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系統識別號 U0002-2408201012191800
中文論文名稱 都市垃圾焚化飛灰應用於燒製紅磚資源化之研究
英文論文名稱 A Study on the Regeneration of Municipal Solid Waste Incinerator Fly Ash as the Feedstock in the Brick Manufacturing
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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 黃承鈞
研究生英文姓名 Cheng-Chun Huang
學號 697480100
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-24
論文頁數 113頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-孫常榮
委員-詹益臨
中文關鍵字 都市垃圾焚化飛灰  紅磚  燒結  磷酸穩定重金屬 
英文關鍵字 MSWI fly ash  Brick  H3PO4 stablize heavy metal release  sinter  water-extraction ash 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 都市垃圾焚化灰渣已被視為可再利用之資源,但未經處理的飛灰常有重金屬高溶出之疑慮,因此藉由不同的機制與程序穩定飛灰中之重金屬後進行再利用,將為未來的趨勢。運用處理過後的飛灰取代部分製磚用之紅磚土來製成環保紅磚為可再利用的方式之一。

本研究使用水洗、研磨、磷酸穩定、調質及燒結一系列技術將都市垃圾焚化飛灰再利用於燒製紅磚,飛灰先以水洗去除大部分可溶性物質,增加後續處理的穩定性,再以濕式研磨技術降低水洗飛灰的粒徑、穩定飛灰重金屬,研磨劑採用磷酸溶液,並且與磷酸浸泡處理進行比較,最後再添加玻璃粉為調質材料共同研磨,探討調質研磨對水洗灰再利用的效果。

實驗結果顯示水洗飛灰經過磷酸研磨後,在添加量為4%時,可以燒製出抗壓強度符合一種磚標準的紅磚,而且重金屬溶出較使用磷酸浸泡處理所燒製的紅磚,低另外在重金屬揮發量上也有顯著的降低。在添加廢玻璃粉調質實驗結果上,初期的試驗結果顯示水洗飛灰和廢玻璃粉在6:4的調質配比下以磷酸研磨後之粉體,其燒結體可達到最佳的抗壓強度,在固定此調質配比後再和紅磚土原料進行一系列的混合比例實驗,結果發現以重量比2:8混合比例之燒結體抗壓強度高達408 kg/cm2,已經遠高於一種磚的抗壓強度標準,而換算水萃飛灰重量比例為12%,顯示添加玻璃與水洗飛灰共同研磨可以大幅提升水洗飛灰在燒製紅磚的使用量。
英文摘要 Municipal solid waste incinerator (MSWI) ashes have been regarded as a resource to be recycled; however, MSWI fly ash (FA) usually has the high probability of heavy metals and salts releasing, therefore, stabilizing the heavy metal is the necessary pretreatment on the recovery process of FA. One of the feasible processes to recovery the FA is applying it as a part of the feedstock during the brick manufacturing.

In this study, the pretreatment process includes water-washing, ball-milling, phosphoric acid stabilizing, and component adjusting following the sintering operation. Most of soluble materials of FA were eliminated during the water-washing, which will increase the stability in the following processes. Wet-ball-milling with phosphoric acid solution will increase the effectiveness of heavy metals stabilizing, while adjusting the component with cullet during the milling operation will enhance the property of sintering product.


The results showed that, washed FA (WFA) milling with phosphoric acid, sintered with clay by 4% substitution, the compression strength of sintered specimen could met thestandards of CNS ordinary brick 1, and percentage of heavy metal volatilization during brick sintering were less than that the phosphoric acid dosage without milling with the WFA. In the composition adjusting with cullet experiment, with WFA 60% cullet 40%, the sintered specimen presented the best compressing strength. When substituted the clay with 20% of pretreated and adjusted matrix during the brick sintering, the compression strength of sintered specimen reached 408 kg/cm2 which was higher than the standards of CNS ordinary brick 1. Through the conversion to the actual weight, the WFA occupied 12% of the total feedstock, it reveals that wet-ball-milling of cullet with WFA and phosphoric acid greatly increasing the amount of WFA substitution during the sintering process.
論文目次 總目錄 v
圖目錄 xii
表目錄 xv
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 焚化灰渣種類及特性 3
2-1-1 焚化飛灰的物理性質 4
2-1-2 焚化飛灰的化學性質 5
2-2 水洗處理焚化飛灰相關文獻 7
2-3 磚坯特性與資源化 8
2-3-1坯體燒成之熱化學反應 8
2-3-2坯體工程特性規範 10
2-3-3相關資源化實例 12
2-4 廢玻璃特性與資源化 13
2-4-1廢玻璃物理及化學性質 13
2-4-2相關資源化實例 14
2-5磷酸對飛灰中重金屬之穩定 17
2-6研磨粉體技術 20
2-6-1 超細粉體特性 20
2-6-2 超細粉體相關研究 22
2-7 燒結基本原理 23
2-7-1 燒結理論 23
2-7-2 影響燒結之因素 25
2-8 焚化飛灰中戴奧辛之特性 27
2-8-1 戴奧辛之基本性質 27
2-8-2 戴奧辛於焚化過程中之生成機制 27
第三章 研究方法與材料 30
3-1研究方法 30
3-1-1研究架構 30
3-2-2 水萃前處理實驗操作參數 34
3-2-3 磷酸浸泡與研磨實驗操作參數 34
3-2-4球磨機機器操作參數 35
3-2-5燒結特性試驗參數 37
3-2 實驗材料 38
3-3 實驗配置 39
3-3-1 紅磚土原料添加水洗灰之燒結特性試驗配置 39
3-3-2廢玻璃粉和水洗灰混合研磨之燒結特性試驗配置 40
3-3-3紅磚土原料添加廢玻璃粉和水洗灰混合研磨之燒結特性試驗配置 40
3-3-4 紅磚土原料添加廢玻璃粉和水洗灰混和研磨之燒結特性試驗配置 41
3-4 實驗方法 42
3-4-1檢測項目與方法 42
3-4-2實驗藥品及器材 46
3-4-3實驗設備及分析儀器 47
3-4-3-1實驗設備 47
3-4-3-2 實驗分析儀器 48
第四章 結果與討論 49
4-1 實驗材料基本性質分析 49
4-1-1 飛灰性質分析 49
4-1-1-1 物理性質分析 49
4-1-1-3 毒性特性溶出程序 52
4-1-2 水洗灰性質分析 53
4-1-2-1 水洗灰粒徑分析 53
4-1-2-2 水洗灰元素分析 53
4-1-2-3 水洗灰毒性特性溶出程序 55
4-1-3 紅磚土原料基本特性分析 56
4-1-3-1紅磚土原料物理性質分析 56
4-1-3-2 紅磚土原料之粒徑分析 56
4-1-3-3 紅磚土之化學組成與重金屬特性 57
4-1-3-4 紅磚土之物種型態 59
4-1-4 廢玻璃粉基本特性分析 61
4-1-4-1廢玻璃粉之物理性質分析 61
4-1-4-2 廢玻璃粉之粒徑分析 61
4-1-4-3 廢玻璃粉之化學組成與重金屬特性 62
4-2水洗灰經磷酸浸泡或研磨後對重金屬穩定與紅磚燒結體特性的影響 64
4-2-1研磨灰與浸泡灰之粒徑分析與重金屬溶出 64
4-2-1-1 研磨灰與浸泡灰之重金屬溶出 64
4-2-1-2研磨灰與浸泡灰之粒徑分析 65
4-2-2水洗灰經磷酸浸泡或研磨後對紅磚燒結體特性的影響 66
4-2-2-1抗壓強度 66
4-2-2-2吸水率 67
4-2-2-3 體積收縮率 69
4-2-2-4 燒失量 70
4-2-2-5 微觀特性及結晶相分析 71
4-2-2-6 重金屬特性 73
4-2-3小結 75
4-3水洗灰與廢玻璃粉調質後添加入紅磚之燒結特性的影響 76
4-3-1 水洗灰與廢玻璃粉混和研磨調質後之工程性質 77
4-3-2 水洗灰與廢玻璃粉磷酸研磨調質後添加入紅磚之燒結體特性的影響 78
4-3-2-1抗壓強度 78
4-3-2-2吸水率 79
4-3-2-3體積收縮率 80
4-3-2-4燒失量 81
4-3-3水洗灰與廢玻璃粉經不同程序處理後添加入紅磚之燒結體特性的影響 82
4-3-3-1水洗灰與廢玻璃粉經不同程序處理後之混合灰粒徑分析 82
4-3-3-2抗壓強度 83
4-3-3-3吸水率 84
4-3-3-4體積收縮率 85
4-3-3-5燒失量 86
4-3-3-6微觀特性及結晶相分析 87
4-3-3-7重金屬特性 89
4-3-4 添加水洗灰與廢玻璃粉與紅磚土原料以最適配比經磷酸研磨後對紅磚燒結特性之影響 90
4-3-4-1抗壓強度 90
4-3-4-2吸水率 90
4-3-4-3體積收縮率 91
4-3-4-4燒失量 92
4-3-4-5 燒結體之重金屬特性 92
4-3-4-5-1重金屬溶出 93
4-3-4-6 戴奧辛分析 93
4-3-5 小結 95
第五章 結論與建議 96
5-1 結論 96
5-2 建議 97
參考文獻 98
附錄A 磚材之CNS規範-抗壓強度 106
附錄B 磚材之CNS規範-吸水率 107
附錄C 戴奧辛檢測報告 108


圖目錄

圖2-1 液相燒結示意圖(胡氏,2002) 24
圖2-2 液相燒結三階段圖(胡氏,2002) 24
圖3-1 研究架構圖 31
圖3-2 轉速過慢之示意圖 36
圖3-3 轉速過快之示意圖 36
圖3-4 臨界轉速之示意圖 37
圖4-1 反應灰粒徑分佈圖 50
圖4-2 水洗灰粒徑分佈圖 53
圖4-3 紅磚土原料粒徑分佈圖 56
圖4-4 紅磚土原料XRD分析圖 60
圖4-5 廢玻璃粉的粒徑分佈圖 61
圖4-6 研磨灰與浸泡灰之粒徑比較圖 65
圖4-7 水洗灰經浸泡或研磨後在不同添加量下之抗壓強度比較圖 67
圖4-8 水洗灰經浸泡或研磨後在不同添加量下之吸水率比較圖 68
圖4-9 水洗灰經浸泡或研磨後在不同添加量下之之體積收縮率比較圖 69

圖4-10 水洗灰經浸泡或研磨後在不同添加量下之燒失量比較圖 70
圖4-11 磷酸研磨與浸泡程序後之水洗灰XRD圖 71
圖4-12 不同比例磷酸研磨灰添加量之燒結體XRD比較圖 72
圖4-13 磷酸研磨與磷酸浸泡灰在添加量4%的情況下之SEM圖 73
圖4-14 水洗灰經浸泡或研磨後在添加量4%的情況下之重金屬揮發圖 74
圖4-15水洗灰與廢玻璃粉以不同的比例相互添加之工程性質圖 77
圖4-16 磷酸研磨處理後之抗壓強度 78
圖4-17 磷酸研磨處理後之吸水率 79
圖4-18 磷酸研磨處理後之體積收縮率 80
圖4-19 磷酸研磨處理後之燒失量 81
圖4-20 三種處理程序處理後之混合灰粒徑分析圖 82
圖4-21 三種處理程序之抗壓強度比較圖 84
圖4-22 三種處理程序之吸水率比較圖 85
圖4-23 三種處理程序之體積收縮率比較圖 86
圖4-24 三種處理程序之燒失量比較圖 87
圖4-25 三種處理程序處理後之BO-82燒結體XRD圖 87
圖4-26 三種不同程序處理後之BO-82燒結體SEM圖 88
圖4-27 M-80128與BO-82之抗壓強度比較圖 90
圖4-28 M-80128與BO-82之吸水率比較圖 91
圖4-29 M-80128與BO-82之體積收縮率比較圖 92
圖4-30 M-80128與BO-82之燒失量比較圖 92

表目錄
表2-1 CNS 382 建築用普通磚之規格 11
表2-2 各色玻璃之成份組成(陳氏,2001) 13
表2-3 廢玻璃粉成份組成 (陳氏,2003) 14
表2-4 磷酸鹽礦物的Ksp值(Crannell et al ,1999) 19
表2-5 本研究團隊歷年燒結相關資料 26
表3-1 磚原料與水洗灰添加配比參數表 39
表3-2 水洗灰與廢玻璃粉粉添加配比參數表 40
表3-3 磚原料、水洗灰與廢玻璃粉粉添加配比參數表 40
表3-4 磚原料、水洗灰與廢玻璃粉粉混和研磨配比參數表 41
表3-5 抗壓強度校正因數 44
表3-6 實驗藥品 46
表3-7 材料器具 46
表4-1 反應灰基本物理特性分析 49
表4-2 反應灰主要組成元素分析 50
表4-3 反應灰之重金屬總量 51
表4-4 反應灰TCLP溶出特性 52
表4-5 水洗灰之元素分析 54
表4-6 水洗灰之重金屬總量 54
表4-7 水洗灰TCLP溶出特性 55
表4-8 紅磚土原料物理性質 56
表4-9 紅磚原料土元素分析 57
表4-10 紅磚土原料之元素分析(氧化態表示) 57
表4-11 紅磚土原料之重金屬總量 58
表4-12 紅磚土原料TCLP溶出特性 58
表4-13 廢玻璃粉基本物理特性分析 61
表4-14 廢玻璃粉之元素分析 62
表4-15 廢玻璃粉之元素分析(氧化態表示) 62
表4-16 廢玻璃粉之重金屬分析 63
表4-17 廢玻璃粉之TCLP溶出特性 63
表4-18 磷酸研磨灰與磷酸浸泡灰之TCLP 65
表4-19 添加量為4%時燒結體之TCLP 74
表4-20 三種處理程序處理後之混合灰TCLP 89
表4-21 三種處理程序處理後之BO-82燒結體TCLP 89
表4-22 M-80128與BO-82之混和灰TCLP 93
表4-23 M-80128與BO-82之燒結體TCLP 93
表4-24 戴奧辛之檢測結果 94


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