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系統識別號 U0002-1708201114403000
中文論文名稱 淨水污泥餅再利用於CLSM回填材料之研究
英文論文名稱 Reuse of water treatment sludge cake in controlled low strength materials(CLSM)
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 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 高偉傑
研究生英文姓名 Wei-Chieh Gao
學號 698480505
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-22
論文頁數 96頁
口試委員 指導教授-康世芳
委員-柯明賢
委員-李柏青
中文關鍵字 淨水污泥餅  控制性低強度材料(CLSM)  工作性  抗壓強度  初凝時間 
英文關鍵字 Water treatment sludge cake  CLSM  workability  compressive strength  initial setting time 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要   本研究探討淨水污泥餅再利用於控制性低強度材料(CLSM),淨水污泥餅取自台北自來水事業處直潭淨水場。研究目的為探討:(1)淨水汙泥餅特性、(2)水膠比、取代比及早強劑添加量等參數對CLSM之影響、及(3)CLSM之特性。淨水污泥餅與CLSM特性包含物化、溶出及顯微特性,以ICP、FTIR及XRD等檢測物化與顯微特性,此外,以工作性(管流度、坍度、坍流度)與抗壓強度評估淨水污泥餅再利用於CLSM之影響。
  淨水污泥餅與CLSM之物化及顯微分析結果顯示,淨水污泥餅主要以矽及鋁等元素之氧化物組成,分別佔53.2%與23.2%,此結果與FTIR、XRD分析之結果相符,且淨水污泥餅之TCLP溶出試驗值低於法規之限值,屬於一般事業廢棄物。此外,添加淨水污泥餅後CLSM之物化、溶出及顯微特性亦與淨水污泥餅之特性相似。於取代比10%之情況下,CLSM工作性隨著水膠比增加而改善,水膠比1.00即可達到CLSM施工規範之要求,但抗壓強度卻隨之降低,且1天抗壓強度顯著減少至1.12 kgf/cm2,無法達到規範要求之7 kgf/cm2。此外,水膠比對CLSM工作性之影響大於取代比,當取代比於0%~10%時,水膠比由1.30降至1.00,CLMS工作性增加3.2%至53.8%,CLSM工作隨水膠比降低而增加。於本研究之最適條件下:水膠比1.15、取代比10%,CLSM工作性可達規範要求,但1天抗壓強度無法符合。因此本研究以水膠比0.85、取代比10%之CLSM,添加早強劑至100 kg/m3,其1天抗壓強度可達19.57 kgf/cm2,且初凝時間縮短至3.82小時,可符合規範要求。但早強劑添加量應低於水泥添加量之5%,過量可能對管材造成腐蝕等破壞。
英文摘要   This study investigates the feasibility of reusing water treatment sludge cake in controlled low strength materials (CLSM). The sludge cake is from Chihtan water purification plant, Taipei water department. The objectives to this study are to investigate: (1) the characteristics of sludge cake, (2) the effects of water-to-binder ratio, (cement) replacement ratio and early strength agent addition to CLSM, and (3) the characteristics of CLSM been made. The characteristics of either sludge cake or CLSM are determined by physiochemical characters, leaching characters and microscopic phenomena. The inductively coupled plasma (ICP), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray Diffraction (XRD) are applied for measuring physiochemical and microscopic features. In addition, the feasibility of reusing sludge cake as CLSM is also determined by measuring their workability (flow consistency, slump and slump flow) and compressive strength.
  The results showed that the water treatment sludge cake mainly composed of SiO2 (53.2%) and Al2O3 (23.2%), which is consistent to the results from FTIR and XRD analysis. The results from toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) indicate that the water treatment sludge cake is safe to the environment by regulations.
At 10% replacement ratio, the workability of CLSM increases with water-to-binder ratio, and at the water-to-binder ratio of 1.00, the CLSM could meet the requirement of construction specification. However, the compressive strength decreases with increasing water-to-binder ratio and it decreases to 1.12 kgf/cm2 which fails to meet the construction specification (7.0 kgf/cm2). The effect of water-to-binder ratio on CLSM workability is more significant than that of replacement ratio. For replacement ratio ranging from 0% to 10%, the CLSM workability increases from 3.2% to 53.8%, when water-to-binder ratio decreases from 1.30 to 1.00. this results show that CLSM workability increases with decreaing water-to-binder ratio. Even though the CLSM workability can meet the specifications at the optimum condition in this study which water-to-binder ration is 1.15 and replacement ratio is 10%, the 1-day compressive strength cannot. In order to increase the compressive strength, 100 kg/m3 of early strength agent is added to the CLSM at 0.85 water-to-binder ratio and 10% replacement ratio. The 1-day compressive strength increases to 19.6 kgf/cm2 and the initial setting time decreases to 3.82 hours which can meet the specification. However, the addition of early strength agent should be lower than 5% for reducing the risk of corrosion to the pipeline.
論文目次 目錄 I
圖目錄 III
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 淨水污泥餅特性 5
2.2 淨水污泥餅資源化技術 9
2.2.1 廢水處理程序 9
2.2.2 土地施用 9
2.2.3 土木建材 10
2.3 淨水污泥餅再利用之相關管理規範 13
2.4 CLSM之工程規範 16
2.5 再生建材之環境規範 25
2.6 廢棄物應用於CLSM之研究 28
2.7 CLSM與傳統管溝回填材料之比較 33
第三章 實驗材料與方法 37
3.1 實驗材料 37
3.1.1 淨水污泥餅 37
3.1.2 CLSM之摻料 37
3.2 實驗方法 39
3.2.1 CLSM實驗配比設計 39
3.2.2 淨水污泥餅特性分析方法 41
3.2.3 CLSM特性分析方法 43
第四章 實驗結果與討論 45
4.1 淨水污泥餅之物化、溶出及顯微特性分析 45
4.1.1 物化特性分析 45
4.1.2 毒性特性溶出試驗 48
4.1.3 顯微特性 49
4.2 淨水污泥餅應用於CLSM之前處理 54
4.2.1 淨水污泥餅前處理對工作性之影響 55
4.2.2 淨水污泥餅前處理對抗壓強度之影響 59
4.3 淨水污泥餅應用於CLSM之拌合方式 63
4.3.1 拌合方式對工作性之影響 65
4.3.2 拌合方式對抗壓強度之影響 67
4.4 淨水污泥餅應用於CLSM之最適操作參數 69
4.4.1 水膠比對CLSM工作性之影響 70
4.4.2 水膠比對CLSM抗壓強度之影響 74
4.4.3 取代比對CLSM工作性之影響 76
4.4.4 取代比對CLSM抗壓強度之影響 80
4.4.5 早強劑對CLSM之影響 82
4.5 淨水污泥餅應用於CLSM之特性分析 85
4.5.1 毒性特性溶出試驗(TCLP) 85
4.5.2 顯微分析 86
4.6 淨水污泥餅應用於CLSM之成本分析 89
第五章 結論 91
參考文獻 92

圖2-1管溝回填設計斷面 34
圖4-1 平時時期淨水污泥餅之粒徑分布 47
圖4-2 颱風洪水時期淨水污泥餅之粒徑分布 47
圖4-3 (A)平時時期及(B)颱風時期淨水污泥餅之X光繞射分析 50
圖4-4 (A)平時時期及(B)颱風時期淨水污泥餅之FTIR分析 52
圖4-5 淨水污泥餅之SEM顯微分析圖 53
圖4-6 淨水污泥餅烘乾破碎後取代CLSM中細粒料對管流度之影響 56
圖4-7 原廠狀態之淨水污泥取代CLSM中細粒料對管流度之影響 56
圖4-8 淨水污泥餅烘乾破碎後取代CLSM中細粒料對坍流度之影響 58
圖4-9 原廠狀態之淨水污泥取代CLSM中細粒料對坍流度之影響 58
圖4-10 淨水污泥餅烘乾破碎後取代CLSM中細粒料對1天抗壓強度之影響 60
圖4-11 原廠狀態淨水污泥餅取代CLSM中細粒料對1天抗壓強度之影響 60
圖4-12 淨水污泥餅烘乾破碎後取代CLSM中細粒料對28天抗壓強度之影響 62
圖4-13 原廠狀態淨水污泥餅取代CLSM中細粒料對28天抗壓強度之影響 62
圖4-14 不同水膠比對管流度之影響 71
圖4-15 不同水膠比對坍度之影響 72
圖4-16 不同水膠比對坍流度之影響 73
圖4-17 不同水膠比對1天抗壓強度之影響 75
圖4-18 不同取代比對管流度之影響 76
圖4-19 不同取代比對坍度之影響 77
圖4-20 不同取代比對坍流度之影響 79
圖4-21 不同取代比對1天抗壓強度之影響 81
圖4-22 早強劑添加量對CLSM試體1天抗壓強度之影響(水膠比0.85,取代比10%) 84
圖4-23 水膠比1.15,取代比10%之CLSM試體之X光繞射分析 86
圖4-24 水膠比1.15,取代比10%之CLSM試體之FTIR分析 87
圖4-25 水膠比1.15,取代比10%之CLSM試體之SEM顯微分析 88
表目錄 V
表2-1 淨水污泥餅之物理與工程性質 7
表2-2 淨水污泥餅之化學組成 8
表2-3 淨水污泥餅之TCLP溶出值 8
表2-4淨水污泥餅再利用之相關管理規範 14
表2-5 98年台北市相關管溝工程資料 18
表2-6 國內各機關對管溝回填材料規範彙整 19
表2-7 美國各州關於CLSM材料使用規範章節名稱彙整表 23
表2-8 美國各州CLSM規範的要求性能 23
表2-9 國內CLSM材料規範彙整表 24
表2-10 BMD對溶出物之規範 26
表2-11目前國內廢棄物應用於CLSM之相關研究彙整表 31
表2-12 CLSM與傳統級配砂石料回填工法施工比較 35
表2-13 CLSM與傳統級配砂石料回填工法施工單價比較 35
表2-14 傳統管溝回填工法及CLSM回填工法之檢測項目 35
表3-1 燃煤飛灰之元素組成 37
表3-2 粗粒料篩分析及含水率試驗結果 38
表3-3 細粒料篩分析及含水率試驗結果 38
表3-4 CLSM之實驗配比設計用量 40
表4-1 平時時期與颱風時期淨水污泥餅之元素組成 45
表4-2 平時時期及颱風時期淨水污泥餅之物化特性 47
表4-3 平時時期及颱風時期淨水污泥餅之TCLP試驗結果 48
表4-3 淨水污泥餅烘乾破碎後取代CLSM中細粒料之實驗結果 54
表4-4 原廠狀態之淨水污泥餅取代CLSM中細粒料之實驗結果 54
表4-5 淨水污泥餅應用於CLSM之拌合方式 64
表4-6 淨水污泥餅不同拌合方法拌製CLSM之結果 64
表4-7 CLSM設計配比之實驗結果 69
表4-8 CLSM之早強劑添加實驗 83
表4-9 水膠比1.15,取代比10%之CLSM試體TCLP試驗 85
表4-10 CLSM之成本估算 90
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