下水污泥焚化灰渣燒成輕質骨材特性之研究

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余岳峰(Yua-Fon Yu) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所

論文名稱

下水污泥焚化灰渣燒成輕質骨材特性之研究

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摘要(中)

本研究利用國內北部兩不同處理流程之下水污泥焚化灰渣，改變其熱處理之溫度(1050℃-1150℃)、時間(10min-30min)，及主成份(SiO2、Al2O3及Flux)比率進行燒結實驗，以探討其燒結特性、產生輕質化之機制，與適當之燒結控制條件。實驗中並藉SEM、XRD等分析技術，以了解試體微結構及晶相物之種變化。
實驗污泥灰中各主要重金屬(Pb、Cd、Cr、Cu、Zn)總量極低，其TCLP溶出濃度亦皆低於管制標準。實驗結果顯示，下水污泥灰之適當發泡溫度範圍約在1060－1090℃之間，主要受主成份特性之影響，經適當燒結溫度與時間之控制，所產生骨材可符合 CNS 常重骨材或輕質骨材之規範，輕質骨材密度可達低於1.6g/cm3之範圍。
在污泥灰調質實驗方面，以廢玻璃粉進調質，可增加其SiO2含量，降低玻璃相產生之熔點，促進玻璃相之形成，進而降低輕質化之溫度；而添加Al2O3則減緩發泡時間，但亦會增強試體之抗壓強度；另外添加少量垃圾焚化飛灰(5%)，亦可降低發泡之溫度，但隨添加量增加，反而造成發泡溫度緩慢上升，顯示其雜質(Flux)中之物種對其發泡現象產生交互影響。

摘要(英)

This study investigated the sintering characteristics of sewage sludge incinerator ash (SSIA) for porous lightweight aggregates, by heating the SSIA (from two different-processed sewage plants) under controlled conditions of varifying temperature (1050-1150℃), time (10-30 min.), and sludge ash components (SiO2, Al2O3, and flux). SEM and XRD techniques were used to examine the thermal treatment properties, including the bloating mechanism, microstructure, and speciation variation.
The tested raw SSIA has considerably low contents and TCLP leaching concentrations for Pb, Zn, Cu, and Cr, all meeting the regulatory thresholds. The results indicate that the SSIA bloated well within 1060-1090℃, mainly characterized by its components, heating temperature and time. Properly controlled conditions could produce aggregates that meet CNS for common and lightweight standards. A lightweight density as low as 1.6 g/cm3 can be obtained.
With respect to the modification of SSIA compositions, it was found that the addition of cullet increased the SiO2 content, lowering the melting point, and further the bloating temperature of the ISSA.
On the other hand, the addition of Al2O3 delayed the bloating time but strengthened the compressive strength of the resultant aggregates.
Moreover, the addition of small amount (5%) of MSW incinerator fly ash could lower the bloating temperature, whereas excess amount resulted in a slow but increasing bloating temperature, suggesting the interaction between the flux species in the ISSA.

關鍵字(中)

★ 燒結
★ 下水污泥焚化灰渣
★ 輕質骨材
★ 發泡

關鍵字(英)

★ sintering
★ sewage sluddge ash
★ lightweight aggregate
★ bloating

論文目次

第一章前言……………………………………………………………………1
1-1 研究緣起……… …………………………………………………………1
1-2 研究內容及目的………… ………………………………………………3
第二章文獻回顧……………………………… ……… ……………………4
2-1下水污泥處理處置…………………………………………………………4
2-1-1下水污泥來源及特性……………………………………………………4
2-1-2下水污泥處理目的及方法………………………………………………6
2-1-3下水污泥之資源化………………………………………………………8
2-2下水污泥焚化灰之性質……………………… …………………………11
2-2-1下水污泥灰種類及物化特性…………… ……………………………11
2-2-2下水污泥灰之資源化………………………… ……… ……… ……14
2-3輕質骨材之概述……………………………… …………………………17
2-3-1輕質骨材之發展沿革……………………………… …………………17
2-3-2輕質骨材之種類……………………………………………… ………19
2-3-3輕質骨材之發泡機制…………………………………… ……………21
2-3-4輕質骨材之燒成方法……………………… ……… ………… ……26
2-3-5輕質骨材之成形燒結處理方法………………………………… ……29
2-4輕質骨材之特性…………………………………………… …………36
2-4-1密度及比重……… ………… … …………… ………… …………36
2-4-2吸水率………………… ……… … …… … ………………………37
2-4-3抗壓強度及耐磨性……………………… … ……… ………………38
2-4-4粒徑及級配…………………… …… …… ………… … …………40
2-4-5表面結構與內部微組織結構…… …… ……… …… … …………41
2-5輕質骨材用途與展望……………………… ……… ……… …………42
2-5-1輕質骨材之用途…………… ……… …… …… …… ……………42
2-5-2下水污泥灰燒成輕質骨材之研究趨勢…………… …… …… ……43
第三章研究設備與方法………………………… …………… ……… …44
3-1 研究流程……………………………………………… …………… …44
3-2 研究材料…………………… …………………………………… ……44
3-2-1污泥來源……………………… …… ………………… …………44
3-2-2下水污泥灰之製備…………………………… ……… ………… …48
3-2-3調質實驗所用之化學添加劑材料性質……… ……… ……… ……48
3-3實驗流程…………………………………… …… ………………… …49
3-4實驗配置…………………………………………… …… ………… …51
3-4-1污泥灰燒成輕質骨材操作條件之配置……… ……… …… ………51
3-4-2污泥灰主成份調比實驗之配置……………………… ………………52
3-5研究設備及方法……………………………… …………………………54
3-5-1實驗設備…………………… …………………………………………54
3-5-2分析項目及方法………………… ……… … ……… ……………58
第四章結果與討論…………………………… …………… ……………66
4-1下水污泥及污泥焚化灰基本特性分析…… …… …………… ………66
4-1-1下水污泥之基本特性分析…………… … …… ……………………66
4-1-2下水污泥焚化灰之物理特性………………… … ………… … …67
4-1-3下水污泥焚化灰之化學組成……………………… …………………70
4-1-4下水污泥焚化灰之物種型態…… ……… ……… …… …………72
4-1-5 下水污泥焚化灰之重金屬消化濃度與TCLP溶出濃度 … … … …73
4-1-6結語…………………… … ……… … ……… …… …… ………75
4-2污泥焚化灰成形體在不同條件下燒成輕質骨材之特性…………… …77
4-2-1密度變化…………… …… ……… ……… ………………… ……78
4-2-2體積變化率…………………… ……… …… ……… ……… ……82
4-2-3燒失量變化……………………………………………………… ……85
4-2-4抗壓強度變化……………………………………………… …………88
4-2-5吸水率變化…………………………………………………… ………92
4-2-6孔隙率變化……………………………………………… ……………95
4-2-7微結構變化………………………… …………………………………97
4-2-8物種形態變化………………… … ………… ……… ……………101
4-2-9結語…………………………… … ……… ……… ………………103
4-3主成份變化對污泥灰成形體燒成輕質骨材特性之影響……………105
4-3-1 矽酸添加對民生廠污泥灰成形體燒成輕質骨材特性之影響…… 105
4-3-2 廢玻璃粉添加對污泥灰成形體燒成輕質骨材特性之影響…… …114
4-3-3 Al2O3添加對污泥灰成形體燒成輕質骨材特性之影響… …… …121
4-3-4 Fly ash添加對污泥灰成形體燒成輕質骨材特性之影響… … …127
4-3-5 改變主成分後八里廠成形體燒成輕質骨材之特性… …… … …134
4-3-6污泥灰主成份比率與輕質骨材發泡三相圖之比較… … … … …138
4-3-5結語…………………………… ………… …… ……… …………141
4-4 綜合探討…………………………… ……… ………… ……………142
4-4-1密度變化與體積變化………… …… …… ………… ……………142
4-5-2密度變化與孔隙特性…………… ……… …… ……… …………142
第五章結論與建議…………………………………………………………146
5-1 結論…………………………………………………… ………………146
5-2 建議…………………………………………………… ………………148
參考文獻……………………………………………………………… ……150

參考文獻

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指導教授

王鯤生(Kuen-Sheng Wang)

審核日期

2000-7-5

推文