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研究生： 賴健文
Lai, Jian-Wen
論文名稱： 以分級水洗法去除飛灰中氯離子之最佳化研究
Optimization on the Removal of Chloride Ions from Fly Ash by Multi-Stage Washing
指導教授： 陳昭旭
Chen, Chao-Shi
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年： 2026
畢業學年度： 114
語文別： 中文
論文頁數： 100
中文關鍵詞： 焚化飛灰 、水洗除氯 、液固比 、弗氏鹽 、迴流水系統 、資源化
外文關鍵詞： Fly Ash, Washing Dechlorination, L/S ratio, Friedel's salt, Washing liquid Recirculation
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    • 順應淨零碳排與循環經濟趨勢，國內焚化飛灰資源化需求日益迫切。我國每年產出高達18.3萬噸焚化飛灰，再利用率卻僅約7.93%，多仰賴水泥固化後掩埋，加劇掩埋場負荷。焚化飛灰雖具替代水泥生料之潛力，但受限於高水溶性氯鹽易引發建材鋼筋銹蝕，嚴重阻礙其後端資源化應用。
    本研究採集鈣系事業廢棄物焚化廠之袋濾式集塵灰，導入分級水洗去氯程序探討最佳化液固比（L/S）與操作時間，並建構「洗滌液迴流系統」以抑減整體用水量，達成廢棄物去害化與水資源循環之雙重目標。
    實驗證實，於10分鐘水洗基準下，本研究創新提出「雙軌制水洗參數」：實務綜合最佳參數（L/S=4）確保良好流動性下之極低殘留氯，並成功規避L/S=3區間特有之弗氏鹽（Friedel's salt）二次沉澱陷阱；極限節水參數（L/S=2）則有單位用水中的最高除氯效益，但其工作性欠佳。此外，後段洗滌廢液進行迴流再利用不僅無損效能，更具增強萃取之協同成效。
    理化特性變化上，水洗程序促使飛灰達成約60%之質量流失，實現極佳減容效益。同時因系統強鹼特性（pH>12），鎘、鉛、銅、鋅等重金屬穩定截留於固相濾餅中；經XRF分析證實，重金屬隨無機骨架達成約2.5至3.2倍之顯著濃縮富集效應。此外，本研究釐清了離子選擇性電極法（ISE）受高背景離子干擾而高估約35%氯濃度之現象，並建立專屬經驗校正公式，使其能兼顧化學滴定之精準度，可供現場快速監測所用。
    綜上所述，本研究開發之水洗前處理技術與雙軌制操作策略，有效消弭氯鹽危害與廢水二次污染疑慮，大幅優化水資源利用率，為飛灰後續之金屬冶煉再生或高值化建材（如替代水泥生料）應用，奠定極具工程實務價值之解決方案。

    This study optimized the washing dechlorination process for municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash by establishing a novel "dual-track" strategy based on industrial capabilities. For conventional agitation systems, an optimal liquid-to-solid (L/S) ratio of 4 is recommended to circumvent Friedel's salt precipitation, ensuring exceptionally low residual chloride and favorable workability. Conversely, for high-shear equipment, an extreme water-saving parameter of L/S = 2 maximizes dechlorination efficiency per unit of water. Additionally, implementing a washing liquid recirculation system synergistically enhanced chloride extraction.
    The washing procedure achieved a significant mass reduction of approximately 60%, minimizing disposal volumes. Crucially, the highly alkaline environment (pH > 12) stabilized heavy metals (Cd, Pb, Cu, Zn) within the solid matrix. X-ray fluorescence (XRF) analysis confirmed a substantial 2.5- to 3.2-fold concentration and enrichment effect of these metals.
    Ultimately, this pretreatment technology eliminates water-soluble chloride hazards and secondary wastewater risks while optimizing water usage. It provides a practical, economically viable framework for transforming hazardous MSWI fly ash into high-value resources, facilitating downstream metallurgical recovery and its utilization as an alternative raw material in cement manufacturing.

    考試合格證明 i 中文摘要 ii ABSTRACT iii 致謝 ix 目錄 x 表目錄 xiii 圖目錄 xiv 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究內容與目的 4 第二章 文獻回顧 5 2.1 飛灰 5 2.1.1 飛灰之基本介紹 5 2.1.2 本研究使用飛灰來源 6 2.1.3 飛灰現行之處理方法 9 2.2 水洗原理與影響因子 10 2.2.1 水洗原理 10 2.2.2 影響氯離子水洗效率之二次沉澱物-弗氏鹽 12 2.3 飛灰再利用中與氯離子相關之法規整理 13 2.4 文獻總結 14 第三章 實驗方法 18 3.1 實驗流程與代碼建立 18 3.2 實驗設備 21 3.3 飛灰性質檢測方法 29 3.3.1 物理性質分析 29 3.3.1.1 比重 29 3.3.1.2 比重計分析 30 3.3.1.3 篩分析 32 3.3.2 化學性質分析 34 3.3.2.1 三成分分析 34 3.3.2.2 X-射線螢光分析(X-ray fluorescence, XRF) 35 3.3.2.3 X-射線繞射分析(X-ray diffractometer, XRD) 35 3.3.2.4 總氯含量分析（高溫燃燒-離子層析法） 36 3.3.3 環境溶出性質分析 38 3.3.3.1 水溶性氯離子 38 3.3.3.2 毒性特性溶出程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure, TCLP) 40 3.3.3.3 pH值 41 第四章 結果與討論 42 4.1 飛灰基本特性分析 42 4.1.1 物理性質分析結果 42 4.1.1.1 比重 42 4.1.1.2 比重計分析 43 4.1.1.3 篩分析 45 4.1.1.4 粒徑分布曲線圖 46 4.1.2 化學性質分析結果 48 4.1.2.1 三成分分析 48 4.1.2.2 X-射線螢光分析(X-ray fluorescence, XRF) 50 4.1.2.3 X-射線繞射分析（X-ray diffractometer, XRD) 53 4.1.2.4 總氯含量分析（高溫燃燒-離子層析法） 55 4.1.3 環境溶出性質分析結果 56 4.1.3.1 毒性特性溶出程序（Toxicity Characteristic Leaching Procedure, TCLP) 56 4.1.3.2 pH值 58 4.2 飛灰之分級水洗 59 4.2.1 水洗時間探討 59 4.2.2 液固比探討 62 4.2.3 迴流水系統可行性分析 68 4.2.4 探討滴定法與電極法量測之差異 73 4.2.4.1 數據相關性與回歸分析 73 4.2.4.2 量測原理本質與基質干擾機制 75 4.2.4.3 工程實務應用性評估 76 第五章 結論與建議 77 5.1 結論 77 5.2 後續研究之建議 79 參考文獻 80

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