都市垃圾焚化會產生大量飛灰，水泥固化後進入衛生掩埋，因台灣土地面積狹小加上掩埋用地取得困難，巨量的飛灰會加速掩埋場的飽和，循環再利用是未來的趨勢。本團隊曾將飛灰經穩定化處理後，利用其多孔性製作陶瓷濾膜，本研究將進一步探討其應用於污水MBR系統之可行性，以期達到循環經濟的目標。
研究團隊先前使用實驗室規模氧化鋁球研磨飛灰，再添加高嶺土及玻璃壓坯燒製陶瓷濾膜，本研究則改以模場規模使用鐵球進行研磨，並探討添加矽藻土改善濾膜多孔結構特性以期提升應用於MBR系統中的過濾功能；研究中除以熱重分析探討最適燒結條件之外，並檢驗重金屬溶出之安全性，通量量測與過濾阻抗計算，輔以觀察顯微結構與XRD分析，評估濾膜產品品質。
研究結果顯示，以玻璃：研磨灰：高嶺土：矽藻土=50：20：20：10 的配比在0.3 kg/cm2下，純水通量達到47 m3/m2/d，為研究中最佳配比，其以較低的壓力達到與市售日本陶瓷膜的純水通量40 m3/m2/d。且膜阻抗為5.8*1010 m-1，相較其餘配比在相同壓力下純水通量最高，膜阻抗最低。在不同污泥濃度SS 2,000、4,000與6000 mg/L下進行一週MBR連續測試，通量分別由0.633降至0.217，0.567降至0.200 以及0.5降至0.18 m3/m2/d。出流水的懸浮固體物皆為0。

At present, most of the municipal solid waste is treated by incineration in Taiwan, and the residual fly ash is solidified by cement then disposed by sanitary landfill. Due to the available area is so limited, it is difficult to deal with the fly ash disposal problem any more.  In the previously study, fly ash was washing and stabilizing the heavy metals, then use as the feedstock of ceramic filter membrane due to its porous characteristics. In this study, the product was evaluated the feasibility in the sewage MBR system, to achieve the goal of circular economy.

In the previously study, fly ash was ground by alumina ball, then blended with kaolin and glass powder during the ceramic filter plat sintering; in this study, fly ash was stabilized by steel ball milling, then blended with diatomaceous earth additionally, to improve the porous structure, to elevate the filtration ability in the MBR test. During the experiments, thermal gravity analysis was helped to find the proper sintering conditions, heavy metals dissolution was exam by Toxicity Characteristic Leaching Procedure, sewage fluxes were measured, filtration resistances were calculated, micro-structure observation and XRD analysis were helped to evaluate the qualities of the ceramic membrane. 
The results indicated that, the prescription of glass: ash: kaolin: diatomaceous earth for 50: 20: 20: 10, under 0.3 kg/cm2, the best pure water flux reaches 47 m3/m2/d, compare with a pure water flux of 40 m3/m2/d with a commercialized available Japanese ceramic membrane at a lower pressure. And the membrane resistance is 5.8*1010m-1. Compared with others, the pure water flux is the highest under the same pressure and the membrane resistance is the lowest. After a week of continuous testing at 2,000, 4,000, and 6,000 mg/L sludge concentrations, the flux of MBR decreased from 0.633 to 0.217, 0.567 to 0.200, and 0.5 to 0.18 m3/m2/d relatively. The suspended solids in the effluent are all 0.

第一章	緒論1
1.1研究緣起1
1.2研究內容2
1.3研究目的2
第二章	文獻回顧	3
2.1飛灰之物理及化學特性3
2.2機械化學濕式研磨8
2.2.1機械化學原理8
2.2.2機械化學運作過程8
2.2.3機械化學之應用9
2.2.4各種參數對機械化學製程的影響11
2.3陶瓷材料介紹11
2.3.1玻璃11
2.3.2高嶺土12
2.3.3矽藻土13
2.4多孔陶瓷燒結技術13
2.4.1燒結原理14
2.4.2固相燒結(Solid-state Sintering)14
2.4.3液相燒結(Liquid Phase Sintering)15
2.5薄膜生物處理系統16
2.6薄膜積垢19
第三章	研究方法	21
3.1實驗設計21
3.2實驗前處理及原料22
3.2.1實驗前處理22
3.2.2原料24
3.2.3陶瓷膜片製程及燒結氣氛25
3.3實驗流程25
3.4樣品檢驗項目及分析方法28
3.4.1原料分析28
3.4.2陶瓷濾膜分析29
3.4.3水質分析項目及方法31
3.5實驗設備及分析儀器32
3.5.1 MBR系統32
3.5.2實驗設備35
3.5.3分析儀器43
第四章	結果與討論49
4.1原料基本特性49
4.1.1飛灰基本特性49
4.1.2高嶺土基本特性52
4.1.3玻璃基本特性54
4.1.4矽藻土基本特性56
4.2陶瓷濾膜之基本分析58
4.2.1光學顯微鏡分析58
4.2.2XRD分析59
4.2.3重金屬溶出試驗62
4.3 鐵球與氧化鋁球研磨濾膜之特性比較64
4.3.1MBR操作及通量特性比較64
4.3.2物理特性比較66
4.4 比較添加矽藻土之特性68
4.4.1MBR操作通量特性比較68
4.4.2物理特性比較70
4.5純水及污水通量與阻抗比較71
4.5.1純水通量恢復測試71
4.5.2污水通量及壓力比較72
4.5.3阻抗比較73
4.6 MBR系統處理效能76
4.7維護及操作失敗條件80
第五章	結論與建議82
5.1結論82
5.2建議83
參考文獻84
 
圖目錄
圖2-1.1焚化飛灰外觀4
圖2-1.2水洗灰外觀4
圖2-1.3研磨飛灰外觀4
圖2-1.4飛灰粒徑分析(周氏，2020)5
圖2-4.1固相燒結機制(黃坤祥，2008)15
圖2-4.2液相燒結機制(黃坤祥，2008)16
圖3-2.1水洗攪拌23
圖3-2.2水洗灰餅塊23
圖3-2.3研磨機24
圖3-2.4乾壓法製作陶瓷濾膜使用氧化鋁球研磨灰25
圖3-3.1製作濾膜流程圖26
圖3-3.2功能測試流程圖27
圖3-5.1實驗系統流程圖32
圖3-5.2攝影機及數字錶頭33
圖3-5.3影像擷取及辨識AI系統34
圖3-5.4電熱式乾燥烘箱35
圖3-5.5電加熱式矩形高溫爐36
圖3-5.6毒性特性溶出程序(TCLP)裝置37
圖3-5.7板框式壓濾脫水機38
圖3-5.8研磨機39
圖3-5.9壓模機40
圖3-5.10清水通量系統41
圖3-5.11法蘭及墊片41
圖3-5.12陶瓷濾膜過濾裝置42
圖3-5.13鐵製模具42
圖3-5.14氣密試驗裝置43
圖3-5.15電感耦合電漿體光學發射光譜儀	44
圖3-5.16位相差顯微鏡45
圖3-5.17 X射線螢光分析儀46
圖3-5.18粒徑分析儀46
圖3-5.19熱分析儀47
圖3-5.20旋轉式黏度計48
圖4-1.1飛灰粒徑分析50
圖4-1.2高嶺土粒徑分析53
圖4-1.3玻璃粒徑分析55
圖4-1.4矽藻土粒徑分析56
圖4-2.1配比Al2O3-GFK622光學顯微鏡分析58
圖4-2.2配比Fe-GFK622光學顯微鏡分析59
圖4-2.3配比GFKD11441光學顯微鏡分析59
圖4-2.4配比GFKD5221光學顯微鏡分析59
圖4-2.5 Al2O3-GFK622之XRD分析60
圖4-2.6 Fe-GFK622之XRD分析61
圖4-2.7 GFKD11441之XRD分析61
圖4-2.8 GFKD5221之XRD分析62
圖4-2.9濾膜重量損失比率64
圖4-3.1 Al2O3-GFK622污水通量及壓力65
圖4-3.2 Fe-GFK622污水通量及壓力66
圖4-4.1 GFKD11441通量及壓力變化69
圖4-4.2 GFKD5221通量及壓力變化70
圖4-5.1純水通量恢復圖72
圖4-5.2各配比通量降低趨勢圖73
圖4-5.3各配比壓力趨勢圖73
圖4-5.4濾膜之膜阻抗圓餅圖75
圖4-6.1水樣外觀76
圖4-6.2 MLSS連續紀錄圖77
圖4-6.3活性污泥濃度2000 mg/L槽體之COD進流、出流與去除率圖78
圖4-6.4活性污泥濃度4000 mg/L槽體之COD進流、出流與去除率圖78
圖4-6.5活性污泥濃度6000 mg/L槽體之COD進流、出流與去除率圖79
圖4-6.6 MBR系統食微比每日記錄79
圖4-7.1模具保養對照圖80
圖4-7.2燒製濾膜破裂情形80
圖4-7.3矽膠管破裂情形81
圖4-7.4陶瓷濾膜破裂81

 
表目錄
表2-1.1原灰與水洗灰與研磨灰元素分析(周氏，2020)6
表2-1.2焚化飛灰之重金屬總量(周氏，2020)6
表2-1.3焚化飛灰重金屬毒性溶出試驗(周氏，2020)7
表2-3.1玻璃成分分析表(吳氏，2019)12
表2-6.1陶瓷平板MBR膜與有機膜之特性比較(林氏，2015)18
表2-6.2陶瓷平板 MBR 膜與有機膜之清洗特性比較(林氏，2015)18
表3-1.1人工廢水配置藥品配方(Hua Wang,2014)21
表4-1.1原灰與水洗灰與研磨灰元素分析50
表4-1.2焚化飛灰之重金屬總量51
表4-1.3焚化飛灰重金屬溶出試驗52
表4-1.4高嶺土成分分析54
表4-1.5玻璃成分分析55
表4-1.6矽藻土成分分析57
表4-2.1重金屬毒性特性溶出試驗63
表4-3.1 Al2O3-GFK622污水通量及壓力65
表4-3.2 Fe-GFK622污水通量及壓力66
表4-3.3 Al2O3-GFK622阻抗計算67
表4-3.4 Fe-GFK622阻抗計算67
表4-3.5不同研磨材料製成之濾膜阻抗分析67
表4-4.1 GFKD11441污水通量及壓力68
表4-4.2 GFKD5221 污水通量及壓力變化69
表4-4.3 GFKD11441阻抗計算70
表4-4.4 GFKD5221阻抗計算71
表4-4.5添加不同矽藻土含量之阻抗71
表4-5.1濾膜阻抗分析74
表4-5.2濾膜阻抗分析(朱式，2010)74
表4-6.1平均進出流水質76

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