臺灣博碩士論文加值系統

轉爐石為一貫作業鋼廠中鋼公司煉鋼製程之副產品，年產量約120萬公噸，其主要化學成份為：氧化鈣(CaO)、二氧化矽(SiO2)、氧化鐵(Fe2O3+FeO)、氧化錳(MnO)和氧化鎂(MgO)，主要用途為：水泥原料、混凝土骨材、道路級配料、鋼鐵業副原料、肥料基材、土壤改良劑、土木及填地材料。由於轉爐石含游離石灰CaO 2~10%，而游離石灰易與水分作用引起體積膨脹效應及pH值約12.1~12.4，鹼性較高，因此，轉爐石的利用必須考慮其膨脹特性及鹼性對環境之影響。
本研究針對轉爐石作為農路路基，對於土壤環境之影響進行研究評估，以期能妥善利用轉爐石作為農路、土木級配材料並避免造成環境衝擊。研究評估項目包括對農場之農路路基、農田土層、地面水、地下水與土柱試驗等，首先進行轉爐石有害成分與相關性質分析，其次進行淋洗試驗。評估農路舖轉爐石對鄰近之土壤、地面水、地下水及農作物的影響，最後由各分析結果之相關性分析來評估土壤及地下水環境變化與轉爐石之關聯性及其可能原因。
經一年的試驗評估，轉爐石利用做為農路路基材料，除有效利用資源外，對酸性土壤之pH值及土壤中具肥效物質如鈣、鉀、鈉等均有顯著提昇的效果，而土壤及地下水品質如土水法管制之污染物質等亦均能符合法規要求，不致產生不良的影響，且對於附近農作及生態產生正面助益。由轉爐石的土柱淋洗試驗可知，轉爐石經多次淋洗亦不會大量釋出重金屬物質，應用於土壤環境應無造成污染之虞。而由相關性分析亦可發現，農路鋪設轉爐石不會危害土壤及地下水之品質。

Basic-Oxygen-Furnace(BOF) slag, generated from steel making process, is one of the by-products of integrated steel mill. Total generation rate is about 1.2 million tons per year at China Steel Corporation, Taiwan. The major chemical compositions of BOF slag are CaO, SiO2, (Fe2O3+FeO), MnO and MgO. The utilization ways of BOF slag are raw material for cement, aggregate for concrete, road-paving aggregate, Blast Furnace flux, land improvement, fertilizer, civil construction and landfill. High free CaO content of 2~10% was found in BOF slag, this would cause not only an expansion in volume when in contacting with H2O, but also a high pH value of 12.1 to 12.4. Therefore the environmental effect on the utilization of BOF slag should be assessed from the views of volume stability and high basicity.
The utilization of BOF slag as farm road paving and its environmental compatibility are the two main topic to investigate in this study, including slag utilized as farm road paving, and its effects on soil in the cultivated land, surface water and groundwater. Initially the hazardous component of BOF slag and its relative quality were analyzed, then a soil column leaching test was followed to assess the leaching behavior of heavy metals. Besides, the result of previous data were used to evaluate the environmental impacts on soil and groundwater.
The results revealed that BOF slag used as farm road paving raised the pH value and enhance the fertility of the soil by increasing Ca, K, and Na contents, meanwhile the qualities of soil and groundwater all fulfilled the regulation standards. BOF slag has no negative effects on corps and organic habitants in the vicinity of the farm road. The soil column leaching test also showed that there was no significant heavy metal releasing behavior. So far, we would conclude that applying BOF slag on the farm road paving will not cause any environmental contamination.

目 錄
頁次
中文摘要.....................................................I
英文摘要.....................................................III
誌謝.........................................................V
目錄.........................................................VI
表目錄.......................................................X
圖目錄.......................................................XIV
第一章 前言..................................................1
1.1研究動機.................................................1
1.2研究目標.................................................1
第二章 文獻回顧..............................................4
2.1轉爐石...................................................4
2.1.1轉爐石產出............................................4
2.1.2轉爐石之物化特性......................................5
2.1.3轉爐石處理作業概況....................................6
2.1.4 轉爐石安定化作業.....................................8
2.2酸性土壤及轉爐石應用之簡介...............................13
2.2.1酸性土壤特性、分布及其利用現況........................13
2.2.2轉爐石於酸性土壤之應用................................13
第三章 材料與方法............................................16
3.1建立基本資料.............................................17
3.2爐石性質分析.............................................17
3.3農田土壤監測.............................................17
3.4地面水監測...............................................22
3.5地下水監測...............................................23
3.6田間作物調查.............................................24
3.7轉爐石淋洗特性...........................................24
3.7.1土柱淋洗試驗..........................................24
3.7.2轉爐石滲漏試驗........................................26
3.7.3轉爐石化學特性分析....................................27
3.7.4轉爐石化學敏感度評估................................. 27
3.8相關性分析...............................................28
第四章 結果與討論............................................29
4.1轉爐石分析資料...........................................29
4.1.1轉爐石理化性質........................................29
4.1.2轉爐石重金屬全量分析..................................29
4.1.3轉爐石之毒性特性溶出..................................30
4.2農田土壤特性.............................................31
4.2.1基本物化性質分析......................................31
4.2.2農田土壤物化性質於舖設轉爐石後之變化情形..............34
4.3農田土壤重金屬含量.......................................44
4.4舖爐石層下農路土壤物理化學性質...........................47
4.5舖爐石農路下土層重金屬含量...............................70
4.6地下水及地面水...........................................74
4.6.1物理化學性質..........................................74
4.6.2重金屬含量............................................74
4.7田間作物調查結果.........................................82
4.8土柱淋洗試驗.............................................84
4.8.1土柱淋洗液特性........................................84
4.8.2土柱爐石層下方之土壤特性..............................91
4.9轉爐石化學特性...........................................96
4.10轉爐石滲漏試驗結果......................................96
4.11轉爐石化學敏感度試驗結果................................97
4.12相關性分析..............................................98
4.12.1 線性迴歸..........................................98
4.12.2 逐步迴歸..........................................99
4.13轉爐石主要成份滲漏量....................................112
第五章 結論與建議............................................114
5.1結論.....................................................114
5.2建議.....................................................115
第六章 參考文獻..............................................116
表目錄
頁次
表2.1-1 轉爐石之化學成分....................................5
表2.1-2 轉爐石物理性質......................................6
表2.1-3 安定化作業比較表................................... 9
表2.1-4 2001年轉爐石利用統計(用途別)........................9
表2.1-5 89.08~91.08中鋼轉爐石再利用工程實蹟.................10
表2.1-6 中鋼與鋼鐵先進國家在煉鋼爐渣資源化比較..............11
表2.2-1 鹼性材料於不同鹽度對養蝦池水中pH提昇之比較..........14
表3.7-1 化學敏感度試驗參數..................................27
表4.1-1 轉爐石之化學成分....................................29
表4.1-2 轉爐石全量分析......................................30
表4.1-3 轉爐石TCLP..........................................30
表4-2.1 農田土壤基本物理化學性質............................32
表4-2-1 農田土壤基本物理化學性質(續)........................33
表4.2-2 農田第一季土壤物理化學性質..........................36
表4.2-2 農田第一季土壤物理化學性質(續)......................37
表4.2-2 農田第一季土壤物理化學性質(續)......................38
表4.2-2 農田第一季土壤物理化學性質(續)......................39
表4.3-1 第一季農田土壤重金屬含量............................45
表4.3-1 第一季農田土壤重金屬含量(續)........................46
表4.4-1 舖轉爐石農路下土層土壤基本物理化學性質..............51
表4.4-1 舖轉爐石農路下土層土壤基本物理化學性質(續)..........52
表4.4-1 舖轉爐石農路下土層土壤基本物理化學性質(續)..........53
表4.4-2 路基下土壤之統計資料(0-40cm)(不包括背景值)..........60
表4.4-3 路基下土壤背景之統計資料(0-40cm)....................61
表4.4-4 路基下土壤之統計資料(0-5cm)(不包括背景值)...........62
表4.4-4 路基下土壤背景之統計資料(0-5cm)(續).................63
表4.4-5 路基下土壤之統計資料(5-10cm)(不包括背景值)..........64
表4.4-5 路基下土壤背景之統計資料(5-10cm)(續)................65
表4.4-6 路基下土壤之統計資料(10-20cm)(不包括背景值).........66
表4.4-6 路基下土壤背景之統計資料(10-20cm)(續)...............67
表4.4-7 路基下土壤之統計資料(20-40cm)(不包括背景值).........68
表4.4-7 路基下土壤背景之統計資料(20-40cm)(續)...............69
表4.5-1 農路轉爐石下之第一季土壤樣品重金屬含量..............72
表4.5-2 農路轉爐石下之第四季土壤樣品重金屬含量..............73
表4.6-1 地下水質............................................75
表4.6-1 地下水質(續)........................................76
表4.6-1 地下水質(續)........................................77
表4.6-1 地下水質(續)........................................78
表4.6-1 地下水質(續.........................................79
表4.6-1 地下水質(續)........................................80
表4.6-2 地面水質............................................81
表4.6-2 地面水質(續)........................................81
表4.6-2 地面水質(續)........................................81
表4.7-1 田間作物化學組成分分析..............................83
表4.8-1 管柱淋洗滲漏液特性..................................86
表4.8-1 管柱淋洗滲漏液特性(續)..............................87
表4.8-1 管柱淋洗滲漏液特性(續...............................88
表4.8-2 添加轉爐石管柱土壤經六次淋洗後之物理化學性質........91
表4.8-2 添加轉爐石管柱土壤經六次淋洗後之物理化學性質(續)....92
表4.8-2 添加轉爐石管柱土壤經六次淋洗後之物理化學性質(續)....93
表4.10-1 轉爐石滲漏試驗滲漏液性質...........................96
表4.10-2 轉爐石滲漏試驗滲漏液重金屬含量.....................96
表4.11-1 轉爐石化學敏感度評估...............................97
表4.12-1 農路轉爐石層之下土壤相關性分析(0-5cm)..............102
表4.12-2 農路轉爐石層之下土壤相關性分析(5-10cm).............103
表4.12-3 農路轉爐石層之下土壤相關性分析(10-20cm)............104
表4.12-4 農路轉爐石層之下土壤相關性分析(20-40cm)............105
表4.12-5 農路轉爐石層之下土壤相關性分析(0-40cm).............106
表4.12-6 地下水質相關性分析.................................107
表4.12-7 管柱淋洗滲漏液特性相關性分析.......................108
圖目錄
頁次
圖2.1-1 轉爐石產出流程......................................4
圖2.1-2 轉爐石氣淬系統架構圖................................6
圖2.1-3 室內潑地倒渣場作業..................................7
圖2.1-4 上海寶鋼公司熱碴處理淺盤噴水急速冷卻法流程圖........8
圖2.1-5 轉爐石之應用規劃....................................12
圖3.1-1 南州糖廠興華農場....................................19
圖3.3-1 土壤及地下水採樣布點................................20
圖3.7-1 土柱試驗設計圖......................................25
圖3.7-2 轉爐石滲漏試驗(Goetz, D. et al., 1994 ).............26
圖4.2-1 第一季農田土壤pH值隨舖轉爐石農路距離變化曲線........40
圖4.2-2 第一季農田土壤EC值隨舖轉爐石農路距離變化曲線........41
圖4.2-3 第四季農田土壤pH值隨舖轉爐石農路距離變化曲線........42
圖4.2-4 第四季農田土壤EC值隨舖轉爐石農路距離變化曲線........43
圖4.4-1 舖轉爐石農路下層第一季土壤pH值及EC值隨深度之變化....54
圖4.4-2 舖轉爐石農路下層第一季土壤交換性Na及交換性K隨深度之變化...........................................................55
圖4.4-3 舖轉爐石農路下層第一季土壤交換性Ca及交換性Mg隨深度之變化...........................................................56
圖4.4-4 舖轉爐石農路下層第一季土壤有效性P及游離鐵隨深度之變化...........................................................57
圖4.4-5 舖轉爐石農路下層第一季土壤氟化物及硝酸鹽隨深度之變化...........................................................58
圖4.4-6 舖轉爐石農路下層第一季土壤硫酸鹽及氯鹽隨深度之變化...........................................................59
圖4.8-1 土柱滲漏液水質隨淋洗次數變化情形....................89
圖4.8-2 土柱滲漏液水質隨收集次數變化情形....................90
圖4.8-3 舖設轉爐石土柱六次淋洗後不同深度土壤理化性質........94
圖4.8-3 舖設轉爐石土柱六次淋洗後不同深度土壤理化性質(續)....95
圖4.12-1 農路轉爐石層下土壤之相關性圖.......................109
圖4.12-2 地下水質相關性圖...................................110
圖4.12-3 土柱淋洗試驗相關性圖...............................111
圖4.13-1 舖設轉爐石主要成分每平方公尺每年向下滲漏量推估.....113

第六章 參考文獻
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