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研究生:蔡宗勳
研究生(外文):Tsung-Hsun Tsai
論文名稱:都市垃圾焚化飛灰燒結之研究
論文名稱(外文):The study of sintering treatment of MSWI fly ash
指導教授:魏銘彥
指導教授(外文):Ming-Yen Wey
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:118
中文關鍵詞:焚化飛灰燒結處理重金屬旋轉窯
外文關鍵詞:MSWI Fly ashSinteringHeavy metalRotary kiln
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摘要
目前全台營運中的大型都市垃圾資源回收廠有20座,每日所產生的焚化底渣與飛灰,總量驚人且存在許多有害物質例如重金屬等。積極開發具潛力之資源再利用技術處理焚化飛灰,乃目前國內、外的研究重點,而現今國內研究有關利用高溫燒結處理程序,處理下水污泥、水庫淤泥、都市垃圾焚化飛灰與底渣等,主要目的除了將有害無質包封使之無害化外,更進一步希望能將產品進行再利用,例如燒製成透水磚、作為水泥原料或製作成輕質骨材等,而目前研究主要仍利用批次式實驗方式進行,較少利用連續式處理焚化飛灰。
本研究將利用實驗室現有自行設計連續進料式旋轉窯焚化爐,在不同操作條件包括不同溫度範圍、旋轉窯內不同的停留時間下,處理都市廢棄物焚化飛灰,連續式進料處理的優點主要在於較接近於一般實廠上的操作,希望可以尋找一個較為簡易且具經濟效益的處理流程,將原本屬於有害無質的焚化飛灰,經此處理流程後可以使之符合法規的標準達到無害化的目標。
由實驗結果發現,直接燒結處理焚化飛灰時,在操作條件900℃下所產生的燒結體,其TCLP可符合法規標準(Cr、Cd、Cu、Pb)。而加入水洗前處理程序後,再將水洗飛灰在相同操作條件下燒結處理發現,可以降低燒結溫度與燒結時間等操作條件下,而達到與直接燒結焚化飛灰相同的處理效果。
Abstract
The quantities and varieties of solid wastes have increased rapidly, due to the growth in the industry and commerce. The incineration has become the major process to treat municipal solid waste due to the high volume reduction and energy recovery. About 20 municipal waste incinerators operate in Taiwan, and produce a large amount of the bottom ash and fly ash. Hazardous fly ash was generated from the incineration process due to the high proportion of heavy metal existing in input waste. Solidification of fly ash and subsequent landfill disposal has been widely applied to treat incinerator fly ash in Taiwan. However, the landfills have been applied for many years and the capacity approaches the upper limit gradually.
Resource recycling is a promising concept for the solid waste treatment and receive more attention in the recent research. The sintering process seems to be a potential technology to handle the incineration ash, and has been used to the treatment of sewage sludge, sedimentary sludge and incineration ash in MSWI. The main purposes of sintering process are which effectively lower the dissipation rate of hazardous materials and hope to resource recycling. Most of research of sintering is focused on batch study.
The main objective of this study is to investigate the continuous sintering behavior of fly ash with a rotary kiln. The operating conditions are as follows: (1) the different sintering temperatures and (2) operation time. The differences between the continuous and batch system will also be examined to provide an actual consultation in plants. The main purpose of the study focuses on finding a simple and economic process to treat MSWI fly ash.
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 前言 1
1-1 研究緣起與目的 1
1-2 研究架構與內容 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 焚化特性之研究 5
2-2 焚化飛灰 6
2-3 焚化系統中之重金屬 6
2-3-1 重金屬之來源 7
2-3-2 重金屬對人體的危害性 9
2-3-3 焚化過程中金屬化合物分布特性 9
2-3-4 焚化條件對重金屬分布的影響 12
2-4 燒結處理 14
2-4-1 焚化飛灰處理技術 15
2-4-2 燒結理論 17
2-4-3 燒結過程 18
2-4-3-1固相燒結(Solid Phase Sintering) 18
2-4-3-2液相燒結(Liquid Phase Sintering) 21
2-4-4 燒結技術 23
2-4-5 影響燒結處理的參數 23
2-5 化合物種類對燒結過程的影響 28
2-5-1 矽氧化合物對燒結處理之影響 29
2-5-2 氧化鋁(Al2O3)對燒結處理之影響 30
2-5-3 氯化物對燒結處理之影響 31
2-5-4 硫酸鹽類對燒結處理之影響 32
2-5-5 鹼金屬與鹼土金屬對燒結處理之影響 32
2-6 文獻總結與研究方向 33
第三章 實驗設備與方法 35
3-1 實驗設備 35
3-1-1 連續進料式旋轉窯焚化爐 35
3-1-2 煙道器中氣相重金屬之採樣設備 37
3-1-3 其他設備 39
3-1-4 樣品分析儀器 39
3-1-5 實驗藥品及材料 40
3-2 實驗進料組成及操作條件 40
3-3 實驗流程 41
3-3-1 飛灰採樣 41
3-3-2 混合、篩分與水洗前處理 41
3-3-3 起爐升溫 43
3-3-4 重金屬之採樣及分析 44
3-3-5 實驗後燒結體之收集 45
3-3-6 飛灰與燒結體之毒性特性溶出試驗(TCLP) 45
3-3-7 樣品微波消化 47
3-3-8 飛灰與燒結體表面型態分析-掃描式電子顯微鏡(SEM) 52
3-3-9 飛灰與燒結體成分物種分析-X光粉末繞射分析儀(XRD) 52
3-3-10 飛灰與燒結體組成中碳元素分析-元素分析儀(EA) 53
第四章 實驗結果與討論 54
4-1 焚化飛灰的基本性質 54
4-1-1 飛灰中的基本組成 54
4-1-2 飛灰之毒性特性溶出試驗 57
4-2 高溫燒結處理對焚化飛灰中重金屬溶出之影響 58
4-2-1 不同燒結條件下產生之燒結體TCLP之討論 58
4-2-1-1 重金屬鉻(Cr) 58
4-2-1-2 重金屬鎘(Cd) 60
4-2-1-3 重金屬銅(Cu) 62
4-2-1-4 重金屬鉛(Pb) 64
4-2-2 不同燒結條件下焚化飛灰燒結體表面結構之探討 66
4-2-3 不同燒結條件下焚化飛灰燒結體中物種的變化 69
4-2-4 小結 71
4-3 水洗過程對焚化飛灰組成上的變化 71
4-3-1 水溶性化合物的去除 72
4-3-2 水洗前處理之水洗液中重金屬的濃度 73
4-4 飛灰經水洗前處理後再燒結對重金屬溶出之影響 76
4-4-1 不同燒結條件下產生之燒結體TCLP之討論 77
4-4-1-1 重金屬鉻(Cr) 77
4-4-1-2 重金屬鉻(Cd) 78
4-4-1-3 重金屬銅(Cu) 80
4-4-1-4 重金屬鉛(Pb) 82
4-4-2 不同燒結條件下水洗飛灰燒結體表面結構之探討 83
4-4-3 不同燒結條件下水洗飛灰燒結體中物種的變化 87
4-4-4 小結 89
4-5 添加矽酸對燒結體中重金屬溶出的影響 89
第五章 結論與建議 92
5-1 結論 92
5-2 建議 93
參考文獻 95
附錄一 各試程主要操作條件 102
附錄二 焚化飛灰與水洗灰TCLP萃出液中各金屬濃度 103
附錄三 焚化飛灰與水洗灰總量消化液中各金屬濃度 104
附錄四 各試程燒結體TCLP萃出液中各金屬濃度 105
附錄五 各試程燒結體總量消化液中各金屬濃度 106
附錄六 各試程中固相上各金屬總量 107
附錄七 各試程氣相中各金屬總量 108
附錄八 水洗液中各金屬濃度 109
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