焚化底渣濕篩污泥產製?能性建材之研究

  • 彭 信源

Student thesis: Master's Thesis

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 Award2014 Jul 11
Original languageChinese
SupervisorJuu-En Chang (Supervisor)

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焚化底渣濕篩污泥產製?能性建材之研究
信源, 彭. (Author). 2014 Jul 11

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