人口的增長與城市的建設、開發帶來了相當量的污水，而在污水處理的同時也產生了副產物－污水污泥，若未妥善處理，將產生惡臭氣體、致病菌和重金屬污染等環境問題。因應近年來廢棄物「減量化」、「資源化」、「無害化」與「安定化」的目標，污泥焚化處理為污泥處理最適當的選擇。但污水污泥因含水率較高、低位發熱量(Lower Heating Value，LHV)較低，若僅焚化污泥將提升其處理成本。國內外學者研究指出污水污泥與具有較高LHV的都市垃圾共同焚化具有其可行性。許多文獻中指出，焚化後之污泥灰具有資源化之可行性，而本實驗室歷年研究結果也發現，利用底渣燒結再利用之可行性極高，可作為再生建材使用。
本研究以底渣與污泥焚化灰各自摻配，模擬垃圾與污泥共同焚化後之混合灰再利用。以不同之摻配比輔以廢玻璃進行燒結，廢玻璃容易於燒結過程中產生液相，使燒結體機械強度大幅增加，而後以CNS3299-4 陶瓷面磚試驗方法之抗灣試驗規範和日本 JIS A1470-1：2008建築材料之吸放濕性試驗法－第1部：濕度應答法找出較具有調濕性之配比。參考民國101年環保署公告之「垃圾焚化廠焚化底渣再利用標準」作為研究規範，針對燒結體進行毒性特性溶出程序試驗(TCLP)，探討重金屬溶出狀況，以確認燒結體之安全性。
研究結果發現，以污泥灰添加50 %，底渣、玻璃粉各25 %(GC)於900 ℃燒結後之試體最具有調濕能力，其12小時吸濕量約為50.6 g/cm2，但由於其後12小時之脫附量未達吸濕量之70 %，因此仍不符合吸放濕等級規範；但抗彎強度高於陶瓷面磚之標準6.1 MPa，達到6.91 MPa。若不以調濕性能為優先，則以1000 ℃燒結之試體GC和污泥灰添加30 %，底渣、玻璃粉各35 %(GB)之900、1000 ℃燒結體均達到陶瓷面磚之標準，其抗彎強度分別為1000 ℃之GC 8.71MPa、900 ℃之GB 11.63MPa、1000 ℃之GB 14.12 MPa，均高於面磚標準之6.1 MPa；而重金屬Pb、Zn、Cu均穩定於燒結體中，其固相殘留率為84.78 %、91.33 %、98.75%；且TCLP檢測值遠低於再利用標準，因此可確定經燒結後，其重金屬已穩定於燒結體內，達無害化之目標，可進行再利用。

Incineration is the appropriate choice for sewage sludge treatment in recent years, due to high moisture content and low Heating Value, incineration of sludge alone will increase its costs. Co-incineration of sewage sludge with municipal solid waste (MSW) is feasible in the future. Many studies have pointed out the sludge incineration ash has the possibility to be sintered as recovered ceramic, and the recovery of MSWI bottom ash as the functional ceramic feedstock after proper pretreatment have been proven in our laboratory during the past years.
In this study, the bottom ash and sludge ash were mixed to simulate the scenario of the recovery of the ash of co-incineration of MSW with sewage sludge, and the addition of waste glass during sintering were help to decrease the temperature and increase the strength. The CNS3299-4 ceramic tile bending test method, JIS A1470 -1: 2008 Method for the humidity-controlling test of building materials - Part 1: Moisture response method, TCLP analysis and the standard of recovery of MSWI ashes of Taiwan EPA were analyzed to exam the characteristic of the sintered products.
The results showed that, the sample of 50% sludge ash combined with 25% washed MSWI bottom ash and glass powder had the best humidity control capacity at 900 ℃ sintering temperature, the moisture absorption was 50.6 g/cm2, but its desorption capacity could not meet the standard (70 %); nevertheless, the bending strength reached 6.91 MPa, which satisfied the ceramic tile standard (6.1 MPa). If the humidity-control ability is neglected, the combination of sludge ash 30%, MSWI bottom ash and glass powder 35% sintered at 1,000 ℃ present the highest bending strength (14.12 MPa). The evaporation of heavy metals at 900 ℃ sintering were 15-20 % for lead, the others all below 10%; the TCLP of the products were all far below the standard of the MSWI ashes recovery standard in Taiwan.

目錄
圖目錄	X
表目錄	XII
第一章	前言	1
1-1 研究緣起	1
1-2 研究目的	3
第二章	文獻回顧	4
2-1 污泥之來源、種類及特性	4
2-1-1 污水污泥之來源和種類	4
2-1-2 污水污泥之物化性質	5
2-1-3 污水污泥之焚化特性	8
2-2 焚化底渣種類及特性	10
2-2-1 焚化底渣的種類及來源	10
2-2-2 焚化底渣的物理性質	10
2-2-3 焚化底渣的化學性質	11
2-3 水萃文獻	14
2-4 研磨文獻	15
2-5 焚化底渣燒結資源化之相關研究	20
2-5-1 燒結原理	20
2-5-2 燒結機制	21
2-5-3 國外調濕材之研究	22
2-5-4 國內調濕材之研究	23
第三章	實驗材料與方法	26
3-1 實驗設計	26
3-2 實驗材料	29
3-2-1 垃圾焚化底渣	29
3-2-2 污水污泥灰	29
3-3-3 玻璃	30
3-3 實驗步驟	30
3-3-1 污水污泥灰焚化參數	31
3-3-2 水洗前處理操作參數	31
3-3-3 濕式研磨操作參數	31
3-4 樣品分析方法	33
3-5 實驗設備與分析儀器	37
3-5-1 實驗設備	37
3-5-2 分析儀器	41
第四章	實驗結果與討論	43
4-1 實驗原料基本分析	43
4-1-1 污水污泥灰基本特性分析	43
4-1-2 焚化底渣基本特性分析	44
4-1-3 廢玻璃基本特性分析	45
4-2 底渣化學特性分析	45
4-2-1 主要組成元素分析	45
4-2-2 底渣主要組成成分分析	46
4-2-3 底渣重金屬含量分析	47
4-2-4 底渣TCLP重金屬溶出量分析	48
4-3 污泥灰化學特性分析	49
4-3-1 主要組成元素分析	49
4-3-2 污泥灰主要組成成分分析	50
4-3-3 污泥灰重金屬含量分析	51
4-3-4 污泥灰TCLP重金屬溶出量分析	52
4-4 玻璃化學特性分析	53
4-4-1 主要組成元素分析	53
4-4-2 玻璃重金屬含量分析	54
4-5 水洗對焚化底渣和污泥灰的影響	55
4-5-1 底渣水洗後性質分析	55
4-5-2 污泥灰水洗後性質分析	56
4-5-3 水洗對TCLP重金屬溶出之影響	56
4-6 研磨對混合灰的影響	57
4-6-1 研磨對粒徑之影響	57
4-6-2 研磨之重金屬平衡	58
4-7 燒結試體機械強度評估	59
4-7-1 底渣、污泥灰燒結評估	60
4-7-2 底渣、污泥灰摻配廢玻璃粉後燒結評估	61
4-7-3 底渣、污泥灰摻配廢玻璃粉燒結體之重金屬穩定率	62
4-7-4 底渣、污泥灰摻配廢玻璃粉燒結體之TCLP重金屬溶出分析	65
4-8 燒結試體調濕性能評估	66
第五章	結論與建議	69
5-1結論	69
5-2建議	70
參考文獻	71

圖目錄
圖 2 1國內某二級污水處理廠流程	5
圖 2 2不同溫度焚化污水污泥灰SEM圖，(a)900 ℃ (b)1000 ℃ (c)1100 ℃	9
圖 2 3球磨機中球體示意圖	16
圖 2 4固相燒結機制	21
圖 3 1實驗流程圖	27
圖 3 2北部某污水處理廠流程	29
圖 3 3電熱式乾燥烘箱	37
圖 3 4電加熱式矩形高溫灰化爐	38
圖 3 5 TCLP程序裝置	39
圖 3 6恆溫恆濕箱設備圖	40
圖 3 7溫度控制裝置	40
圖 3 8水冷控制設備	40
圖 3 9濕度控制裝置	40
圖 3 10溫度及濕度控制設備	40
圖 3 11數據輸出設備	40
圖 3 12濕度應答法之試驗設備整體圖	41
圖 3 13感應耦合電漿原子發射光譜分析儀	42
圖 3 14X光粉末繞射儀	42
圖 4 1底渣XRD分析	47
圖 4 2污泥灰XRD圖	51
圖 4-3水洗對TCLP溶出濃度之影響	57
圖 4 4研磨對底渣粒徑之影響	58
圖 4-5研磨對污泥灰粒徑之影響	58
圖 4 6GC於900 ℃燒結後之吸放濕曲線	67
圖 4 7GC於1000 ℃燒結後之吸放濕曲線	67
圖 4 8GB於900 ℃燒結後之吸放濕曲線	67
圖 4 9GB於1000 ℃燒結後之吸放濕曲線	68
圖 4 10各配比不同燒結溫度之吸放濕性能比較	68

表目錄
表 2 1 脫水污泥之乾重成分分析(歐陽，2011)	6
表 2 2各國生活污水廠污泥之重金屬濃度(a鄭、b陳、cSullivan et al.,2012、2011、2000)	7
表 2 3國內污水廠污泥TCLP彙整(內政部營建署，2000)	7
表 2 4污泥灰之灰分(台北市下水道工程處，2008；Yao et al.,2005)	8
表 3 1試體各比例之代號	28
表 3 2日本調濕規範等級分布	36
表 4 1污水污泥之基本特性	43
表 4 2底渣之基本特性	44
表 4 3底渣主要組成元素分析結果	46
表 4 4底渣之重金屬總量分析結果	48
表 4 5底渣之TCLP分析結果	49
表 4 6污水污泥灰之主要元素分析結果	50
表 4 7污水污泥灰之重金屬總量分析結果	52
表 4 8污水污泥灰之TCLP分析結果	53
表 4 9玻璃粉之主要元素分析結果	54
表 4 10玻璃粉之重金屬總量分析結果	54
表 4 11水洗中氯離子溶出濃度	55
表 4 12水洗中離子溶出濃度	56
表 4-13研磨之重金屬穩定	59
表 4 14底渣、污泥灰燒結陶瓷磚之燒失率	60
表 4 15底渣、污泥灰摻配廢玻璃燒製陶瓷磚之機械特性	62
表 4 16燒結體GA之重金屬揮發率	64
表 4 17燒結體GB之重金屬揮發率	64
表 4 18燒結體GC之重金屬揮發率	65
表 4 19 1000 ℃燒結試體GA、GC之TCLP溶出濃度	66

Chimenos, J. M., M. Segarra, M. A. Fernández and F. Espiell (1999). "Characterization of the bottom ash in municipal solid waste incinerator." Journal of Hazardous Materials 64(3): 211-222.
Hombach-Klonisch, S., A. Danescu, F. Begum, M. R. Amezaga, S. M. Rhind, R. M. Sharpe, N. P. Evans, M. Bellingham, C. Cotinot, B. Mandon-Pepin, P. A. Fowler and T. Klonisch (2013). "Peri-conceptional changes in maternal exposure to sewage sludge chemicals disturbs fetal thyroid gland development in sheep." Molecular and Cellular Endocrinology 367(1–2): 98-108.
Johnson, C. A., M. Kersten, F. Ziegler and H. C. Moor (1996). "Leaching behaviour and solubility — Controlling solid phases of heavy metals in municipal solid waste incinerator ash." Waste Management 16(1–3): 129-134.
Kida, A., Y. Noma and T. Imada (1996). "Chemical speciation and leaching properties of elements in municipal incinerator ashes." Waste Management 16(5–6): 527-536.
Lin, H. and X. Ma (2012). "Simulation of co-incineration of sewage sludge with municipal solid waste in a grate furnace incinerator." Waste Manag 32(3): 561-567.
Shim, Y.-S., Y.-K. Kim, S.-H. Kong, S.-W. Rhee and W.-K. Lee (2003). "The adsorption characteristics of heavy metals by various particle sizes of MSWI bottom ash." Waste Management 23(9): 851-857.
Sullivan, R. and I. Woods (2000). "Using emission factors to characterise heavy metal emissions from sewage sludge incinerators in Australia." Atmospheric Environment 34(26): 4571-4577.
Tay, J.-H. and K.-Y. Show (1994). "Municipal wastewater sludge as cementitious and blended cement materials." Cement and Concrete Composites 16(1): 39-48.
Wang, L., G. Skjevrak, J. E. Hustad and M. G. Grnli (2012). "Sintering characteristics of sewage sludge ashes at elevated temperatures." Fuel Processing Technology 96: 88-97.
Werther, J. and T. Ogada (1999). "Sewage sludge combustion." Progress in Energy and Combustion Science 25(1): 55-116.
Wiles, C. C. (1996). "Municipal solid waste combustion ash: State-of-the-knowledge." Journal of Hazardous Materials 47(1–3): 325-344.
Yao, H. and I. Naruse (2005). "Control of trace metal emissions by sorbents during sewage sludge combustion." Proceedings of the Combustion Institute 30(2): 3009-3016.
楊秉蒼，「營建料源不穩，品質堪慮」，行政院衛生署國民健康局政風室，2008
林月婷，「下水污泥焚化灰燒製輕質骨材與應用於混凝土材料之性質研究」，碩士學位論文，國立中央大學環境工程研究所，2003
鄭宗傑，「都市生活污水污泥再利用於土壤可行性之研究」，碩士學位論文，朝陽科技大學環境工程與管理研究所，2012
吳靜薇，「水庫淤泥添加改善都市垃圾焚化灰渣燒製輕質骨材之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2007
陳雨詩，「粗粒徑垃圾焚化底渣燒製高強度輕質骨材之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2006
歐陽嶠暉，「下水道工程學」，2011年版
黃政隆，「垃圾焚化底渣碳化酸浸漬穩定之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2014
李志偉，「細粒徑都市垃圾焚化底渣水萃及磷酸穩定配合燒結資源化之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2004
黃郁凱，「以坡縷石吸附重金屬搭配濕式研磨改善垃圾焚化飛灰穩定之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2015
黃啟賓，「焚化鍋爐灰摻配坡縷石與廢玻璃燒製高性能調濕陶瓷綠建材之研究」，碩士學位論文，淡江大學水資源及環境工程研究所，2015