系統識別號 | U0002-1309202113404400 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2021.00290 |
論文名稱(中文) | 利用電解法破壞垃圾焚化飛灰中戴奧辛之研究 |
論文名稱(英文) | A Study on the Dioxins destruction of the Municipal Solid Waste Incinerator fly ash by Electrolysis method |
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 | 109 |
學期 | 2 |
出版年 | 110 |
研究生(中文) | 衛怡均 |
研究生(英文) | Yi-Jyun Wei |
學號 | 609480107 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2021-07-01 |
論文頁數 | 80頁 |
口試委員 |
指導教授
-
高思懷
委員 - 高思懷 委員 - 莊順興 委員 - 彭晴玉 |
關鍵字(中) |
垃圾焚化飛灰 水萃程序 戴奧辛 電解 還原脫氯 氧化破壞 碳捕獲與封存 |
關鍵字(英) |
Incinerator fly ash washing CO2 aeration Dioxin electrolysis dichlorination carbon capture and storage |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
台灣目前最主要的垃圾處理方式為焚化法,焚化飛灰屬有害廢棄物,目前多以固化掩埋法處理,然掩埋場漸趨飽和,飛灰再利用已成未來重要趨勢。 本團隊先前之研究,採用水洗及機械化學法已可有效穩定飛灰中之重金屬,然而戴奧辛濃度反而超過有害事業廢棄物認定標準。由於飛灰水洗將排出含重金屬與高濃度氯鹽之廢水,本團隊已成功利用CO2曝氣沉降水洗液的鉛,再以蘇打軟化法回收鈣,接著以電解法將氯鹽轉化為次氯酸提供環境消毒用;,本研究進一步探討利用無隔膜及有陶瓷隔膜的電解槽型式,探討還原脫氯、氧化破壞苯環等破壞戴奧辛的原理探討其可能性。 隔膜槽以電壓10 V將灰包裹放置分隔槽陰極端且使用H2SO4使電解液pH維持在3、4之間為最佳效果,ORP為-300 mV,電解時間4小時,戴奧辛濃度由2.09降至1.24 ng I-TEQ/g,去除率為40 %;混合槽設定電壓10 A且pH維持在6左右,ORP為1,004 mV,電解時間4小時,浸泡三天後ORP為877 mV,戴奧辛濃度降至1.28 ng I-TEQ/g,去除率為39 %。經實驗證實添加H2SO4或CO2曝氣調整酸鹼值,對於戴奧辛的處理效果無明顯差異,因此未來在實場可直接利用焚化廠排放之二氧化碳進行調整,達到碳捕獲與封存的目標。 |
英文摘要 |
At present, incineration is the majority of the municipal solid waste treatment method in Taiwan, nevertheless, heavy metals in the incinerator fly ash exceeds the hazardous waste limitation, and the existing of dioxins are concerned usually. As the landfill sites are becoming saturated, the recovery of fly ash is urgent in the future. In the previous study, heavy metals in the fly ash can be stabilized by washing and mechano-chemistry effectively, and the wastewater was proceeded the lead precipitation by carbon dioxide aeration firstly, then to recover the calcium by the lime soda softening method, after then, the high-concentrated chloride solution was regenerated to hypochlorous acid by electrolysis. In this study, the destruction of dioxins was explored through electrolytic de-chlorination by reduction or destruction of aromatic ring by oxidation, both in the mixed cell or ceramic diaphragm cell. In the diaphragm cell and the ash was wrapped and placed at the cathode end, the optimum condition was pH 3-4 and 10 V, the ORP was -300 mV after 4 hours, the dioxin reduced from 2.09 to 1.24 ng I-TEQ/g, and the removal rate was 40 %. In the mixed cell, the optimum condition was pH 6 and 10 A, the OPR was 1,004 mV after 4 hours, then soaked the ash in the electrolyzed liquid for 3 days, the ORP became 877 mV, the dioxin dropped to 1.28 ng I-TEQ/g, and the removal rate was 39%. In the future, CO2 in the flue gas can be recovered for the adjustment of pH, to achieve the goal of carbon capture and storage. |
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 研究目的 2 1.3 研究內容 2 第二章 文獻回顧 3 2.1 飛灰之種類來源與物化特性 3 2.1.1 飛灰之種類來源 3 2.1.2 飛灰之物理特性 3 2.1.3 飛灰之化學特性 4 2.2 戴奧辛相關文獻 4 2.2.1 戴奧辛基本簡介 4 2.2.2 戴奧辛之物化特性 5 2.2.3 熱解法 7 2.3 電化學 8 2.3.1 電解反應 8 2.4 水萃處理相關文獻 13 2.5 飛灰重金屬溶出相關文獻 13 2.5.1 鹽類對重金屬溶出之影響 13 2.5.2 pH 值對重金屬溶出之影響 14 2.6 CO2 曝氣之效果 14 2.7 鉛在不含有機配體環境中之物種分布 15 2.8 濕式冶金回收重金屬 16 2.9 蘇打軟化回收 Ca 16 第三章 研究方法 17 3.1 實驗方法 17 3.2 實驗流程圖 18 3.3 研究步驟 20 3.3.1 飛灰水萃 20 3.3.2 鉛回收 20 3.3.3 鈣回收-石灰蘇打軟化法 20 3.3.4 降低戴奧辛-隔膜法 21 3.3.5 降低戴奧辛-混合槽 23 3.3.6 飛灰前處理 25 3.4 檢測方法 25 3.5 設備與儀器 26 第四章 結果與討論 . 27 4.1 垃圾焚化飛灰基本特性 27 4.2 飛灰水回收 32 4.3 研磨灰中之戴奧辛 40 4.4 隔膜法電解 41 4.4.1 鹽水之 pH 與電壓電流調整 42 4.4.2 還原與氧化之比較 45 4.5 混合槽電解 47 4.5.1 鹽水 47 4.5.2 反應回收水 48 4.5.3 混合回收水 49 4.5.4 還原與氧化之比較 50 4.6 經電解法處理之戴奧辛 51 4.7 電解槽比較 72 4.8 電解灰持續浸泡次氯酸溶液 72 第五章 結論與建議 77 5.1 結論 77 5.2 建議 78 參考文獻 79 圖目錄 圖 2-2. 1 PCDDs、PCDFs、PCBs 結構示意圖(Kulkarni et al.,2008) 5 圖 2-6. 1 在不同 pH 條件下碳酸系統之物種分布情形(李氏,2009) 14 圖 2-7. 1 鉛在碳酸系統中之物種分布,stability constants Im= 0 mol/kg, [Pb]T= 10–9 mol dm–3,f(CO2) = 10–3.5 bar.(Powell et al.2009) 15 圖 3-2. 1 研磨灰實驗流程圖 18 圖 3-2. 2 回收水電解液實驗流程圖 19 圖 3-3. 1 隔膜槽簡易示意圖 22 圖 3-3. 2 次氯酸系統在水溶液中物種與 pH 之關係(Y.Feng,2007) 23 圖 3-3. 3 混合槽簡易示意圖 24 圖 4-2. 1 飛灰水洗液經 CO2 曝氣之沉降污泥 XRD 圖譜 39 圖 4-2. 2 石灰蘇打軟化沉降污泥 XRD 圖譜 39 圖 4-4. 1 不同電壓下 ORP 之變化 42 圖 4-4. 2 不同電壓及 pH 下 ORP、自由餘氯濃度之變化 44 圖 4-4. 3 飛灰放置陰極端於不同電壓及 pH 之戴奧辛結果比較 45 圖 4-4. 4 飛灰放置陽極端於不同電解液之戴奧辛結果比較(電壓 36 V) 46 圖 4-5. 1 3 %鹽水於不同 pH 環境下 ORP 及自由餘氯之變化(電流 10 A) 47 圖 4-5. 2 反應回收水於不同 pH 環境下 ORP 及自由餘氯之變化(電流 10 A) 48 圖 4-5. 3 混合回收水於不同 pH 環境下 ORP 及自由餘氯之變化(電流 10 A) 49 圖 4-5. 4 利用反應回收水將灰放置陰極端且改變 pH 之戴奧辛結果比較 50 圖 4-5. 5 利用反應回收水且灰放置陰極或陽極極板旁之戴奧辛結果比較 50 圖 4-6. 1 鹽水於 5 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 53 圖 4-6. 2 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 56 圖 4-6. 3 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且酸性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 60 圖 4-6. 4 鹽水於 36 V 隔膜槽陽極端且酸性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 64 圖 4-6. 5 反應回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 68 圖 4-8. 1 混合回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解之 pH 及 ORP 變化 73 圖 4-8. 2 浸泡三天之 ORP 及自由餘氯濃度變化 73 表目錄 表 2-2. 1 17 種氯取代多氯戴奧辛/多氯呋喃之物化性質(環保署,2007) 6 表 2-2. 2 17 種多氯戴奧辛/多氯呋喃毒性當量因子(Van den Berg et al.,2006) 7 表 4-1. 1 反應原灰及混合原灰之元素組成 28 表 4-1. 2 反應原灰及混合原灰之重金屬含量 28 表 4-1. 3 反應灰經各階段處理之元素分析 29 表 4-1. 4 反應灰經各階段處理之重金屬含量 . 30 表 4-1. 5 混合灰經各階段處理之元素分析 31 表 4-1. 6 混合灰經各階段處理之重金屬含量 31 表 4-2. 1 不同飛灰來源之水洗液水質分析 33 表 4-2. 2 反應灰經各階段處理之水質分析 35 表 4-2. 3 混合灰經各階段處理之水質分析 36 表 4-2. 4 反應灰經各階段處理之污泥元素分析 37 表 4-2. 5 反應灰經各階段處理之污泥重金屬含量 37 表 4-2. 6 混合灰經各階段處理之污泥元素分析 38 表 4-2. 7 混合灰經各階段處理之污泥重金屬含量 38 表 4-3. 1 研磨灰之戴奧辛物種分布 41 表 4-6. 1 電解前之研磨灰的戴奧辛物種分布 52 表 4-6. 2 鹽水於 5 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之戴奧辛結果及物種分布 54 表 4-6. 3 鹽水於 5 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之莫耳數計算 55 表 4-6. 4 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之戴奧辛結果及物種分布 57 表 4-6. 5 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且鹼性條件下電解之莫耳數計算 59 表 4-6. 6 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且酸性條件下電解之戴奧辛結果及物種分布 61 表 4-6. 7 鹽水於 10 V 隔膜槽陰極端且酸性條件下電解之莫耳數計算 63 表 4-6. 8 鹽水於 36 V 隔膜槽陽極端且酸性條件下電解之戴奧辛結果及物種分布 66 表 4-6. 9 鹽水於 36 V 隔膜槽陽極端且酸性條件下電解之莫耳數計算 67 表 4-6. 10 反應回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解之戴奧辛結果及物種分布 70 表 4-6. 11 反應回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解之莫耳數計算 71 表 4-8. 1 混合回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解並浸泡之戴奧辛結果及物種分布 75 表 4-8. 2 混合回收水於 10 A 混合槽且酸性條件下電解並浸泡之莫耳數計算 76 |
參考文獻 |
Abbas, Z.,Moghaddam, A. P. and Steenarib, B. M., “Release of salts from municipal solid waste combustion residues”, Waste management,Vol.23,pp.291-305, 2003. Lundin, L., Marklund, S., ―Thermal degradation of PCDD/F in municipal solid waste ashes in sealed glass ampules‖, Environ. Sci. Technol, vol. 39, pp.3872-3877 (2005). Mangialardi, T., Paolini, A. E., Polettini, A. and Sirini, P., (1999). “Optimization of the solidification/stabilization process of MSW fly ash in cementitious.”, Journal of Hazardous Materials, B70, 53-70. Powell, K. J., P. L. Brown, R.H. Byrne, T. Gajda, G. Hefter, A.-K. Leuz, S. Sjöberg, and H. Wanner. 2009.“Chemical speciation of environmentally significant metals with inorganic ligands.” Part 3: The Pb2+ + OH–, Cl–, CO32–, SO42–, and PO43– systems (IUPAC Technical Report). Vol. 81. Takaoka, M., Shiono, A., Yamamoto, T., Uruga, T., Takeda, N., Tanaka, T., Oshitaa,K., Matsumoto, T., Harada, H. (2008).“Relationship between dynamic change of copper and dioxin generation in various fly ash. Chemosphere”, 73(1),S78-S83. Van den Berg, M., Birnbaum, L.S., Denison, M., Vito, M.D., Farland, W., Feeley,M., Fiedler, H., Hakansson, H., Hanberg, A., Haws, L., Rose, M., Safe, S.,Schrenk, D., Tohyama, C., Tritscher, A., Tuomisto, J., Tysklind, M., Walker,N., Peterson R.E., “The 2005 World Health Organization Re-evaluation of Human and Mammalian Toxic Equivalency factors for dioxins and dioxin-like compounds.” Toxicological Sciences, 2006, 93(2), 223–241. Yangang Feng, Daniel W Smith, and ,James R Bolton, “Photolysis of aqueous free chlorine species (HOCl and OCl-) with 254 nm ultraviolet light” , Journal of Environmental Engineering and Science, 2007,6(3): 277-284. 左峻宇,「都市垃圾焚化飛灰水洗廢水全回收與模廠試驗之研究」,淡江大學水資源及環境工程所,碩士論文,2020。 江康鈺、胡友馨、周娉慧,「利用水洗及調質處理技術降低焚化飛灰熔融過程污染物排放之研究」,第22屆廢棄物處理技術研討會論文集,2007。 李昶松,「都市垃圾焚化飛灰水萃液中鈣離子回收再利用之研究」,淡江大學水資源及環境工程所,碩士論文,2009。 周錦東、蕭溫華、何鴻哲,「水洗與磷酸前處理對垃圾焚化飛灰之穩定作用」,第十九屆廢棄物處理技術研討會論文集,2004。 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、林家禾,「垃圾焚化飛灰中無機鹽對重金屬溶出之影響」,第十屆廢棄物處理技術研討會,頁247-254,1995。 張木彬,「戴奧辛排放調查及管制策略研擬計畫」,中央大學環境工程研究所,2011。 陳政綱,曾聖閔,孫常榮,高思懷,「都市垃圾焚化飛灰水洗液中鉛離子回收再利用之研究」,中華民國環境工程學會廢水處理技術研討會,2011。 蘇拾生,「EPN 電聚浮除處理技術介紹」,工業污染防治,第62期,頁168-183,1997。 |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信