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系統識別號 U0002-2408201020323900
中文論文名稱 都市垃圾焚化飛灰水萃液中鉛離子回收再利用之研究
英文論文名稱 A study on the Lead Recovery from 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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 曾聖閔
研究生英文姓名 Sheng-Min Tseng
學號 694330175
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-09
論文頁數 88頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-孫常榮
委員-曾迪華
中文關鍵字 飛灰水萃液  CO2沉降  鉛離子回收  PbCl2  化學動力式 
英文關鍵字 MSWI fly ash extraction wastewater  CO2-sparging precipitation  lead recover  lead chloride  chemistry dynamics 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 近年針對都市垃圾焚化飛灰再利用之研究蓬勃發展,飛灰內含大量的氯鹽,如直接使用會影響產品上之可利用性,因此氯鹽的去除便成了飛灰再利用前必備的流程,水萃為目前最為普遍之前處理方式。水萃過程中,除了將氯鹽萃取出來,也會萃出大量的鉛離子。本研究利用化學沉降法及通入CO2的方式結合溼式冶金的概念來回收鉛,並同時嘗試以連續式流程測試未來實廠應用之可能性。最後並針對CO2通入水萃液中的實驗結果,進行動力式的推估。
由結果中可得知,利用化學沉降法(pH 10)或是通入CO2(0.5 L/min,30分鐘),對水萃液中的鉛都有很好的分離效果,分別是99.54%及99.82%。化學沉降法產生的污泥利用溼式冶金方式,無論是採用硝酸或是鹽酸萃取(1、3、6N,L/S=6),對於鉛之回收效果有其限制,主要是添加的硫酸根限制了鉛與其他離子結合的可能性。採用CO2曝氣沉降污泥進行鹽酸萃取(3N,L/S=6),則可以得到純度85.96%的PbCl2,佔原始水萃液中鉛含量的98.6%;若把萃取過程中產生的廢液注入另一股新鮮的水萃液,第二輪的試驗中也可得到純度88.06%的PbCl2,可見水萃液中98%以上的鉛可藉由此程序以高純度PbCl2的型態回收,結果也顯示發展成一個連續式流程的可能性。從化學動力式的實驗中可得,通入CO2主要是中和水萃液中的OH-,並且可推估出反應速率大致符合擬一階的條件,速率常數為0.1805 min-1。因此,本研究對於飛灰水萃液不但可有效回收廢水中之鉛,且具有處理或回收廢水之潛力。
英文摘要 The research of MSWI fly ash reuse grows vigorously in recent years, but including plenty of chlorine salts inside, it will influence the feasibility of recovery as the construction materials, so remove chlorine salts from the fly ash becomes the necessary procedure before reusing. Water extraction deal with the way for being most general at present. This procedure is not only extract chloride salt, also a large amount of lead ion. This research utilize chemistry precipitation(pH 10) and CO2-sparging precipitation(0.5L/min, 30mins) combine the hydrometallurgical to recover lead from extraction wastewater, and the continuous procedure was confirmed the possibility which be using on site. Finally it designed a chemistry dynamics test.

According to results, the chemistry precipitation and CO2-sparging precipitation separate the lead from extraction wastewater successfully, 99.54% and 99.82% respectively. The chemistry sludge was extracted by HNO3 and HCl(1, 3, 6N, L/S =6), the lead can’t separate from the sludge, because of the sulfate. The CO2-sparging precipitation sludge was extracted by HCl(3N, L/S =6), precipitate the PbCl2 sludge that purity was 85.96%, and lead was 98.6% of the totally original content in the extraction wastewater. The extraction procedure produced another extracted acid wastewater, add into a fresh fly ash extraction wastewater, named second round procedure. Following the CO2-sparging precipitation and HCl extracted procedure, precipitate the PbCl2 sludge that purity was 88.06%. The chemistry dynamics fit pseudo-first-order supposed, and the rate constant was 0.1805 min-1.
論文目次 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 飛灰之種類來源與物化特性......................................................5
2-1-1 飛灰之種類來源................................................................5
2-1-2 飛灰之物化特性................................................................6
2-2 反應灰之物化特性....................................................................10
2-2-1 反應灰的含Pb特性..........................................................11
2-3 飛灰重金屬溶出相關文獻.........................................................11
2-3-1 鹽類對重金屬溶出之影響..............................................11
2-3-2 pH值對重金屬溶出之影響..............................................12
2-4 水萃處理相關文獻....................................................................13
2-5 CO2 曝氣對水體影響..................................................................15
2-6 重金屬回收方式........................................................................18
2-7 化學反應速率式........................................................................20
第三章 研究方法....................................................................................22
3-1 實驗方法....................................................................................22
3-2 實驗設計及步驟........................................................................24
3-2-1 重金屬沉降實驗..............................................................24
3-2-2 重金屬萃取實驗..............................................................26
3-2-3 CO2 通入水萃液反應動力式實驗...................................28
3-3 實驗藥品及器材........................................................................28
3-4 實驗設備及儀器........................................................................29
3-5 實驗分析項目及方法................................................................31
第四章 結果與討論................................................................................32
4-1 水萃液物化特性分析.................................................................32
4-1-1 水萃液化學沉降前後特性分析......................................34
4-1-2 化學沉降污泥物化特性分析..........................................36
4-2 酸萃取回收化學沉降污泥中鉛離子........................................41
4-2-1 化學沉降污泥酸萃取......................................................41
4-2-2 HNO3 萃取........................................................................41
4-2-3 HCl萃取............................................................................45
4-3 水萃液CO2 沉降前後物化特性分析.........................................48
4-3-1 水萃液鹼度......................................................................48
4-3-2 水萃液CO2 曝氣..............................................................48
4-3-3 水萃液CO2 沉降水質特性分析......................................50
4-3-4 CO2 沉降污泥物化特性分析...........................................51
4-4 經由酸萃取回收CO2 沉降污泥中鉛離子..................................57
4-4-1 CO2 沉降污泥HCl萃取.....................................................57
4-5 第二輪回收實驗........................................................................64
4-5-1 酸萃廢液添加回水萃液..................................................64
4-5-2 第二輪水萃液通入CO2 沉降..........................................65
4-5-3 第二輪污泥HCl萃取.......................................................70
4-6 質量平衡....................................................................................72
4-6-1 第一輪CO2 沉降質量平衡..............................................72
4-6-2 第二輪CO2 沉降質量平衡..............................................72
4-7 水萃液通入CO2 的反應速率.....................................................76
第五章 結論與建議................................................................................81
5-1 結論............................................................................................81
5-2 建議............................................................................................83
第六章 參考文獻....................................................................................84
圖2-1 飛灰多段(每段 L/S=5)水萃液氯離子含量變化......................14
圖2-2 飛灰多段(每段L/S=5)水萃液pH值變化....................................14
圖2-3 飛灰多段(每段L/S=5)水萃液導電度變化) ............................15
圖2-4 在不同pH條件下碳酸系統之物種分佈情形..............................17
圖2-5 水萃廢液通入CO2 作為碳酸根沉積物質之XRD圖譜...............17
圖3-1 本研究之流程圖...........................................................................23
圖3-2 CO2 曝氣沉降實驗設備示意圖...................................................25
圖3-3 重金屬萃取質量平衡實驗流程...................................................27
圖4-1 飛灰水萃液以H2SO4 進行化學沉降污泥之XRD圖譜(pH 10)
.......................................................................................................37
圖4-2 飛灰水萃液進行化學沉降污泥SEM圖(放大倍數:2000) ..38
圖4-3 飛灰水萃液進行化學沉降污泥SEM圖(放大倍數:5000) ..39
圖4-4 水萃液化學沉降污泥之粒徑分佈圖...........................................40
圖4-5 化學沉降污泥經不同濃度HNO3 萃取後Pb之質量分佈(L/S=6)
.......................................................................................................43
圖4-6 化學沉降污泥經不同濃度HNO3 萃取後污泥之XRD圖譜
(L/S=6) ....................................................................................44
圖4-7 化學沉降污泥經不同濃度HCl萃取後Pb之質量分佈(L/S=6)
.......................................................................................................46
圖4-8 化學沉降污泥經不同濃度HCl萃取後污泥之XRD圖譜(L/S=6)
.......................................................................................................47
圖4-9 飛灰水萃液經CO2 曝氣pH值變化連續監測圖..........................50
圖4-10 飛灰水萃液進行CO2 沉降污泥之XRD圖譜.............................53
圖4-11 飛灰水萃液進行CO2 曝氣沉降污泥SEM圖(放大倍數:2000)
.......................................................................................................54
圖4-12 飛灰水萃液進行CO2 曝氣沉降污泥SEM圖(放大倍數:5000)
.......................................................................................................55
圖4-13 水萃液CO2 沉降污泥之粒徑分佈圖.........................................56
圖4-14 CO2 污泥經不同濃度HCl萃取程序萃取廢液中元素濃度
(L/S=6) ....................................................................................58
圖4-15 CO2 沉降污泥經不同濃度HCl萃取後Pb之質量分佈(L/S=6)
.......................................................................................................60
圖4-16 CO2 沉降污泥經不同濃度HCl萃取後污泥之XRD圖譜(L/S=6)
.......................................................................................................61
圖4-17 CO2 沉降污泥經HCl萃取後污泥之XRD圖譜(3N L/S=6) 62
圖4-18 CO2 沉降污泥經3N HCl萃取後污泥SEM圖(放大倍數:2000)
.......................................................................................................63
圖4-19 CO2 沉降污泥經3N HCl萃取後污泥SEM圖(放大倍數:5000)
.......................................................................................................63
圖4-20 ......................................................................................................68
圖4-20 第二輪水萃液通入CO2 沉降污泥之XRD圖譜.........................68
圖4-21 第二輪水萃液通入CO2 曝氣沉降污泥SEM圖(放大倍數:2000)
.......................................................................................................69
圖4-22 第二輪水萃液通入CO2 曝氣沉降污泥SEM圖(放大倍數:5000)
.......................................................................................................69
圖4-23 第二輪CO2沉降污泥經HCl萃取後污泥之XRD圖譜(3N L/S=6)
.......................................................................................................71
圖4-24 飛灰水萃液回收流程第一輪質量平衡圖.................................74
圖4-25 飛灰水萃液回收流程第二輪質量平衡圖.................................75
圖4-26 通入不同時間CO2 後水萃液中的碳酸根離子變化.................77
圖4-27 水萃液經不同時間CO2 曝氣後Pb之質量分佈圖.....................79
圖4-28 通入不同時間CO2 的水萃液中ln[OH-]與時間關係圖.............79
表2-1 焚化灰渣之來源及特性敘述.........................................................7
表2-2 焚化飛灰化學組成.........................................................................9
表2-3 不同重金屬分離技術之比較表...................................................19
表3-1 本研究所使用之藥品...................................................................28
表3-2 本研究所使用之器材...................................................................28
表3-3 本研究所使用之設備及分析儀器...............................................29
表4-1 第一段水萃液之特性...................................................................33
表4-2 第一段水萃液經化學沉降處理後水質分析...............................35
表4-3 水萃液經化學沉降處理後污泥之物種組成(pH調整為10).36
表4-4 水萃液經化學沈降法處理後污泥之TCLP結果(pH調整為10)
.......................................................................................................41
表4-5 化學沉降污泥經不同濃度HNO3萃取後污泥之物種組成(L/S=6)
.......................................................................................................42
表4-6 化學沉降污泥經不同濃度HCl萃取後污泥之物種組成(L/S=6)
.......................................................................................................45
表4-7 第一段水萃液經CO2 沉降處理後水質分析...............................51
表4-8 水萃液經CO2 沉降處理後污泥之物種組成...............................52
表4-9 水萃廢水經CO2 沈降法處理後污泥之TCLP結果......................57
表4-10 CO2 沉降污泥經不同濃度HCl萃取後污泥之物種組成(L/S=6)
.......................................................................................................59
表4-11 第二輪水萃液通入CO2 沉降處理後水質分析.........................66
表4-12 不同階段CO2 曝氣沉降污泥量.................................................67
表4-13 第二輪水萃液CO2 曝氣沉降污泥之物種組成.........................67
表4-14 第二輪CO2 沉降污泥經HCl萃取後污泥(3N L/S=6)...........71
表4-15 由鹼度滴定判斷水體中碳酸根及氫氧根優勢物種.................77
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