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系統識別號 U0002-2002200910143900
中文論文名稱 都市垃圾焚化飛灰水萃液中鈣離子回收再利用之研究
英文論文名稱 Calcium Recovery Technology for the Extraction Wastewater 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 97
學期 1
出版年 98
研究生中文姓名 李昶松
研究生英文姓名 Chang-Sung Lee
學號 694330233
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-01-07
論文頁數 105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 都市焚化飛灰  水萃程序廢水  鈣離子回收  碳酸鈣沈降  重金屬  電聚浮除 
英文關鍵字 MSWI fly ash  extraction wastewater  calcium ion recovery  calcium carbonate  heavy metal  electro-aggregation 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 都市垃圾焚化飛灰之反應灰含有大量的的氯鹽,如直接再利用會影響其在建築材料上之可行性,因此便必須針對反應灰氯鹽部份進行前處理才能進一步利用。前處理中以水洗為目前最為普遍之前處理方式,在水萃過程中,除了將氯鹽萃取出來之外,也會洗出大量的鈣離子。本研究除了利用通入CO2及添加石灰與蘇打進入水萃廢水來回收Ca之外,並同時也利用化學置換、化學沈降、電聚浮除法針對水萃廢水中重金屬去除效果進行探討,最後再將此兩程序進行整合並討論沉積物之特性。
由結果中可得知,通入CO2及直接添加石灰兩種方法對於Ca之回收效果有其限制;而直接添加蘇打加藥量達到理論值110%(64,181 mg/L)時,水萃廢水中之Ca回收率可達到98%。由於水萃廢水含有一定程度之重金屬,因此本研究也針對重金處之處理進行不同方法的測試。化學置換法對於水萃廢水重金屬去除效果不佳,而化學沈降法在pH調整為10之條件下,水中Pb已可去除99.69%以上,而電聚浮除系統在操作電壓為125V,水力停留時間為60秒時,處理後廢水之重金屬濃度皆可達到放流水標準。在經過化學沈降或是電聚浮除處理後,蘇打之加藥量只需理論值之100%即可達到99.95%以上之Ca回收率,廢水中重金屬多已無法測得或遠低於放流水標準;在沉積物部分,由產物之XRD晶格強度可確定前處理可提高碳酸鈣之純度。因此,本研究對於飛灰水萃廢液不但可有效回收廢水中之鈣,且具有處理或回收廢水之潛力。
英文摘要 MSWI fly ash contains a lot of chloride salt, if not be pre-treated properly, it will influence the feasibility of recovery as the construction materials. Water extraction is the most common operation, beside a lots of chloride salt could be removed; a large quantity of calcium ions will also be dissolute at the same time. In this study, CO2-sparging, lime softening and soda ash softening were exam in order to recovery the calcium carbonate from the extraction wastewater. Substitution, chemical precipitation and electro-aggregation method were discussed for the removal of heavy metals before the calcium recovery, in order to upgrading the characteristic of the product and satisfied the wastewater effluent standard.
The results showed that, the effects of CO2-sparging and lime softening methods for Ca recovery were limited. When dosing the soda ash at 110% of theoretical quantity, the recovery of Ca was up to 98%. For heavy metals removal, substitution with alumni powder was ineffective, while the chemical precipitation at pH 10, the Pb in the water could be removed more than 99%, and electro-aggregation method at 125V, hydraulic retention time 60s, all of the heavy metals could reach the effluent standards. After the operation of chemical precipitation or electro-aggregation for pre-treatment, the soda ash dosing 100% of theoretical quantity, Ca recovery could reach more than 99.95%, and heavy metals were not detectable or far below the effluent standards. The XRD analysis showed that, pre-treatment of heavy metals could improve the purity of calcium carbonate product evidently.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 都市焚化飛灰之種類與物化特性 5
2-1-1 焚化飛灰之種類 6
2-1-2 反應灰之物理特性 7
2-1-3 反應灰之化學特性 9
2-2 水萃處理相關文獻 10
2-3 硬度及軟化 13
2-3-1 硬度 13
2-3-2 硬度的去除方法 13
2-3-3 利用CO2產生CaCO3沈降之文獻 14
2-4 化學置換 15
2-5 電聚法 17
2-5-1 電聚法之原理 17
2-5-2 電聚法之應用與實例 25
2-5-3 電聚法與其他電化學方法之比較 27
2-5-4 電聚法針對高濃度氯鹽及重金屬廢水處理相關文獻 29
第三章 研究方法 30
3-1實驗方法 30
3-2 實驗設計及詳細步驟 32
3-2-1 Ca回收實驗 33
3-2-2重金屬處理實驗 34
3-3 實驗藥品及器材 39
3-4實驗設備及儀器 40
3-5 實驗分析項目及方法 42
第四章 結果與討論 43
4-1 飛灰水萃前後物化特性分析 43
4-1-1 飛灰物理特性分析 43
4-1-2 飛灰化學特性分析 45
4-1-3 水萃廢水之特性 50
4-2 經由不同方法回收水萃液中鈣離子之結果 52
4-2-1 通入CO2 52
4-2-2 石灰軟化法 58
4-2-3 蘇打軟化法 60
4-3 經由不同方法針對水萃液中重金屬前處理結果 69
4-3-1 化學置換 69
4-3-2 化學沈降 71
4-3-3 電聚浮除法 75
4-4 水萃液經前處理結合蘇打法回收鈣離子之效果 85
4-4-1 整合化學沈降法及蘇打法 85
4-4-2 整合電聚法及蘇打法 92
第五章 結論與建議 100
5-1 結論 100
5-2 建議 102
第六章 參考文獻 103

圖目錄
圖 2-1 台灣地區三種不同類型都市焚化爐飛灰之粒徑分佈情形 8
圖 2-2 飛灰多段水洗後水洗廢液氯離子含量變化 11
圖 2-3 飛灰多段水洗後水洗廢液pH值變化 12
圖 2-4 飛灰多段水洗後水洗廢液導電度變化 12
圖 2-5 CaCO3形成途徑 15
圖 2-6 鐵隔板在電場中之電荷分佈示意圖 18
圖 2-7 粒子偶極化示意圖 19
圖 2-8 顆粒之聚合示意圖 20
圖 2-9 膠羽碰撞成長圖 21
圖 2-10 電聚法影響的因子 22
圖 3-1 本研究之流程圖 31
圖 3-2 循環水萃廢水並通入CO2提供CO32-實驗反應器示意圖 33
圖 3-3 電聚浮除設備示意圖 35
圖 3-4 電聚浮除法實驗流程 37
圖 3-5 電聚浮除法質量平衡實驗流程 38
圖 4-1 反應灰水洗前後之粒徑分佈圖 44
圖 4-2 反應灰水洗前後主要晶格物種組成 47
圖 4-3 在不同pH條件下碳酸系統之物種分佈情形 54
圖 4-4 CO2間歇式曝氣法曝氣時間對於水萃廢水pH值之影響 55
圖 4-5 水萃廢液通入CO2作為碳酸根沉積物質之XRD圖譜 57
圖 4-6 水萃廢水在添加不同理論CaO後Ca之變化 59
圖 4-7 水萃廢水在添加不同理論CaO後Pb、Zn之變化 60
圖 4-8 水萃廢水在添加不同理論Na2CO3後Ca之變化 61
圖 4-9 水萃廢水在添加不同理論Na2CO3後重金屬之移除率 62
圖 4-10 水萃廢水添加不同理論Na2CO3反應後沉積物之XRD圖 63
圖 4-11 水萃廢水添加不同理論Na2CO3反應後沉積物粒徑分佈情形 66
圖 4-12 水萃廢水添加理論所需Na2CO3 50%反應後沉積物之SEM圖 66
圖 4-13 水萃廢水添加理論所需Na2CO3 75%反應後沉積物之SEM圖 67
圖 4-14 水萃廢水添加理論所需Na2CO3100%反應後沉積物之SEM圖 67
圖 4-15 水萃廢水添加理論所需Na2CO3 110%反應後沉積物之SEM圖 68
圖 4-16 水萃廢水添加理論所需鋁粉後,Pb隨反應時間之變化情形 70
圖 4-17 水萃廢液在不同pH條件下Pb之濃度變化 72
圖 4-18 水萃廢液在不同pH條件下Zn及Cu之濃度變化 72
圖 4-19 水力停留時間60秒,水萃廢液在電聚浮除系統給予不同操作電壓處理後重金屬之去除效果 77
圖 4-20 水力停留時間60秒,水萃廢液在電聚浮除系統給予不同操作電壓處理後Pb之去除效果與污泥量之對照圖 77
圖 4-21 水萃廢液在不同電壓及不同水力停留時間條件經電聚浮除系統處理後Pb之去除效果 80
圖 4-22 水萃廢水中Pb在經電聚浮除系統處理後之質量平衡 82
圖 4-23 水萃廢水經化學沈降法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物之XRD圖 87
圖 4-24 水萃廢水經化學沈降法處理後添加理論Na2CO3100%反應後沉積物SEM圖 89
圖 4-25 水萃廢水經化學沈降法處理後添加理論Na2CO3100%反應後沉積物SEM圖 89
圖 4-26 水萃廢水經化學沈降法處理後添加理論Na2CO3110%反應後沉積物SEM圖 90
圖 4-27 水萃廢水經化學沈降法處理後添加理論Na2CO3110%反應後沉積物SEM圖 90
圖 4-28 水萃廢水經電聚法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物之XRD圖 94
圖 4-29 水萃廢水經電聚法處理後添加理論Na2CO3100%反應後沉積物SEM圖 97
圖 4-30 水萃廢水經電聚法處理後添加理論Na2CO3100%反應後沉積物SEM圖 97
圖 4-31 水萃廢水經電聚法處理後添加理論Na2CO3110%反應後沉積物之SEM圖 98
圖 4-32 水萃廢水經電聚法處理後添加理論Na2CO3110%反應後沉積物之SEM圖 98

表目錄
表 2-1 焚化灰渣之來源及特性敘述 7
表 2-2 近年來電聚法所進行之相關研究 25
表 2-3 電聚法、電解膠凝法與電解氧化法之比較 27
表 3-1 電聚浮除設備電極接法示意圖 36
表 3-2 本研究所使用之藥品 39
表 3-3 本研究所使用之器材 40
表 3-4 本研究所使用之設備及分析儀器 40
表 4-1 反應灰物理性質 44
表 4-2 反應灰水洗前後主要組成元素分析 46
表 4-3 反應灰之重金屬含量 46
表 4-4 反應灰及水萃反應灰之TCLP試驗 48
表 4-5 第一段水萃廢水之特性 50
表 4-6 間歇式碳化法對於水萃液中Ca之回收情形 56
表 4-7 水萃廢水添加不同理論Na2CO3加藥量沉積物之成分組成 64
表 4-8 水萃廢水添加不同理論Na2CO3反應後沉積物換算為CaCO3純度比之結果 65
表 4-9 水萃廢水添加不同理論Na2CO3反應後沉積物其TCLP結果 69
表 4-10 水萃廢液在不同pH條件下各種離子之濃度變化情形 73
表 4-11 水萃廢水經化學沉降處理後污泥之物種組成 74
表 4-12 水萃廢水經電聚浮除系統處理後污泥之TCLP結果 75
表 4-13 水力停留時間60秒,水萃廢液在電聚浮除系統給予給予不同操作電壓下各種離子之變化情形 78
表 4-14 水萃廢水經電聚浮除系統在不同電壓及水力停留時間處理後污泥與Pb去除率之關係 81
表 4-15 水萃廢水經電聚浮除系統處理後污泥之物種組成 83
表 4-16 水萃廢水經電聚浮除系統處理後污泥之TCLP結果 84
表 4-17 整合化學沈降法及蘇打軟化法處理程序後,水萃廢液中離子之變化情形 86
表 4-18 水萃廢水經化學沈降法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物之成分組成 87
表 4-19 水萃廢水經化學沈降法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物換算為CaCO3純度比之結果 88
表 4-20 水萃廢水經化學沉降法處理後添加不同理論Na2CO3加藥量反應後沉積物之TCLP 91
表 4-21 經電聚法處理以後之水萃廢水結合蘇打軟化法處理程序Pb之質量平衡 92
表 4-22 整合電聚法處理及蘇打軟化法處理程序後,水萃廢液中離子之變化情形 93
表 4-23 水萃廢水經電聚法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物之成分組成 95
表 4-24 水萃廢水經電聚法處理後再添加不同理論Na2CO3反應後沉積物換算為CaCO3純度比之結果 96
表 4-25 水萃廢水經電聚法處理後添加不同理論Na2CO3加藥量反應後沉積物之TCLP 99
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論文使用權限
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