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系統識別號 U0002-3007202011595500
中文論文名稱 都市垃圾焚化飛灰水洗廢水全回收與模廠試驗之研究
英文論文名稱 A Study on the Wastewater Total Recovery of Washing Incinerator Fly Ash and Pilot Test
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 108
學期 2
出版年 109
研究生中文姓名 左峻宇
研究生英文姓名 CHUN-YU TSO
學號 608480140
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2020-06-30
論文頁數 59頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員- 林凱隆
委員-江康鈺
中文關鍵字 垃圾焚化飛灰  水萃程序  CO2曝氣  鉛回收  鈣回收  電解 
英文關鍵字 Incinerator fly ash washing  CO2 aeration  Lead recovery  Calcium recovery  Electrolysis 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 焚化處理為國內目前最主要的廢棄物處理方式,焚化飛灰因含有大量重金屬,被歸類為有害廢棄物,目前多以穩定化或固化後掩埋。根據許多國內外研究及實務經驗,發現飛灰水萃可萃取出大量氯鹽及部分重金屬,對於後續再利用大有助益,因此水洗也已成為許多飛灰安定化之前處理步驟。飛灰水洗液傳統物化處理難度不高,但仍有有害污泥產生,對於掩埋場及水資源不足的台灣,及因應多數焚化廠採廢水零排放設計,飛灰水洗液全回收確實有其必要性。因此本研究秉持循環經濟之想法,對焚化飛灰水洗液零排放全回收進行研究。根據本實驗室過去研究之結果,已成功分別對鈣及鉛進行回收,因此本研究期望能統合過去經驗使最終廢液符合排放標準。
水萃液以CO2曝氣沉降回收Pb,將過濾之重金屬沉降污泥以HCl進行酸萃固液分離後即得到高純度PbCl2,此法預計能以水洗液吸收焚化排放之CO2,達到減碳之效果;經重金屬沉降後之水萃液以石灰蘇打軟化可獲得CaCO3之沉澱物;將鈣回收後之回收水以電解法進行處理,以鐵作為犧牲金屬,預計能獲得FeCl2,以及利用惰性電極,預計產生次氯酸溶液。
在CO2曝氣程序中以pH 8.5左右為最佳操作條件,並得到良好的鉛去除效果。以理論蘇打加藥量之Ca去除率為99.6 %。酸萃後汙泥之Pb之重量百分比由1.73 %提升到6.72 %。飛灰水洗液經CO2曝氣沉降重金屬及石灰蘇打軟化法回收Ca後,水質已達放流水標準。回收FeCl2實驗中,2A條件下水中Fe2+濃度為19.72g/L,電流效率78.60%;10A條件下水中Fe2+濃度為17.00g/L,電流效率67.76%。電解產生次氯酸溶液所建議使用之參數為,電解時間4 hr、電解液氯離子濃度3 %、極板間距1 cm ,電流密度0.13 A/cm2以及蘇打軟化時以理論加藥量處理,可以產生 11,236 mg/L的自由餘氯量。模廠試驗之電解效率良好,自由餘氯濃度所測得之4小時電解效率為76.3 %,自由餘氯濃度約303 mg/L。
英文摘要 Washing pretreatment is helpful to the recovery of incinerator fly ash, nevertheless, the treatment of its wastewater will produce hazardous sludge due to the high concentration of Pb, besides, the high concentration of Cl- is harmful to the receiving water body. So the recovery of fly ash washing wastewater is an important issue. The study on the recovery of Pb and Ca from the fly ash washing wastewater has been proved feasibly in the past, while the Cl- recovery technologies has not been studied.
The Pb metal in the fly ash washing wastewater was recovered by CO2 aeration and sedimentation firstly, then the sludge was extracted by HCl, which can obtain high-concentration of PbCl2. This operation is expected to absorb the CO2 in the flue gas of the incinerator, to achieve carbon capturing. After then, the wastewater was softened by lime-soda method to obtain pure CaCO3 precipitate, finally, the recovered water was treated by electrolysis, iron was used as the sacrificial anode, FeCl2 was expected to be obtained to recovery as coagulant. Another study was recovery of hypochlorous acid solution by using inert anode.
In the CO2 aeration operation, pH 8.5 is the optimum condition, and a good lead recovery is obtained, after the acid extraction, Pb concentration of the sludge increased from 1.73 to 6.72 %. The removal of Ca based on the theoretical soda dosage is 99.6 %, and the effluent could satisfy the discharge standards.
In the FeCl2 recovery experiment, the Fe2+ concentration and the current efficiency were 19.72 g/L and 78.60 % under 2 A, while 17.00 g/L and 67.76 % under 10A electrolysis. The parameters recommend for producing hypochlorous acid solution are: electrolysis time 4 hr, chloride concentration 3%, electrode spacing 1 cm, current density 0.13 A/cm2, which can produce 11,236 mg/L of free residual chlorine. The electrolysis by the pilot tested was good, the current efficiency was 76.3 %, and the free residual chlorine concentration was 303 mg/L in the 4-hours electrolysis operation.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 飛灰之種類來源與物化特性 4
2.1.1 飛灰之種類來源 4
2.1.2 飛灰之物理特性 4
2.1.3 飛灰之化學特性 5
2.2 水萃處理相關文獻 6
2.3 飛灰重金屬溶出相關文獻 7
2.3.1 鹽類對重金屬溶出之影響 7
2.3.2 pH值對重金屬溶出之影響 7
2.4 CO2曝氣之效果 7
2.5 鉛在水溶液中之物種分布 9
2.6 濕式冶金回收重金屬 10
2.7 石灰蘇打軟化法回收鈣 10
2.8 電解回收氯 11
2.8.1 法拉第電解定律 11
2.8.2 犧牲電極產生FeCl2 12
2.8.3 鹼氯法 12
第三章 研究方法 15
3.1 實驗方法 15
3.2 實驗流程圖 16
3.3 研究步驟 17
3.3.1 飛灰水萃 17
3.3.2 鉛回收 17
3.3.3 鈣回收-石灰蘇打軟化法 18
3.3.5 氯回收-FeCl2回收 18
3.3.6 氯回收-次氯酸溶液回收 19
3.4 模廠試驗 21
3.5 檢測方法 28
3.6 設備與儀器 28
第四章 結果與討論 29
4.1 垃圾焚化飛灰基本特性 29
4.2 飛灰水洗液基本特性 31
4.3 水萃液CO2曝氣沉降 32
4.4 曝氣汙泥以HCl酸萃回收氯化鉛 35
4.5 水萃液曝氣後石灰蘇打軟化法回收鈣 35
4.6 電化學電解法回收FeCl2 38
4.7電解法回收次氯酸溶液 43
4.7.1 電解時間對自由餘氯產能之影響 43
4.7.2 電解液氯離子含量對自由餘氯產能之影響 44
4.7.3 極板間距對自由餘氯產能之影響 45
4.7.4 電流密度對自由餘氯產能之影響 47
4.7.5 蘇打加藥量對自由餘氯產能之影響 48
4.8 模廠試驗結果分析 51
第五章 結論與建議 55
5.1 結論 55
5.2 建議 56
參考文獻 57


圖目錄

圖 2 - 1 在不同pH條件下碳酸系統之物種分布情形 8
圖 2 - 2 鉛在碳酸系統中之物種分布 9
圖 3 - 1 實驗流程圖 16
圖 3 - 2 次氯酸系統在水溶液中物種與pH之關係 19
圖 3 - 3 飛灰水洗 22
圖 3 - 4 模廠水萃液暫存槽 22
圖 3 - 5 模廠曝氣槽 23
圖 3 - 6 模廠CO2曝氣鋼瓶 23
圖 3 - 7 模廠沉降槽 24
圖 4 - 1飛灰水洗液經CO2曝氣之沉降污泥XRD圖譜 34
圖 4 - 2 石灰蘇打軟化沉降污泥XRD圖譜 38
圖 4 - 3 2A條件電解之水樣及生成物 40
圖 4 - 4 10 A條件電解之水樣及生成物 41
圖 4 - 5電解反應中pH過高(pH 4.3) 41
圖 4 - 6電解反應中pH過高後再酸化 42
圖 4 - 7 電解時間對自由餘氯產生量之變化(電流,10A) 43
圖 4 - 8不同濃度下自由餘氯之產生量(電流,10 A) 44
圖 4 - 9 不同氯離子濃度下單位時間內電解效率之變化(電流,10 A) 45
圖 4 - 10 在不同極板間距下自由餘氯之產生效果(電流,10 A) 46
圖 4 - 11不同的極板間距條件下之電解效率(電流,10 A) 46
圖 4 - 12 不同電流密度下自由餘氯濃度之產生情況 (電流,10 A) 47
圖 4 - 13不同的蘇打加藥量之自由餘氯濃度(電流,10 A) 49
圖 4 - 14 不同蘇打加藥量電解時電壓與耗電量變化 49
圖 4 - 15 不同蘇打加藥量每千瓦小時所能產生之自由餘氯濃度變化 50
圖 4 - 16 模廠試驗中鉛與鈣之質量平衡圖 52
圖 4 - 17 模廠使用食鹽水與回收水產生自由餘氯情形(電流,30 A) 53
圖 4 - 18 模廠試驗電解時溫度變化(電流,30 A) 54


表目錄
表 2 - 1 焚化飛灰之元素組成 5
表 2 - 2 焚化飛灰之重金屬含量 6
表 4 - 1 反應灰及混合灰之元素組成 30
表 4 - 2 反應灰及混合灰之重金屬含量 30
表 4 - 3 不同飛灰來源之水洗液水質分析 32
表 4 - 4 水洗液曝氣後之水質分析 33
表 4 - 5 酸萃後汙泥之元素含量分析 35
表 4 - 6 曝氣水以蘇打軟化法沉降之水質分析 37
表 4 - 7 回收水電解前後之結果比較 40
表 4 - 8 模廠各階段處理之水質分析 51

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