淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1408200612101200
中文論文名稱 粗粒徑垃圾焚化底渣燒製高強度輕質骨材之研究
英文論文名稱 Research on High-Strength Lightweight Aggregate Produced from Sintering of Coarse Grain MSWI Bottom Ash
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 陳雨詩
研究生英文姓名 Yu–Shih Chen
學號 693330960
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-09
論文頁數 90頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-黃兆龍
委員-孫常榮
中文關鍵字 粗粒徑焚化底渣  水洗  發泡劑  燒結  輕質骨材 
英文關鍵字 Coarse Grain MSWI bottom ash  water wash  foaming agent  sintering  lightweight aggregate 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 目前台灣地區的都市垃圾主要採取焚化處理為主,相對的也產生大量的焚化灰渣問題,於一些先進的國家,已將把焚化底渣視為一種可資源化的產品。本研究主要探討粗粒徑底渣燒製高強度之輕質骨材,使底渣具有較高的經濟價值。
底渣經兩段水洗後以200號篩篩分,#200以上的部分先經顎碎機顎碎成8mm後進行濕式球磨,而細粒徑的部份則留下將其視做為調質的材料。粗粒徑底渣經前處理後,以不同比例之發泡劑(SiO2、Fe2O3)及5%的細粒徑添加到10克的粗粒徑底渣中做為調質,燒結溫度為1100℃,以人工方式造粒成圓球狀。
由實驗結果得知,10克粗粒徑骨材僅添加0.1~0.4克Fe2O3即可燒製出密度低於1.6 g/cm3、強度在100kgf/cm2的輕質骨材。SiO2以添加1、2.5克和少量的Fe2O3可燒製出較理想的輕質骨材,密度皆小於1.6 g/cm3,含水率大都小於10%,而抗壓皆大於175 kgf/cm2屬於高強度骨材可做為結構性輕質混凝土。而添加了5%的細粒徑底渣所燒出之骨材其密度較未添加者低,但含水率相較之下稍高,由以上工程性質發現底渣為燒結高強度輕質骨材的良好材料,可以做為經濟價值較高的資源化材料。
英文摘要 At present, incineration is the major treatment way of the municipal solid waste in Taiwan, while it produced large amount of ash and residuals should be handled carefully. Bottom ash was usually recovered as the aggregates of construction engineering in many developed countries, but the heavy metals are not stable enough in the field, it will influence the value during the recovering and reusing. This study is aim to explore the feasibility to regenerate the lightweight aggregate by sintering of the coarse grain of MSWI bottom ash, in order to stabilize the heavy metals and increase the reusing value of bottom ash.

Bottom ash was extracted twice by water, sieved with 200# mesh (0.074mm) to separate the coarse grain form fine grain. The former was milled to particle size less then 8 mm, while the later was using as the adjuvant agent during the experiment. Foaming agent (SiO2、Fe2O3) were added in different proportion relatively, and 5% fine grain was blended into coarse grain, pressed to form pellet manually, and then sintering at 1100oC.

The result showed that, addition of 0.1~0.4 g Fe2O3 into 10 g coarse grain could generate lightweight aggregate with density less then 1.6 g/cm3, compressive strength greater then 100 kgf/cm2, while addition of 1~ 2.5 g SiO2 and few Fe2O3 can generate better product with density less then 1.6 g/cm3, water absorption less then 10%, and compressive strength greater then 175 kgf/cm2. These products all satisfied the criteria of high-strength aggregate, which could be used in the structural lightweight concrete. Light-weight aggregate sintering with 5% fine grain bottom ash can be sintered to lower density, but has higher water absorption rate. In conclusion, sintering of high-strength aggregate with coarse grain MSWI bottom ash after proper pretreatment and blending is feasible; it could elevate the safety and vale of the product evidently during the management of ashes
論文目次 摘要
目錄 Ⅰ
表目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ


第一章 前言
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧
2-1 焚化底渣特性 3
2-1-1 焚化底渣的種類及來源 3
2-1-2 焚化底渣的物理性質 4
2-1-3 焚化底渣的化學性質 4
2-2 輕質骨材 5
2-2-1 輕質骨材之發展與特性 5
2-2-2 國外輕質骨材文獻彙整 9
2-2-3 輕質骨材之燒結與發泡機制 11
2-2-4 輕質骨材之燒成方式 14
2-2-5 輕質骨材燒結機制 17
第三章 實驗材料與研究方法
3-1 實驗藥品與材料 18
3-1-1 實驗藥品 18
3-2 實驗設備與分析儀器 19
3-2-1 實驗設備 19
3-2-2 實驗分析儀器 20
3-3 實驗材料 22
3-4 實驗流程 23
3-5 實驗方法 25
3-5-1 底渣與燒結體之基本性質檢測項目 25
3-5-2 底渣之前處理備製 34
第四章 實驗結果與討論
4-1 底渣基本化學及物理性質分析 37
4-1-1 底渣基本特性分析 37
4-1-2 底渣元素組成成分分析 38
4-1-3 底渣之TCLP溶出試驗 39
4-1-4 重金屬含量分析 40
4-2 200號篩上和篩下底渣基本性質分析 41
4-2-1 底渣元素分析 41
4-2-2 底渣TCLP溶出試驗 43
4-2-3 底渣重金屬總量分析 44
4-2-4 底渣之水洗 45
4-2-5 底渣之熱重分析 46
4-2-6 粗粒徑底渣粒徑分析 48
4-2-7 底渣晶相分析 49
4-2-8 底渣之序列萃取及TCLP 51
4-3 粗粒徑底渣燒結輕質骨材 56
4-3-1 輕質骨材燒製預備實驗 56
4-3-2 燒失量 58
4-3-3 骨材密度 60
4-3-4 吸水率 62
4-3-5 輕質骨材抗壓強度 64
4-3-6 燒成物之顯微結構 66
4-3-7 燒成物健度 71
4-3-8 燒成物之重金屬溶出和序列萃取 73
4-4 添加細粒徑燒成物之物性分析 77
4-4-1 燒失量 77
4-4-2 密度 79
4-4-3 吸水率 80
第五章 結論與建議
5-1 結論 82
5-2 建議 83
參考文獻 84

表 目 錄
表2-1 國內輕質骨材文獻彙整 8
表2-2 國外輕質骨材燒製文獻彙整 10
表3-1 實驗藥品 18
表3-2 實驗材料器具 18
表3-3 抗壓強度校正因數 30
表3-4 粗粒徑底渣添加SiO2及Fe2O3之實驗配置表 36
表3-5 細粒徑底渣之實驗配置表 36
表4-1 底渣基本特性分析 38
表4-2 底渣主要組成元素分析 39
表4-3 底渣重金屬溶出濃度 40
表4-4 底渣重金屬含量 41
表4-5 200號篩以上和以下之元素分析含量 42
表4-6 200號篩以上和以下之TCLP 43
表4-7 兩段水洗氯離子溶出濃度 45
表4-8 原灰、水洗灰、200號篩以上和以下之TCLP試驗 53
表4-9 焚化底渣、水庫淤泥、下水污泥化學組成 57
表4-10 燒結物之TCLP溶出濃度 73



圖 目 錄
圖2-1 燒成輕質骨材化學成分三相圖 12
圖3-1 實驗流程圖 24
圖3-2 序列萃取流程圖 33
圖4-1 200號篩以上和以下重金屬總量分析 44
圖4-2 200號篩以上底渣熱重分析 47
圖4-3 200號篩以下底渣熱重分析 47
圖4-4 原灰熱重分析 48
圖4-5 200號篩以上底渣球磨後粒徑分析 49
圖4-6 200號篩以上和以下底渣XRD分析 50
圖4-7 原灰、水洗灰、200號篩以上和以下序列萃取 55
圖4-8 不同添加量之燒失量變化 59
圖4-9 不同添加量對燒成密度之關係 61
圖4-10 不同添加量對燒成吸水率之關係 63
圖4-11 不同添加量燒成試體之抗壓強度 65
圖4-12 僅添加0.1和1克Fe2O3顯微結構差異 68
圖4-13 添加1克SiO2和0.1、1克Fe2O3顯微結構之差異 68
圖4-14 添加2.5克SiO2和0.1、1克Fe2O3顯微結構差異 69
圖4-15 Fe2O3添加0.1克較高倍數之顯微結構 69
圖4-16 丹麥所產輕質骨材之內部顯微結構 70
圖4-17 有發泡和未發泡骨材之外觀 70
圖4-18 健度試驗後骨材外觀 71
圖4-19 將Na2SO4洗去後骨材之外觀 72
圖4-20 發泡骨材之重金屬鍵結型態 76
圖4-21 添加0.5克細底渣前後燒失量變化 78
圖4-22 添加5%細底渣後密度變化 79
圖4-23 添加細粒徑前後吸水率比較 81
參考文獻 Abbas Z., Moghaddama A.P., Steenarib B.M., “Release of salts from municipal solid waste combustion residues”, Waste management, Vol.23, pp.291-305(2003).
Barbieri L., Corradi Bonamartini A., Lancellotti I., “Bulk and sintered glass–ceramics by recycling municipal incinerator bottom ash”, Journal of Europe Ceram Socity, No.20, pp.1637–1643(2000).
Bethanis S., Cheeseman C.R., Sollars C.J., “Properties and microstructure of sintered incinerator bottom ash”, Ceram Int., No.8, pp.881–886 (2002).
Bethanis S., Cheeseman C.R., Sollars C.J., “Effect of sintering temperature on the properties and leaching of incinerator bottom ash, accepted for publication”, Waste Management and Research(2004).
Chimenos J.M., Segarra M.A., Fernández M.A., Espiell F., “Characterization of the bottom ash in a municipal solid waste incinerator”, Journal of Hazard Material, No.64, pp.211–222(1999).
Cheeseman C.R., Makinde A., Bethanis S., “Properties of lightweight aggregate produced by rapid sintering of incinerator bottom ash”, Resources, Conservation and Recycling, No.43, pp.147–162(2005).
Deer W.A., Howie R.A., Zussman J., “An introduction to the rock-forming minerals”, Longman Group, England(1992).
Ducman V., Kovac evic M., “High porosity granules produced from waste glass”, Kovine, Zlitine, Tehnol., No.33, pp.377– 379(1999).
Ducman V., Kovac evic´ M., “Proizvod na osnovi penjenega stekla, postopek za njegovo proizvodnjo in uporaba” (Product based on foamed glass, method for production, and use), SI patent 9700161, (1999).
Dykstra J.E., Eighmy T.T., Hockert K, Holland E, Marsella K., “ Petrogenesis of municipal solid waste combustion bottom ash”, Appl. Geochem, No.14, pp.1073–1091(1999).
Elins B.V., Wilson G.E., Gersberg R.M., “Complete reclamation of wastewater and sludge”, Water Science and Technology, vol.17, pp. 1453-1454 (1985).
Elzey D.M., Wadley H.N.G., “The limits of solid state foaming”, Actamater, vol.49, pp. 849-859 (2001).
Erol M., Genç A., Öveçolu M.L., Yücelen E, Küçükbayrak S, Taptk Y., “ Characterization of a glass–ceramic produced from thermal power plant fly ashes”, Journal of Europe Cream Society, No.12, pp.2209–2214(2000).
Fragoulis D., Stamatakis M.G., Chaniotakis E., Columbus G., “Characterization of lightweight aggregates produced with clayey diatomite rocks originating from Greece”, Materials Characterization, No.53, pp.307-316(2004).
Holm T.A., Valsangkar A.J., “Lightweight Aggregate Soil Mechanics: Properties and Applications”, Transportation Research Record, No.1422, pp.7-13 (1993).
John L., Clarke, “Structural lightweight aggregate concrete”, Blackie Academic & Professional (1993).
J.I. Bhatty, K.J. Reid, “Moderate strength concrete from lightweight sludge ash aggregate”, Cement Composite sand Lightweight Concrete, No. 3, pp. 179-187(1989).
Kosson D.S., Sloot H.A., Eighmy T.T., “An Approach for Estimation of Contaminant Release During Utilization and Disposal of Municipal Waste Combustion Residues”, Hazardous Materials, Vol.47, pp.43-75(1996).
L. J. Evans, G. A. Spiers, and Zhao, G., Chemical aspects of heavy metal solubility with reference to sewage sludge amended soils, Internal Journal of Environmental Annually Chemistry, No.59, pp.291~302(1995).
Owens P.L., Newman J.B., “Increasing the environmental acceptability of new energy from waste plant by integration with cost effective concrete aggregate manufacture”, IWM SCI Tech Rev, No.2, pp.21–6(1999).
Owens P.L., Newman J. “Structural lightweight aggregate concrete–the future”, Concrete, No.33, pp.45–7(1999).
Owens P.L., “Lightweight aggregates for concrete”, 2nd ed. in: Clarke JL, Blackie, editors. Structural Lightweight Aggregate Concrete. pp. 1–18.
Riley C.M., “Relation of chemical process to the bloating clay”, American Ceramic Scission, 34(4), pp. 121-128 (1951).
Stevenson F.J., Humus chemistry, John Wiley & Sons, New York, 1994.
Tay J.H., Yip W.K., “Sludge Ash as Lightweight Concrete Material”, Environmental Engineering, No.115, pp. 56-64 (1989).
Wainwriht P.J., Cresswell D.J.F., “Synthetic Aggregates from Combustion Ashes Using an Innovative Rotary Kiln”, Journal of Waste Management, vol. 21, pp.241-246 (2001).
Wiles C.C., “Municipal solid waste combustion ash: state-of-the-knowledge”, Journal of Hazardous Materials, Vol. 47, pp. 325-344, (1996).
X.T. He, T.J. Logan, and S.J. Traina, “Physical and chemical characteristics of selected U. S. municipal solid waste composts.” Environment Quality , pp.534-552(1995).
Yip W.K., Tay J.H., “Aggregate Made from Incinerated Sludge Residue”, Journal of Materials in Civ. Engineering, Div., ASCE, 2(2), pp.84-93 (1990).
Zhang M.H., Gjorv O.J., “Characteristies of lightweight of high-Strength concrete”, ACI Material Journal, pp. 150-158(1991).

王櫻茂、郭炎塗,「人工輕質骨材燒煉及其物理化學性質之試驗研 究」,國科會研究報告,1971。
王櫻茂,顏聰,「人造輕質骨材燒製及其物理化學性質之試驗研究」,營建知訊,120 期,pp.17-25,1992。
王鯤生,「火力發電廠廢水處理污泥資源化利用研究」,台灣電力公司委託研究期末報告,2001。
台灣大學環境工程學研究所、財團法人工業技術研究院,「棄物焚化灰渣材料化技術研究專案計畫」,行政院環保署,EPA-92-U1H1-02-101,2003。
余岳峰,「下水污泥焚化灰渣燒成輕質骨材特性之研究」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,2000 。
李釗、江少鋒、郭文田,「垃圾焚化底灰做為水泥混凝土細骨材之可行性研究」,第十屆廢棄物處理技術研討會,pp.122~128,1995。
李冠蓁,「細粒徑之都市垃圾焚化底灰以磷酸穩定處理之研究」,第十八屆廢棄物處理技術研討會論文集,2003。
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」,碩士論文,私立淡江大學水資源暨環境工程研究所,2004。
李明禹、林志棟,「利用平爐資源化礦渣燒結超輕質骨材之研究」,產業環保工程實務研討會論文集,2005。
邱英嘉,「都會下水污泥及其焚化灰渣之輕質資材化研究」,博士論文,國立中央大學環境工程研究所, 2005。
林正雄、洪英彰、郭淑德、許讚全,「利用飛灰研製人造碎石之研究」,台電電力综合研究所,1985。
林鴻祺、江東法、廖明村,「一般廢棄物焚化灰渣處理處置及再利用技術探討」,一般廢棄物焚化灰渣資源化技術與實務研討會,pp.69-85,1996。
林慶元、鄭紹材、楊志強、許坤煌,「冷結飛灰輕質骨材混凝土之高溫行為」,中國土木水利工程學刊,第九卷,第三期,第409~416頁,1997。
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」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所, 2003。
林忠逸,「水處理工程廢棄污泥及煉鋼廢爐渣燒製環保水泥之材料特性研究」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,2003。
林維明、黃兆龍、洪盟峰,「輕質骨材特性之試驗(一)」,現代營建第288期,2003。
范國晃,「淤泥骨材燒製及拌製混凝土之研究」,碩士論文,國立中興大學土木工程學系研究所,2001。
胡趙原,「下水污泥灰試體成型壓力對燒成輕質骨材之影響」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,2002。
洪盟峰,「水庫淤泥輕質骨材製造與高性能輕質混凝土工程性質之研究」,博士論文,國立台灣科技大學營建工程研究所,2005。
高建章,「輕質混凝土用輕質骨材之研究」,混凝土施工技術研討會 論文集,1987。
張祖恩、蔡敏行、蔡尚林、林健榮,「臺灣地區都市垃圾焚化灰渣物化組成與溶出特性探討」,一般廢棄物焚化灰渣資源化技術與實務研討會,pp.227~254,1996。
張毓舜,「下水污泥焚化灰燒結特性之研究」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,1999。
許桂銘,「飛灰輕質骨材製程及性質之研究」,碩士論文,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所,1991。
許振宏、駱尚廉,「動物廢棄物堆肥化期間銅錳與鋅化學特性與溶出性變化之研究」,台東師院學報,第十二期,1998。
陳豪吉、彭獻生、顏聰、王順元,「水庫淤泥添加料對輕質骨材燒製特性影響之研究」,興大工程期刊,第14卷第2期,pp.107-114,2003。
黃兆龍,「混凝土材料品質控制試驗」,詹氏書局,1996。
楊金鐘、蔡啟明,「垃圾焚化飛灰之萃取特性研究及電解回收其重金 屬之可行性探討」,第十一屆廢棄物處理技術研討會,NSC 85-2211-E-110-003,1996。
楊志政,「下水污泥焚化灰細度變化與矽氧晶相對燒成骨材輕質化之影響」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所,2001。
劉又瑞,「淨水污泥混合營建廢棄土製專輯燒結人造骨材的研究」,碩士論文,國立交通大學環境工程研究所, 2002。
蔡昌宏,「燒結型輕質骨材混凝土工程性質之研究」,碩士論文,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所,2001。
鄭欽仁,「下水污泥灰發泡混凝土之輕質化與隔熱特性研究」,碩士論文,國立中央大學環境工程研究所, 2002。
謝宗翰,「水庫淤泥之受熱行為及輕質骨材熱膨脹機理研究」,碩士論文,國立中興大學土木工程學系研究所,2004。
顏聰,陳豪吉,「國內輕質骨材燒製與輕質混凝土之拌製可行性研究」,中華民國建築學會第六屆建築研究成果發表會論文集,pp.797-804(1993)。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2008-08-15公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2008-08-15起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信