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系統識別號 U0002-3006201918090500
中文論文名稱 前處理程序對垃圾焚化飛灰固化掩埋降低長期環境危害之研究
英文論文名稱 A study on the pretreatment processes for solidification followed by landfilling of MSWI fly ash to reduce long-term environmental hazard
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 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 黃柔恩
研究生英文姓名 Jou-En Huang
學號 607480034
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-19
論文頁數 75頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-江康鈺
委員-林凱隆
中文關鍵字 垃圾焚化飛灰  穩定化  固化  機械化學研磨穩定 
英文關鍵字 MSWI fly ash  stabilization  solidification  mechano-chemical stabilization 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 論文提要內容:
  垃圾經焚化處理後所產生的飛灰,其重金屬通常遠超出有害事業廢棄物認定標準,目前全球多採用穩定化或水泥固化處理後掩埋。由於飛灰中含有大量氯鹽等可溶性鹽類,於固化掩埋期間,易受雨水浸蝕溶出,將導致固化體形成空洞,使穩定固化效果降低,進而造成風化龜裂及重金屬有再溶出之危機。
  機械化學濕式研磨處理對於水洗後之焚化飛灰具有優異的重金屬長期穩定效果,同時有助於氯鹽的溶出,因此本研究期望探討以水洗配合機械化學穩定處理,取代水泥固化過程添加重金屬螯合劑之效果。除了評估固化體抗壓強度的影響之外,利用毒性特性溶出程序(TCLP)以及向上流動滲濾試驗法,評估固化物抵抗酸雨之能力以及在掩埋場環境之長期安全性。
  研究結果發現,焚化飛灰經水洗處理,其重量約減少40%,水洗灰穩定固化體之強度因水洗過程造成鈣之流失,其抗壓強度不如原灰固化者;然而固化體重金屬溶出則較低。水洗研磨固化體與原灰穩定固化者相較,以每公斤原始焚化飛灰為計算基準,其氯鹽含量由1,046降至374 mg/kg;抗壓強度相似。TCLP鉛由5.32 mg/kg降至低於偵測極限;總鉻由低於偵測極限提升至9.24 mg/kg。
  向上流動試驗7天鉛溶出總量由35.22下降至12.00 (2小時研磨)與0.39 mg/kg (4小時研磨);總鉻之溶出量於原灰穩定固化試體是略為下降而後上升,至第7天甚至比第1天還高;而研磨穩定固化試體則是略為下降後趨於平緩,其長期溶出趨勢顯著較低。經向上流動滲濾試驗7日後,原灰試體重量損失高達30 %,水洗灰穩定固化試體約20 %,研磨灰試體則降為10 %。此結果證實水洗及研磨前處理因有效去除氯鹽,降低了受到風化而使重金屬溶出量逐漸增加之風險,其中以水洗研磨前處理對於降低環境長期危害風險最為顯著。
英文摘要 Abstract:
Heavy metal leaching characteristic of municipal solid waste incinerator (MSWI) fly ash, is usually far exceeded the hazardous waste regulation, at present, chemical stabilization followed by cement solidification pretreatment is popular adopted before landfilling in the world. Since chloride is abundant in MSWI fly ash, it is easily dissolved by the rainfall in the environment, speeding the weathering and decreasing the effect of stabilization/solidification treatment, and increasing the potential of heavy metal leaching hazard.
Mechano-chemical wet milling has good long-term stabilization effect for the washed MSWI fly ash, which can also enhance the dissolution of chloride. In this study, it was explored to compare with the effect of traditional chemical stabilization without pre-washing. Beside the compressive strength test and TCLP for the solidified matrix, up-flow percolation test was studied to evaluate the long-term leaching potential of heavy metals in the environment.
The results showed, washing pretreatment could decrease the ash weight around 40%, while the compressive strength were decreased due to the release of calcium, nevertheless, heavy metals TCLP were decreased compare to the stabilization/ solidification of raw fly ash. Calculating by the bases of the weight of raw MSWI fly ash, the substitution of traditional chelating stabilization by washing/milling stabilization, chloride content of cement solidified matrix was decreased from 1,046 to 374 mg/kg, the compressive strength was similar, while the lead of TCLP was decreased from 5.32 mg/kg to below detectable level.
The results of 7-day up-flow percolation test showed, the cumulative Pb leaching of solidified matrix was decreased from the raw ash sample 35.22 to 12.00 (2 hr milling) and 0.39 mg/kg (4 hr milling) respectively. The T-Cr dissolution trend of raw fly ash sample was slightly decreased then increased, on the 7th day was even higher than the first day; the milled fly ash sample was a slight decline and then flat, and the long-term dissolution risk was lower. The total weight loss of raw fly ash sample was 30%, while the washed fly ash and milled fly ash samples decreased to 20 and 10% respectively. Both pretreatment can remove the chloride in the ash effectively, which could prevent the weathering and has a significant contribution to reducing the risk of long-term environmental hazard.
論文目次 目錄
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 垃圾焚化飛灰來源 3
2.1.1 焚化飛灰種類與特性 4
2.1.2 焚化飛灰物理特性 5
2.1.3 焚化飛灰化學特性 5
2.1.4 焚化飛灰溶出特性 6
2.2 研磨技術與應用 8
2.2.1 機械化學 8
2.2.2 機械研磨對於粉體特性之影響 8
2.2.3 研磨穩定之研究 10
2.3 水泥特性與性質 12
2.3.1 水泥固化 13
2.3.2 粒徑對固化之影響 13
第三章 研究方法 14
3.1 實驗設計 14
3.2 實驗原料與前處理 14
3.3 實驗流程 15
3.1.1 飛灰前處理-水洗 16
3.1.2 飛灰前處理-研磨穩定 17
3.1.3 固化 19
3.4 檢驗項目及方法 21
3.5 實驗設備與分析儀器 23
第四章 結果與討論 28
4.1 原料基本性質分析 28
4.1.1 pH 28
4.1.2 粒徑分析、SEM、XRD 30
4.1.3 元素分析與重金屬總量 35
4.1.4 TCLP溶出 36
4.2 原灰與水洗灰取代水泥之影響 36
4.2.1 原灰與水洗灰試體抗壓強度分析 37
4.2.2 原灰與水洗灰試體SEM分析 42
4.2.3 原灰與水洗灰試體XRD晶相物種分析 43
4.2.4 原灰與水洗灰試體TCLP分析 45
4.3 研磨灰取代水泥之影響 46
4.3.1 研磨灰試體抗壓強度分析 47
4.3.2 研磨灰試體SEM分析 49
4.3.3 研磨灰試體XRD晶相物種分析 50
4.3.4 研磨灰試體TCLP分析 52
4.4 長期穩定之效果 53
4.4.1 TCLP溶出總量 53
4.4.2 向上流動滲濾試驗7天總量 56
4.4.3 向上流動滲濾試驗7天總溶出量與TCLP總量比較 64
4.5 綜合討論 67
4.5.1 氯鹽分布 67
4.5.2 總鉻與鉛在各單元之比較 68
第五章 結論與建議 70
5.1 結論 70
5.2 建議 71
參考文獻 72


圖目錄
圖 2-1歷年廢棄物產生量統計圖 3
圖 2-2歷年焚化廠灰渣產生量統計 4
圖 2-3飛灰多段(每段L/S=5)水洗後水洗廢液氯離子含量變化 7
圖 2-4水泥製造流程 12
圖 3-1 實驗流程圖 16
圖 3-2 飛灰經研磨穩定之重金屬溶出率 (黃氏,2005) 18
圖 3-3電熱式乾燥烘箱 23
圖 3-4球磨機 23
圖 3-5壓濾設備 24
圖 3-6毒性特性溶出程序裝置 24
圖 3-7電加熱式矩形高溫爐 25
圖 3-8雷射粒徑分析儀 25
圖 3-9向上流動滲濾試驗裝置 26
圖 3-10場發射掃描式電子顯微鏡 26
圖 3-11 X光粉末繞射儀 27
圖 3-12感應耦合電漿原子發射光譜分析儀 27
圖 4-1飛灰外觀 29
圖 4-2原灰及水洗灰之粒徑分布圖 30
圖 4-3水洗灰及研磨灰之粒徑分布圖 31
圖 4-4飛灰之SEM 33
圖 4-5 原灰XRD分析 34
圖 4-6 二次水洗灰XRD分析 34
圖 4-7 4hr研磨灰XRD分析 34
圖 4-8調整水泥添加量之試體抗壓強度 38
圖 4-9調整水泥添加量之試體氯鹽含量變化 38
圖 4-10調整螯合劑添加量之試體抗壓強度 39
圖 4-11調整螯合劑添加量之試體氯鹽含量變化 39
圖 4-12同時調整水泥及螯合劑添加量之試體抗壓強度 40
圖 4-13同時調整水泥及螯合劑添加量之試體氯鹽含量變化 40
圖 4-14原灰與水洗灰各配比之抗壓強度 41
圖 4-15原灰與水洗灰水泥試體SEM (X 5,000) 42
圖 4-16 C1配比之原灰固化試體XRD分析 43
圖 4-17 C1配比之水洗灰固化試體XRD分析 43
圖 4-18 OR配比之原灰固化試體XRD分析 44
圖 4-19 OR配比之水洗灰固化試體XRD分析 44
圖 4-20 OR與C1配比之抗壓強度 48
圖 4-21 OR與C1配比之GA試體氯鹽含量變化 48
圖 4-22 研磨灰水泥試體SEM (X 5,000) 49
圖 4-23 C1配比之固化試體XRD分析 50
圖 4-24 OR配比之固化試體XRD分析 51
圖 4-25 C1配比之TCLP重金屬總量 55
圖 4-26 OR配比之TCLP重金屬總量 55
圖 4-27 C1配比重金屬鉛與總鉻之7天總溶出量 62
圖 4-28 OR配比重金屬鉛與總鉻之7天總溶出量 62
圖 4-29 C1配比之總鉻7天個別溶出量 63
圖 4-30 OR配比之總鉻7天個別溶出量 63
圖 4-31 C1配比之向上滲濾7天總鉻總溶出量與TCLP總鉻總量 65
圖 4-32 C1配比之向上滲濾7天鉛總溶出量與TCLP鉛總量 65
圖 4-33 OR配比之向上滲濾7天總鉻總溶出量與TCLP總鉻總量 66
圖 4-34 OR配比之向上滲濾7天鉛總溶出量與TCLP鉛總量 66
圖 4-35 向上滲濾重量損失 67


表目錄
表 2-1本團隊歷年飛灰物種組成、重金屬總量及飛灰TCLP範圍 6
表 3-1固化配比 20
表 4-1焚化飛灰pH 29
表 4-2飛灰之元素總量分析 35
表 4-3飛灰之重金屬總量 35
表 4-4飛灰之重金屬溶出試驗 36
表 4-5原灰(RA)與水洗灰(WA)各配比之抗壓強度(以飛灰100 為基準) 37
表 4-6原灰與水洗灰試體之重金屬溶出試驗 45
表 4-7 OR與C1配比之抗壓強度 47
表 4-8研磨灰試體之重金屬溶出試驗 52
表 4-9 C1與OR配比之飛灰試體之重金屬溶出量 54
表 4-10 C1與OR配比之飛灰試體之每單位原灰重金屬溶出總量 54
表 4-11 C1配比向上流動滲濾試驗之個別7天重金屬溶出 57
表 4-12 C1配比向上流動滲濾試驗之個別7天重金屬溶出 58
表 4-13 C1配比向上流動滲濾試驗之每單位原灰7天重金屬溶出量 59
表 4-14 OR配比向上流動滲濾試驗之每單位原灰7天重金屬溶出量 60
表 4-15 C1與OR配比向上流動滲濾試驗之7天總溶出量 61




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