鈉系飛灰為近年焚化廢氣處理系統使用碳酸氫鈉（NaHCO₃）後所產生的飛灰，與傳統鈣系飛灰相比，其含有較高濃度的Na、Cl及重金屬（如Zn），其中Zn約佔原灰的2%。目前國內再利用技術尚不成熟，重金屬資源回收具研究價值。
鈉系原灰以液固比3：1進行3次水洗，Na與K的溶出率分別達80%與35%，可有效去除可溶鹽分。採用循環水洗，將前批水洗液用於下批飛灰的水洗過程，探討再利用水資源及去除可溶性離子之效率，三批次總氯離子去除率皆超過68%，具良好去除氯離子效果與節水潛力。
濕式冶金以 5M NaOH、4M NaOH & 1M Ca(OH)₂ 及 3M NaOH & 2M Ca(OH)₂ 三種組合作為浸出劑，浸出率分別為 78.4%、93.8% 與 81.7%，其中以 4M NaOH & 1M Ca(OH)₂ 為最高浸出率。結果顯示，適量添加 Ca(OH)₂ 不僅有助於提升 Zn 的浸出效率，亦能有效抑制 Si 的溶出。
為促進Zn的沉降，本研究以酸劑調節濕式冶金浸出液之 pH，選用濃度為 1M 的 HCl、HNO₃ 與 H₂SO₄ 進行測試，並分別於 pH 7、8、9、10 條件下探討其對Zn沉降的影響。結果顯示，三種酸皆可有效降低 pH 並促進Zn的沉降，其中以 H₂SO₄ 表現最佳，因此選定為本研究所使用之調酸劑。進一步比較不同 pH 條件下的Zn沉降效果，結果顯示在 pH 10 時Zn的沉降率最高，為最適操作條件。此外為探討酸濃度對沉降效率的影響，分別以 1M 與 2M 的 H₂SO₄ 進行實驗，兩者在沉降效率上差異不大，惟高濃度酸較難精確控制 pH，操作上不易。因此選擇 1M H₂SO₄ 為較佳條件。研究結果顯示，pH 控制為影響Zn等重金屬沉降效率的關鍵因素。

Sodium-based fly ash is a by-product generated from incineration flue gas treatment systems using NaHCO₃. Compared to traditional calcium-based fly ash, it contains higher concentrations of Na, Cl, and heavy metals such as Zn, with Zn accounting for approximately 2% of the raw ash. As current domestic resource recovery technologies remain underdeveloped, Zn recovery from sodium-based fly ash presents significant research potential.
The raw ash was washed three times with deionized water at a liquid-to-solid ratio of 3:1. The leaching rates of Na and K reached 80% and 35%, respectively, indicating effective removal of soluble salts. A cyclic washing process was adopted, recover the filtrate from the previous batch for the next. The total Cl removal rate through three batches exceeded 68%, demonstrating good Cl removal efficiency and water-saving potential.
For hydrometallurgical leaching, three combinations of alkaline reagents were tested: 5 M NaOH, 4 M NaOH & 1 M Ca(OH)₂, and 3 M NaOH & 2 M Ca(OH)₂. The corresponding Zn leaching efficiencies were 78.4%, 93.8%, and 81.7%, with the highest efficiency observed in the 4 M NaOH & 1 M Ca(OH)₂ condition. Results indicate that appropriate addition of Ca(OH)₂ not only enhances Zn leaching but also effectively suppresses Si dissolution.
To promote Zn precipitation, the leachate pH was adjusted using 1 M solutions of HCl, HNO₃, and H₂SO₄, tested under pH conditions of 7, 8, 9, and 10. All three acids effectively reduced pH and facilitated Zn precipitation, with H₂SO₄ showing the best performance. Due to its lower cost and stable supply, H₂SO₄ was selected for this study.
Further comparison under different pH conditions showed that Zn precipitation was best at pH 10. To evaluate the effect of acid concentration, both 1 M and 2 M H₂SO₄ were tested. The precipitation efficiency showed little difference, but higher acid concentration made pH control more difficult. Therefore, 1 M H₂SO₄ was chosen as the more suitable option. Overall, pH control was identified as the key factor influencing the precipitation efficiency of Zn and other heavy metals.

目錄
目錄	I
圖目錄	IV
表目錄	VI
第一章緒論	1
1. 1研究緣起	1
1. 2 研究目的	3
1. 3研究內容及架構	3
第二章 文獻回顧	4
2. 1焚化廢氣污染防治技術	4
2.1.1焚化廢氣鈣系污染防治技術	4
2.1.2 焚化廢氣鈉系污染防治技術	7
2. 2焚化飛灰來源	8
2. 3焚化飛灰物理特性	10
2.3.1粒徑分布	10
2.3.2密度	11
2.3.3水分	11
2. 4焚化飛灰化學特性	12
2.4.1鈣系飛灰	12
2.4.2 鈉系飛灰	13
2. 5焚化飛灰之汙染危害特性	16
2.5.1重金屬	16
2.5.2戴奧辛	17
2.5.3氯鹽	19
2. 6水洗處理	22
2. 7濕式冶金	25
2.7.1鋅的物化特性	25
2.7.2濕式冶金浸出	26
2.7.3 NaOH對濕式冶金的影響	33
2.7.4 Ca(OH)2對濕式冶金的影響	35
2. 8酸劑沉降重金屬	38
第三章 研究方法與材料	40
3. 1實驗材料	40
3. 2研究架構	41
3. 3實驗步驟	42
3.3.1飛灰基本性質分析檢測	42
3.3.2鈉系原灰水洗前處理	46
3.3.3 NaOH＆Ca(OH)₂濕式冶金	48
3.3.4酸劑處理濕式冶金浸出液	53
3. 5實驗設備、儀器及藥品	56
3.5.1實驗設備	56
3.5.2分析儀器	58
3.5.3實驗藥品	60
第四章 結果與討論	61
4. 1鈉系飛灰基本性質分析	61
4.1.2 鈉系飛灰元素分析	62
4.1.3鈉系飛灰重金屬總量分析	63
4.2水洗程序	64
4.2.1 重量損失、pH	64
4.2.2去除氯離子含量	65
4.2.3水洗液元素分析	67
4.2.4水洗液重金屬總量分析	68
4.2.5水洗灰元素分析	71
4.2.6水洗灰重金屬總量分析	73
4.2.7水洗處理各元素之溶出	74
4.2.8水洗處理質量平衡	75
4.2.9水洗灰TCLP溶出試驗	76
4.3濕式冶金	77
4.3.1浸出液pH及濕式冶金灰重量變化	77
4.3.2濕式冶金灰元素分析	79
4.3.3濕式冶金灰重金屬總量分析	81
4.3.4 濕式冶金浸出液元素分析	83
4.3.5 濕式冶金浸出液重金屬總量分析	85
4.3.6濕式冶金質量平衡	87
4.3.7濕式冶金灰TCLP溶出試驗	90
4. 4酸劑處理浸出液	91
4.4.1 酸類沉降效率	91
4.4.2 pH沉降影響	93
4.4.3 H₂SO₄濃度沉降影響	95
4.4.4 酸沉降液質量平衡	99
第五章 結論與建議	105
5. 1結論	105
5. 2建議	106
參考文獻	107

圖目錄
圖2. 1碳酸氫鈉搭配觸媒脫硝及熱回收系統流程圖	7
圖2. 2垃圾焚化處理流程圖	9
圖2. 3飛灰粒徑分佈特性	10
圖2. 4 PCDDs、 PCDFs、PCBs結構示意圖	18
圖2. 5 2,3,7,8-TCDD結構示意圖	18
圖2. 6氯化物的氯 K 邊緣 XANES 光譜	20
圖2. 7  RFA、CaFA  和  NaFA  的氯 K 邊緣 XANES 光譜	21
圖2. 8 在不同時間段以L/S 2用水提取BFB2灰分	23
圖2. 9 在不同時間段以L/S 2用水提取CFB灰分	23
圖2. 10 飛灰BFB1單次水洗與三次水洗的萃取效率比較	24
圖2. 11飛灰BFB2單次水洗與三次水洗的萃取效率比較	24
圖2. 12  25 °C 時 ZnO 溶解度與 pH 的關係	29
圖2. 13 不同浸出溶劑之浸出鋅的效率	32
圖2. 14鋅浸出率和pH與時間關係圖	32
圖2. 15水洗灰濕式冶金各元素之浸出	34
圖2. 16 CaO和Ca(OH)₂添加到Na₂O-ZnO-H₂O系統的飽和鈉鋅酸鹽溶液中時，氧化鋅的平衡濃度變化	36
圖2. 17 氫氧化鋅的理論溶解度	39
圖3. 1實驗架構流程圖	41
圖3. 2飛灰水洗前處理流程圖	46
圖3. 3濕式冶金流程圖	48
圖3. 4酸劑處理濕式冶金浸出液流程圖	53
圖3. 5 電熱式乾燥烘箱	56
圖3. 6高溫爐	56
圖3. 7 毒性特性溶出程序旋轉裝置	57
圖3. 8震盪恆溫培養箱	57
圖3. 9 電感耦合電漿體光學發射光譜儀	58
圖3. 10離子層析儀	58
圖3. 11 X射線繞射儀	59
圖4. 1 不同批次鈉系原灰經三次水洗之去除氯離子濃度	66
圖4. 2 鈉系原灰第一批水洗液重金屬含量	69
圖4. 3鈉系原灰第二批水洗液重金屬含量	69
圖4. 4鈉系原灰水洗液重金屬含量	70
圖4. 5 鈉系原灰元素含量	72
圖4. 6 鈉系水洗灰元素含量	72
圖4. 7 液固比3：1水洗三次各元素之溶出	74
圖4. 8 H2SO4濃度對浸出液加藥量影響	96

 
 
表目錄
表2.1鈣系除酸系統各單元設備之說明	5
表2. 2 SNCR與SCR優缺點比較	6
表2. 3鈣系原灰之元素分析	12
表2. 4不同國家文獻資料之飛灰元素分析統整	13
表2. 5鈉系除酸系統飛灰、反應生成物採樣檢測表	14
表2. 6鈉系除酸系統飛灰、反應生成物TCLP檢測表	15
表2. 8 RFA、CaFA、NaFA之氯含量	19
表2. 9金屬鋅之物理特性	26
表2. 10為使用不同酸液進行高爐污泥浸出時，鋅的浸出效率比較	28
表2. 11 NaOH與Ca(OH)₂濕式冶金浸出劑之鋅浸出效率	37
表3. 1 垃圾焚化廠焚化爐設施系統	40
表3. 2  NaOH濕式冶金參數	49
表3. 3 NaOH＆Ca(OH)₂濕式冶金參數	50
表4. 1焚化飛灰pH檢測值	              61 
表4. 2鈉系原灰元素分析	62
表4. 3鈉系原灰重金屬總量分析	63
表4. 4 水洗灰重量損失	64
表4. 5 第一批次水洗液pH	64
表4. 6 第二批次水洗液pH	64
表4. 7 修正後去除氯離子濃度	65
表4. 8 各批次鈉系原灰去除氯離子濃度	66
表4. 9鈉系飛灰水洗液元素分析	67
表4. 10鈉系原灰水洗液重金屬總量分析	68
表4.11 鈉系水洗灰元素分析	71
表4. 12 鈉系水洗灰重金屬總量分析	73
表4. 13 鈉系水洗灰質量平衡	75
表4. 14 鈉系水洗灰TCLP溶出試驗	76
表4. 15濕式冶金浸出液之pH 比較	77
表4. 16濕式冶金灰之重量變化	78
表4. 17 5M NaOH濕式冶金灰元素分析	79
表4. 18 4M NaOH+1M Ca(OH)2濕式冶金灰元素分析	79
表4. 19 3M NaOH & 2M Ca(OH)2濕式冶金灰元素分析	80
表4. 20 5M NaOH濕式冶金灰重金屬總量分析	81
表4. 21  4M NaOH+1M Ca(OH)2濕式冶金灰重金屬總量分析	82
表4. 22 3M NaOH & 2M Ca(OH)2濕式冶金灰重金屬總量分析	82
表4. 23  5M NaOH 浸出液元素分析	83
表4. 24 4M NaOH+1M Ca(OH)2 浸出液元素分析	83
表4. 25 3M NaOH+2M Ca(OH)2 浸出液元素分析	84
表4. 26 5M NaOH 浸出液重金屬總量分析	85
表4. 27 4M NaOH+1M Ca(OH)2浸出液重金屬總量分析	85
表4. 28 3M NaOH+2M Ca(OH)2浸出液重金屬總量分析	86
表4. 29不同浸出劑之重金屬浸出率	86
表4. 30 5M NaOH濕式冶金灰質量平衡	87
表4. 31 4M NaOH+1M Ca(OH)2濕式冶金灰質量平衡	88
表4. 32 3M NaOH+2M Ca(OH)2濕式冶金灰質量平衡	89
表4. 33 不同浸出劑之TCLP溶出試驗	90
表4. 34 HNO3對5M NaOH浸出液之重金屬沉降效率	91
表4. 35 HCl對5M NaOH之重金屬沉降效率	92
表4. 36 H₂SO₄ 對5M NaOH之重金屬沉降效率	92
表4. 37 不同 pH 條件下硫酸沉降元素	93
表4. 38 不同 pH 條件下硫酸沉降重金屬	94
表4. 39 1M H₂SO₄ 加藥量在不同濕式冶金浸出液處理條件下的變化	95
表4. 40  2M H₂SO₄ 加藥量在不同濕式冶金浸出液處理條件下的變化	96
表4. 41 1M H2SO4產生之沉澱物	97
表4. 42 2M H2SO4產生之沉澱物	97
表4. 43  H₂SO₄不同濃度對5M NaOH浸出液中重金屬總量分析	98
表4. 44 H₂SO₄不同濃度對4M NaOH+1M Ca(OH)2浸出液中重金屬總量分析	98
表4. 45 H₂SO₄不同濃度對3M NaOH+2M Ca(OH)2浸出液中重金屬總量分析	98
表4. 46 1M H2SO4 及5M NaOH浸出液質量平衡	99
表4. 47  2M H2SO4 及5M NaOH浸出液質量平衡	100
表4. 48 1M H2SO4 及4M NaOH+1M Ca(OH)2浸出液質量平衡	101
表4. 49  2M H2SO4 及4M NaOH+1M Ca(OH)2浸出液質量平衡	102
表4. 50  1M H2SO4 及3M NaOH+2M Ca(OH)2浸出液質量平衡	103
表4. 51  2M H2SO4 及3M NaOH+2M Ca(OH)2浸出液質量平衡	104

參考文獻
Abbas, Z., Moghaddam, A. P., & Steenari, B.-M. (2003). Release of salts from municipal solid waste combustion residues. Waste Management, 23(4), 291–305. doi: https://doi.org/10.1016/S0956-053X(02)00154-
Alaee, M. (2016). Dioxin and Related Compounds: Special Volume in Honor of Otto Hutzinger (Handbook of Environmental Chemistry #49). Springer International Publishing. doi:
Ahmed, I. M., Nayl, A. A., & Daoud, J. A. (2016). Leaching and recovery of zinc and copper from brass slag by sulfuric acid. Journal of Saudi Chemical Society, 20, S280–S285. doi: https://doi.org/10.1016/j.jscs.2012.11.003
Ayres, D. M., Davis, A. P., & Gietka, P. M. (1994). Removing Heavy Metals from Wastewater. UNIVERSITY OF MARYLAND.
Caravaca, C., Cobo, A., & Alguacil, F. J. (1994). Considerations about the recycling of EAF flue dusts as source for the recovery of valuable metals by hydrometallurgical processes. Resources, Conservation and Recycling, 10, 35–41. doi: https://doi.org/10.1016/0921-3449(94)90036-1
Chen, A., Xu, D., Chen, X., Liu, X., & Zhu, W. (2013). Effect of calcium on the solubility of zinc oxide in the sodium hydroxide solution. Materials Processing Fundamentals, 257–263.

 
Dal Pozzo, A., Guglielmi, D., Antonioni, G., Tugnoli, A., & Cozzani, V. (2017). Environmental Assessment of Combined Acid Gas Emission Control with Alternative Dry Sorbent Injection Systems. Chemical Engineering Transactions, 57. doi: https://doi.org/10.3303/CET1757128
Eighmy, T. T., Eusden, J. D., Krzanowski, J. E., Domingo, D. S., Staempfli, D., Martin, J. R., & Erickson, P. M. (1995). Comprehensive Approach toward Understanding Element Speciation and Leaching Behavior in Municipal Solid Waste Incineration Electrostatic Precipitator Ash. Environmental Science & Technology, 29, 629–646. doi: https://doi.org/10.1021/es00003a010
Gupta, M. K., Gupta, B. L., & Raghavan, R. (1989). Investigation of use of zinc dross as a substitute for zinc dust in solution purification in zinc electrowinning hydrometallurgical plant. Hydrometallurgy, 22(3), 379–391. doi: https://doi.org/10.1016/0304-386X(89)90032-7
Huang, S. J., Chang, C. Y., Mui, D. T., Chang, F. C., Lee, M. Y., & Wang, C. F. (2007). Sequential extraction for evaluating the leaching behavior of selected elements in municipal solid waste incineration fly ash. Journal of Hazardous Materials, 149, 180–188. doi: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.03.067
Jakob, A., Stucki, S., & Kuhn, P. (1995). Evaporation of heavy metals during the heat treatment of municipal solid waste incinerator fly ash. Environmental Science & Technology, 29, 2429–2436. doi: https://doi.org/10.1021/es00009a040

 
Jia, L., Zhong, Y., Li, K., Li, B., Gao, J., Liu, T., Wang, F., Wu, W., & Feng, J. (2023). Recovery of zinc resources from secondary zinc oxide via composite ammonia leaching: Analysis of Zn leaching behavior. Chemical Engineering Journal, 472. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144930
Kanhar, A. F., Chen, S., & Wang, F. (2020). Incineration Fly Ash and Its Treatment to Possible Utilization: A Review. Energies, 13(24), 6681. doi: https://doi.org/10.3390/en13246681
Kida, A., Noma, Y., & Imada, T. (1996). Chemical speciation and leaching properties of elements in municipal incinerator ashes. Waste Management, 16(5–6), 527–536. doi: https://doi.org/10.1016/S0956-053X(96)00094-3
Kim, W. S., Lee, D. W., & Lee, S. (2002). Size characterization of Incinerator fly ash using sedimentation/steric field-flow fractionation. Analytical Chemistry, 74, 848–855. doi: https://doi.org/10.1021/ac010937y
Liu, Q., Zhao, Y., & Zhao, G. (2011). Production of zinc and lead concentrates from lean oxidized zinc ores by alkaline leaching followed by two-step precipitation using sulfides. Hydrometallurgy, 110(1), 79–84. doi: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.08.009
Mangialardi, T. (2001). Sintering of MSW fly ash for reuse as a concrete aggregate. Journal of Hazardous Materials, B87, 225–239. doi: https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00286-2
Matsunaga, T., Kim, J. K., Hardcastle, S., & Rohatgi, P. K. (2002). Crystallinity and selected properties of fly ash particles. Materials Science and Engineering, 325, 333–343. doi: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01466-6
Polettini, A., Pomi, R., Trinci, L., Muntoni, A., & Mastro, S. L. (2004). Engineering and environmental properties of thermally treated mixtures containing MSWI fly ash and low-cost additives. Chemosphere, 56, 901–910. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2004.05.004
Qiang, L., Pinto, I. S. S., & Zhao, Y. (2014). Sequential stepwise recovery of selected metals from flue dusts of secondary copper smelting. Journal of Cleaner Production, 84, 663–670. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.03.085
Quina, M. J., Bordado, J. C., & Quinta-Ferreira, R. M. (2011). Air pollution control in municipal solid waste incinerators. The Impact of Air Pollution on Health, Economy, Environment and Agricultural Sources, 1, 331–358. doi: https://doi.org/110.5772/17650
Rao, C. V., (2006). Heavy metal removal from wastewater by hydroxide precipitation. Environmental Engineering Science, 23(3), 441–448. doi: https://doi.org/10.1089/ees.2006.23.441
Schecter, A., & Gasiewicz, T. A. (2003). Dioxins and health. doi: https://doi.org/10.1002/0471722014
Sukrut, S. T., Mirko, S., & Edward, L. D. (2002). Morphology and composition of the fly ash particle produced in incineration of municipal solid waste. Fuel Processing Technology, 75, 179–184. doi: https://doi.org/10.1016/S0378-3820(02)00007-3
Tan, L. C., Choa, V., & Tay, J. H. (1997). The influence of pH on mobility of heavy metals from municipal solid waste incinerator fly ash. Environmental Monitoring and Assessment, 44, 275–284. doi: https://doi.org/10.1023/a:1005744811206
 
Tchounwou, P. B., et al. (2005). Heavy metals and human health: Mechanisms of toxicity. Environmental Toxicology and Pharmacology, 22(3), 103–116. doi: https://doi.org/10.1016/j.etap.2005.01.002
TRAISTĂ, E., & TRAISTĂ, C. (2022). Research regarding iron sludge recovery technology. Revista Minelor - Mining Revue, 28(2), 21–28. doi: https://doi.org/10.2478/minrv-2022-0010
Zhu, F., Takaoka, M., Shiota, K., Oshita, K., & Kitajima, Y. (2008). Chloride Chemical Form in Various Types of Fly Ash. Environmental Science & Technology, 42(11), 3932–3937. doi: https://doi.org/10.1021/es7031168
何鴻哲（2008）。垃圾焚化飛灰中揮發性重金屬之移動特性。淡江大學水資源及環境工程學系博士班。
吳少鈞（2019）。回收都市垃圾焚化飛灰燒製高價值陶瓷膜之研發。淡江大學水資源及環境工程學系碩士班。
吳裕慶、黃清連（2009）。鋅之冶煉法與資源再生。鑛冶: 中國鑛冶工程學會會刊，53（4），27–37。
李明國（2010）。研磨的機械化學作用促進焚化飛灰重金屬穩定化及燒結資源化之研究。淡江大學水資源及環境工程學系博士班。
周辰璟（2020）。垃圾焚化飛灰燒製高價值陶瓷濾膜技術改良及模廠試驗。淡江大學水資源及環境工程學系碩士班。
孫世勤、闕蓓德（2005）。垃圾焚化底渣熟化方式介紹。工業污染防治，94，21。
張君偉、林洋宇、黃琛徽、薛人豪（2019）。碳酸氫鈉於廢棄物焚化爐除酸系統之應用。
焚化廠資源再生中心（2023）。環境部化學物質管理署。
鄭文欽（1996）。都市垃圾焚化底灰受鹽類影響重金屬釋出之研究。未出版之碩士論文，淡江大學水資源及環境工程學系，新北市。
羅惠如（2009）。鹼法回收煉鋼集塵灰鋅金屬之研究。未出版之碩士論文，國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系，高雄市。
蘇許文（2001）。以磷酸萃取配合電聚浮除法移除垃圾焚化飛灰中之重金屬。未出版之碩士論文，淡江大學水資源及環境工程學系，新北市。
歐俞昕（2023）。都市垃圾焚化鈉系飛灰特性與濕式冶金再利用之研究。未出版之碩士論文，淡江大學水資源及環境工程學系碩士班。
樹林焚化廠 https://www.shirp.epd.ntpc.gov.tw/