國內外污泥資源化建材之相關研究

近年來國人對自來水之需求量愈來愈多，故各淨水場每日所產出的污 泥也日益增多。而一般污泥最終之處置方法是海洋棄置、土地棄置及衛生 掩埋等，但這是把污泥視為廢棄物處理方式。然而，從另個角度看，污泥 是可以經由適當的方式回收再利用。在此利用燒結資源化技術處理淨水污 泥，把原本屬於廢棄物之污泥資源化製成建築資材、濾料等，達到資源永 續再利用之目的。

最早燒結處理技術是應用於陶瓷工業及材料工程方面，而污泥化學成 分與陶瓷材料之成分相似，因此，國外已多應用在資源化處理。以台灣地 區為例，燒結處理技術已廣泛應用於污泥或焚化飛灰資源化方面。蔡氏等 (2002)做污泥配製磚之可行性研究，針對淨水場污泥及經熱處理之工業污 泥進行處理，結果顯示燒結體之重金屬試驗結果符合TCLP 之溶出標準，

且其抗壓強度均大於150 kgf/cm²以上。翁氏等(2000)利用生物污泥製磚；

王氏等(2002)對下水污泥灰加壓成形，燒成輕質骨材；王氏等(1994)針對汞 污泥進行造粒燒結處理之研究，顯示經由高溫燒結的方法處理後，汞污泥

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已由有害事業廢棄物轉換成為一般廢棄物，其燒結體符合TCLP 之溶出標 準，但燒結體之抗壓強度有待進一步處理。

根據文獻顯示淨水污泥中內含大量氧化矽及氧化鋁等黏土物質，經由 適當燒結溫度，可製作磚的原料或濾料等，不僅可減少污泥量，亦可減緩 國內黏土資源不足的問題。江氏等(2004)以淨水污泥燒製磚材，研究採豐 原淨水場污泥餅，經處理燒結後，在1100℃溫度之燒結，可得類似建築用 磚之產品，抗壓強度高於一級磚標準，而吸水率亦符合一般建築用磚之規 範。何氏(2003)研究當粒徑在 1.0~2.0mm 時，淨水污泥/焚化底灰以 98%時 燒結溫度在1150℃之抗壓強度最好，有到達 150 kg/cm²以上。

周氏等(1995)以重金屬污泥與紅磚土混合燒結，燒結溫度在 950℃、

970℃、1015℃、1028℃、1060℃，污泥含量達 12wt%，研究結果顯示，

燒結體之重金屬溶出遠低於環保標準，其單軸抗壓強度也比紅磚土直接燒 結為高，並達廢棄物再利用之單軸抗壓標準(150 kg/cm²)。另外，重金屬溶 出量隨燒結溫度升高而減少，單軸抗壓強度隨燒結溫度升高而增加。顯然 地，重金屬污泥與紅磚土混合燒結為一理想的廢棄物處理方法。

高氏等(2000)研究焚化底灰燒製紅磚，底灰成分組成大致包含 SiO2、 CaO、Fe2O3與Al2O3，與陶瓷主要成分相似，因含有部分雜質，而影響燒 結體的化學性質。燒結同時也具有把重金屬封存能力，可降低重金屬溶 出。張氏等(1999)研究應用燒結技術對焚化底灰進行材料化實驗，為利於 燒結進行，底灰粒徑分為小於1.41mm 及 1.41-4.76mm，經加壓成形後，以 400-1000℃之溫度燒結。綜合燒失量、體積變化、吸水率、健度、抗壓強 度及容積密度等條件，顯示磁選及去除夾雜物後之底灰，於 400-600℃之 溫度範圍內，可符合中國國家標準透水磚骨材之規格，極具資源化之潛 力，結果顯示，燒結體之單軸抗壓強度至少可達 400kg/cm²以上，而抗壓 強度與孔隙率呈現反比關係；唯獨燒結體之吸水率較一般骨材規範値為

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高，因此初步認定其可作為透水磚材之用。

Tay(1989)研究分別以添加比例 40%及 50%之焚化灰渣及乾燥污泥與 黏土共同燒製磚，研究結果顯示在相同添加比例下，添加污泥焚化灰渣之 試體強度較添加乾燥污泥之試體強度為高，且製成之磚可作為建築用。

Wiebush(1997)研究德國下水污泥的焚化處理情況、廢水處理及下水污泥處 理方式對灰渣性質的影響，利用流體化床燃燒下水污泥產生燒結體作為黏 土替代物之分析，並藉由溶出試驗探討礦物固定金屬情況以評估燒結體作 為磚體建造之可行性；根據文獻指出燒結體具高吸水性及較多的鈣化合 物，灰渣如同“孔隙形成劑”因為愈多的灰渣含量，燒結體吸水性愈高且密 度愈小，鈣含量亦是影響因素之一，而灰渣之多孔性也對燒結體之孔隙度 產生影響。Xu et al. (2005)研究高比例飛灰取代黏土製磚，結果觀察出增加 飛灰取代量，使得飛灰和黏土混合物之可塑性指數有明顯地降低。若適當 加入添加劑時，將會提高混合物之可塑性指數。以飛灰高比例的取代，若 選用粒徑較小的飛灰將改善燒磚的特性，且使磚材有較高的抗壓強度和較 低的吸水率，以達到國家標準磚之規範。

謝氏(2001)利用淨水污泥與工業污泥混合燒結實驗結果顯示，燒結過 程操作條件之變化，燒結製品內部將產生許多密閉孔隙結構，其具有低熱 傳導率及良好隔音效果等特性，未來可應用於非結構性隔熱或隔音之輕質 骨材。Bhatty(1989)研究利用污泥灰渣燒製輕質骨材，結果顯示其可應用於 中等強度之混凝土，同時製成之圓球狀骨材，因其形狀、粒徑均勻一致及 低吸水率等特性，故其強度高於一般商業骨材製成之中強度混凝土。

王氏(1999)針對下水污泥焚化灰渣進行燒結資源化研究，期能對國內 下水污泥以燒結方法作為燒製輕質骨材應用之可行性研究，結果顯示在 1050℃與 1100℃燒結時，燒結試體內部孔隙大小及數量可大幅增加使得試 體體積急遽膨脹，試體強度降低，在30 分鐘之燒結條件下，體積膨脹率

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分別為63%及 202.2%，密度分別為 1.07 g/cm³及0.57 g/cm³，有達輕質骨 材密度規範。

近年來下水道系統及自來水之普及率愈來愈高，污泥產生量有逐年增 加之趨勢。因此，觀察這幾年國內外對污泥及其他廢棄物在資源化上之研 究，已由早期之燒結處理主要是以灰渣為主，逐漸轉為下水污泥及淨水污 泥之燒結處理研究。本研究主要以淨水污泥與不同配比之廢玻璃及稻殼來 共同燒結，在不同燒結溫度條件下，評估燒結試體之磚材特性，並且將燒 結試體以人工搗碎成不規則形狀，探討不規則燒結體吸附重金屬之可行 性。

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