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研究生： 黃御銘
Huang, Yu-Ming
論文名稱： 污泥熱處理灰渣多元利用可行性之研究
Feasibility of Diversified Utilization of Thermally Treated Sludge Ash
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： 2026
畢業學年度： 114
語文別： 中文
論文頁數： 225
中文關鍵詞： 污泥灰渣 、水庫淤泥 、廢玻璃 、燒結製程 、輔助膠結材料
外文關鍵詞： Sludge Ash, Reservoir Sediments, Waste Glass, Sintering, Circular Economy
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    • 本研究以增加污泥灰渣再利用管道為目的進行研究，希望透過燒結製程，結合水庫淤泥與廢玻璃來製成磚品與輕質骨材，另外也參考煤灰以及爐石粉之再利用情形，以輔助膠結材料為主題進行試驗，探討其可行性。本研究分為三大主軸：燒結製磚、燒結輕質骨材、與輔助膠結材料。
    (1)燒結製磚：研究發現水庫淤泥具備替代天然黏土製磚之潛力，其抗壓強度可達CNS 382普通磚一級或二級標準。當污泥灰渣與廢玻璃加入磚品試體後，磚品抗壓強度可達CNS二種磚之標準，最佳配比為污泥灰渣20%、水庫淤泥50%、廢玻璃30%，但磚品試體之吸水率尚無法達到CNS382之最低標準。(2)燒結輕質骨材：研究發現將污泥灰渣、水庫淤泥與廢玻璃導入燒結輕質骨材製程，其筒壓強度、密度與吸水率皆符合相關規範，其中最佳配比為污泥灰渣30%、水庫淤泥30%、廢玻璃40%之試體表現最優，也藉此驗證提高廢玻璃之摻配比例可有效降低燒結製品之吸水率。(3)輔助膠結材料：評估污泥灰渣取代水泥作為輔助膠結材料之可行性。研究中發現，未經熱前處理之污泥灰渣會嚴重阻礙水泥水化；但經800°C熱前處理去除有機質，並研磨過篩後，其水化作用顯著提升。在考量前處理之成本與希望提高污泥灰渣摻配比例的原則下，以水膠比0.35、添加0.05%速凝劑（鋁酸鈉），污泥灰渣通過#100號篩，取代率20%為最佳配比，試體之初凝時間與各齡期（3、7、28天）之抗壓強度及強度活性指數，皆能穩定符合CNS 3036與CNS 15286之國家規範。
    本研究成功驗證污泥灰渣與水庫淤泥、廢玻璃共伴資源化之潛力，亦發現污泥灰渣可作為水泥輔助膠結材料。不僅為污泥灰渣開拓更多元的再利用管道，更能有效去化廢棄物、降低天然資源開採，為污泥熱處理產業之循環經濟提供了更多具備工程實用價值之永續發展的路徑。

    This extended abstract presents a comprehensive investigation into the diversified utilization and engineering feasibility of thermally treated sludge ash, co-recycled with reservoir sediments and waste glass powder.
    The research is driven by the urgent need to address the dual environmental crises in Taiwan: the escalating production of industrial sludge and the severe siltation of major reservoirs. By adopting a circular economy approach, this study explores the transformation of these waste streams into value-added construction materials, specifically focusing on three applications: fired bricks, lightweight aggregates, and supplementary cementitious materials. Through systematic experimental design, the study identifies waste glass powder as a pivotal fluxing agent that mitigates the high porosity typically associated with sludge ash.
    Furthermore, the research establishes optimal thermal pre-treatment protocols to activate the pozzolanic properties of the ash for cement replacement. The resulting products not only demonstrate superior mechanical performance and environmental safety but also consistently satisfy national and international standards, including CNS and GB/T specifications. This study provides a sustainable and practically viable framework for large-scale waste resource recovery in the construction industry.

    考試合格證明 ii 中文摘要 iii ABSTRACT iv 致謝 x 目錄 xi 表目錄 xvii 圖目錄 xxi 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 3 1.3 研究內容與流程 4 第二章 文獻回顧 7 2.1 污泥 7 2.1.1 污泥之基本介紹 7 2.1.2 本研究使用污泥之種類與來源 8 2.1.3 污泥之前處理 10 2.1.4 污泥之中間處理-熱處理 12 2.1.5 污泥現行之資源化再利用 15 2.2 水庫淤泥 19 2.2.1 水庫淤泥之基本介紹 19 2.2.2 水庫淤泥現行之清淤與處置方法 19 2.2.3 水庫淤泥之資源化再利用 23 2.2.4 天然黏土之特性介紹 30 2.2.5 本研究使用之水庫淤泥來源 31 2.2.5.1 白河水庫淤泥 31 2.2.5.2 曾文水庫淤泥 31 2.2.5.3 阿公店水庫淤泥 32 2.3 廢玻璃 33 2.3.1 廢玻璃之基本介紹 33 2.3.2 廢玻璃資源化再利用之相關文獻 36 2.4 燒結磚製作與燒結原理 41 2.4.1 燒結磚之製作流程 41 2.4.2 燒結原理 42 2.4.3 化學組成對磚體燒結之影響 45 2.4.4 國內建築用磚之規範 47 2.5 輕質骨材與燒製技術 49 2.5.1 輕質骨材之介紹 49 2.5.2 輕質骨材之種類 52 2.5.2.1 天然骨材 52 2.5.2.2 人造輕質骨材 52 2.5.3 輕質骨材之燒結與發泡機制 54 2.5.3.1 燒結機制 54 2.5.4 輕質骨材之規範 58 2.5.5 輕質骨材之資源化再利用 61 2.6 黏結材料與膠結原理 63 2.6.1 水泥之特性與水化反應 63 2.6.2 水化反應之影響因子 66 2.6.3 水化反應之輔助反應 72 2.6.4 膠結材料之規範 73 2.6.5 廢棄物做膠結材料再利用之相關文獻整理 75 2.7 文獻總結 77 第三章 實驗方法 78 3.1 實驗流程與參數代碼 78 3.2 試體製作 83 3.2.1 燒結磚之製備流程 83 3.2.2 輕質骨材之製備流程 85 3.2.3 膠結材料-混合水泥之製備流程 86 3.3 試體性質檢測方法 87 3.3.1 物理性質分析 87 3.3.1.1 比重 87 3.3.1.2 篩分析 87 3.3.1.3 比重計分析 88 3.3.1.4 落錐試驗 89 3.3.1.5 初終凝時間測定 90 3.3.1.6 燒失量 91 3.3.1.7 體積變化率 92 3.3.1.8 吸水率 93 3.3.1.9 密度 94 3.3.1.10 點荷重強度與筒壓強度 94 3.3.1.11 抗壓強度 95 3.3.1.12 強度活性指數（Strength Activity Index） 95 3.3.2 化學性質分析 96 3.3.2.1 三成份分析 96 3.3.2.2 X-射線螢光分析(X-ray fluorescence, XRF) 97 3.3.2.3 X-射線繞射分析(X-ray diffractometer, XRD) 98 3.3.3 環境溶出性質分析 99 第四章 實驗結果與討論 100 4.1 實驗材料特性分析 100 4.1.1 污泥灰渣 100 4.1.2 水庫淤泥 106 4.1.3 廢玻璃 119 4.2 燒結磚分析 122 4.2.1 第一階段 磚品質分析 122 4.2.1.1 燒失量 125 4.2.1.2 體積變化率 125 4.2.1.3 吸水率 126 4.2.1.4 抗壓強度 127 4.2.1.5 第一階段小結 128 4.2.2 第二階段 磚品質分析 129 4.2.2.1 燒失量 132 4.2.2.2 體積變化率 132 4.2.2.3 吸水率 133 4.2.2.4 抗壓強度 134 4.2.2.5 水溶性氯離子含量 134 4.2.2.6 第二階段小結 135 4.2.3 第三階段 磚品質分析 136 4.2.3.1 燒失量 139 4.2.3.2 體積變化率 139 4.2.3.3 吸水率 140 4.2.3.4 抗壓強度 141 4.2.3.5 水溶性氯離子含量 142 4.2.4 燒結磚試驗之結論 143 4.3 輕質骨材分析 146 4.3.1 第一階段 輕質骨材品質分析 146 4.3.1.1 燒失量 148 4.3.1.2 吸水率 148 4.3.1.3 顆粒密度 149 4.3.1.4 筒壓強度(Cylindrical Crushing Strength, CCS) 150 4.3.1.5 第一階段小結 151 4.3.2 第二階段 輕質骨材品質分析 152 4.3.2.1 燒失量 154 4.3.2.2 吸水率 155 4.3.2.3 顆粒密度 156 4.3.2.4 筒壓強度 158 4.3.2.5 環境特性 159 4.3.3 第三階段 輕質骨材品質分析 161 4.3.3.1 燒失量 163 4.3.3.2 吸水率 164 4.3.3.3 顆粒密度 166 4.3.3.4 筒壓強度 167 4.3.3.5 環境特性 168 4.3.4 輕質骨材試驗之結論 171 4.3.4.1 白河淤泥燒結骨材(B) 171 4.3.4.2 曾文淤泥燒結骨材(C) 172 4.3.4.3 阿公店淤泥燒結骨材(D) 173 4.3.4.4 天然黏土燒結骨材(N) 174 4.4 膠結材料分析 175 4.4.1 1第一階段 熱前處理與速凝劑之必要性評估 176 4.4.2 第二階段 水膠比與粒徑參數優化 180 4.4.3 第三階段 污泥灰渣最佳取代率決定 185 4.4.4 膠結材料試驗之結論 190 第五章 結論與建議 192 5.1 結論 192 5.2 建議 194 參考文獻 195

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    37. 王順元，「淤泥輕質骨材燒製研究」，國立中興大學，碩士論文，2001
    38. 王順元，「廢棄物資源化再製輕質骨材之應用研究」，國立中興大學，博士論文，2009
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    42. 何秀美，「污泥與底灰資源化為透水磚之研究」，國立臺灣大學，碩士論文，2003
    43. 李宜璇，「焚化飛灰作為膠結替代料應用於控制性低強度混凝土」，淡江大學，碩士論文，2022
    44. 李師遠，「焚化底渣再利用於燒結磚可行性之研究」，國立成功大學，碩士論文，2022
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    50. 林毓舜，「化學組成對燒結磚特性之研究」，國立成功大學，碩士論文，2018
    51. 洪盟峰，「水庫淤泥輕質骨材製造與高性能輕質混凝土工程性質之研究」，國立臺灣科技大學，博士論文，2005
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    56. 張家碩，「水庫淤泥燒製輕質骨材的燒結行為之研究」，國立成功大學，碩士論文，2005
    57. 張藝騰，「鹽泥再利用於燒結磚可行性之研究」，國立成功大學，碩士論文，2020
    58. 許羽芊，「廚餘混合蚵殼及蝦殼添加紅土製備生物炭替代部分水泥對於水泥砂漿影響研究」，朝陽科技大學，碩士論文，2025
    59. 陳本洲，「廢水污泥輕質粒料之產製及於瀝青混凝土之應用」，國立中興大學，博士論文，2022
    60. 陳正中，「廢棄物再利用於製磚原料之操作參數與燒結特性研究」，國立成功大學，博士論文，2018
    61. 陳志榮，「改質水庫淤泥對水泥砂漿工程性質之影響」，國立成功大學，碩士論文，2005
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    68. 陳炯立，「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，2004
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