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系統識別號 U0002-2301201318531000
中文論文名稱 廢玻璃與垃圾焚化飛灰資源化作為調濕陶瓷原料之生命週期評估
英文論文名稱 A study on the Life Cycle Assessment of the Recycling Process of MSWI Fly Ash with Waste Glass for Producing Humidity-Controlling Ceramic Material
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 101
學期 1
出版年 102
研究生中文姓名 林洋玟
研究生英文姓名 Yang-Wen Lin
學號 699480132
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-01-10
論文頁數 101頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-李育明
委員-胡憲倫
中文關鍵字 廢玻璃  焚化飛灰  生命週期評估  GaBi  調濕陶瓷材料  燒結 
英文關鍵字 waste glass  municipal solid incinerator (MSWI) fly ash  life cycle assessment (LCA)  GaBi  humidity-controlling ceramic  sintering 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 廢玻璃的回收量逐年增加,再利用技術可有效達到廢玻璃資源化使增加廢玻璃的應用性,而飛灰資源化為目前處理飛灰最佳的可行方案,但是在研發資源化技術過程中,必須同時考慮資源化對整體環境的負載,以免解決了飛灰的問題,卻帶來更多的環境問題;因此如果能在研發的階段便導入生命週期思維,並模擬評估日後實廠的狀況,如此一來便能更清楚的掌握研發的方向,進而使日後研發出來飛灰資源化的技術對整體環境負載能降到最低。
本研究運用生命週期評估技術,來模擬都市焚化飛灰資源化實廠化後對環境的影響,並使用生命週期軟體GaBi 5來分析;以本研究室研發的廢玻璃與焚化飛灰資源化為調濕陶瓷材料之技術為模擬分析的對象並提出改進方案;利用廢玻璃與高嶺土作為黏結劑,加入具多孔特性之都市垃圾焚化飛灰,並運用燒製的技術使其具有成為調濕陶瓷原料之潛力。本研究依照實驗團隊得知有二種配比分別為廢玻璃粉60%、高嶺土20%、焚化飛灰20%(GKF-622)及廢玻璃粉60%、高嶺土30%、焚化飛灰10%(GKF-631)均符合日本調濕陶瓷材料規範 JIS A 1470-1:2008及CNS3299-4 陶瓷面磚試驗法之標準,以兩種不同配比進行生命週期評估之比較。生命週期衝擊評估以Eco-Indicator 99指標來評估對人體健康、生態及資源的損害衝擊。
結果發現利用廢玻璃與垃圾焚化飛灰製作成陶瓷調濕材料之製程中,燒結製程天然氣使用對環境所造成的環境負荷最大、其次是電力使用。結果顯示配比較佳為GKF-631。生產1公斤調濕陶瓷材料濕陶瓷材料對環境衝擊最大為資源耗用(Resources) 5.65 Pt,次要為人體健康(Human health) 2.13E-01 Pt最小為生態系統(Ecosystem Quality) 1.51E-02 Pt。以各製程中對環境衝擊大小為:燒結製程>飛灰水萃製程>調質製程>廢玻璃粉製程>成型製程,因此對環境相對最友善也可作為日後研發的方向。
英文摘要 In Taiwan, the quantity of waste glass recycling has increased over years. Current recyclable technology can effectively achieve the purpose of the waste glass recycling. Recycling is also the best way to manage municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash. However, the whole environmental load affected by the treatment process need to be consider, which can avoid to generate more environmental problems. Thus, if the Life Cycle Assessment(LCA) could be introduced at the initial stage of research and with full-scale simulation, we might have a better sense of direction and could improve the technique of the fly ash recycling that can reduce the environmental impact.
This study used LCA to simulate the effect of recycling process of the MSWI fly ash and analyzed the environmental impact by Gabi of Life Cycle Assessment Software. This recycling technique of the MSWI fly ash with waste glass to manufacture humidity-controlling ceramic material can provide improving solutions accordingly. Waste glass, kaolinite and fly ash are the porous material and foaming agent, which can be synthesized by sintering technology to produce humidity-controlling ceramic material. The results of experiment indicate that there are two composition ratios can meet the standard of Japan humidity-controlling ceramic material specification and which would conform to CNS3299-4 standard. These ratios are 60% waste glass powder, 20% kaolinite and 20% fly ash (GKF-622); and 60% waste glass powder, 30% kaolinite, 10% fly ash (GKF-631). By using to the two ratios, this study accesses their lifecycles respectively. LCA used Eco-Indicator 99 index of Gabi5 to access the impact of human health, ecosystem and resources.
The result of the LCA shows that the best ratio of GKF is GKF-631. The main environmental impact for producing 1 Kg of humidity-controlling ceramic material is 5.65Pt of resource consumption. The minor environmental impact is 2.13E-01Pt of human health. The minimal environmental impact is 1.51E-02 Pt of ecosystem quality. The order of environment impact in each process is as following: sintering process > water extraction process of MSWI fly ash > adjusting process > waste glass powdering process > molding process.
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 章節大綱 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 廢玻璃狀況 5
2.1.1 廢玻璃來源及產量 5
2.1.2 廢玻璃的物理特性 5
2.1.3 廢玻璃的化學特性 6
2.1.4 國內外廢玻璃資源化現況及應用 7
2.2 垃圾焚化飛灰 10
2.2.1 焚化飛灰之種類 10
2.2.2 飛灰物理特性 11
2.2.3 飛灰化學特性 12
2.3 調濕材料 13
2.3.1 調濕材料對健康之影響 13
2.3.2 調濕材料種類及應用 14
2.3.3 國內外調濕材料之發展與現況 17
2.4 生命週期評估 23
2.4.1 生命週期評估發展 23
2.4.2 生命週期評估方法 25
2.4.3 國內外生命週期評估之研究 28
2.5 生命週期評估模式與軟體應用 30
2.5.1 生命週期評估軟體介紹GaBi 30
2.5.2 生命週期衝擊評估Eco-Indicator 99 35
第三章 研究方法 42
3.1 生命週期評估 42
3.2 目標與範疇 44
3.3 生命週期盤查 48
3.4 生命週期衝擊評估 51
3.5 生命週期闡釋 52
第四章 結果與討論 53
4.1 生命週期盤查 53
4.1.1 原料製造及操作條件 53
4.1.2 原料製造設備資料建立 59
4.1.3 燒結製造及操作條件 61
4.1.4 燒結製造設備資料建立 63
4.2 生命週期衝擊評估 68
4.2.1 各製程依配比不同之三種數據結果 68
4.2.2 各製程依配比不同之標準化比較 79
4.2.3 各製程依配比不同之權重比較 88
4.3 生命週期闡釋 95
第五章 結論與建議 97
5.1 結論 97
5.2 建議 98
參考文獻 99

表目錄
表2-1台灣廢玻璃容器回收處理公司 9
表2-2國內廢玻璃資源化之文獻回顧彙整表 9
表2-3焚化飛灰粒徑分佈重量百分比 11
表2-4垃圾焚化飛灰與底渣之物理性質 12
表2-5國內外焚化飛灰元素分析結果 13
表2-6調濕材料市面上產品 15
表2-7目前市場上調濕材料的發展情況 17
表2-8國內調濕材料之文獻回顧彙整表 21
表2-9生命週期歷史背景 24
表2-11國內進行生命週期評估技術之研究 29
表2-12損害種類及原因 37
表2-13 Eco-Indicator 99衝擊類別 38
表2-14 Eco-Indicator 99損害評估之轉換因子 39
表2-15 Eco-Indicator 99損害評估之常態因子 40
表2-16權重化轉換因子表 40
表3-1北台灣廢玻璃回收統計表 48
表4-1廢玻璃容器模擬及操作條件 53
表4-2 GKF-622第一段水萃模擬及操作條件 54
表4-3 GKF-622第二段水萃模擬及操作條件 55
表4-4 GKF-631第一段水萃模擬及操作條件 56
表4-5 GKF-631第二段水萃模擬及操作條件 57
表4-6 GKF-622廢水處理操作條件 57
表4-7 GKF-631廢水處理操作條件 58
表4-8 GKF-622調質操作條件 58
表4-9 GKF-631調質操作條件 58
表4-10廢玻璃粉製程設備及能源評估表 59
表4-11水萃製程設備及能源評估表 60
表4-12調質製程設備及能源評估表 61
表4-13 GKF-622成型操作條件 62
表4-14 GKF-631成型操作條件 62
表4-15 GKF-622燒結操作條件 62
表4-16 GKF-631燒結操作條件 62
表4-17成型製程設備及能源評估表 63
表4-18運輸階段盤查表 63
表4-19成型製程設備及能源評估表 64
表4-20產品每小時消耗總電力 65
表4-21產品每小時消耗天然氣 65
表4-22 GKF-622各製程特徵化數據 69
表4-23 GKF-622各製程標準化數據 70
表4-24 GKF-622各製程權重化數據 72
表4-25 GKF-631各製程特徵化數據 74
表4-26 GKF-631各製程標準化數據 75
表4-27 GKF-631各製程權重化數據 77
表4-28廢玻璃粉製程標準化分析 79
表4-29不同配比飛灰水萃製程標準化之比較 80
表4-30不同配比調質製程標準化之比較 81
表4-31不同配比成型製程標準化之比較 83
表4-32不同配比燒結製程標準化之比較 84
表4-33運輸階段標準化分析 85
表4-34不同配比廢水處理單元標準化之比較 87
表4-35廢玻璃粉製程權重化分析 89
表4-36不同配比飛灰水萃製程權重化之比較 89
表4-37不同配比調質製程權重化之比較 90
表4-38不同配比成型製程權重化之比較 91
表4-39不同配比燒結製程權重化之比較 91
表4-40運輸階段權重化分析 92
表4-41不同配比廢水處理權重化之比較 94
表4-42不同配比綜合性評估 95

圖目錄
圖1-1論文架構圖 4
圖2-1廢玻璃歷年回收量 5
圖2-2 典型玻璃處理系統流程 8
圖2-3產品生命週期流程圖 24
圖2-4生命週期評估架構圖 26
圖2-5 生命週期評估階段圖 26
圖2-6 Plan 由Processes 組成,Process 由Flows 組成 32
圖2-7 GaBi 軟體之Plan、Process 與Flow 示意圖 33
圖2-8 GaBi 軟體之Flow 屬性圖 34
圖2-9 LCIA 計算結果: 衝擊指標特徵值 35
圖2-10 Eco-Indicator 99 衝擊性評估模式之流程 36
圖3-1生命週期評估研究流程圖 43
圖3-2廢玻璃資源化製造流程 45
圖3-3廢玻璃與垃圾焚化飛灰共同再生製作調濕陶瓷材料生命週期製程地圖 47
圖3-4廢玻璃粉製程圖 49
圖3-5水萃製程圖 50
圖3-6調質製程圖 50
圖3-7成型製程圖 51
圖3-8燒結製程圖 51
圖4-1 GKF-622物質流圖 66
圖4-2 GKF-631物質流圖 67
圖4-3 GKF-622各製程標準化結果分析圖 71
圖4-4 GKF-622各製程權重化結果分析圖 73
圖4-5 GKF-631各製程標準化結果分析圖 76
圖4-6 GKF-631各製程權重化結果分析圖 78
圖4-7 廢玻璃粉製程標準化分析圖 80
圖4-8 不同配比飛灰水萃製程標準化之比較圖 81
圖4-9 不同配比調質製程標準化之比較圖 82
圖4-10 不同配比成型製程標準化之比較圖 83
圖4-11 不同配比燒結製程標準化之比較圖 85
圖4-12 運輸階段標準化分析 86
圖4-13 不同配比廢水處理單元標準之比較圖 88
圖4-14 兩種配比綜合比較 96
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