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系統識別號 U0002-1608200512014400
中文論文名稱 都市垃圾焚化反應灰穩定燒結再利用技術之研發
英文論文名稱 MSWI Reaction Ash Regeneration by Stabilization Accompany with Sintering Process
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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 劉瓊玲
研究生英文姓名 Chiung-Ling Liou
學號 692331076
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-08
論文頁數 86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 焚化飛灰  水萃  磷酸  穩定  燒結  抗壓強度  回收再利用 
英文關鍵字 fly ash  washing  phosphoric acid  stabilization  sintering and regeneration 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 垃圾焚化後產生大量焚化灰渣,其中飛灰因重金屬溶出量未能符合毒性溶出標準,被歸類為有害廢棄物,需經適當的處理。而飛灰之處理著重在固化與穩定化,但若能再資源化,更可創造新資材。
本研究先以水洗方式去除飛灰中可溶性物質,增加飛灰後續處理之穩定性,再以磷酸穩定重金屬,以減少重金屬溶出之潛勢,另一方面磷酸亦有助於提升後續燒結資源化之效果,穩定後之水洗灰以燒結熱處理技術將燒製成營建用骨材,以達資源化之目的。
由實驗結果得知,飛灰經過兩次水萃後,可有效的將易溶出的鹽類先萃出,氯鹽萃出率可達90%,水洗後之飛灰以適量之磷酸溶液做飛灰重金屬穩定處理,可有效降低Pb的再溶出, 使水洗灰符合TCLP標準。水洗灰經磷酸穩定後,添加適量黏土與淨水污泥,以1000與11000C燒結,成品已達營建骨材之條件,具回收再利用之可行性。
英文摘要 Municipal solid waste treatment method was treading toward incineration in Taiwan. A large amount of fly ash could be produced. The heavy metals concentration of fly ash failed to meet the EPA’s regulation of TCLP test thresholds. The de-toxicfication and stabilization for fly ash were necessary and the final aim is regeneration.
This study was to develop a new process that could cheaply and stably treat the fly ash and regenerate the products. The process includes water-washing, phosphoric acid stabilization, and sintering. Washing could remove the soluble salts in the fly ash, which is harmful to the sintering process; the phosphoric acid could stabilize the heavy metals. The pretreated fly ash could be safely materialized by sintering technology.
The study was found that fly ash after water washed twice, the soluble salt could remove 90%. After stabilized with proper dosage of phosphoric acid solution, the concentration of Pb were significantly reduced in the TCLP extract of the washed fly ash samples. Then the stabilized samples were mixed with designed percentage of water purification sludge and clay, and sintering at 1000 and 1100 0C. The sintered products could achieve the criteria for aggregate of construction that is possible to be regenerated.
論文目次 摘要
目錄 Ⅰ
圖目錄 Ⅴ
表目錄 Ⅷ


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 焚化飛灰之種類與來源……………………………….….3
2-2 焚化飛灰之物化特性……………………………………..4
2-2-1 飛灰之物理性質……………………………………..…...4
2-2-2 飛灰之化學性質……………………………….………....6
2-3  焚化飛灰中重金屬組成特性與溶出特性…………….……7
2-3-1 飛灰中重金屬組成特性……………………………….…7
2-3-2 飛灰中重金屬溶出特性…………………………..……...9
2-4 焚化飛灰水萃處理之相關研究..………………....…..13
2-5 飛灰中添加磷酸鹽或磷酸以達安定化之研究……...…14
2-6 焚化飛灰燒結資源化之相關研究………………………..16
2-6-1 燒結行為…………………………………………….......16
2-6-2 燒結機制……………………………………….…..…....17
2-6-3 淨水污泥特性…………………………………………...18
2-6-4 淨水污泥與焚化飛灰再利用現況……………………...21
第三章 實驗材料與研究方法
3-1 實驗材料…………………………………………....…..24
3-2 實驗藥品…………………………………….….…………24
3-3 實驗設備與分析設備…………………………………..…25
3-3-1 實驗設備…………………………………………..…....25
3-3-2 分析設備…………………………………………….....27
3-4 實驗流程……………………………………………….….28
3-5 實驗方法………………………………………....…..…30
3-5-1 飛灰之基本性質檢測項目、方法………….………....30
3-5-2 前處理……………………………………………….....35
3-5-3 水萃前處理操作條件決定之實驗………..…….……...35
3-5-4 以不同磷酸濃度穩定重金屬之探討……………………..36
3-5-5 水洗及磷酸穩定後燒結之探討……………………….…36
第四章 結果與討論
4-1 飛灰物理性質探討………………………………………..38
4-2 飛灰化學特性分析………………………………….…….39
4-2-1 飛灰主要組成元素分析………………………………....39
4-2-2 飛灰之組成成分分析………………………..………...40
4-2-3 飛灰重金屬含量分析……………………….……………40
4-2-4 飛灰TCLP重金屬溶出量分析……………………….....41
4-3 單段水萃條件對飛灰之影響……………………………..42
4-3-1 萃取時間對萃取液中氯離子之影響…................42
4-3-2 單段萃取液中氯離子含量分析…………………….…..43
4-3-3 單段水萃萃取液pH值變化分析……………….………44
4-3-4 單段水萃萃取液中重金屬含量分析…………………...45
4-4 多段水萃條件對飛灰之影響………………………………46
4-4-1 多次水萃萃取液中氯離子含量分析…..……………….46
4-4-2 多次水萃萃取液pH值變化分析…………………..…..47
4-4-3 多段水萃萃取液中重金屬含量分析…………………...47
4-4-4 結語……………………………………………………...48
4-5 水洗灰(L/S=5,兩次萃取)之特性分析…..………..49
4-5-1 水洗灰物理性質分析……………………..…….………49
4-5-2 水洗灰之化學性質分析……………………………..….49
4-5-3 水洗灰之重金屬含量及溶出特性分析……….....…….50
4-5-4 水洗灰SEM-EDS顯微結構與元素分析…………........51
4-5-5 水洗灰XRD晶相物種分析………………………..…...53
4-6 水洗飛灰磷酸穩定化之特性分析...................55
4-7 磷酸穩定後燒結特性分析…………………………………56
4-7-1 抗壓強度與健度…………………………………………56
4-7-2 徑向收縮率………………………………………………58
4-7-3 燒失量……………………………………………………59
4-7-4 燒結體SEM-EDX顯微結構與元素分析……………….60
4-7-5 燒結體重金屬毒性特性溶出試驗………………………62
4-8 不同濃度磷酸穩定及添加黏土、淨水污泥之燒結特性分析66
4-8-1 淨水污泥重金屬特性分析……………………………...66
4-8-2 抗壓強度………………..……………………………….68
4-8-3 徑向收縮率…………………………..………………….68
4-8-4 燒失量………………………………………….………..69
4-8-5 健度…………………………….………………………..70
4-8-6 燒結體SEM-EDS顯微結構……………………………72
4-9 6M磷酸穩定及添加不同比例黏土、淨水污泥之燒結特性分析73
4-9-1 抗壓強度…………………………………………..……..73
4-9-2 徑向收縮率……………………………………………....74
4-9-3 健度……………………………………………..….....75
4-9-4 TCLP重金屬再溶出析..………………………………...77
第五章 結論與建議
5-1 結論…………………………………..………….…………80
5-2 建議……………………………………………………..….82

參考文獻……………………………………………………………....83









圖 目 錄
圖3-1 實驗流程圖……………………………………………………..29
圖4-1 飛灰之XRD物種分析………………………………………….40
圖4-2不同萃取時間後之飛灰中氯離子含量變化.....…………….43
圖4-3飛灰水萃液/固比與氯離子溶出量變化…………………….….44
圖4-4飛灰水萃液/固比與pH值之關係………………………………44
圖4-5飛灰水萃液/固比與重金屬溶出量變化………………….…….45
圖4-6飛灰多次(L/S=5)水萃之氯離子溶出量變化…………….….46
圖4-7飛灰多次(L/S=5)水萃液之pH值變化...................47
圖4-8飛灰多次(L/S=5)水萃之重金屬溶出量變化…………………48
圖4-9原灰與水洗灰顯微結構…………………………………………52
圖4-10(a) 水洗灰之XRD物種分析…………………………………..54
圖4-10(b) 原灰之XRD物種分析…………………………………….54
圖4-11不同磷酸濃度與燒結溫度對抗壓強度之關係圖…………….57
圖4-12不同磷酸濃度與燒結溫度對徑向收縮率之關係圖…………..58
圖4-13不同磷酸濃度與燒結溫度對燒失量之關係圖……………….59
圖4-14 6M磷酸穩定後11000C與12000C燒結之燒結體顯微結構…..60
圖4-15不同磷酸濃度與燒結溫度對萃取液最終pH值的影響……..63
圖4-16(a)不同磷酸濃度與燒結溫度對試體中Pb重金屬之溶出試驗結果…………………….……………………………………….63
圖4-16(b) 不同磷酸濃度與燒結溫度對試體中Zn重金屬之溶出試驗結果………………………………………………………..64
圖4-16(c) 不同磷酸濃度與燒結溫度對試體中Cu重金屬之溶出試驗結果………………………………………………………..64
圖4-16(d) 不同磷酸濃度與燒結溫度對試體中Cd重金屬之溶出試驗結果………………………………………………………..65
圖4-17不同濃度磷酸穩定後各添加10%淨水污泥及10%黏土燒結與燒結溫度對抗壓強度之關係圖………………………………68
圖4-18不同濃度磷酸穩定後各添加10%淨水污泥及10%黏土燒結與燒結溫度對徑向收縮率之關係圖………......................69
圖4-19不同濃度磷酸穩定後各添加10%淨水污泥及10%黏土燒結與燒結溫度對燒失量之關係圖…….…………………………...70
圖4-20 4M磷酸穩定與添加10%黏土與10%淨水污泥燒結體顯微結構………………………………………………………………..72
圖4-21 6M磷酸穩定與添加10%黏土與10%淨水污泥燒結體顯微結構………………………………………………………………..72
圖4-22 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對抗壓強度之關係圖…………………………………….74
圖4-23 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對徑向收縮率之關係圖……………………………………75
圖4-24 (a) 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對試體中Pb重金屬之溶出試驗結果………………..78
圖4-24 (b) 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對試體中Zn重金屬之溶出試驗結果……………….78
圖4-24 (c) 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對試體中Cu重金屬之溶出試驗結果……………….79
圖4-24 (d) 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對試體中Cd重金屬之溶出試驗結果……………….79














表 目 錄
表2-1 國內外焚化飛灰元素分析結果………………..….……………6
表2-2 國內外飛灰中重金屬含量……………………………........9
表2-3 台灣地區垃圾焚化飛灰之溶出特性………………..…………12
表2-4 淨水污泥之物理性質………………..…………………..…..19
表2-5 淨水污泥之重金屬含量………………………..………………19
表2-6 淨水污泥之TCLP溶出量…………………...…………………20
表2-7 淨水污泥之化學組成………………...……………………...20
表3-1 實驗藥品………………………..………………………..…..24
表3-2 抗壓強度校正因數…..………………………………..…..33
表4-1 飛灰之基本特性………………………………………………..38
表4-2 飛灰主要組成元素分析……………………...……….......39
表4-3 飛灰之重金屬含量……………………………………………..41
表 4-4 飛灰之TCLP重金屬溶出試驗……………………….….....42
表4-5 水洗灰與原灰基本特性分析…………..………………………49
表4-6 水洗灰與原灰之組成元素分析………………………………..50
表4-7水洗灰與原灰重金屬含量分析…..…………………....51
表4-8水洗灰與原灰重金屬溶出分析………..…………….........51
表4-9原灰與水洗灰之微量區間元素組成分析…..…………...53
表4-10水洗灰以不同濃度(L/S=0.8)磷酸穩定後重金屬(TCLP)溶出分析…………………………………………………………….55
表4-11 磷酸濃度與燒結溫度對燒結體健度損失量之變化…………57
表4-12 11000C與12000C燒結體之EDX元素分析(6M磷酸穩定)..61
表4-13 淨水污泥之重金屬特性..…………...…...............67
表4-14淨水污泥主要組成元素分析..…………………...….......67
表4-15不同濃度磷酸穩定後各添加10%淨水污泥及10%黏土燒結與燒結溫度對燒結體健度之變化……………………….71
表4-16 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對燒結體健度之變化……………………………………..75
表4-17 6M磷酸穩定後添加不同比例淨水污泥及黏土燒結與燒結溫度對萃取液最終pH值的影響………………………………77



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.
Ashby, M. F., “A First Report on Sintering Diagrams”, Acta Metallurgica., Vol. 22 , pp.275-289 , 1974.
Bipp, H. P.;P. Wunch;K.Fischer;D. Bieniek and A. Kettrup , “Heavy metal leaching of fly ash from waste incineration with gluconic acid and molasses hydrolysate”, Chemosphere, Vol. 36 , pp.2523-2533,1998.
Bruggen, B.V.D;Vogels, G.;Herck, P.V.;Vandecasteele, C., “Simulation of acid washing of municipal solid waste incineration fly ash in order to remove heavy metals”, Journal of Hazardous Materials ,Vol. 57,pp.127-144, 1998.
Coble, R. J., “Sintering Crystalline Solids:Ⅱ,Experimental Test of Diffusion Models in Powder Compacts ”, J. App l .Phys. , Vol. 32,pp.739-799,1961.
Derie, R., “A new way to stabilize fly ash from municipal incineration”, Waste Managemen , Vol.16 , pp.711-716, 1996.
Eighmy, Y. T.; B. S. Crannell; L. G. Butler; F. K. Cartledge; E. F. Emery; D. O. Oblas; J. E. Krzanowski; J. D. Eusden; E. L. Shae, and C. A. Francis, “Heavy metal stabilization in municipal solid waste combustion dry scrubber residue using soluble phosphate”, Environmental Science & Technology Vol.31, NO.11, pp.3330-3338, 1997.
Fernandz, M.A.;Martinez, L.;Segavra, M.;Garcia, J.C.;Espiell, F.,“Behavior of heavy metals in the combustion gases of urban waste incinerators”, Environ Sci.Technol, Vol. 26, pp.1040-1047, 1992.
Gau, S. H.;W. C. Jeng, “Influence of ligands on metals leachability from landfilling bottom ashes”, Journal of Hazardous Materials, Vol. 58, pp. 59-71, 1998.
German, R. M.,“Sintering theory and practice, John Wiley & Sons”, New York, pp. 1-2, 1996.
Hong, K. J.;Tokunaga, S.;Kajiuchi T., “Extraction of heavy metals from MSW incinerator fly ashes by chelating agent”, Journal of Hazardous Materials, Vol.75, pp57-73, 2000
Jakob, A.; Stucki, S.;Kuhn, P., “Evaporation of heavy metals during the heat treatment of municipal solid waste incinerator fly ash”, Environ Sci.Technol., Vol .29, pp.2429-2436, 1995.
Kayali, O.;Zhu, B., “Chloride induced reinforcement corrosion in lightweight aggregate high-strength fly ash concrete”, Construction and Building Materials, Vol.19. , pp.327-336 , 2005.
Kida, A.; Noma Y.;Imada T.;“Chemical speciation and leaching properties of elemental in municipal incinerator ashes, Waste Management,Vol.16, pp.527-536, 1996.
Laperche, V.;Trains, S.J.;Gaddam,P.;Logan,T.J., “Chemical and mineralogical characterizations of Pb in a contaminated soil:reactions with synthetic apatite”, Environmental Science & Technology., Vol. 30,pp.3321-3326,1996
Lin D.F.;Weng C. H. , “Use of sewage sludge ash as brick material”, Environmental Science & Technology. , Vol. 127, pp.922-927, 2001.
Mckinley, M.D.; Warren, G. W.;Lahoti, S.M ;Kandipati, K.,“ Stabilization and hydromechanics treatment of fly ash from municipal incinerator”, Journal of Hazardous Materials ,Vol.29,pp. 255-273,1992.
Mizutani, S.; T. Yoshida; S. Sakai and H. Takasuki, “Release of metals from MSWI fly ash and availability in alkali condition”, Waste Management Vol.16, pp.537-544, 1996.
Okuno N.;Takahashi S.,“Full scale application of manufacturing bricks from sewage”, Water Science and Technology, Vol. 36, pp.243-250, 1997.
Piantone, P.; Bodenan, F.; Derieb, R.; Depelsenairec, G. “Monitoring the stabilization of municipal solid waste incineration fly ash by phosphoric: mineralogical and balance approach”, MSW combustion residues”, Waste management, Vol.23, pp.225-243, 2003.
Skrifvars, B. J., Hupa, M., Backman, R. and Hiltunen, M., “Sintering Mechanisms of FBC Ashes”, Fuel, Vol. 73, pp. 171-176, 1994.
Sloot,H. A.;D.S. Kosson;O. Hjelmar , “Characteristics, treatment and utilization of residues from municipal waste incineration”, Waste management,Vol.21, pp.753-765, 2001.
Sorensen, M. A.; Mogensen , E. P. B., Lundtorp, k., Jensen , D. L. and Christensen, T. H., “High temperature co-treatment of bottom ash and stabilized fly ash from waste incineration”, Waste Management, Vol.21,pp.555-561, 2001.
Tan, L. C.; V. Choa and J. H. Tay, “The influence of pH on mobility of heavy metals from municipal solid waste incinerator fly ash”, Environmental Monitoring and Assessment,Vol.44, pp.275-284, 1997.
Uchida, T.; I. Itoh and K. Harada., “Immobilization of heavy metals contained in incinerator fly ash by application of soluble phosphate”, Waste Management Vol.16, pp.475-481, 1996.
Wainwright, P. J., Cresswell D. J. F. , “Synthetic aggregates from combustion ashes using an innovative rotary kiln”, Waste Management, Vol. 21, pp.241-246, 2001.
Wang, K. S.;Chiang, K. Y.;Lin, L. L.;Sun, C. J.,“ Effect of a water-extraction process on heavy metal behavior in municipal solid waste incinerator fly ash”, Hydrometallurgy , Vol.62 ,pp.73-81 , 2001.
Wiebusch , B.;Seyfried C. F., “Utilization of sewage sludge ashes in the brick and tile industry”, Water Science and Technology, Vol. 36, pp. 251-258, 1997.
Wiles, C.C., “Municipal Solid Waste Combustion Ash: State-of-the-Knowledge”, Journal of Hazardous Materials, Vol.47, pp.325-344, 1996.
Yang, J. ; D. E. Mosby; S. W. Casteel and R. W. Blanchar, “Lead Immobilization Using Phosphoric Acid in a Smelter-Contaminated Urban Soil”, Environmental Science & Technology ,Vol. 35, pp.3553-3559, 2001.
王鯤生、孫常榮、劉宗瀚、江康鈺,“氧化鋁及氧化鈣對焚化飛灰燒結特性之影響”, 第十二屆廢棄物處理技術研討會,1997。
王鯤生、張君偉、孫常榮、王弟文,“水溶性成分對都市垃圾焚化飛灰燒結體中重金屬溶出特性之影響”,第十五屆廢棄物處理技術研討會論文集,2000。
江康鈺、王鯤生、林仕敏、蔡啟昌,“廢棄物含氯量對焚化過程中重金屬物種形成影響之研究”,第十二屆廢棄物處理技術研討會,1997。
江康鈺、王鯤生、蔡啟昌、張祇祥,“廢棄物焚化過程氯對重金屬之反應親和力與物種形成影響之研究”,第十三屆廢棄物處理技術研討會,1998。
李建中、李釗、何啟華、鄭清正,“垃圾焚化灰燼之力學特性與在大地工程之應用”,一般廢棄物焚化灰渣資源化技術與實務研討會論文級,1996。
於幼華、張嵩林、姚宗岳,“淨水過程所產生廢物之處理過程”,國立台灣大學環境工程研究所,1979。
邱玟韶,“焚化灰渣取代部分水泥生料燒製環保水泥之可行性研究”,雲林科技大學營建工程研究所碩士論文,2004。
段維新,“燒結理論粉末治金技術手冊”,中華民國產業技術發展協進會與中華民國粉末治金協會,1994。
孫國鼎,“水庫污泥及淨水污泥在利用製磚之研究”,國立交通大學環境工程研究所碩士論文,2001。
孫常榮、劉建良、張君偉、王鯤生,“都市垃圾焚化飛灰重金屬溶出之化學性分析”, 第十四屆廢棄物處理技術研討會,1999。
柴浣蘭、莊富盛、周錦東,“都市垃圾焚化飛灰在PU發泡體之應用”, 第十七屆廢棄物處理技術研討會,2002。
高思懷、李昌煥,“都市垃圾焚化底渣掩埋過程重金屬事出趨勢以及氯鹽對其溶出之影響”,第九屆廢棄物處理技術研討會,1994。
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,1995。
高思懷、蘇許文、林家禾,“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,2001。
張裕民,焚化處理技術,文京圖書有限公司,2000。
楊金鍾、周順裕,“利用磷酸鹽穩定化處理都市垃圾焚化飛灰之效果評估”,第十二屆廢棄物處理技術研討會,1997。
楊萬發、李穆生,“垃圾及焚化飛灰之污染特性”,環境工程會刊, pp.52-55, 1990。
廖明村、張豐藤,“垃圾焚化灰渣處理處置及資源化技術探討”,中興工程, pp.125-136,1996。
劉右瑞,“淨水污泥混合營建廢棄土製磚及燒結人造骨材之研究”,國立交通大學環境工程研究所碩士論文,2001。
蘇偉凱、黃家俊、曾昭桓,“以管柱與批次試驗比較垃圾焚化灰中無機離子之溶出”,第十二屆廢棄物處理技術研討會,1997。
蘇許文,“以磷酸萃取配合電聚浮除法移除垃圾焚化飛灰中之重金屬”,淡江水資源及環境工程學系碩士論文,2001。
顧順榮、鍾昀泰、張木彬,“台灣地區都市垃圾焚化灰分中重金屬濃度及TCLP 溶出之評估”,第十屆廢棄物處理技術研討會,1995。
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