台灣現今垃圾主要處理方法為焚化，焚化後會產生大量的底渣與飛灰，其中飛灰經水泥固化後衛生掩埋，每年產生大量的飛灰對衛生掩埋場是極重的負擔，如何將飛灰做為循環經濟是目前重要的課題。本研究團隊曾以粉壓製程製作陶瓷濾膜，但因尺寸較小且燒結後陶瓷濾膜體積變形率高，無法大量穩定用於實廠。
本研究參考先前製作陶瓷濾膜之最佳配比，嘗試加入造孔劑並降低玻璃含量以期改善體積變化率，提升陶瓷濾膜孔隙率與過濾功能，找出小尺寸中添加造孔劑之最佳配比，並以此探討放大尺寸之可行性。成品以物理特性、通量試驗、健度、抗彎強度、TCLP、SEM、XRD等分析確保濾膜之品質、功能及預防二次污染。
研究結果顯示添加矽藻土造孔劑之陶瓷濾膜最佳配比為玻璃：高嶺土：研磨灰：矽藻土=55：20：20：5，燒結條件為燒結溫度900 oC持溫30分鐘；最佳條件之樣品其燒失率4.59 %、體積變化率 -6.67 %、孔隙率44.64 %、健度 0.87 %、抗彎強度 3.64 N/mm2，重金屬溶出均低於底渣再利用管理標準；純水通量試驗壓力在0.45 kgf/cm2下，通量為43.76 m3/m2/d，優於日本市售陶瓷模壓力1 kgf/cm2下通量40 m3/m2/d；連續四小時污水通量試驗，在MLSS 2,000 mg/L的條件下，通量為2.02 m3/m2/d。

At present, the majority of the municipal solid waste treatment method is incineration in Taiwan, which will produce a large amount of fly ash, it is solidified then disposed by sanitary landfill. Due to the available area is limited, the fly ash disposal problem is becoming severely. Our research team had developed the process to stabilized the fly ash, then to produce ceramic filter membranes by powder pressing technology. Due to the small size and high deformation rate during lab sintering, it is difficult to control in stable quality during the commercializing.
On the base of previously experience, in this study, some portion of the glass content were substituted by pore makers in preparing the feedstocks of ceramic membranes, in order to reduce the volume deformation rate and improve the porosity of small size ceramic membranes, then evaluate the feasibility to enlarge the membranes. The products were analyzed the physical characteristics, clear water/sewage flux, soundness, bending strength, TCLP, SEM and XRD, to evaluate the quality and function of the membranes, and to prevent secondary pollutions.
The results indicated that the optimum ratio of the feedstock of ceramic filter membrane production with diatomite pore maker was: glass: kaolin: stabilized fly ash: diatomite = 55:20:20:5, sintered at 900 oC, holded 30 minutes, ignition loss was 4.59 %, the volume deformation rate was -6.67 %, the porosity was 44.64 %, the soundness was 0.87 %, the bending strength was 3.64 N/mm2, and the TCLP of heavy metals were all lower than the standard of recycling the bottom ash; the pure water flux is 43.76 m3/m2/d at 0.45 kgf/cm2, which is better than the commercialized Japanese ceramic membrane (40 m3/m2/d under 1 kgf/cm2); the result of 4 hours test for sewage, the optimal effluent flux was 2.02 m3/m2/d under MLSS 2,000 mg/L in the aeration tank.

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 焚化飛灰介紹 4
 2.1.1 飛灰來源種類 4
 2.1.2 飛灰物理特性 5
 2.1.3 飛灰化學特性 5
 2.1.4 飛灰重金屬溶出及水萃 6
2.2 玻璃介紹 7
2.3 高嶺土介紹 7
2.4 矽藻土介紹 8
2.5 稻殼灰介紹 8
2.6 機械化學濕式研磨 9
 2.6.1 機械化學原理 9
 2.6.2 機械化學運作過程 9
 2.6.3 機械化學應用各種參數對機械化學製程的影響 10
2.7 燒結技術介紹 12
 2.7.1 燒結原理 13
 2.7.2 固相燒結 13
 2.7.3 液相燒結 14
2.8 MBR技術 15
 2.8.1 MBR介紹 15
 2.8.2 不同MBR比較 16
第三章 研究方法 19
3.1 實驗設計 19
3.2 實驗流程 21
3.3 實驗材料 23
 3.3.1 材料及前處理 23
 3.3.2 生坯調質及製作 25
 3.3.3 燒結 27
 3.3.4 陶瓷模功能測試 27
3.4 樣品檢驗項目及分析方法 28
 3.4.1 材料分析 28
 3.4.2 陶瓷濾膜分析 29
3.5 實驗設備及分析儀器 32
 3.5.1 實驗設備 33
 3.5.2 分析儀器 39
第四章 結果與討論 44
4.1 材料基本特性	44
 4.1.1 飛灰基本特性 44
 4.1.2 玻璃基本特性 47
 4.1.3 高嶺土基本特性 48
 4.1.4 造孔劑基本特性 49
4.2 添加造孔劑之陶瓷濾膜比較 53
 4.2.1 未添加造孔劑 53
 4.2.2 不同比例之矽藻土 53
 4.2.3 不同比例之稻殼灰 55
4.3 陶瓷濾膜之分析 56
 4.3.1 體積變化率 57
 4.3.2 通量 58
 4.3.3 健度 60
 4.3.4 SEM 60
4.3.5 XRD 64
4.3.6 三相圖 68
4.4 15公分見方陶瓷濾膜探討 70
4.5 30公分見方陶瓷濾膜探討 73
第五章 結論與建議 81
5.1 結論 81
5.2 建議 83
參考文獻 84


表目錄
表2-1.1 焚化飛灰成分分析(周氏，2020) 6
表2-2.1 玻璃成分分析(吳氏，2019) 7
表2-8.1 中空纖維膜與平板膜特性比較(林氏，2015) 17
表2-8.2 無機膜與有機膜性能比較(代氏等，2018) 18
表3-3.1 生坯調質添加表 26
表3-4.1 材料及陶瓷濾膜分析項目 28
表3-5.1 實驗設備及分析儀器 32
表4-1.1 反應灰與水洗灰與研磨灰之比較 45
表4-1.2 反應灰與水洗灰與研磨灰元素分析 46
表4-1.3 飛灰之重金屬總量 46
表4-1.4 飛灰重金屬溶出 47
表4-1.5 高嶺土及活化高嶺土之比較 48
表4-1.6 矽藻土成分分析 50
表4-1.7 稻殼灰成分分析 52
表4-2.1 622樣品重金屬溶出 53
表4-2.2 研磨灰及622樣品之戴奧辛檢測 53
表4-2.3 不同矽藻土比例物理特性 54
表4-2.4 不同矽藻土比例重金屬溶出 54
表4-2.5 不同稻殼灰比例物理特性 56
表4-2.6 不同稻殼灰比例重金屬溶出 56
表4-3.1 622與GD與GR純水進行壓力及通量試驗 58
表4-3.2 622與GD與GR之健度 60
表4-5.1 GD5505之30公分見方陶瓷濾膜製作整理	80

圖目錄
圖2-7.1 固相燒結機制(黃氏，2014) 14
圖2-7.3 液相燒結機制(黃氏，2014) 15
圖3-2.1 添加矽藻土之陶瓷濾膜實驗流程圖 21
圖3-2.2 添加稻殼灰之陶瓷濾膜實驗流程圖 22
圖3-3.1 水萃攪拌 23
圖3-3.2 水洗灰餅塊 24
圖3-3.3 研磨機 24
圖3-5.1 板框式壓濾脫水機 33
圖3-5.2 研磨機 34
圖3-5.3 電熱式乾燥烘箱 34
圖3-5.4 電加熱式矩形高溫爐 35
圖3-5.5 鋼製模具 35
圖3-5.6 大尺寸模具 36
圖3-5.7 壓模機 36
圖3-5.8 大型壓模機 37
圖3-5.9 毒性特性溶出程序旋轉裝置 38
圖3-5.10 法蘭及墊片 38
圖3-5.11 通量試驗系統 39
圖3-5.12 電感耦合電漿體光學發射光譜儀 39
圖3-5.13 X射線螢光分析儀 40
圖3-5.14 雷射粒徑分析儀 41
圖3-5.15 掃描電子顯微鏡 41
圖3-5.16 熱重分析儀 42
圖3-5.17 三點抗彎試驗機 43
圖4-1.1 反應灰及水洗灰及研磨灰之粒徑 45
圖4-1.2 玻璃外觀 47
圖4-1.3 玻璃(d ≤ 150 μm)之粒徑 48
圖4-1.4 高嶺土及活化高嶺土之粒徑 49
圖4-1.5 矽藻土外觀 49
圖4-1.6 矽藻土之粒徑 50
圖4-1.7 稻殼灰外觀 51
圖4-1.8 稻殼灰(d ≤ 150 μm)之粒徑 51
圖4-3.1 玻璃含量與體積變化率之關係 58
圖4-3.2 連續4小時污水通量變化 59
圖4-3.3 622之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 60
圖4-3.4 GD5010之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 61
圖4-3.5 GD5505之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 61
圖4-3.6 GD5703之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 62
圖4-3.7 GR5010之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 62
圖4-3.8 GR5505之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x3000 63
圖4-3.9 GR5703之陶瓷濾膜SEM分析(a)正面x3000 (b)剖面x1000 63
圖4-3.10 622之陶瓷濾膜XRD分析 64
圖4-3.11 GD5010之陶瓷濾膜XRD分析 65
圖4-3.12 GD5505之陶瓷濾膜XRD分析 65
圖4-3.13 GD5703之陶瓷濾膜XRD分析 66
圖4-3.14 GR5010之陶瓷濾膜XRD分析 66
圖4-3.15 GR5505之陶瓷濾膜XRD分析 67
圖4-3.16 GR5703之陶瓷濾膜XRD分析 67
圖4-3.17 622及GD及GR三相圖 68
圖4-3.18 622及GD及GR三相圖局部放大 69
圖4-4.1 622 (a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 70
圖4-4.2 GD5505 (a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 71
圖4-4.3 GR5703 (a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 72
圖4-5.1 第一次 (a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 73
圖4-5.2 30公分見方之陶瓷濾膜破碎結構	74
圖4-5.3 第二次(a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 75
圖4-5.4 第三次(a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 76
圖4-5.5 第四次(a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 77
圖4-5.6 第五次(a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 78
圖4-5.7 第六次(a)生坯 (b)風乾後生坯 (c)陶瓷濾膜正面 (d)陶瓷濾膜背面 79

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