璃燒結體之機械特性與清水通量 72 4.4.1研磨灰摻配高嶺土與玻璃燒結體之機械特性 72 4.4.2研磨灰摻配高嶺土與玻璃燒結體之清水通量 75 4.5研磨灰摻配高嶺土與莫來石燒結體之機械特性與清水通量 76 4.5.1研磨灰摻配高嶺土與莫來石燒結體之機械特性 76 4.5.2研磨灰摻配高嶺土與莫來石燒結體之清水通量 79 4.6摻配葉長石與研磨灰燒結體之機械特性與清水通量 80 4.6.1摻配葉長石與研磨灰燒結體之機械特性 81 4.6.2摻配葉長石與研磨灰燒結體之清水通量 83 4.7研磨灰摻配葉長石與莫來石燒結體之機械特性與清水通量 85 4.7.1 研磨灰摻配葉長石與莫來石燒結體之機械特性 85 4.7.2 研磨灰摻配葉長石與莫來石燒結體之清水通量 87 4.8 相同製程,不同構型之清水通量 89 4.9陶瓷濾膜之基本分析 91 4.9.1陶瓷膜材料之SEM分析 91 4.9.2陶瓷膜材料之XRD分析 95 4.9.3陶瓷膜材料之比表面積及孔徑分析 98 4.9.4陶瓷膜材料之毒性溶出試驗(TCLP) 100 4.9.5 陶瓷膜三相圖分析 102 第五章 結論與建議 103 5.1結論 103 5.2建議 104 參考文獻 105 圖目錄 圖2. 1飛灰多段水洗後水洗廢液氯離子含量變化 (莊氏,2005) 7 圖2. 2 固相燒結機制(黃坤祥,2003) 14 圖2. 3液相燒結機制(黃坤祥,2003) 15 圖3. 1 60 %玻璃與20 %高嶺土與20 %飛灰熱分析DTA圖 20 圖3. 2水洗攪拌 22 圖3. 3水洗灰餅塊 23 圖3. 4 研磨機 23 圖3. 5 乾壓法製作陶瓷濾膜 27 圖3. 6 澆鑄法製作陶瓷濾膜 27 圖3. 7 實驗流程圖 29 圖3. 8 電熱式乾燥烘箱 34 圖3. 9 電加熱式矩形高溫爐 35 圖3. 10 毒性特性溶出程序(TCLP)裝置 36 圖3. 11 板框式壓濾脫水機 37 圖3. 12 研磨機 38 圖3. 13 清水通量系統 39 圖3. 14 陶瓷濾膜過濾裝置 39 圖3. 15法蘭及墊片 39 圖3. 16 混合攪拌機 40 圖3. 17 石膏模具 41 圖3. 18 鐵製模具 41 圖3. 19 氣密試驗裝置 42 圖3. 20電感耦合電漿體光學發射光譜儀 43 圖3. 21掃描電子顯微鏡 44 圖3. 22三點抗彎試驗機 45 圖3. 23 X射線螢光分析儀 46 圖3. 24粒徑分析儀 46 圖3. 25比表面積分析儀BET 47 圖3. 26熱分析儀 48 圖3. 27壓模機 49 圖4. 1焚化飛灰外觀 51 圖4. 2水洗灰外觀 51 圖4. 3研磨飛灰外觀 51 圖4. 4飛灰粒徑分析 52 圖4. 5高嶺土外觀 55 圖4. 6高嶺土粒徑分析 55 圖4. 7 高嶺土熱分析DTA圖 56 圖4. 8莫來石外觀 58 圖4. 9莫來石粒徑分析 58 圖4. 10葉長石外觀 60 圖4. 11葉長石粒徑分析 60 圖4. 12蛙目土外觀 62 圖4. 13蛙目土粒徑分析 62 圖4. 14玻璃外觀 64 圖4. 15玻璃粒徑分析 64 圖4. 16乾壓與澆鑄之清水通量試驗 69 圖4. 17 乾壓與澆鑄之燒失率 69 圖4. 18乾壓與澆鑄之體積變化率 70 圖4. 19乾壓與澆鑄之抗彎強度 70 圖4. 20乾壓與澆鑄之吸水率 71 圖4. 21乾壓與澆鑄之比重 71 圖4. 22配比424外觀 72 圖4. 23 622與523之燒失率 73 圖4. 24 622與523之體積變化率 74 圖4. 25 622與523之抗灣強度 74 圖4. 26 622與523之吸水率 74 圖4. 27 622與523之比重 75 圖4. 28 622與523之清水通量試驗 76 圖4. 29 KM20與KM11與KM02之燒失率 77 圖4. 30 KM20與KM11與KM02之體積變化率 77 圖4. 31 KM20與KM11與KM02之抗彎強度 78 圖4. 32 KM20與KM11與KM02之吸水率 78 圖4. 33 KM20與KM11與KM02之比重 79 圖4. 34 KM20與KM11與KM02之清水通量試驗 80 圖4. 35 FY13與FY31與KM20之燒失率 82 圖4. 36 FY13與FY31與KM20之體積變化率 82 圖4. 37 FY13與FY31與KM20之抗彎強度 82 圖4. 38 FY13與FY31與KM20之吸水率 83 圖4. 39 FY13與FY31與KM20之比重 83 圖4. 40 FY13與FY31與KM20之清水通量試驗 84 圖4. 41 KM20與YM11與YM02之燒失率 85 圖4. 42 KM20與YM11與YM02之體積變化率 86 圖4. 43 KM20與YM11與YM02之抗彎強度 86 圖4. 44 KM20與YM11與YM02之吸水率 87 圖4. 45 KM20與YM11與YM02之比重 87 圖4. 46 KM20與YM11與YM02之清水通量試驗 88 圖4. 47配比KM20不同構型之濾膜 90 圖4. 48配比622不同構型之濾膜 90 圖4. 49配比622正面 SEM分析 92 圖4. 50配比622剖面SEM分析 92 圖4. 51配比KM20正面SEM分析 93 圖4. 52配比KM20剖面SEM分析 93 圖4. 53配比YM11正面SEM分析 93 圖4. 54配比YM11剖面SEM分析 94 圖4. 55配比622之XRD分析 95 圖4. 56配比KM20之XRD分析 96 圖4. 57 配比KM11之XRD分析 96 圖4. 58 配比YM11之XRD分析 97 圖4. 59 KM20累積比表面積分析 98 圖4. 60 FY13累積比表面積分析 99 圖4. 61 YM11累積比表面積分析 99 圖4. 62 原料混合配比之三相圖 102 表目錄 表2. 1原灰與水洗灰與研磨灰之元素分析(吳氏,2019) 6 表2. 2玻璃成分分析表(吳氏,2019) 11 表2. 3 高嶺土與蛙目土之陶藝工坊功用(廖氏,2003) 13 表2. 4 陶瓷平板MBR膜與有機膜之特性比較 (吳氏,2020) 18 表4. 1原灰與水洗灰與研磨灰元素分析…………………………………………..53 表4. 2焚化飛灰之重金屬總量 53 表4. 3焚化飛灰重金屬毒性溶出試驗 54 表4. 4高嶺土成分分析 57 表4. 5莫來石元素分析 59 表4. 6葉長石元素分析 61 表4. 7蛙目土元素分析 63 表4. 8玻璃元素分析 65 表4. 9鐵球及氧化鋁球研磨灰之重金屬毒性溶出試驗 66 表4. 10乾壓法與澆鑄法之機械性能比較 68 表4. 11乾壓法與澆鑄法之清水通量比較 68 表4. 12研磨灰摻配高嶺土、玻璃燒結體之機械特性比較 73 表4. 13研磨灰摻配高嶺土、玻璃燒結體之清水通量 75 表4. 14研磨灰摻配高嶺土、莫來石燒結體之機械特性 77 表4. 15研磨灰摻配高嶺土、莫來石燒結體之清水通量 79 表4. 16摻配葉長石與研磨灰燒結體之機械特性 81 表4. 17摻配葉長石與研磨灰燒結體之清水通量 84 表4. 18研磨灰摻配葉長石與莫來石燒結體之機械特性 85 表4. 19研磨灰摻配葉長石與莫來石燒結體之清水通量 87 表4. 20 KM20柱狀燒失及吸水率 89 表4. 21 KM20柱狀之清水通量 89 表4. 22不同燒結氣氛及氮氣流量之毒性溶出試驗(吳氏,2019) 100 表4. 23陶瓷膜材料之毒性溶出試驗 101 |
參考文獻 |
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