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系統識別號 U0002-1607200821073800
中文論文名稱 水萃研磨程序對都市垃圾焚化飛灰重金屬穩定之影響
英文論文名稱 The effect of water extraction and ball milling process on heavy metals stabilization of MSWI fly 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 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 陳達松
研究生英文姓名 Da-Sung Chen
學號 695480722
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-06-11
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-楊萬發
委員-孫常榮
中文關鍵字 飛灰  水萃  研磨  重金屬  磷酸  穩定 
英文關鍵字 MSWI fly ash  heavy metals  stabilize  water extraction  ball milling. 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 都市垃圾焚化灰渣回收再利用已成為未來的趨勢,但中飛灰為性質複雜具有高鹼性,部分所含重金屬易於溶出,經常超過有害廢棄物認定標準,因此穩定飛灰中有害物質再利用為重要課題。濕式球磨可提供飛灰物理機械能(mechanical energy),改變飛灰粉體的特性,並能使飛灰中的重金屬穩定化不易溶出。
本研究使用反應灰探討水萃處理及研磨程序的搭配,對於飛灰中重金屬穩定化的效果。另使用鍋爐灰與反應灰混合而成的混合灰作為材料,經水萃處理後,使用乙醇、水、0.2 M/0.02 M磷酸溶液為助磨劑探討濕式研磨穩定重金屬現象,並進行研磨穩定效率之評估。其中並以高量添加氧化鉛,以利處理成效之觀察。
由實驗結果得知,飛灰經由水萃程序能夠萃出飛灰中可溶性的元素,如:鉛、鈣、鈉、鉀,氯等元素。飛灰經由先水萃處理後研磨程序,在研磨1小時會使飛灰內的重金屬穩定化而不易溶出。僅經研磨或先研磨後水萃程序對於重金屬鉛的穩定,則需要長時間的研磨才能有效果。由高量添加氧化鉛的實驗中,使用乙醇及0.2M磷酸為助磨劑,在研磨1小時研磨穩定效率可達90%,此實驗証實了濕式研磨具有優異的穩定重金屬功能。
英文摘要 Municipal solid waste incinerator (MSWI) ashes have already been considered to recovery and reuse. However, due to the contaminants of dioxins, heavy metals and salts that are enriched in fly ash, it is difficult to be processed due to the heavy metals leaching and chloride dissolution problems. According to the references, mechanical energy which induced by wet-ball-milling could alter the characteristic of particles and transform the heavy metals into more stable status, it is possible to be applied in the stabilization of MSWI fly ash.
In the study, one of the experiments used the reaction product of fly ash as the sample to compare the different effect of heavy metals stabilization between two processes, milled milling water-extraction-ball-milling and ball-milling-water-extraction. The second part of the experiments used mixed fly ash made by boiler ash and reaction product of fly ash as the sample. The mixed fly ash was first processed with water-extraction and then added plenty of lead oxide to enlarge the effect of the treatment. Ethanol, water, 0.2 M and 0.02 M phosphoric acid solution were used for the milling aid respectively to explore the effect of stabilization.
The results shown that water-extraction could extract large amount of soluble element such as Pb, Ca, Na, K and Cl etc. from the fly ash. The lead was faster subjected to stable phase in the water-extraction ball- milling process within only 1 h of milling operation. However, the contrary process, ball-milling-water-extraction, need longer milling time to reach the same effect. The stabilization efficiency could reach 90% only after 1 h of milling when used ethanol and 0.2 M phosphoric acid as the milling aid in the condition of lead added. The results shown that wet ball milling do has effect on stabilization of heavy metals in the fly ash.
論文目次 總目錄
中文提要 I
英文摘要 II
總目錄 IV
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VII

目錄
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 焚化飛灰之特性及與來源 3
2-1-1 焚化飛灰物理性質 4
2-1-2焚化飛灰化學性質 4
2-1-3 焚化飛灰中重金屬溶出特性 5
2-2 水萃處理焚化飛灰相關文獻 8
2-3磷酸處理重金屬之相關研究 9
10
2-4研磨粉體技術 11
2-4-1 研磨理論 11
2-4-2 物理化學性質的變化 11
2-5 研磨相關之研究 14
2-6 重金屬鍵結型態探討 15
第三章 研究方法與材料 17
3-1 實驗材料 17
3-2 研究方法 18
3-2-1研究架構 18
3-2-2研究流程圖 19
3-2-3水萃操作條件 20
3-2-4 研磨處理操作條件 21
3-3 實驗藥品及器材 23
3-4 實驗設備 24
3-5 分析設備 26
3-6 實驗方法 27
第四章 結果與討論 35
4-1基本性質分析 35
4-1-1 飛灰物理性質分析 35
4-1-1-1 pH值、含水率及灼燒減量 35
4-1-1-2 粒徑分析 36
4-1-2 飛灰化學特性分析 37
4-1-2-1 元素分析與重金屬含量 37
4-1-2-3 TCLP溶出濃度 38
4-1-3 水萃灰特性分析 39
4-1-3-1 水萃灰粒徑分析 39
4-1-3-2 水萃灰元素分析 40
4-1-3-3 水萃灰TCLP溶出濃度 41
4-2 水萃程序、研磨程序的搭配對飛灰的影響 43
4-2-1 反應灰先經研磨再水萃的結果 43
4-2-1-1 研磨時間對粒徑的影響 43
4-2-1-2研磨反應灰XRD晶相物種分析 44
4-2-1-3研磨程序對TCLP溶出與研磨液中重金屬濃度的影響 45
4-2-1-4研磨過程中研磨液的元素濃度的變化 48
4-2-1-5 研磨反應灰水萃程序對TCLP與水萃液中的重金屬濃度之影響 49
4-2-1-6 反應灰先研磨後水萃質量平衡 51
4-2-1-7 研磨反應灰重金屬溶出與pH關係 54
4-2-1-7-1飛灰的緩衝能力曲線 54
4-2-1-7-2重金屬溶出與pH之影響 55
4-2-2 反應灰先經水萃程序再研磨處理的影響 56
4-2-2-1 研磨時間對粒徑的影響 56
4-2-2-2 水萃反應灰研磨XRD物種分析 57
4-2-2-3 水萃廢液重金屬濃度 58
4-2-2-4水萃研磨程序對TCLP溶出與廢液中的重金屬濃度的影響 59
4-2-2-5研磨過程中研磨液的元素濃度的變化 60
4-2-2-6 水萃灰質量平衡 61
4-2-2-7 水萃反應灰研磨回收率 63
4-2-3 兩種程序處理反應灰之比較 65
4-2-3-1 粒徑分析 65
4-2-3-2 序列萃取 66
4-2-3-3 處理效率 70
4-2-3-4综合比較討論 74
4-3 研磨對混合灰重金屬穩定效率的影響 77
4-3-1 混合灰的TCLP之溶出及穩定效率 77
4-3-1-1 高量添加氧化鉛重金屬鉛的穩定效率 78
4-3-1-2 高量添加氧化鉛重金屬 鋅、銅、鎘、鉻的TCLP溶出 82
第五章 結論與建議 85
5-1結論 85
5-2建議 86
參考文獻 87


圖目錄

圖 2-1 飛灰粒徑分佈特性 4
圖 3-1 研究流程圖 19
圖 3-2 桌上型球磨機 24
圖 3-3 序列萃取實驗方法與步驟 34
圖 4-1 反應灰、鍋爐灰的粒徑分佈 36
圖 4-2 水萃灰粒徑分析 40
圖 4-3 不同時研磨時間下粒徑分佈圖 44
圖 4-4 研磨反應灰之XRD圖 45
圖 4-5 飛灰的緩衝曲線 55
圖 4-6 在不同pH值重金屬鉛的溶出 56
圖 4-7 不同時研磨時間下粒徑分佈圖 57
圖 4-8 水萃反應灰研磨XRD圖 58
圖 4-9 飛灰研磨粒徑比較圖 66
圖 4-10 以不同處理程序處理飛灰的重金屬Pb型態變化 68
圖 4-11 以不同處理程序處理飛灰的重金屬Zn型態變化 68
圖 4-12 以不同處理程序處理飛灰的重金屬Cd型態變化 69
圖 4-13 以不同處理程序處理飛灰的重金屬Cr型態變化 69
圖 4-14以不同處理程序處理飛灰的重金屬Cu型態變化 70
圖 4-15 反應灰研磨時間與粒徑累積圖 75
圖 4-16 研磨時間與TCLP鉛溶出圖 76
圖 4-17 以不同飛灰的重金屬Pb型態變化 76
圖 4-18 重金屬鉛的研磨穩定效率 81
圖 4-19 乙醇為助磨劑重金屬鉛溶出與pH關係圖 81
圖 4-20 水為助磨劑重金屬鉛溶出與pH關係圖 81
圖 4-21 0.02M磷酸為助磨劑重金屬鉛溶出與pH關係圖 82
圖 4-22 0.2M磷酸為助磨劑重金屬鉛溶出與pH關係圖 82


表目錄
表 2-1 焚化系統中重金屬化合物之型態與分佈 7
表 2-2 磷酸鹽礦物的Ksp值 10
表 3-1 實驗藥品 23
表 3-2 實驗材料器具 23
表 4-1 鍋爐灰物理性質 36
表 4-2 反應灰物理性質 36
表 4-3 鍋爐灰、反應灰、混合灰主要組成元素分析 37
表 4-4 鍋爐灰、反應灰、混合灰之重金屬含量 37
表 4-5 反應灰TCLP溶出濃度 38
表 4-6 鍋爐灰TCLP溶出濃度 39
表 4-7 混合灰TCLP溶出濃度 39
表 4-8 水萃灰主要組成元素分析 41
表 4-9 水萃灰之重金屬含量 41
表 4-10 水萃反應灰及水萃混合灰TCLP溶出濃度 42
表 4-11 反應灰研磨後的灰TCLP重金屬濃度 46
表 4-12 反應灰研磨液中的重金屬濃度 47
表 4-13 反應灰研磨穩定效率 48
表 4-14 研磨反應灰研磨液濃度 49
表 4-15 研磨灰水萃液重金屬濃度 50
表 4-16 將飛灰研磨水萃後重金屬TCLP濃度 50
表 4-17 反應灰研磨48小時之回收率 52
表 4-18 研磨48小時反應灰水萃回收率 52
表 4-19 水萃廢液重金屬濃度 59
表 4-20 水萃反應灰研磨液重金屬濃度 60
表 4-21 水萃反應灰研磨後TCLP重金屬濃度 60
表 4-22 水萃反應灰研磨液濃度 61
表 4-24 反應灰水萃回收率 64
表 4-23 水萃反應灰研磨48小時質量平衡 64
表 4-25 不同處理程序處理後的重金屬鉛的TCLP 72
表 4-26 不同程序之處理效率 72
表 4-27 不同處理程序TCLP鉛溶出總量 73
表 4-28 不同程序之萃出液鉛溶出總量 73
表 4-29 不同程序對於重金屬鉛的穩定效率 74
表 4-30 混合灰水萃後重金屬TCLP溶出值 77
表 4-31 使用不同助磨劑研磨後的灰TCLP鉛濃度總量 80
表 4-32 使用不同助磨劑研磨液鉛濃度總量 80
表 4-33 使用不同助磨劑在不同研磨時間研磨灰TCLP鋅濃度 83
表 4-34 使用不同助磨劑在不同研磨時間研磨灰TCLP鎘濃度 83
表 4-35 使用不同助磨劑在不同研磨時間研磨灰TCLP 鉻濃度 83
表 4-36 使用不同助磨劑在不同研磨時間研磨灰TCLP 銅濃度 84

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