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系統識別號 U0002-2906200917201600
中文論文名稱 以調質改善都市垃圾焚化飛灰燒結資源化之研究
英文論文名稱 A study on the MSWI fly ash sintering enhanced by adjusting the composition of materials
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 王雅慧
研究生英文姓名 Ya-Hui Wang
學號 696480176
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-06-03
論文頁數 94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 垃圾焚化灰渣  水萃灰  淨水污泥  廢玻璃  燒結  重金屬揮發 
英文關鍵字 MSWI fly ash  water-extraction ash  water treatment plant sludge  cullet  sinter  heavy metal volatilize 
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虞慮,因此穩定飛灰中之重金屬及進行再利用處理技術為未來的趨勢。燒結為再利用處理技術之一,經簡單水萃處理程序之飛灰進行燒結程序,由於水萃灰當中之元素不利於燒結因此單獨將水萃灰進行燒結程序其效果不彰。
經本團隊之研究發現為了增加水萃灰之燒結效果,需給予添加助於燒結的氧化矽成分及其他的助熔劑,由於淨水污泥及廢玻璃中有助於燒結的成份因此後續調質研究將以淨水污泥與廢玻璃進行調質。
本研究先將反應灰進行水萃動作,進一步運用淨水污泥及廢玻璃粉進行調配比例,利用淨水污泥及廢玻璃中高含量的氧化矽及其他助熔劑,在燒結過程中可降低燒結溫度達到節省能源之目的及增強工程性質。並且搭配研磨程序進一步改善燒結試體之工程性質和穩定重金屬在高溫下揮發的狀況。
由實驗結果得知提高燒結溫度,燒結體之抗壓強度隨之增加且健度也回隨之變好。在調質的過程當中發現當廢玻璃添加量與水萃灰相等或少於水萃灰則抗壓強度會隨廢玻璃量增加而增加。將配比控制40 %水萃灰,30 %淨水污泥,30 %廢玻璃粉,其燒結溫度為1000 ℃其未研磨時抗壓強度達389kg/cm2,已符合普通磚1種磚之標準,其吸水率經研磨後再燒結溫度為1,000 ℃可達符合CNS普通磚1種磚(<10 %)。且重金屬的揮發率可控制在20 %上下有顯著的效果,由微結構觀察發現經研磨後之燒結體其內部結構較為緻密化而導致抗壓強度增加吸水率,此燒結試體已具資源化再利用之價值。
英文摘要 MSWI ashes have been regarded as a resource to be recycled. However, MSWI fly ash (FA) usually has the high polluted possibility of heavy metal release. Therefore, stabilizing the heavy metal is the necessary treatment on the recovery process of fly ash. Sintering is one of the possible recovery techniques, while the raw composition of FA is not suitable for sintering directly. Based on the research by our team, we found that additive of mineral materials abound in SiO2 and other flux was helpful to improve the property of the sintering product. Since water treatment plant sludge and waste glass are this kind of ingredient, in the research we use water treatment plant sludge and cullet crushed from waste glass to adjust the composition of fly ash.
The first step is water-extraction procedure. And the second step is using the water treatment plant sludge and cullet to adjust the composition of materials. We hope that the Si element and other flux in these additives could reduce the sintered temperature to achieve the goal of saving the energy as well as enhance project properties in the sintered process. Besides, the milling procedure is accompanied to improve further project property and inhibit the volatilization of heavy metal under the high temperature.
The result shows that the sample compression strength and soundness is in direct proportion to the sintered temperature. Through the component adjusting process we come to a result that the compression strength will increase while the amount of cullet is equal to or less than WFA. We control the quantity of WFA at 40%, water treatment plant sludge at 30%, cullet at 30%, without milling pre-treated and then sintered the sample at 1000C. The compression strength of sintered specimen is 389 kg/cm2 which have met the standards of ordinary brick 1 but water absorption rate is not conformed. When deal with milling and controlled at the same sintering temperature, the compression strength can be increased and the water absorption rate has met the standard of the CNS ordinary brick 1, beside the heavy metal volatilizing rate will settle down to 20%. Under the SEM observation, we observe that its internal structure becomes more compact leading to an increase of compressive strength and decrease of water absorption rate and thus this recovery product is capable of being utilized.
論文目次 總目錄
中文提要 I
英文提要 III
總目錄 V
目錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XII

目錄
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 焚化飛灰之種類 3
2-2 焚化飛灰之特性 4
2-2-1 焚化飛灰物理性質 4
2-2-2 焚化飛灰化學性質 5
2-2-3 焚化飛灰中重金屬溶出特性 6
2-3 淨水污泥基本特性 10
2-3-1 淨水污泥物理及化學性質 10
2-3-2 淨水污泥之資源化 12
2-4 廢玻璃基本特性 15
2-4-1 廢玻璃物理及化學性質 15
2-4-2 廢玻璃之資源化 16
2-5 研磨粉體技術 19
2-5-1 超細粉體特性 19
2-5-2 超細粉體相關研究 22
2-6 燒結基本原理 23
2-6-1 燒結理論 23
2-6-2 影響燒結之因素 25
第三章 研究方法與材料 27
3-1 實驗材料 27
3-2 研究方法 28
3-2-1研究架構 28
3-2-2 實驗流程 29
3-2-3 水萃前處理操作參數 30
3-2-4 桌上型球磨機操作參數 30
3-3 實驗方法 33
3-3-1 添加廢玻璃和淨水污泥之燒結特性試驗 33
3-3-2 添加後搭配桌上型球磨之燒結特性試驗 34
3-3-3 檢測項目與方法 34
3-4 實驗藥品及器材 39
3-5 實驗設備及分析儀器 40
3-5-1實驗設備 40
3-5-2 實驗分析儀器 41
第四章 結果與討論 42
4-1材料基本性質分析 42
4-1-1 飛灰基本性質 42
4-1-1-1飛灰物理性質 42
4-1-1-2 飛灰元素組成分析 43
4-1-1-3 飛灰重金屬成分分析 44
4-1-1-4 飛灰毒性特性溶出程序試驗 45
4-1-2 水萃灰性質分析 46
4-1-2-1 水萃灰粒徑分析 46
4-1-2-2 水萃灰元素分析 47
4-1-2-3 水萃灰毒性特性溶出程序試驗 48
4-1-3 淨水污泥基本特性分析 49
4-1-3-1 淨水污泥物理特性 49
4-1-3-2 淨水污泥元素組成 50
4-1-4 廢玻璃基本特性分析 52
4-1-4-1 廢玻璃物理特性 52
4-1-4-2 廢玻璃元素組成 53
4-2添加廢玻璃和淨水污泥之燒結特性試驗 55
4-2-1 原料化學成分三相圖 56
4-2-2 抗壓強度 58
4-2-3 健度測試 61
4-2-4 體積收縮率 62
4-2-5 燒失量 63
4-2-6 燒結試體之細微結構與外觀 64
4-3研磨對燒結特性之影響 67
4-3-1研磨灰粒徑分析 67
4-3-2研磨灰毒性特性溶出程序試驗 69
4-3-4抗壓強度 70
4-3-2健度測試 72
4-3-3體積收縮率 73
4-3-5燒結試體之細微結構與外觀 74
4-3-7 小結 78
4-3-8 研磨對重金屬及其他特性影響 80
4-3-8-1 吸水率 80
4-3-8-2 試體密度 81
4-3-8-3 重金屬揮發率 82
4-3-8-4 毒性特性溶出程序試驗 86
4-3-8-5 XRD物種鑑定 87
第五章 結論與建議 89
5-1 結論 89
5-2 建議 90
參考文獻 91
圖目錄
圖 2- 1飛灰粒徑分佈特性 5
圖 2- 2液相燒結示意圖 24
圖 2- 3液相燒結三階段圖 24
圖 3 - 1實驗流程圖 29
圖 3 - 2磨球滾動轉速過慢 32
圖 3 - 3磨球滾動轉速過快 32
圖 3 - 4磨球滾動之臨界轉速 32
圖 4 - 1反應灰粒徑分佈圖 43
圖 4 - 2水萃灰粒徑分佈圖 46
圖 4 - 3 淨水污泥粒徑分佈圖 49
圖 4 - 4廢玻璃之粒徑分布圖 52
圖 4 - 5化學成分三相圖-調質添加之分布圖 56
圖 4 - 6不同配比在不同溫度下之抗壓強度 59
圖 4 - 7不同配比搭配不同燒結溫度之體積變率 62
圖 4 - 8不同配比搭配不同燒結溫度之燒失量 63
圖 4 - 9各配比之SEM圖(燒結溫度:1,000 ℃) 65
圖 4 - 10各配比搭配不同燒結溫度之外觀變化 66
圖 4 - 11各配比經研磨60min 之粒徑分布圖 67
圖 4 - 12各配比研磨60 min之粒徑中位數 68
圖 4 - 13不同配比有無研磨搭配不同燒結溫度之抗壓強度 71
圖 4 - 14不同配比有無研磨搭配不同燒結溫度之體積收縮率 73
圖 4 - 15各配比有無研磨之SEM圖(燒結溫度:1,000 ℃) 76
圖 4 - 16各配比經研磨後搭配不同燒結溫度之外觀變化 77
圖 4 - 17未研磨在三相圖中之等壓線圖(1000 ℃) 78
圖 4 - 18配比433有無研磨在各燒結溫度下之吸水率 81
圖 4 - 19配比433有無研磨在各燒結溫度下之密度 82
圖 4 - 20配比433有無研磨經不同燒結溫度之重金屬Pb揮發率 83
圖 4 - 21配比433有無研磨經不同燒結溫度之重金屬Cr揮發率 83
圖 4 - 22配比433有無研磨經不同燒結溫度之重金屬Cd揮發率 84
圖 4 - 23配比433有無研磨經不同燒結溫度之重金屬Cu揮發率 85
圖 4 - 24配比433有無研磨經不同燒結溫度之重金屬Zn揮發率 85
圖 4 - 25配比433經研磨程序在不同燒結溫度下之XRD圖 88
圖 4 - 26配比433未研磨程序在不同燒結溫度下之XRD圖 88






表目錄
表 2 - 1國內外焚化飛灰元素分析結果 6
表 2 - 2焚化系統中重金屬化合物之型態與分佈 8
表 2 - 3台灣都市垃圾焚化飛灰之溶出特性(TCLP) 9
表 2 - 4不同混凝劑污泥之特性 11
表 2 - 5直潭淨水場淨水污泥之化學組成(氧化態表示) 11
表 2 - 6淨水污泥之化學組成(氧化態表示) 12
表 2 - 7淨水污泥之化學組成 12
表 2 - 8各色玻璃之成份組成 15
表 2 - 9廢玻璃成份組成 16
表 2 - 10 家班燒結相關資料 26
表 3 - 1 添加配比參數表 33
表 3 - 2 抗壓強度校正因數 37
表 3 - 3實驗藥品 39
表 3 - 4材料器具 39
表 4 - 1反應灰基本物理特性分析 42
表 4 - 2反應灰之元素分析 44
表 4 - 3反應灰之重金屬含量 44
表 4 - 4反應灰TCLP溶出特性 45
表 4 - 5水萃灰之元素分析 47
表 4 - 6水萃灰之重金屬含量 48
表 4 - 7水萃灰TCLP溶出特性 48
表 4 - 8淨水污泥基本物理特性分析 49
表 4 - 9淨水污泥之元素分析 50
表 4 - 10淨水污泥之元素分析(氧化態表示) 50
表 4 - 11淨水污泥之重金屬含量 51
表 4 - 12淨水污泥TCLP溶出特性 51
表 4 - 13廢玻璃基本物理特性分析 52
表 4 - 14廢玻璃之元素分析 53
表 4 - 15廢玻璃之元素分析(氧化態表示) 53
表 4 - 16廢玻璃之元素分析 54
表 4 - 17廢玻璃之TCLP溶出特性 54
表 4 - 18各配比編號對照表 55
表 4 - 19 各配以之元素分析 56
表 4 - 20磚材之CNS規範-抗壓強度 58
表 4 - 21各配比之健度總表 61
表 4 - 22各配比經研磨60 min之TCLP 69
表 4 - 23各配比搭配研磨之健度總表 72
表 4 - 24磚材之CNS規範-吸水率 80
表 4 - 25配比433未研磨燒結體之TCLP 86
表 4 - 26配比433研磨燒結體之TCLP 87

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