產業污泥骨材的最適化燒結配比與裂縫修補研究

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張倩菱(Chien-Ling Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所在職專班

論文名稱

產業污泥骨材的最適化燒結配比與裂縫修補研究
(Enhancing the properties of artificial aggregate sintered from textile and chemical industry sludge by amendment of reservoir sludge and waste glass)

相關論文

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摘要(中)

國內產業污泥大多採用土地掩埋，或以簡易乾燥製程做成污泥乾燥料，以進行製磚等資源化利用。然而隨著掩埋場用地取得困難與紅磚需求減少，難以消化大量產業污泥。其中，化工污泥(CS)難以獨自膠結成型且燒結溫度高；而紡織污泥(TS)獨自燒結時易導致燒結體破裂或過度膨脹而顯著折減強度。同時基於部分添加水庫淤泥(RS)於產業污泥中可提供常溫造粒所需膠結性與高溫燒結過程產生玻璃化，以及廢玻璃(WG)在燒結過程中產生緻密化與降低燒結溫度特性，可解決前述化工污泥與紡織污泥之處理問題。因此，本研究藉由原料的物化分析為基礎，探討「燒結型產業污泥骨材的最適化配比評估」、「產業污泥骨材的材料特性與耐久性」、「廢玻璃對產業污泥骨材的裂縫修補與緻密化評估」等三個研究子題，以評估產業污泥骨材的產製技術與應用策略。
研究結果顯示：優先處理產業污泥的前提下，燒結型化工污泥骨材與燒結型紡織污泥骨材的最適化配比分別為CS40RS60與TS45RS55，而化工污泥建議採用冷結法產製程序更符合節能效益。當污泥用量為40%時，紡織污泥骨材之單點破壞荷重較化工污泥骨材高出約46.7%；紡織污泥骨材(TS45RS55)的耐酸鹼溶液能力優於化工污泥骨材(CS40RS60)，而鹼矽骨材反應潛勢均屬無害。化工污泥骨材(CS40RS60)與紡織污泥骨材(TS45RS55)孔徑 >10-6μm之孔隙體積約佔總孔隙體積的98.98%與100%，而孔隙尺寸介於300~1,000μm之間的孔隙體積約佔70.89%與80.16%。外添加20%廢玻璃粉於產業污泥中對燒結型產業污泥骨材具有顯著閉鎖裂縫與緻密化效應，且可顯著提高骨材的硬度與強度。

摘要(英)

In Taiwan, most of the industrial sludge is used for landfill or dried as material resources, such as making bricks. However, due to the difficulty to get landfill sites and the decline of the bricks demand, it is getting more and more challenging to dispose the industrial sludge. Moreover, Chemical Sludge (CS) is difficult to be modelled and sintered alone; when sintered, the sample of Textile Sludge (TS) is easy to crak or over expand and then the strength would be weakened dramatically. However, because partially adding reservoir sediment (RS) to industrial sludge could offer the required cementation at room temperature and vitrification when sintering, but adding waste glass (WG) could promote dense and lower sintering temperature, the foresaid problems could be conquered. Thus, base on the data of physical and chemical analysis on raw materials, the following three topics were studied – “Optimum mixing proportion of sintered industrial sludge aggregates”, “Material properties and durability of industrial sludge aggregates”, and “ Influence of wasted glass to crack repair and densification of industrial sludge aggregate”. This study is to assess and develop the technology and application strategy in the industrial sludge aggregates.
The results showed that the optimum mixing proportion of sintered chemical sludge aggregates and sintered textile sludge aggregates were CS40RS60 and TS45RS55 respectively. In addition, it is recommended to adopt cold binding process for chemical sludge for better energy saving. When the usage of industrial sludge reached to 40%, the point failure loading of textile sludge aggregates was higher than that of chemical sludge aggregates by 46.7%. The chemical corrosion resistances of textile sludge aggregate (TS45RS55) was better than that of chemical sludge aggregate (CS40RS60). And the potential alkali-silica reactivities of both fell in the harmless zone. The pore volume with pore size larger than >10-6μm in chemical sludge aggregate (CS40RS60) and textile sludge aggregate (TS45RS55) took 98.98% and 100% of the total pore volume respectively. Then, the pore volume with pore size ranged between 300~1,000μm took 70.89% and 80.16% individually. Adding 20% of waste glass powder into industrial sludge would help sintered industrial aggregates in closing and reducing the cracks, and thus improve the hardness and strength of the aggregates significantly.

關鍵字(中)

★ 孔隙結構
★ 耐久性
★ 產業污泥
★ 燒結
★ 裂縫

關鍵字(英)

★ sinter
★ durability
★ industrial sludge
★ pore structure
★ crack

論文目次

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅳ
目錄 Ⅴ
圖目錄 Ⅷ
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1 研究緣起與目的 1
1.2 研究內容 2
1.3 研究流程 3
第二章文獻回顧 5
2.1 產業污泥的產出量與骨材資源化 5
2.1.1 產業污泥來源與物化性質 8
2.1.2 產業污泥之骨材資源化應用 12
2.2 水庫淤泥的產出量與骨材資源化 22
2.2.1 水庫淤泥產出量與物化性質 24
2.2.2 水庫淤泥之骨材資源化應用 27
2.3 廢玻璃的回收與資源化 37
2.3.1 廢玻璃產出量與物化性質 40
2.3.2 廢玻璃資源化應用 42
2.4 人造骨材的燒結機制與生產程序 51
2.4.1 人造骨材的燒結行為 55
2.4.2 人造骨材的生產程序 56
第三章研究架構與方法論 57
3.1 實驗流程 57
3.2 實驗原料與實驗設計 57
3.2.1 實驗原料 59
3.2.2 實驗參數與配比 59
3.3 主要實驗設備與操作 66
3.4 分析方法 69
第四章結果與討論 80
4.1 產業污泥、水庫淤泥、廢玻璃的基本性質 80
4.1.1 成分分析 81
4.1.2 微觀結構分析(SEM) 83
4.1.3 熱差/熱重分析(DTA/TGA) 85
4.1.4 重金屬總量與毒性特性溶出程序(TCLP)分析 89
4.1.5 X-ray粉末繞射分析(XRD) 91
4.2 燒結型產業污泥骨材的最適化配比評估 95
4.2.1 雛粒的需水量與成球率 96
4.2.2 骨材的燒結成型率 102
4.2.3 骨材的表面特性 106
4.2.4 最適化燒結配比綜合評估 110
4.3 產業污泥骨材的材料特性與耐久性 113
4.3.1骨材的物化特性 113
4.3.2骨材的耐久性 115
4.3.3骨材的外觀與內部結構 118
4.3.4骨材的孔隙結構與分布 121
4.4 廢玻璃對產業污泥骨材的裂縫修補與緻密化評估 123
4.4.1 骨材的裂縫變化 124
4.4.2 骨材的物化性質 125
4.4.3 骨材的耐久性 128
4.4.4 骨材的外觀與微觀結構 133
4.4.5 骨材的孔隙結構與分布 133
第五章結論與建議 139
5.1 結論 139
5.2 建議 140
參考文獻 141

參考文獻

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指導教授

邱英嘉、王鯤生
(Ing-Jia Chiou、Kuen-Sheng Wang)

審核日期

2012-7-23

推文