淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2608200902493300
中文論文名稱 都市垃圾焚化底渣水萃細泥再生耐火石膏板之研究
英文論文名稱 A study on the fire-resistant gypsum plaster from water-extracted fine particle of MSWI bottom 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 2
出版年 98
研究生中文姓名 蘇文亮
研究生英文姓名 Wen-Liang Su
電子信箱 wenliangsu65018@gmail.com
學號 696480630
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-03
論文頁數 91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 焚化底渣  石膏板  再利用  耐火材料  水洗 
英文關鍵字 bottom ash  gypsum plaster  reuse  fire-resistant material  water extraction 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 目前台灣地區的都市垃圾處理已經趨向於利用焚化處理的方式進行減量。而其焚化過後所產生的底渣,常利用於道路基層以及瀝青混凝土等再利用之用途。而文獻中底渣經過水萃,並經由NO.200篩篩分後的篩下細泥(即為細底渣),目前並無再利用的價值且毒性甚低。而在初步試驗發現細底渣中Ca的含量約30%,因此嘗試利用水萃細泥製作耐火石膏板,以提升底渣的再利用價值。
本研究主要探討其水萃細泥中的成份,並利用硫酸使細底渣中的Ca轉變成CaSO4‧2H2O後,燒製成CaSO4‧0.5H2O(此過程稱為轉化作用),並分別使用粒徑分析儀、X-ray粉末繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)等儀器,分析其轉化前後細底渣中的內部變化情形。將細底渣與純半水石膏混合製成成品,並利用抗彎試驗、耐燃試驗以及毒性溶出特性試驗進行成品的檢驗,以觀察是否可達到其再利用標準。
由實驗結果得知,當細底渣經過轉化程序之後,其轉化的效率為25.31%,利用SEM可以看到細底渣內部有二水石膏結晶產生,且轉化後的細底渣透過XRD發現,採用135℃燒製4hr後可以使其二水石膏轉變成為半水石膏。純半水石膏添加40%的轉化後細底渣並加入額外8%纖維量以及75%水量(與乾基重相比),可以達到較好的工作性以及抗彎強度,此外,與去除紙面的市售石膏板作比較,其抗彎強度較大且在耐燃試驗中其耐燃曲線也低於CNS6532的法規標準。
英文摘要 Municipal solid waste treated by incineration had being a tendency in many countries. The bottom ash after treated by water extraction and screened was often reused in the substitution material of asphalt concrete and road construction. However, the fine-particle below the sieve No.200 doesn’t have the value of reuse and its toxicity is low. From the preliminary experiment, it was found that 30% of Ca contained in the fine-particle bottom ash. The aim of this study was trying to transfer the fine-particle bottom ash into the feedstock of gypsum plaster.
The study were investigated the component of the fine-particle bottom ash, added H2SO4 to react with Ca into CaSO4‧2H2O, and then transfer into CaSO4‧0.5H2O in the oven. The particle size analyzer, X-ray powder diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis were applied to exam the inner change before and after the transformation. The transformed fine-particle bottom ash was blended with pure semi-hydrate gypsum, the product was analyzed by the bending test, incombustibility test and toxicity characteristic leaching process (TCLP), in order to satisfy the relative standards.
The results showed that, the efficiency of transformation was 25.31%, crystal of gypsum was found by SEM. From the analysis of XRD spectrum, it was found CaSO4‧2H2O can be converted into semi-hydrate gypsum in 135℃ for 4 hr. The plaster which added 40% fine-particle bottom ash (after transformed), 8% fiber and 75% water can achieve the good working ability and bending strength. In addition, the strength of bending was better than the market gypsum plaster. And the curve of incombustibility test was satisfied the standard of CNS6532.
論文目次 目錄
第一章、 前言 1
1-1 研究動機及目的 1
1-2 研究內容 3
第二章、 文獻回顧 5
2- 1焚化底渣特性 5
2-1-1 焚化底渣的物理特性 5
2-1-2焚化底渣的化學特性 6
2-2 細粒徑底渣的基本性質 9
2-2-1 物理性質 9
2-2-2 化學性質 10
2-2-3 重金屬含量及溶出特性 10
2-3 石膏之製作技術 12
2-3-1 石膏的種類 12
2-3-2 石膏膠結材料之生產特性 13
2-3-3半水石膏之特性及性質差異 14
2-4 建築石膏的性質 15
2-4-1 建築石膏之硬化機制 16
2-4-2建築石膏內部脫水機制 17
2-4-3建築石膏的晶體結構 18
2-4-4建築石膏在工程上的應用 20
2-5 石膏板的改良研究 21
第三章、 研究方法及實驗內容 23
3-1 研究方法 23
3-2 實驗步驟設計與流程 24
3-3 實驗藥品及材料器具 29
3-4 實驗設備及分析儀器 30
3-4-1 實驗設備 30
3-4-2 分析儀器 32
3-5 試驗方法概述 34
3-5-1 基本檢測分析方法 34
3-5-2 石膏含量試驗 37
3-5-3 抗彎強度試驗 40
第四章、 實驗結果與討論 43
4-1 細底渣基本特性分析 43
4-1-1 細底渣物理特性分析 43
4-1-2 細底渣元素組成分析 45
4-1-3 細底渣之物種晶相及熱分析 48
4-2 細底渣轉化類石膏 50
4-2-1 轉化前後物理特性 50
4-2-2 轉化後之晶相物種分析及轉化效率 52
4-2-3 轉化過程之溫度控制 55
4-2-4 轉化過程之燒製時間控制 58
4-2-5 轉化過程之顯微結構比較 60
4-3 成品製作以及參數探討 67
4-3-1 纖維添加量探討 67
4-3-2 拌合添加水量的影響 69
4-3-3 壓力與持壓時間之探討 71
4-3-4 成品製作流程改善 74
4-3-5 轉化後細底渣的添加影響 77
4-3-6 成品的重金屬穩定性 78
4-3-7 耐燃性質探討 80
第五章、 結論與建議 84
5-1 結論 84
5-2 建議 86
第六章、 參考文獻 87


表目錄
表2–1 焚化系統中重金屬化合物型態與分佈(鄭氏,1996) 8
表2–3 水洗及篩分前後之底渣物理性質分析(李氏,2003) 9
表2–2 底渣粒徑與重金屬TCLP溶出相關性(張氏,1996) 9
表2–4 水洗及篩分後底渣組成元素分析(李氏,2003) 10
表2–5 篩分後底渣之重金屬含量分析(李氏,2004) 11
表2–6 篩分後底渣TCLP重金屬溶出分析(李氏,2004) 11
表2–7 石膏礦物成分和結晶水含量(吳氏及張氏,2003) 12
表3–1 實驗所需之藥品 29
表3–2 實驗材料器具 30
表4–1 細底渣主要元素組成分析 46
表4–2 細底渣重金屬含量分析 46
表4–3 細粒徑底渣之TCLP溶出試驗 47
表4–4 細底渣轉化前後效率分析 53
表4–5 不同纖維添加量的成品 67
表4–6 不同摻水量之成品情形 69
表4–7 不同壓力下之成品含水率情形 72
表4–8 不同持壓時間之成品含水率情形 73
表4–9 不同壓力下之改良成品情形 75
表4–10 不同持壓時間下之改良成品比較 77
表4–11 添加不同比例底渣之成品比較 78
表4–12 成品製作前後重金屬溶出變化 79
表4–13 研磨並轉化後之細底渣比較 80


圖目錄
圖2–1 石膏在不同溫度及條件下之熱處理產物(黃氏,1999) 13
圖2–2 α型和β型半水石膏之熱差曲線圖(Wiedeman, 1985) 15
圖 2–3 無水石膏之結晶結構圖(黃氏,1999) 19
圖 2–4 二水石膏之結晶結構圖(黃氏,1999) 19
圖 2–5 石膏之衍生物以及結晶結構(黃氏,1999) 20
圖3–1石膏板製成圖 27
圖3–2研究流程圖 28
圖3–3樣品尺寸圖 41
圖3–4抗彎試驗示意圖 41
圖3–5抗彎試驗設備 42
圖4–1 細底渣和水混合情況 44
圖4–2 細底渣粒徑分佈圖 45
圖4–3 細底渣之物種晶相圖譜 48
圖4–4 細底渣之熱重/熱差分析圖譜 49
圖4–5 細底渣轉化前後之粒徑分佈圖 51
圖4–6 細底渣轉化前後物種晶相變化 52
圖4–7純二水石膏TG/DTA圖譜 56
圖4–8 轉化前後細底渣之TG/DTA變化圖譜 57
圖 4–9 純CaSO4‧2H2O不同燒製時間之物種分析 59
圖4–10 細底渣轉化後不同燒製時間之物種分析 60
圖4–11 純二水石膏SEM圖 (燒製前) 62
圖4–12 純二水石膏SEM圖 (燒製2hr) 62
圖4–13 純二水石膏SEM圖 (燒製4hr) 63
圖4–14 純二水石膏SEM圖 (燒製6hr) 63
圖4–15 轉化後細底渣之SEM圖(燒製前) 65
圖4–16 轉化後細底渣之SEM圖 (燒製2hr) 65
圖4–17 轉化後細底渣之 SEM圖 (燒製4hr) 66
圖4–18 轉化後細底渣之SEM圖 (燒製6hr) 66
圖4–19 成品厚度圖(左:10%纖維量,右:8%纖維量) 68
圖4–20 不同纖維添加量的成品情形 68
圖4–21 不同摻水量之成品圖 69
圖4–22 70%摻水量之拌合情形 70
圖4–23 80%摻水量之拌合情形 71
圖4–24不同壓力下之成品情形 72
圖4–25不同持壓時間之成品情形 73
圖4–26 模具鋪紙後之成品試做圖 74
圖4–27 市售石膏板成品(左:未去除紙面,右:去除紙面) 75
圖4–28 耐燃試驗架設示意圖 81
圖4–29耐燃曲線測試圖 82
圖4–30耐燃試驗後其表面狀態比較 83

參考文獻 Baldin V.P. (1991). Mechanism of Dehydration of Gypsum. Ignorganic Material , 27, pp. 267-270.
Baldin V.P. (1987). Molecular Mechanism for the Dehydration of Gypsum. Inorganic Materials , 23, pp. 902-906.
Ball M.C. (1989). Effect of Dehydration and Rehydration on Porosity in Calcium Sulphate and its Hydrates. British Ceramic , 88, pp. 79-82.
Casa D., G., Mangialardi, T., Paolini, Piga A., et al. (2007). Physical-mechanical and environmental properties of sintered municipal incineator fly ash. Waste management , 27, pp. 238-247.
Francis, I.C. (1994). Gypsum, the Silent Partner. Ceramics Engineering Science Procedure. , 15, pp. 34-38.
Kosson, D.S., Slootdervan., H.A., Holmes, T., et al. (1991). Leaching properties of untreated and treated residues tested in the USEPA program for evaluation of treatment and utilization technologies for municipal waste combustor residues. Studies in Environmental Science , 48, pp. 119-134.
Lewray, J.Williamson. (1994). The setting of Gypsum Plaster Part(3) the Effect of Additivies and Impurities. Journal of Material Science , 29, pp. 6085-6069.
Meima, J.A., Comans, R.N.J. (1999). The leaching of trace elements from municipal soild waste incinerator bottom ash at different stages of weathering. Applied Geochemistry , 14 (2), 159-171.
Ralph, W.G., Wyckoff. (1981). Crystal Structure. In Crystallography (pp. 504-507, 643-644). Tucson and Arizona: University of Arizon.
Stegemann, J.A., Scheneuder, J., Baetz, Murphy, B.W., et al. (1995). Lysimeter washing of MSWI bottom ash. Waste Management and Research , 13 (2), pp. 149-165.
Wiles C.C. (1996). Municipal solid waste combustion ash: state-of-the-knowledge. J. Hazardous Materials , 47, pp. 325-344.
Young-Sook Shim, Young-Keun Kim, Sung-Ho Kong, Seung-Whee Rhee, Woo-Keun Lee (2003). The adsorption characteristics of heavy metals by various particle size of MSWI bottom ash. Waste Mangerment , 23, pp. 851-857.
卞敬玲, 大濱家彥, 林志祥. (2005). 「纖維補強韌耐水性複合石膏硬化體的開發」. 新型建築材料(8).
吳科如, 張雄. (2003). 建築材料. 同濟大學出版社.
吳慶龍. (2001). 「焚化底灰粗粒徑替代道路基層來料之可行性探討」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
吳靜薇. (2007). 「水庫淤泥添加改善都市垃圾焚化灰渣燒製輕質骨材之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
吳鐘瑾. (1992). 建築材料. 高立圖書有限公司.
李玉弗, 王正平, & 徐立媛. (1994). 「高強度制模石膏的實驗研究」. 陶瓷研究, 9 (2), 頁 77~82.
李志偉. (2004). 「細粒徑都市垃圾焚化底渣水萃及磷酸穩定配合燒結資源化之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
李冠蓁. (2003). 「細粒徑之都市垃圾焚化底灰以磷酸穩定化處理之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
李釗、江少鋒、郭文田. (1995). 「垃圾焚化底灰做為水泥混凝土細骨材之可行性研究」. 第十屆廢棄物處理技術研討會論文集, (頁 122~128).
孟凡濤, 徐靜, 李家亮, 田貴山. (2006). 「用工礦廢渣磷石膏生產紙面石膏板研究」. 非金屬礦, 26 (6).
凌曉暉. (1998). 「纖維石膏板(一)」. 新型建築材料(2), 7-10.
袁建中. (2002). 「粉煤灰與爐渣在紙面石膏板生產中的應用」. 新型建築材料(9).
高思懷, 李昌煥. (1994). 「都市垃圾灰渣掩埋過程重金屬之釋放趨勢以及氯鹽對其溶出之影響」. 第九屆廢棄物處理技術研討會論文集, (頁 203~214).
張巨松, 鄭萬榮, 范兆榮. (2008). 「α半水石膏晶體生長習性的探討」. 瀋陽建築大學學報, 24 (2).
張祖恩, 蔡敏行, 蔡尚林, 林建榮. (1996). 「台灣地區都市垃圾焚化灰渣物化組成與溶出特性探討」. 一般廢棄物焚化灰渣資源化技術與實務研討會, (頁 227~254).
張智權. (2006). 「生料研磨改善煅燒水泥之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
莊家榮. (2006). 「濕式研磨對MSWI飛灰特性影響之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.
陸志鴻. (1961). 建築材料學. 台灣書店.
黃喜麟. (1999). 「燃煤電廠脫硫石膏轉化半水石膏之研究」. 碩士論文. 成功大學資源工程研究所.
黃鎮坤. (1997). 「煙道氣除硫程序的副產品--石膏之再利用(1)添加物對石膏防水性與強度之影響」. 碩士論文. 淡江大學化學工程研究所.
楊奉如. (2005). 脫硫石膏纖維板技術開發與商品化量產評估計畫. 台灣電力公司.
楊金鐘, 蔡啟明. (1996). 「垃圾焚化飛灰之萃取特性研究及電解回收其重金屬之可行性探討」. 第十一屆廢棄物處理技術研討會論文集.
賈同春, 翟學雷, 趙秀云. 「脫硫石膏在紙面石膏板生產中的應用」. 新型建築材料(8), 2004.
管迎春, 唐國翌, 葉強. (2007年5月). 高及鏡面塑料模具表面拋光孔洞原因分析. 機械工程材料, 31 (5), 頁 55-58.
鄭文欽. (1996). 「都市垃圾焚化底灰受鹽類影響重金屬釋出之研究」. 碩士論文. 淡江大學水資源及環境工程學系.

論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2012-08-27公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2012-08-27起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信