博碩士論文 973306015 詳細資訊




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姓名 劉沛潔(Pei-chieh Liu)  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 以低溫加熱方式乾燥生活污泥之可行性探討
(Feasibility Study on Domestic Sludge Drying by Low- Temperature Heating Method)
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摘要(中) 我國污水處理廠產出之脫水污泥,大部分逕自委外清運處理,不僅費用高昂,對於污泥的確實流向也無法有效掌握。污泥於廠內雖經濃縮及脫水等程序處理,但產出之脫水污泥含水率仍高達75%~85%,徒增清運處理費用,也容易污染環境。
本研究以國內北部某二級污水處理廠為實例,將脫水污泥進行乾燥處理,為避免因高溫而破壞污泥含有之可再利用成分,乾燥溫度設定最高為105℃,將乾燥污泥含水率降至30%左右。紀錄乾燥過程中操作參數,評估乾燥處理所需消耗的能源及成本,以評估乾燥減量效益。
此外,將乾燥後污泥委託合格實驗室檢驗其成份及重金屬含量,依其檢驗結果,建議合宜之再利用方式,並參考日本橫濱市污泥聯合處理方式,評估區域化聯合處理模式於我國之適用性。
綜合目前國內對於污泥再利用之相關法令及限制,發現污泥重金屬含量,例如鎘、汞、鉻、鎳及鋅等,超出我國肥料管理法中「雜項堆肥」或是「雜項有機栽培介質」有害成分之限值,故污泥「肥料化」再利用目前暫不適用於我國。
本案例廠乾燥減量率為53%,每公噸污泥乾燥成本介於2,005元至3,600元,較原本逕自委外清運處理費用每公噸4,500元,具有相當的減量經濟效益,且大幅減少污泥重量,方便廠內清運整理,提升後續再利用的多元化。
污泥「燃料化」屬於生質能應用,國內因未設置污泥專用焚化爐,故將乾燥污泥與生活垃圾共同混燒作為焚法處理方式。本研究以台北市及新北市為例,探討利用各區域範圍內之垃圾焚化處理廠,焚化處理各區域污水處理廠產出之污泥,將污泥乾燥後「燃料化」再利用,藉由焚化廠汽電共生系統回收電能,焚化後之灰渣可作為建材原料之「材料化」再利用,提高污泥再利用率,達到完全零廢棄的可行性。
本研究期盼結合國內污泥減量、處理及再利用技術,開創污泥多元化再利用市場,善用既有處理設施,填補政府額定保證交付焚化量,提升垃圾焚化廠之焚化率,以及減少掩埋場之負荷,充分發揮「污染減量」、「節能減碳」及「資源回收」等三重效益,符合國際能源回收趨勢,確實解決污泥最終處理處置問題。
摘要(英) In Taiwan, the dewatered sludge of sewage treatment plant is mostly contracted out for transportation. Not only its cost is expensive, but also its exact destination is hard to efficiently control. Although sewage sludge is processed by thickening and dewatering in the treatment plant, the water content of the dewatered sludge is still high, ranging from 75% to 85%. Therefore, it will directly cause the increase of the transportation cost of the sludge, and is liable to pollute the environment.
This study is based on a real case to dry the dewatered sludge of a secondary treatment plant in the northern Taiwan. To prevent from the high-temperature deterioration of the reusable material, the highest drying temperature was set at 105℃ and the water content of the dry sludge was reduced to about 30%. The relevant operational parameters were recorded on energy consumption and cost, followed by the benefit assessment of sludge-drying deduction.
In addition, the examinations of constituents and heavy metals of the dried sludge were outsourced to the qualified laboratories. According to the examination results, the adaptable reuse method was recommended. Furthermore, to evaluate the adaptability of the localization model of the combined treatment of the sludge in Taiwan, the approach of Yokohama City in Japan was referred.
Based on the prevailing regulations and limitations on the sludge reuse in Taiwan, it is found that the heavy metal contents, such as Cd, Hg, Cr, Ni, and Zn, are higher than those of the hazardous constituents limited in the ancillary compost fertilizer or the ancillary organic plantation media of the Fertilizer Management Law.
In the case study of drying deduction of 53%, the sludge drying cost per metric ton ranges from NTD2,005 to NTD3,600. Compared with the directly outsourcing hauling and transportation cost of NTD4,500 per metric ton, it has potential economic benefit from drying deduction, in addition to reducing the sludge weight on a large scale, facilitating to clearance in plant, and promoting subsequent multipurpose reuse.
Recovery energy from sludge is the application of biomass energy. Because there is no sludge-exclusive incinerator in Taiwan, the incineration of the dry sludge is usually mixed with the municipal waste. This study was based on the practical cases in Taipei City and New Taipei City to use the existing municipal waste incinerators in the regions to burn the sewage sludge in the regions concerned. Through the reuse of the recovery energy from sludge in the sewage treatment plant, and the power generation of the co-generation and the reuse of the materialized ash of the incinerators, the re-usage rate of the sludge will be increased and the complete zero waste will be reached.
It is expected to associate with the sludge deduction, treatment, and reuse technologies in Taiwan to initiate the market of the multipurpose reuse, to well use the existing treatment facilities to fill up the rated garbage delivery amount guaranteed by the government, to increase the incineration rate of the garbage incinerator, to reduce the loading of the landfill, to achieve a triple benefit of pollution reduction, energy saving and carbon reduction, and resource recycle, and to comply with the international trend toward the energy recycle for exact solving the problem with the final treatment and disposal of sludge.
關鍵字(中) ★ 污泥乾燥減量
★ 污泥再利用技術
★ 重金屬含量
關鍵字(英) ★ sludge drying
★ sludge reuse technology
★ heavy metal content
論文目次 目 錄
摘要 ..................................................................................................... I
Abstract ..................................................................................................... III
目錄 ..................................................................................................... V
圖目錄 ..................................................................................................... VIII
表目錄 ..................................................................................................... IX
第一章 前言............................................................................................. 1
1-1 研究緣起.................................................................................... 1
1-2 研究目的.................................................................................... 1
第二章 文獻回顧.................................................................................... 2
2-1 我國污水下水道建設計畫........................................................ 2
2-1-1 我國污水處理廠背景資料彙集................................................ 3
2-1-2 污水處理廠污泥之特性............................................................ 11
2-1-3 國內污泥的產量推估................................................................ 13
2-1-4 國內污泥處理處置現況............................................................ 15
2-1-5 污泥其他處理處置方案............................................................ 19
2-2 乾燥技術彙整............................................................................ 22
2-2-1 乾燥的原理及目的.................................................................... 22
2-2-2 乾燥污泥含水率........................................................................ 22
2-2-3 乾燥技術應用............................................................................ 22
2-2-4 國內外污泥乾燥實績................................................................ 23
2-3 污泥處理及再利用.................................................................... 25
2-3-1 污泥處理及再利用技術............................................................ 25
2-3-2 國內污泥處理及再利用設施.................................................... 29
2-4 國外污泥處置及再利用趨勢.................................................... 30
2-4-1 歐盟污泥處理及再利用趨勢.................................................... 30
2-4-2 美國污泥處理及再利用趨勢.................................................... 32
2-4-3 日本污泥處理及再利用趨勢.................................................... 32
2-5 國內生活污泥再利用相關法令彙整........................................ 38
2-5-1 污泥再利用的主管機關............................................................ 38
2-5-2 環境影響評估法........................................................................ 38
2-5-3 肥料管理法................................................................................ 38
2-5-4 土壤污染管制標準.................................................................... 41
第三章 研究方法..................................................................................... 42
3-1 研究對象.................................................................................... 42
3-1-1 案例廠操作情形........................................................................ 42
3-1-2 污泥乾燥設備設置.................................................................... 44
3-2 污泥乾燥處理流程.................................................................... 45
3-2-1 乾燥機的內部構造.................................................................... 45
3-2-2 乾燥處理流程............................................................................ 46
3-3 研究流程.................................................................................... 48
3-4 污泥檢測分析方法.................................................................... 51
3-4-1 污泥水分測定方法.................................................................... 51
3-4-2 污泥灰分、可燃分之測定方法................................................ 51
3-4-3 污泥熱值檢測分析方法............................................................ 52
3-4-4 污泥碳、氫、硫、氧、氮元素含量檢測方法........................ 54
第四章 結果與討論................................................................................. 55
4-1 污泥乾燥處理之減量效益........................................................ 55
4-1-1 污泥乾燥處理實驗數據............................................................ 55
4-1-2 乾燥減量率與成本關係............................................................ 57
4-1-3 乾燥耗能與國內污泥乾燥實績比較........................................ 58
4-2 污泥乾燥處理之效益................................................................ 59
4-2-1 污泥減量後之清運費用............................................................ 59
4-2-2 乾燥污泥再利用經濟效益........................................................ 61
4-2-3 操作維護人力需求.................................................................... 62
4-3 乾燥污泥成分組成.................................................................... 63
4-3-1 污泥基本性質比較.................................................................... 63
4-3-2 污泥重金屬含量比較................................................................ 64
4-3-3 污泥之TCLP重金屬變化......................................................... 65
4-4 污泥乾燥後再利用最佳方案.................................................... 66
4-4-1 污泥再利用評估項目................................................................ 66
4-4-2 我國乾燥污泥肥料化再利用的困難........................................ 69
4-4-3 我國乾燥污泥材料化再利用的可能........................................ 69
4-4-4 污泥區域化再利用整體構想.................................................... 70
4-5 污泥區域化處理再利用規劃.................................................... 72
4-5-1 乾燥污泥與生活垃圾性質比較................................................ 72
4-5-2 污泥未來產出量預估................................................................ 74
4-5-3 垃圾焚化廠焚化餘裕量............................................................ 75
4-5-4 污泥區域化處理及再利用評析................................................ 76
4-5-5 污泥燃料化再利用之建議........................................................ 79
第五章 結論與建議................................................................................ 80
5-1 結論............................................................................................ 80
5-2 建議............................................................................................ 80
參考文獻 .................................................................................................... 81
附件 .................................................................................................... 85

圖 目 錄
圖2.1 政府歷年投入經費及用戶接管普及率成長趨勢........................... 3
圖2.2 國內已運轉之污水處理廠分布位置圖........................................... 10
圖2.3 國內某二級污水處理及污泥處理流程........................................... 11
圖2.4 台北市迪化污水廠99年1月至8月營運成本結構分析................... 14
圖2.5 污泥乾燥技術分類........................................................................... 23
圖2.6 污泥再利用的成分與條件............................................................... 27
圖2.7 日本1988~2006年下水污泥處理與再利用情況............................. 35
圖3.1 研究案例污水處理廠操作流程....................................................... 43
圖3.2 案例廠原污泥處理情形................................................................... 44
圖3.3 本案例污水處理廠配置................................................................... 45
圖3.4 本案例污泥乾燥流程....................................................................... 47
圖3.5 研究流程........................................................................................... 48
圖3.6 污泥乾燥機內部構造....................................................................... 50
圖4.1 污泥含水率測定............................................................................... 55
圖4.2 乾燥減量率與乾燥成本................................................................... 57
圖4.3 污泥再利用方式評估項目............................................................... 66
圖4.4 台北市污泥區域化處理整合........................................................... 78

表 目 錄
表2.1 民國101年已運轉之污水處理水質水量及脫水污泥產出量彙整 6
表2.2 國內設計及施工中之污水處理廠彙整表....................................... 9
表2.3 國內二級污水處理廠污泥之基本性質........................................... 13
表2.4 民國99年度營運中污泥廠內處理及廠外處置方式彙整............... 16
表2.5 垃圾掩埋場沼氣成分表................................................................... 20
表2.6 全國營運中公有掩埋場掩埋容量統計........................................... 21
表2.7 國外污泥直接加熱技術(旋轉窯)乾燥實績.................................... 23
表2.8 國內兩座污泥乾燥廠之操作數據................................................... 24
表2.9 台北市迪化廠污泥乾燥減量工程計畫書設計規範.................. 25
表2.10 國內外各都市污泥的重金屬含量................................................... 29
表2.11 民國101年二級污水處理廠污泥的重金屬含量............................. 29
表2.12 國內潛在污泥再利用機構可接收污泥性質條件彙整................... 30
表2.13 歐洲下水污泥處理與再利用情況表............................................... 31
表2.14 英、美歐盟各國的污泥有效利用與處置情形................................. 32
表2.15 日本下水污泥處理與再利用狀況................................................... 33
表2.16 國外相關文獻下水污泥特性資料................................................... 36
表2.17 各國污泥農業利用之規範與重金屬限值....................................... 37
表2.18 生活污泥可利用之元素成分比率................................................... 38
表2.19 我國肥料品目及規格摘要表........................................................... 40
表2.20 土壤重金屬污染管制及監測標準值............................................... 41
表4.1 各批次污泥乾燥耗用電量及柴油量............................................... 56
表4.2 乾燥減量率與乾燥成本................................................................... 57
表4.3 污泥乾燥耗能比較........................................................................... 59
表4.4 污泥乾燥處理後清運費用............................................................... 61
表4.5 乾燥污泥再利用經濟效益............................................................... 62
表4.6 乾燥操作維護人力需求................................................................... 63
表4.7 乾燥污泥組成成分檢驗分析結果比較........................................... 63
表4.8 乾燥污泥重金屬檢驗分析結果比較............................................... 64
表4.9 乾燥污泥之TCLP重金屬含量......................................................... 65
表4.10 我國污泥資源化產品相關規範....................................................... 70
表4.11 民國101年國內主要城市生活垃圾組成成分................................. 73
表4.12 國內生活垃圾與乾燥污泥重金屬含量比較................................... 73
表4.13 台北市及新北市污水處理廠未來污泥產出量預估....................... 74
表4.14 民國101年度台北市及新北市垃圾焚化廠營運情形..................... 76
參考文獻 參考文獻
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10 陳政澤、賴重光、李進成、陳毓生、黃財坤、陳政宗,石化業污泥乾燥減量處理應用實例探討,產業環保工程實務技術研討會,2003。
11 林凱隆、王鯤生、林忠逸、林家宏,利用廢棄污泥燒製環保水泥資材化研究,產業環保工程實務技術研討會,2003。
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27 台北市政府工務局衛生下水道工程處,迪化污水處理廠污泥減量工程規劃設計與監造技術顧問服務工作規劃報告,2008。
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30 內政部營建署,考察德國、荷蘭及瑞士等國污水管線更新、回收水再利用、綠色能源等於污水處理廠之應用及使用管制,2002年1月6日。
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32 黎明興技術顧問股份有限公司,污泥乾燥設備設置計畫書,新北市政府水利局,臺北,2011。
33 臺北市政府工務局衛生下水道工程處迪化污水處理廠污泥減量統包工程需求計畫書,2012。
34 內政部營建署,公共污水下水道系統污泥去除重金屬等毒害物質及再利用於土壤改良資材之研究,2012。
35 行政院環保署垃圾焚化廠管理系統, http://ivy4.epa.gov.tw/swims/。
36 美國環保署40 CFR 503法案。
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38 內政部營建署,網址:http://www.cpami.gov.tw/。
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指導教授 張木彬(Moo-been Chang) 審核日期 2013-7-29
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