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系統識別號 U0002-2907200718473600
中文論文名稱 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
英文論文名稱 Adding the Sediment of the Reservoir to Municipal Solid Waste Incinerator Ash and Sintering to Produce Lightweight Aggregate
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 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 吳靜薇
研究生英文姓名 Ching-Wei Wu
學號 694330738
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2007-06-13
論文頁數 101頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-曾迪華
委員-陳豪吉
中文關鍵字 垃圾焚化灰渣  水庫淤泥  燒結  輕質骨材 
英文關鍵字 MSWI ash  sediment of reservoir  sintering  lightweight aggregate 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 台灣地區的都市垃圾處理已經趨向於利用焚化處理方式,其焚化過程後所產生的灰渣開始走向零廢棄及再利用之目標。但由於焚化飛灰為重金屬含量較高之物質,常因重金屬的高溶出而被判定為有害廢棄物,對環境潛在的危險性也較大,因而使飛灰的再利用遭受限制。
在多個研究中發現,利用垃圾焚化底渣燒結成再生性常重骨材的可行性極高,研究結果顯示可作為再生之結構性骨材使用,大幅提高再生骨材使用範圍與其經濟價值。此外,水庫淤泥在適當燒結條件之下,也有出現輕質化之現象,因此將以焚化底渣及飛灰作為研究主要材料添加水庫淤泥,藉由廢棄性材料進行調質,來探討受熱膨脹與燒製成輕質骨材的成效。
細粒徑底渣和飛灰在經過前處理步驟後,確實可降低灰渣內的水溶性氯鹽含量,提高材料再利用的價值,利用水庫淤泥進行調質燒製輕質骨材,控制燒結條件下,預熱5分鐘,預熱溫度為500℃,燒成時間為5~10分鐘,燒成溫度為1,170℃。混合灰添加水庫淤泥的調配條件大致可以確定為水庫淤泥需大於70%。
混合灰燒製的輕質骨材在TCLP測定中展現其相當安定的特性,皆為法規標準五分之一。工程性質試驗上,密度可低於1 g/cm3,膨脹效果相當明顯,骨材表面緻密,吸水率因而不高,對於未來輕質混凝土試驗中的泵送性和灌鑄性有相當大之助益,在健度方面可通過CNS規範,如此可表示燒製出的粒料品質是相當穩定及耐用。
英文摘要 The municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash is regarded as hazardous waste in many countries because the analysis of toxicity characteristics leaching procedure (TCLP) test could not compliance with the current EPA regulation usually. At present, the fly ash treatment processes are solidification and then landfill in Taiwan, which faced the risk of long term leaching of heavy metals.
This study discussed the feasibility about the municipal solid waste incinerator (MSWI) ash sintering as lightweight aggregate. Water-extraction was applied in the beginning; in order to remove the harmful soluble salts during the regeneration process; proper addition the reservoir sediments to enhance the operation and property during the sintering process. The MSWI ash samples were composed of the fly ash and fine grain of bottom ash (particle size smaller than 74.5μm). Under the condition of 5-10 minutes of sintering time in 1,170oC, addition of 50-100 % of the reservoir sediment, lightweight aggregate product with the properties of the density lower than 1.0 g/cm3 and the compression strength up to 15kgf/cm2 could be generated. Which could be satisfied the common criteria of the construction materials, and the heavy metals leaching potential are far below the TCLP regulation.
論文目次 總目錄
中文提要 I
英文提要 II
目錄 III
圖目錄 III
表目錄 VIII


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 4
2-1焚化灰渣種類及特性 4
2-2焚化底渣特性 6
2-2-1焚化底渣的物理性質 6
2-2-2焚化底渣的化學性質 7
2-3焚化飛灰特性 11
2-3-1焚化飛灰的物理性質 11
2-3-2焚化飛灰的化學性質 13
2-4 水庫淤泥之基本特性 20
2-4-1 水庫淤泥的物理及化學性質 20
2-4-2 水庫淤泥的資源化 21
2-5 輕質骨材實驗研究 25
2-5-1 輕質骨材發展及相關研究 25
2-5-2 輕質骨燒結機制 29
2-5-3 輕質骨材膨脹機制 31
2-5-4 輕質骨材燒製技術 33
第三章 實驗設備與研究方法 36
3-1實驗藥驗及器材 36
3-2實驗設備及分析儀器 37
3-2-1實驗設備 37
3-2-2實驗分析儀器 38
3-3 實驗材料 39
3-3-1 實驗材料來源 39
3-4實驗流程 40
3-5實驗方法 43
3-5-1 材料的性質檢測 43
3-5-2 材料的之前處理 47
3-5-3混合灰添加水庫淤泥之製備及燒製條件 47
3-5-4燒結後骨材的物化特性檢測方法 49
第四章 實驗結果與討論 53
4-1 底渣基本特性分析 53
4-1-1底渣物理特性 53
4-1-2底渣元素組成分析 55
4-1-3底渣重金屬成份分析 56
4-1-4底渣TCLP試驗 57
4-2飛灰基本特性分析 58
4-2-1飛灰物理物性 58
4-2-2飛灰元素組成分析 60
4-2-3飛灰重金屬成份分析 61
4-2-4飛灰TCLP試驗 62
4-3混合灰基本特性分析 64
4-4 水庫淤泥基本特性分析 67
4-4-1 水庫淤泥物理特性 67
4-4-2 水庫淤泥元素組成分析 68
4-5 混合灰添加水庫淤泥燒製輕質骨材研究 69
4-5-1 原料化學成份三相圖 69
4-5-2 原料燒結前之熱分析 71
4-5-3 混合灰添加水庫淤泥之燒結試驗 74
4-5-3-1 燒失量 74
4-5-3-2 骨材密度 75
4-5-3-3 吸水率 77
4-5-3-4 骨材抗壓強度 78
4-5-3-5 骨材外觀及內部 80
4-5-4 混合灰添加水庫淤泥之不同燒結條件試驗 83
4-5-4-1 骨材密度及吸水率 84
4-5-4-2 健度及抗壓 88
4-5-4-3 燒結體外觀 89
4-5-5 燒製骨材燒結體之微結構 90
4-5-6 燒成物之TCLP及重金屬總含量變化之研究 91
第五章 結論與建議 93
5-1結論 93
5-2建議 94
參考文獻 95

圖目錄
圖2-1 飛灰粒徑分佈特性 11
圖2-2 飛灰水萃液/固比與氯離子溶出量及累積量變化 18
圖2-3 飛灰多段水洗後水洗廢液氯離子含量變化 18
圖2-4 飛灰多段水洗後水洗廢液PH值變化 19
圖2-5 飛灰多段水洗後水洗廢液導電度變化 19
圖2-6 固態燒結步驟 29
圖2-7 RILEY對黏土礦物之膨脹性成份三相圖 32
圖3-1 實驗流程圖 42
圖3-2 單顆粒抗壓試驗簡圖 51
圖4-1 #200篩下底渣粒徑分析 54
圖4-2 反應灰粒徑分佈圖 59
圖4-3 鍋爐灰粒徑分佈圖 59
圖4-4 混合灰粒徑分佈圖 66
圖4-5 水庫淤泥粒徑分佈圖 67
圖4-6 輕質骨材化學成份三相圖-水庫淤泥調質添加分布 69
圖4-7 混合灰TG/DTA分析圖 71
圖4-8 混合灰添加50%水庫淤泥TG/DTA分析圖 72
圖4-9 混合灰添加80%的水庫淤泥之熱重分析圖 73
圖4-10混合灰添加不同比例水庫淤泥之燒失量變化 74
圖4-11 混合灰添加不同比例水庫淤泥之密度變化 76_Toc173164508
圖4-12 混合灰添加不同比例水庫淤泥之吸水率變化 77
圖4-13 混合灰添加不同比例水庫淤泥之抗壓強度變化 79
圖4-14 燒結體外觀及內部圖 82
圖4-15 混合灰添加70%水庫淤泥於不同燒成時間下密度之變化 84_Toc173164516
圖4-16 混合灰添加70%水庫淤泥於不同燒成時間下吸水率之變化 85
圖4-17 混合灰添加70%水庫淤泥於不同燒成溫度下視比重之變化 86
圖4-18 混合灰添加70%水庫淤泥於不同燒成溫度下吸水率之變化 87
圖4-19混合灰添加70%水庫淤泥於不同燒成條件下燒結體外觀變化 90
圖4-20混合灰添加水庫淤泥燒結體之微結構 90







表目錄
表2-1 焚化系統中重金屬化合物型態與分佈 8
表2-2 各國焚化底渣重金屬含量之關係 9
表2-3 底渣粒徑與重金屬TCLP溶出相關性 10
表2-4 垃圾焚化飛灰與底渣之物理性質 12
表2-5 國內外焚化飛灰元素分析結果 14
表2-6 水庫淤泥資源化應用之相關文獻 22
表2-7 水庫淤泥之物理特性 23
表2-8 水庫淤泥之化學特性 24
表2-9 國內輕質骨材文獻彙整 27
表2-10 國外輕質骨材燒製之文獻彙整 28
表2-11 國內外多數國家公認的統計數據 35
表3-1 實驗藥品 36
表3-2 實驗材料器具 36
表3-3 混合灰添加水庫淤泥之實驗配置表 48
表3-4 混合灰添加70%水庫淤泥之不同燒結條件配置表 48
表4-1 底渣基本物理特性分析 53
表4-2 底渣主要組成元素分析 55
表4-3 底渣之重金屬含量 56
表4-4 底渣之TCLP試驗 57
表4-5 反應灰基本物理特性分析 58
表4-6 鍋爐灰基本物理特性分析 58
表4-7 飛灰主要組成元素分析 60
表4-8 飛灰之重金屬含量 61
表4-9 反應灰之TCLP試驗 62
表4-10 鍋爐灰之TCLP試驗 63
表4-11 水萃飛灰之TCLP試驗 63
表4-12 #200篩下底渣與水萃飛灰之元素分析比較 64
表4-13 混合灰化學成份 65
表4-14 水庫淤泥基本物理特性分析 67
表4-15 水庫淤泥化學成份 68
表4-16 混合灰添加70%水庫淤泥於預熱時間和溫度控制下改變燒成 83
表4-17 混合灰添加70%水庫淤泥和燒結體進行TCLP 91
表4-18 混合灰添加70%水庫淤泥燒結前後重金屬總含量變化 92


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