焚化底渣濕篩污泥產製?能性建材之研究

Abstract

焚化底渣濕篩污泥(wet-sieving sludge from MSWI bottom ash，BAS)含有鈣、矽等元素，應可合成托伯莫萊土（tobermorite，Ca5(OH)2Si6O16‧4H2O）作為?能性建材替代原料之潛力。此外，經由毒性特性溶出程序(toicity characteristic leaching procedure，TCLP)，顯示BAS應無重金屬溶出超過管制標準之疑慮，但因粒徑細小、無法作為骨材之用，故再利用途徑受限，且BAS含碳酸鈣，可能會影響tobermorite生成。本研究以氧化鈣（CaO）、二氧化矽（SiO2）、玻璃纖維（glass fiber）作為原料，經加壓成型與高壓蒸氣養護程序，並分析製品之物化特性，歸納最適操作條件，作為?能性建材基礎研究。此外，嘗試將BAS以調質方式應用於產製?能性建材，並透過耐火測試、批次與長期溶出試驗，評析其再利用之可行性。 研究結果顯示，玻璃纖維對抗彎強度影響較密度顯著，纖維控制在8 wt %、水固比為1 45 L/kg、Ca/Si莫耳比為0 83，有最佳抗彎強度。碳酸鈣添加量在控制適當Ca/Si下，對tobermorite形成不受影響，而碳酸鈣添加在2 wt %以下對製品孔隙有填塞效果，抗彎強度因此提升，但添加超過2 wt %，對製品孔隙與抗彎強度均有負面之影響。加壓程序能排除多餘水分，提高製品抗彎強度與密度，當加壓時間控制在3 min，固定壓力100 kg/cm2時，製品結構與特性已然趨於穩定。高壓蒸氣12 atm，養護時間15小時，製品有最佳抗彎強度約10 10 N/mm2。抗彎強度受纖維、加壓與高壓養護程序之影響，並與平均孔隙直徑呈現負相關。 BAS之反應性鈣、矽分析結果可知，其反應性SiO2約占總SiO2的80 30 %，反應性CaO約占總BAS的2 47 %。將BAS以反應性鈣/矽調質產製?能性建材，製品之抗彎強度、tobermorite水化物形成情形均優於以總鈣/矽調質之製品。此外，以反應性鈣/矽調質方式，殘留較少CaO與SiO2，顯示其反應較為完全。耐火試驗得知，添加15 wt % BAS之製品於550℃，持溫30 min下，抗彎強度未明顯降低，且優於一般鋼筋混凝土耐火之極限。後續加熱溫度至700℃，因碳酸鈣分解造成製品產生裂縫與抗彎強度下降。當加熱溫度達900℃，製品出現龜狀裂紋，此時，玻璃纖維熔化與tobermorite水化物轉變為矽鈣石（wollastonite，CaSiO3），均導致製品結構破壞，進而影響製品性能表現。 此外，由批次溶出試驗得知，在醋酸水溶液環境下，由BAS產製之製品均符合「有害事業廢棄物認定標準」與綠建材溶出標準。此外，在酸雨、去離子水環境下，重金屬溶出均低於偵測極限。桶槽溶出試驗一般元素以Ca、Si、Na元素有溶出情形，由荷蘭建築材料指令（building material decree，BMD）所管制重金屬元素溶出均低於偵測極限，因此，BAS產製?能性建材應為環境友善、?能性之建材。

Date of Award	2014 Jul 11
Original language	Chinese
Supervisor	Juu-En Chang (Supervisor)