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系統識別號 U0002-2807200501051200
中文論文名稱 都市垃圾焚化集塵灰以磷酸穩定配合添加黏土燒結資源化之研究
英文論文名稱 Sintering Regeneration of MSWI Cyclone Ash by Phosphoric Acid Stabilization Accompany with Clay Blending
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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 葉依婷
研究生英文姓名 Yi-Ting Yeh
學號 692331019
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-07
論文頁數 86頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-楊萬發
委員-周錦東
中文關鍵字 集塵灰  水萃  燒結  黏土  磷酸  熱蒸發 
英文關鍵字 cyclone ash  water-extraction  sinter  clay  phosphoric acid  evaporation 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 目前國內都市垃圾以焚化處理為主,隨著垃圾焚化將會產生大量的焚化飛灰,預計在民國95年全台灣將會有27座焚化廠,處理容量將達到每日25,400公噸,其中飛灰部分每年大約會產生30萬公噸,故處理數量龐大的飛灰將成為刻不容緩的課題,需應用更有效安定化及資源化技術,以降低處理運送及掩埋成本與環境風險。同時,更進一步地採取回收再利用的新策略與新技術,以達成資源再利用的目標。
本研究研究材料來自北部一大型焚化廠,先以水萃流程去除集塵灰中的可溶性鹽類,並且以不同濃度的磷酸加以穩定,了解重金屬的穩定情況,探討添加黏土燒結對試體資源化特性之變化,以尋求最適當的燒結操作條件,並且經由熱蒸發實驗,了解添加磷酸對重金屬在熱處理中揮發的影響。
由實驗結果得知,磷酸在燒結前對重金屬具有穩定的效果,尤其對重金屬鉛的穩定效果最為明顯。集塵灰在經過液固比20水洗後並以磷酸穩定再經燒結處理,其試體的資源再利用可行性比水洗前大幅提升,而試體的TCLP也均符合法規標準。再經由熱蒸發實驗得知,重金屬鉛分別在未添加及1.5 mole/kg磷酸添加量穩定下,其重金屬揮發量由21.7 %降至1.2 %,為抑制揮發效果最為顯著的重金屬,並且由結果可以得知,磷酸添加濃度越高,重金屬越不易揮發。
英文摘要 Incineration has become the main way for disposing urban garbage in Taiwan. Till 2006, there will be 27 large municipal solid waste incineration plants in Taiwan, and more than 30, 0000 tons incinerator fly ash will produced which need to be treated and disposed each year. Solidification is used to apply in the fly ashes handling, but the product is still unstable. This study investigated the fly ash stabilizing and sintering to reach the goal that increases the great value of reuse.
The cyclone ash used in this study was collected from the municipal solid waste incineration in north Taiwan. In order to decrease solubility salts, the cyclone ash was treated by water-extraction. Mix clay and cyclone ash which stabilizing with phosphoric acid, and sintering. To find the optimum conditions though discuss the sample variation of source quality. Moreover, interpret the effect of add phosphoric acid to the sample by the evaporation experiment.
The results showed that, stabilizing with phosphoric acid has well effect especially to lead. The sample which pre-washed cyclone ashes possibility of recovery has promoted before water-extraction and sample was conform to the Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) standard. In the evaporation experiment, and sintering at 1100 °C, adding clay and 0 mole/kg phosphoric acid stabilization increases to 1.5 mole/kg, the evaporation ratio of Pb drop 21.7 % to 1.2 %. Add phosphoric acid solution could reduce the heave metal evaporation during the sintering process. By sintering, sample could attend to compressive strength (100 kgf/cm2) and durability standard (weight loss under 12 %).
論文目次 目錄 I
圖目錄 V
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究內容 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 都市垃圾焚化飛灰之來源及特性 4
2-1-1 焚化飛灰的來源 4
2-1-2 焚化飛灰的物理性質 4
2-1-3 焚化飛灰的化學性質 6
2-2焚化飛灰中重金屬含量與溶出特性 7
2-2-1飛灰中重金屬含量與其特性 7
2-2-2飛灰重金屬溶出特性 8
2-3 焚化飛灰資源再利用技術 11
2-3-1 固化資源化技術 11
2-3-2 熔融處理技術 11
2-3-3 燒結處理技術 12
2-4磷酸穩定重金屬之相關研究 14
2-4-1磷酸穩定應用於重金屬污染土壤之研究 14
2-4-2磷酸穩定應用於廢棄物之相關研究 15
第三章 實驗材料、設備與研究方法 19
3-1 實驗材料 19
3-2 實驗藥品及器材 20
3-3 實驗設備與分析設備 21
3-3-1 實驗設備 21
3-4 分析設備 23
3-5 研究方法 25
3-5-1 實驗流程 25
3-5-2 實驗方法 26
3-5-3 燒結前處理操作條件 31
3-5-4 燒結處理條件 33
3-5-5 資源化分析 33
第四章 結果與討論 35
4-1 集塵灰物理特性分析 35
4-1-1 pH值、含水率及灼燒減量 35
4-1-2 粒徑分析 36
4-1-3 主要成分分析 37
4-1-4 重金屬總量分析 37
4-1-5 毒性特性溶出試驗 38
4-2水洗前處理對集塵灰之影響 40
4-2-1 水洗前處理操作條件探討 40
4-2-2 水洗灰的基本性質分析 42
4-3磷酸穩定對集塵灰之特性分析 50
4-3-1磷酸穩定對重金屬溶出特性分析 50
4-3-2經磷酸穩定之集塵灰XRD晶相物種分析 52
4-3-3經磷酸穩定之水洗集塵灰XRD晶相物種分析 53
4-4 熱處理對磷酸穩定化集塵灰之影響 55
4-4-1 不同溫度下對集塵灰試體抗壓強度之影響 55
4-4-2 不同溫度下對集塵灰體健度之影響 58
4-4-4 集塵灰燒結體SEM顯微分析 61
4-5 熱處理對磷酸穩定化水洗集塵灰之影響 62
4-5-1 不同溫度下對水洗集塵灰試體抗壓強度之影響 62
4-5-2 不同溫度對水洗集塵灰試體健度之影響 65
4-5-3 經磷酸穩定燒結試體重金屬溶出特性 68
4-5-4 水洗集塵灰燒結體XRD晶相物種分析 69
4-5-5 水洗集塵灰SEM顯微結構分析 71
4-6 經磷酸穩定之水洗集塵灰熱蒸發特性 74
4-6-1實廠應用建議燒結操作條件 74
4-6-2添加磷酸對重金屬在熱處理過程中的影響 75
第五章 結論與建議 79
5-1結論 79
5-2 建議 81
參考文獻 82



圖目錄
圖2-1 重金屬穩定化及溶出機制示意圖(Johnson, 1996) 10
圖3-1 焚化廠處理流程示意圖 19
圖 3-2實驗流程圖 25
圖4-1 集塵灰粒徑分布圖 36
圖4-2 不同操作液固比水洗液pH值變化 40
圖4-3 不同操作液固比水洗液重金屬濃度變化 41
圖4-4 水洗集塵灰粒徑分布圖 45
圖4-5 黏土粒徑分布圖 45
圖4-6 集塵灰XRD晶相物種分析 46
圖4-7 水洗集塵灰XRD晶相物種分析 47
圖4-8 黏土XRD晶相物種分析 47
圖4-9 集塵灰顯微結構 48
圖4-10水洗集塵灰顯微結構 48
圖4-11 黏土SEM顯微結構分析 49
圖4-12 集塵灰經0.3 mole/kg磷酸添加量穩定後XRD晶相物種分析 53
圖4-13 集塵灰經1.5 mole/kg磷酸添加量穩定後XRD晶相物種分析 53
圖4-15 水洗集塵灰經1.5 mole/kg磷酸添加量穩定後XRD晶相物種分析 54
圖4-16 集塵灰添加量為100 %時,不同的磷酸添加量對抗壓強度的影響 56
圖4-17 集塵灰添加量為75 %時,不同的磷酸添加量對抗壓強度的 影響 56
圖4-18 集塵灰添加量為50 %時,不同的磷酸添加量對抗壓強度的 影響 57
圖4-19 集塵灰添加量為25 %時,不同的磷酸添加量對抗壓強度的 影響 57
圖4-20 集塵灰添加量為100 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 59
圖4-21 集塵灰添加量為75 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 59
圖4-22 集塵灰添加量為50 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 60
圖4-23 集塵灰添加量為25 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 60
圖4-24 集塵灰燒結試體顯微分析 61
圖4-25 水洗集塵灰添加量為100 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫 度對抗壓強度的影響 62
圖4-26 水洗集塵灰添加量為75 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對抗壓強度的影響 63
圖4-27 水洗集塵灰添加量為50 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對抗壓強度的影響 63
圖4-28 水洗集塵灰添加量為25 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對抗壓強度的影響 64
圖4-29 水洗集塵灰添加量為100 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 65
圖4-30 水洗集塵灰添加量為75 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 66
圖4-31 水洗集塵灰添加量為50 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 66
圖4-32 水洗集塵灰添加量為25 %時,不同的磷酸添加量與燒結溫度對健度的影響 67
圖 4-33磷酸穩定燒結後XRD晶相物種分析 70
圖4-34水洗集塵灰經5M磷酸穩定燒結後XRD晶相物種分析 70
圖4-35 水洗集塵灰SEM顯微結構分析 71
圖4-36 水洗集塵灰SEM顯微結構分析 72
圖4-37 水洗集塵灰SEM顯微結構分析 72
圖4-38 水洗集塵灰SEM顯微結構分析 73
圖4-39 水洗集塵灰不同添加量經過磷酸穩定Pb蒸發率趨勢圖 76
圖4-39 水洗集塵灰不同添加量經過磷酸穩定Zn蒸發率趨勢圖 76
圖4-41 水洗集塵灰不同添加量經過磷酸穩定Cu蒸發率趨勢圖 77
圖4-42 水洗集塵灰不同添加量經過磷酸穩定Cd蒸發率趨勢圖 77

表目錄
表2-1 國外之都市垃圾焚化飛灰重金屬含量分析表 8
表2-2 國內之焚化灰渣重金屬總量與TCLP溶出量結果分析表 9
表3-1 抗壓強度校正因數 30
表4-1 集塵灰物理性質分析 36
表4-2 集塵灰之組成元素分析 37
表4-3 集塵灰重金屬總量分析 38
表4-4 集塵灰毒性特性溶出試驗 39
表4-5 水洗集塵灰及黏土之組成元素分析 42
表4-6 水洗集塵灰及黏土重金屬總量分析 43
表4-7 水洗集塵灰毒性特性溶出試驗 44
表4-8 集塵灰不同濃度(液/固比0.3)磷酸穩定後重金屬再溶出分析 50
表4-9 水洗集塵灰不同濃度(液/固比0.3)磷酸穩定後重金屬再溶出 分析 51
表4-10 添加25 %水洗集塵灰燒結試體重金屬溶出特性 68
表 4-11 添加50 %水洗集塵灰燒結試體重金屬溶出特性 69
表 4-12 以不同磷酸添加量穩定水洗集塵灰之重金屬分布及質量平衡 78

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論文使用權限
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