簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳正中
Chen, Cheng-Chung
論文名稱: 廢棄物再利用於製磚原料之操作參數與燒結特性研究
Studies of Operating Parameters and Sintering Characteristics on the Waste Reuse as Brick raw Materials
指導教授: 陳昭旭
Chen, Chao-Shi
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 164
中文關鍵詞: 污泥灰渣燒結磚燒結參數配比設計
外文關鍵詞: sludge ash, fired brick, sintering parameters, mix Design
相關次數: 點閱:99下載:3
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 透過污泥處理廠熱處理後之污泥灰渣大多以掩埋方式作為最終處置處理,由於台灣地區土地空間匱乏近年來掩埋場址趨於飽和,未來勢必要朝向資源化利用,以解決土地需求問題。本研究針對數量龐大,且具材料應用潛能之一般事業廢棄物污泥灰渣作為製磚原料。研究規劃包含三個階段,第一部分為污泥灰渣製磚燒結參數與品質特性分析;第二部分探討提升污泥灰渣製磚品質方法,透過改善製程與配比設計提升污泥灰渣添加量;第三部分以全廢棄物形式取帶黏土原料,分析污泥灰渣製磚材料全資源化之可行性。
    研究結果顯示:(1)不同種類污泥灰渣因來源與化學組成不同造成燒結磚品質特性之差異,但不論何種污泥灰渣燒結磚的品質特性之間具有其相關性,抗壓強度與體積收縮率呈正相關性,而抗壓強度與吸水率呈負相關。(2)添加助熔劑有助於提升污泥灰渣燒結製磚之品質,並提高污泥灰渣之添加量,污泥灰渣添加量達50%時仍可符合CNS規範之3種磚條件。(3)以土木及營建所產生之廢土取代污泥灰渣製磚中之黏土原料,可提供磚坯製作所需之黏結性,且燒結磚品質與未替代黏土原料時相近,顯示製磚原料具有全資源化潛力。

    This study uses sludge ash as a material for fired-brick manufacturing to discuss the feasibility of resource utilization of sludge ash, and it is conducted mainly in three parts. The engineering properties of fired-brick are tested by following criteria from CNS.In the first part, the study is to discuss the effect of the sintering condition on the properties of fired-brick with sludge ash. The result indicates that the most appropriate sintering temperature is 1000°C. Moreover, it is the best that sintering time should not exceed 1 hour due to the unstability of sludge ash. The correlation among compressive strength, firing shrinkage and apparent density showed that compressive strength increased with the increase of firing shrinkage and apparent density, however, compressive strength decreased with an increase of water absorption rate. In the second part, with the increased of flux, sludge ash add to 50% the compressive strength and water absorption are requirements of the 3rd-class of brick. In the third part, results show the reservoir silt and mudstone provide the cohesiveness of brick, the physical properties were similar with clay. In conclusion, the production of bricks with sludge ash was a feasible waste recycling method.

    摘要 I Abstract II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XII 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 研究內容與流程 3 第二章 文獻回顧 6 2-1 污泥介紹 6 2-1-1 污泥來源與種類 6 2-1-2 污泥基本特性 10 2-2 污泥資源化情況 13 2-2-1 國外污泥處理之概況 13 2-2-2 國內污泥處理之概況 14 2-3 污泥熱處理 17 2-4 燒結理論 19 2-5 燒結處理技術 22 2-5-1 人造骨材 23 2-5-2 陶瓷磚材 25 2-6 傳統製磚介紹 27 2-7 建築用磚規範 31 2-8 污泥製磚研究與實例 32 第三章 研究方法與材料 36 3-1 研究架構與方法 36 3-2 實驗材料 40 3-3 實驗參數與配比 47 3-4 試驗方法與設備 52 3-4-1 材料之基本特性分析實驗 53 3-4-2 磚品質特性分析試驗 59 3-4-3 製磚流程與方法 63 第四章 燒結參數與品質特性分析結果 66 4-1 材料基本特性分析 66 4-1-1 物理特性分析 66 4-1-2 化學特性分析 71 4-2 汙泥製磚燒結參數分析 79 4-2-1 燒結溫度對磚品質特性影響 79 4-2-2 燒結時間影響對磚品質特性影響 96 4-3 污泥灰渣製磚品質特性分析 103 4-3-1 污泥灰渣添加量對磚品質特性影響 103 4-3-2 不同污泥灰渣配比對磚外觀剖面影響 111 第五章 製程與配比設計結果 118 5-1 製程方法之改善 118 5-1-1 材料粒徑對品質特性分析 118 5-1-2 污泥灰渣添加量與拌合水量分析 121 5-2 污泥灰渣製磚摻配料之研究 126 5-2-1 摻配料基本化學特性分析 126 5-2-2 添加廢玻璃對磚品質特性影響 129 5-2-3 添加鋁渣對磚品質特性影響 136 5-3 污泥灰渣製磚最適配比設計 140 第六章 製磚原料全資源化與效益評估 143 6-1水庫淤泥、泥岩替代黏土 143 6-1-1水庫淤泥、泥岩與黏土基本特性比較 143 6-1-2水庫淤泥、泥岩替代黏土磚品質分析 146 6-2 環境與經濟效益評估 150 6-2-1 環境相容性 150 6-2-2 經濟效益 151 第七章 結論與建議 153 7-1 結論 153 7-2 建議 155 參考文獻 156

    1. 中興顧問社(1995),「全省工業區污水處理系統功能評估」,84年度經濟部工業局專案計畫執行結果報告。
    2. 王景玟、鄭淑芬、劉蘭萍、林政江(2008),「工業區污水處理廠污泥資源化案例探討」,綠基會通訊。
    3. 成道腴和鄭武輝(1990),「工業陶瓷」,徐氏基金會。
    4. 江康鈺(2004),「利用添加劑提昇淨水污泥燒結之材料品質研究」逢甲大學環境工程與科學學系,碩士論文。
    5. 行政院環境保護署(2002),「無機污泥材料化技術研究計畫」,台灣大學環境工程研究所。
    6. 行政院環境保護署(2014),「污泥處理現況檢討及因應策略」,行政院環境保護署。
    7. 行政院環境保護署(2017a),「105年事業廢棄物申報量統計報告」,行政院環境保護。
    8. 行政院環境保護署(2017b),「非法棄置污泥-以祐○公司非法棄置污泥污染案例說明」,行政院環境保護署。
    9. 吳坤達(2006),「下水道污泥作為道路基底層及CLSM材料之工程特性研究」,國立成功大學資源工程研究所碩士論文。
    10. 李愛民、曲艷麗、楊子賢、李潤東(2004),「污水污泥乾燥過程中表觀形態變化及水分析出特性」,化工學報,第55卷,第6期,第1011-1015頁。
    11. 李碩儒(1996),「鉛鎘污泥與紅磚土混合燒成之探討」,東海大學化學工程研究所碩士論文。
    12. 李燕和鄭紅梅(2012),「污泥熱處理技術及應用進展」,能源與環境,第1期,第64-66頁。
    13. 肖定全(2003),「陶瓷材料」,新文京開發出版有限公司,第261-270頁。
    14. 事業廢棄物申報及管理資訊系統(2017),https://waste.epa.gov.tw/。
    15. 周欽隆(1994),「重金屬污泥與紅磚土混合燒成之探討」,東海大學化學工程研究所,碩士論文。
    16. 周耀鑾和黃依典(1979),「建築材料學」,科教圖書出版社
    17. 林志誠和鄒家齊(2007),「XRF檢測設備對綠色產品進料檢驗的功效探討」,品質月刊,第43卷,第12期,第32-33頁。
    18. 孫國鼎(2000),「水庫淤泥及淨水污泥再利用製磚之研究」,國立交通大學環境工程研究所,碩士論文。
    19. 高長義(2015),「經熱處理之污泥灰渣再利用於CLSM材料之可行性研究」,國立成功大學資源工程學系,碩士論文。
    20. 高健(2015),「利用城市污水污泥制行道磚的工藝技術研究」,西北農林科技大學環境工程研究所,碩士論文。
    21. 康世芳、劉明仁、林志麟(2001),「日本大阪市淨水場污泥餅資源化之經驗與現況」,環保月刊,第一卷第四期,第222-226頁。
    22. 張添晉(2016),「污泥處理現況及減量技術」,經濟部工業局。
    23. 許志雄和柯涼友(2010),「長石粒徑對瓷磚燒結行為的影響」,第一屆理工學院專題競賽作品,國立聯合大學。
    24. 陳見財、陳志銘、莊敏芳(2004),「污泥處理技術彙編」,經濟部工業局。
    25. 陳宜晶(2004),「利用添加劑提昇淨水污泥燒結之材料品質研究」,逢甲大學環境工程與科學學系,碩士論文。
    26. 陳品親(2014),「轉爐石燒結成紅磚產製技術之研究」,正修科技大學營建工程研究所,碩士論文。
    27. 陳炯立(2004),「含重金屬污泥燒製磚材資源化之研究」,國立臺北科技大學,碩士論文。
    28. 曾藝哲、夏世斌、鄒書成(2009),「電鍍與含油混合污泥製備燒結磚技術研究」,中國科技論文在線。
    29. 馮慶芬(2002),「粉末冶金學」,新文京開發出版有限公司。
    30. 黃兆龍、洪盟峰、蔡昆城、陳正一、楊錦麟(2002),「紙漿污泥分別與飛灰及水庫淤泥混合製造輕質骨材之研究」,第十七屆廢棄物處理研討會。
    31. 黃志彬(1997),「污泥調理及高分子藥劑之選擇」,工業污染防治,第64期,第88-111頁。
    32. 黑大千和張焱(2014),「XRF技術的應用研究現況概述」,科教文匯,第273期,第96-103頁。
    33. 楊志政(2001),「下水污泥焚化灰細度變化與矽氧晶相對燒成骨材輕質化之影響」,國立中央大學環境工程研究所,碩士論文。
    34. 楊金鐘(2003),「添加電弧爐煉鋼集塵灰當作製磚原料實廠技術開發」,2003產業環保工程實務技術研討會論文集。
    35. 楊新海(2013),「污泥含水率與處置對策的關係」,環境衛生工程,第21卷,第2期,第15-17頁。
    36. 楊嘉慧(2010),「橫跨工藝與科技領域的陶瓷產品」,遠流出版公司。
    37. 葉仁君(2004),「燃煤底灰添加碳酸 葉仁君「燃煤底灰添加碳酸 鋰轉化結晶玻璃其熱處理程序之研究」國立成功大學資源所,碩士論文。
    38. 跟著董事長遊台灣,https://www.taiwanviptravel.com。
    39. 雷菊霞(2005),「德國污泥處置技術的分析與研究」,寧夏工程技術,第四卷,第4期,第389-392頁。
    40. 廖錦聰和張蕙蘭(2001),「無機廢棄物資源化輕質建材技術開發」,工安環保月產業環保工程實務技術研討會,pp.400-418。
    41. 劉又瑞(2002,「淨水污泥混合營建廢棄土製磚及燒結人造骨材的研究」,國立交通大學環境工程研究所,碩士論文。
    42. 劉愷(1997),「氧化鋁及氧化鈣對焚化飛灰成形燒結特性之影響」,國立中央大學環境工程研究所,碩士論文。
    43. 劉澤融(2000),「工業廢水污泥灰渣特性及其再利用於水泥砂漿之研究」,國立中央大學環境工程研究所,碩士論文。
    44. 蔡啟明和賴重光(2002),「污泥再利用製磚及節能應用實例探討」,2002產業環保工程實務技術研討會。
    45. 蔡耀賢、林芳銘、陳振誠(2015),「綠建材解說與評估手冊」,內政部建築研究所。
    46. 鄭師梅、韓少勛、解立平(2008),「污水污泥處置技術綜述」,應用化工,第37卷,第7期,第819-821頁。
    47. Anderson, M., Skerratt, R. G., Thomas, J. P., Clay, S. D., (1996), “Case study involving using fluid bed incinerator sludge ash as a partial clay substitute in brick manufacture”, Water Science and Technology, Vol. 34, pp.507-515.
    48. Basegio, T., Berutti, F., Bernardes, A., Bergmann C. P., (2002), “Environmental and technical aspects of the utilization of tannery sludge as a raw material for clay products”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 22, pp.2251-2259.
    49. Bethanis, S., Cheeseman, C. R. and Sollars, C. J., (2004), “Effect of sintering temperature on the properties and leaching of incinerator bottom ash,” Waste Manage and Research, Vol. 22, pp. 255-264.
    50. Cheeseman, C.R., Sollars, C.J., McEntee, S., (2003), “Properties, microstructure and leaching of sintered sewage sludge ash,” Resources Conservation and Recycling, Vol. 40, pp.13-25.
    51. Chiang, K. Y., Chien, K. L., Hwang, S. J., (2008), “Study on the characteristics of building bricks produced from reservoir sediment,” Journal of Hazardous Materials, Vol. 159(2-3), pp.499-504.
    52. Cusidó, J. A., Cremades, L. V., Soriano, C., Devant, M., (2014), “Incorporation of paper sludge in clay brick formulation: Ten years of industrial experience.” Applied Clay Science, Vol. 108, pp. 191-198.
    53. Demira, I. and Orhanb, M., (2003), “Reuse of waste bricks in the production line,” Building and Environment, Vol. 38(12), pp.1451-1455.
    54. Ducman, V., Mladennovic, A., Suput, J.S., (2002), “Lighweight aggregate based on aste glass and its alkali-silica reactivity,” Cement and Concerete Research, Vol. 32, pp. 223-226.
    55. Eliche-Quesada, D., Corpas-Iglesias, F. A., Pérez-Villarejo, L., Iglesias-Godino, F. J., (2012), “Recycling of sawdust, spent earth from oil filtration, compost and marble residues for brick manufacturing,” Construction and Building Materials, Vol. 34, pp.275-284.
    56. Francis, A. A., Rawlings, R. D., Sweeney, R., Boccaccini, A. R., (2002), “Processing of coal ash into glass ceramic products by powder technology and sintering,” Glass Technology, Vol. 43, pp.58-62.
    57. Ghosh, S., Das, M., Chakrabarti, S., Ghatak, S., (2002), “Development of ceramic tiles from common clay and blast furnace slag,” Ceramics International, Vol. 28, pp.393-400.
    58. Hajjaji, M. and Khalfaoui, A., (2009), “Oil shale amended raw clay: Firing transformations and ceramic properties,” Construction and Building Materials, Vol. 23(2), pp.959-966.
    59. Hartman, M., Svoboda, K., Pohorely, M., (2005), “Combustion of dried sewage sludge in a fluidized-bed reactor,” Industrial and Engineering Chemistry Research, Vol. 44, No. 10, pp. 3432-3441.
    60. Hassan, K. M., Fukushi., K, Turikuzzaman, K., Moniruzzaman, S. M., (2014), “Effects of using arsenic-iron sludge wastes in brick making,” Waste Management, Vol. 34, pp. 1072-1078.
    61. Karaman, S., Ersahin, S., Gunel, H., (2006), “Firing temperature and firing time influence on mechanical and physical properties of clay bricks,” Journel of Scientific and Industrial Research, Vol. 65 pp.153-159.
    62. Lee, V. G. and Yeh, T. H., (2008), “Sintering effects on the development of mechanical properties of fired clay ceramics,” Materials Science and Engineering, Vol. 485(1-2), pp.5-13.
    63. Lin, D. F. and Weng, C. H., (2001) “Use of sewage sludge ash as brick material,” Journal of Environmental Engineering, Vol. 127 (10), pp.922-927.
    64. Lin, D. F. and Weng, C. H., (2001) “Use of sewage sludge ash as brick material,” Journal of Environmental Engineering, Vol. 127(10), pp.922-927.
    65. Lyons, A., (2006), “Materials for architects and builders (Third edition),” Amsterdam, Netherlands: Elsevier.
    66. Monteiro, S. N., Alexandre, J., Margem J. I., Sanchez, R., Vieira, C. M. F., (2008), “Incorporation of sludge waste from water treatment plant into red ceramic,” Construction and Building Materials, Vol. 22(6), 1281-1287.
    67. Park, Y. J., Moon, S.O., Heo, J., (2003), “Crystalline Phase Control of Glass Ceramics Obtained from Sewage Sludge Fly Ash,” Ceramics International, Vol. 29, pp.223-227.
    68. Reich, J., (2003), “Slag from hazardous waste incineration:Reduction of heavy metal leaching,” Waste Management and Research, Vol. 21, pp.110-118.
    69. Riley, C.M., (1951), “Relation of chemical properties to the bloating of clays,” Journal of the American Ceramic Society, Vol. 34, pp.21-128.
    70. Skrifvars, B. J., Hupa, M., Backman, R. and Hiltunen, M., (1994), “Sintering mechanisms of FBC ashes,” Fuel, Vol. 73(2) pp. 171-176.
    71. Snyder, R. G., Liang, G. L., Strauss, H. L., Mendelsohn, R., (1996), “IR spectroscopic study of the structure and phase behavior of long chain Ddiacylphosphatidylcholines in the gel state,” Biophysical Journal, Vol. 71, pp. 3186-3198.
    72. Souza, G.P. and Holanda, J.N.F., (2004), “Densification behaviour of petroleum waste bearing clay-based ceramic bodies,” Ceramics International, Vol. 30, pp.99~104.
    73. Teixeira, S. R., Santos, G. T. A., Souza, A. E., Alessio, P., Souza, S. A., Souza, N. R., (2011), “The effect of incorporation of a Brazilian WTPs sludge on the properties of ceramic materials,” Applied Clay Science., Vol. 53, pp. 561-565.
    74. Ukwatta, A., Mohajerani, A., Setunge, S., Eshtiaghi, N., (2015), “Possible use of biosolids in fired-clay bricks,” Construction and Building Materials, Vol. 91, pp.86-93.
    75. Velasco, P. M., Ortíz, M. P. M., Giró, M. A. M., Velasco, L. M., (2014), “Fired clay bricks manufactured by adding wastes as sustainable construction material - A review,” Construction and Building Materials, Vol. 63 pp.97-107.
    76. Wainwright, P. J. and Cresswell, D.J.F., (2001), “Syntetic aggregates from combustion ashes using an innovative rotary kiln,” International Journal of Environment and Waste Management, Vol. 21, pp.241-246.
    77. Weng, C. H., Lin, D. F., Chiang, P. C., (2003), “Utilization of sludge as brick materials,” Advances in Environmental Research, Vol. 7(3), pp.679-685.
    78. Werther, J. and Ogada, T., (1999), “Sewage sludge combustion”, Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 25(1), pp. 55-116.
    79. Werther, J. and Saenger, M., (2000), “Emissions from sewage sludge combustion in Germany (Status and future trends),” Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol. 33(1), pp.1-11.
    80. Wiebush, B. and Seyfrid, C. F., (1997), “Utilization of Sewage Sludge Ashes in the brick and tile industry,” Water Science Technology, Vol. 36, pp. 251-258.
    81. Williford, C., Chen, W. Y., Wang, L. K., Shammas, N. K., (2007), “High temperature thermal processes,” Handbook of Environmental Engineering, Vol. 6, pp. 613-643.
    82. Xu, Y., Yan, C., Xu, B., Ruan, X., Wei, Z., (2014), “The use of urban river sediments as a primary raw material in the production of highly insulating brick,” Ceramics International, Vol. 40(6), pp. 8833-8840.
    83. Yao, H. and Naruse, I., (2005), “Combustion characteristics of dried sewage sludge and control of trace-metal emission,” Energy and Fuels, Vol. 19(6), pp. 2298-2303.

    無法下載圖示 校內:2024-02-06公開
    校外:不公開
    電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
    QR CODE