焚化底渣之溶出相關研究

針對不同的溶出目的，而有不同的溶出檢測方式，如檢測短期內 有害物遷移情形的毒性特性溶出試驗(TCLP)、以中長期的溶出為分析 目的的批次震盪試驗、長期溶出試驗的有效性攪拌溶出試驗等方式 (趙，2003)，而目前台灣的檢測方式是以毒性特性溶出試驗為主要的 評估依據(環境保護署，2007)。

焚化底渣含有的鹽類、金屬、未燃分等物質常隨著時間逐漸溶出，

根據相關研究指出，焚化底渣溶出較多的部分為 Cu、Pb、Zn、Ca、

Cl、SO4

2-等物質，較少的 Cd、Cr、As、Hg 等重金屬(Chimenos et al., 2003; Dabo et al., 2009)，將其與天然材料的溶出結果相比，結果發現 焚化底渣的長期溶出情況與天然石灰岩的溶出結果相近似，除了少部 份物質的溶出濃度較高之外，大致的溶出量與趨勢都相近似(Dabo et al., 2009)。

在焚化底渣的管理上，通常是以最初的溶出量做為管制的標準，

因為重金屬的溶出濃度常會隨時間增加而降低，如果溶出檢測可以通 過相關的管制標準，在未來應不至超過規範值並對環境造成影響，但 較值得注意的是鹽類溶出，從部份研究中得知，焚化底渣的 SO₄^2-的 溶出量隨著時間增加反而有成長的趨勢(Dabo et al., 2009; Forteza et al., 2004)，在後續的管理可能需要特別的注意。

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2.5.3 焚化底渣的管理方式

台灣對於焚化底渣的再利用的管理，主要是依循廢棄物清理法中 的「一般廢棄物-垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理方式」，其中針對一 般廢棄物的來源、再利用規定、產品用途及使用地點訂定相關規範。

 焚化底渣之來源

焚化底渣必須來自各執行機關所屬之公有公營垃圾焚化廠、公有 民營垃圾焚化廠所產出，非上述機構產出之焚化底渣一律不得進行後 續之應用。

 再利用之規範

針對焚化底渣的再利用，必須經過再利用條件、再利用產品及使 用的相關規範，以下將針對這三部分進行介紹：

1.再利用條件

焚化底渣於再利用前，必須經過篩分、破碎或篩選等前處理，

同時以毒性特性溶出試驗進行檢測，依表 6 的規範劃分其適用 產品及範圍，如欲改變其適用範圍或目標，則可以穩定化、熟 化或水洗等方式進行後續之處理。

2.再利用產品

依據溶出試驗的檢測結果，可以分成三種不同的適用產品，第 一類型，類似於天然砂石，可作為級配粒料基層、基地及路堤 填築、控制性低強度回填材料、混凝土添加料、瀝青混凝土添 加料、磚品添加料等；第二類型，可作為級配粒料基層、基地 及路堤填築、控制性低強度回填材料、無筋混凝土添加料、瀝 青混凝土添加料及磚品添加料；第三類型，僅可用於基地及路

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 再利用之機構

焚化底渣的再利用者，必須為政府機關或合法登記有案之廠商，

並取得公民營廢棄物清理、處理許可證，如此才得以使用焚化 底渣於相關應用之中。

2.6 焚化底渣再利用之相關研究

焚化底渣的應用方式，可大致區分為低、中、高三個層面(詹，

2001)，如表 7 所示，焚化底渣在不同層面所使用的技術及方法並不 一致，這也造成焚化底渣在使用量上的差異，以下將就各技術層之特 性進行介紹。

2.6.1 低技術層之應用

低技術層對焚化底渣的檢測要求較低，對照環保署的相關規範，

可以得知溶出的結果僅需符合第三類型的標準即可，但能使用的範圍 較少，主要為回填相關的應用，如掩埋與築堤、道路基底層等。

在相關研究中發現，焚化底渣多能滿足掩埋與築堤、道路基底層、

混凝土骨材等相關工程的需求，但較不適合全部以焚化底渣替代天然 材料，建議與其它的材料混合使用，並且焚化底渣與天然砂石混合後，

有較好的工程特性，並且較無不良反應的發生(吳，2000; 葉，2003;

Forteza et al., 2004; Vegas et al., 2008)。

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2.6.2 中技術層之應用

焚化底渣的結構與化學性質類似於部分的天然材料，因此可以取 代部分產品所需的原料，而且在不影響產品本身的品質下，焚化底渣 的使用將有助於成本的節省，甚至能提升產品的部分性質。

混凝土形式的使用，是中技術層常見的一個應用方式，而焚化底 渣的卜作嵐作用對於混凝土抗壓強度的提升將有相當明顯的助益 (Luca et al., 2004)，但對於強調方便後續開挖的控制性低強度材料而 言，強度的提高則會造成部份之影響(胡，2004)，此外焚化底渣可以 取代部份瀝青混凝土所需的天然骨材，但有一定的限度，因為焚化底 渣過多會導致工作性的降低及額外成本的支出(Hossam, 2005)。

2.6.3 高技術層之應用

高技術層相較於其他的應用形式，所消耗的能源及成本往往較高，

但產品存在有較高的附加價值。

焚化底渣可以取代透水磚、陶製品、輕質骨材所需要的部分天然 材料，在經過高溫燒結後，可以做出符合規範要求並具有一定經濟效 益的產品(何，2003; 陳，2004; Appendino et al., 2004; Bethanis et al., 2002)，此外焚化底渣的性質複雜且含有大量的Ca(OH)2，這不利於一 般水泥的燒製，但透過萃取及特殊的配比，可以利用其膨脹的特性將 焚化底渣製成的輕質混凝土磚(Qiao et al., 2008)。

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表 7 焚化底渣的再利用方式(詹，2001)

技術層次 再利用方式

低技術 1.填充料 (fill material)

2.路基材料 (road base material) 3.掩埋覆土 (landfill cover)

中技術 1.瀝青應用 (bituminous application)

 熱瀝青應用 (hot bituminous application)

 冷瀝青應用 (cold bituminous application) 2.預拌混凝土 (Portland cement ready mix)

3.混凝土塊 (Portland cement block) 高技術 1.重金屬萃取 (heavy metal extraction)

2.玻璃化 (vitrification)

2.7 焚化底渣應用於回填工程之相關規範

路基、路堤、底層等工程為確保相關回填之品質，常會有固定之 要求與規範，如表 8 與表 9 所示，回填工程常會針對材料的粒徑分布、

含砂當量、塑性指數、液性指數、加州載重比(California Bearing Ratio, CBR)及回彈係數(Resistance Value, R)進行規範，此外回填的粗粒料必 須是岩石、礫石、爐渣所軋製之碎石級配或天然級配，其磨損率不得 高過 50%，同時不得含有土塊、有機質、雜質等有害物質(內政部營 建署)。

從各項研究中發現，焚化底渣多屬於非塑性的類砂石成份，約有 52-70%的顆粒介於 4.76-25.4 mm 之間；含砂當量為 31-52%，而且粗 顆粒的焚化底渣的磨耗率偏高，大約在 39.48-49.55 之間(吳，2000; 陳，

2004; 葉，2003; Forteza et al., 2004; Vegas et al., 2008)。

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比較法規與焚化底渣的材料性質後發現，基本上焚化底渣的粒徑 足以符合道路基底層所需之要求，而且類砂石成分的液性限度及塑性 限度多屬 NP，因此焚化底渣抗磨損能力較低將可能影響到後續的使 用，但整體而言如果能達到法規的基本要求，並滿足代表道路品質評 估優劣的 CBR 或 R 值，那表示焚化底渣確實可以達到與天然砂石相 同的品質。

表 8 道路基底層之級配粒徑分布範圍(內政部營建署) 粒徑 基層(通過百分比) 底層(通過百分比)

100 mm(4 in) 100 -

75 mm(3 in) 100 -

63 mm(2.5 in) 90-100 -

50 mm(2 in) - 100

37.5 mm(1.5 in) 90-100 -

25 mm(1 in) 100 -

19 mm(0.75 in) 90-100 50-100 9.5 mm (0.375 in) 30-100 50-70

4.75 mm(No.4) 25-100 30-55 0.6 mm(No.30) - 10-30 0.425 mm(No.40) 8-70 - 0.075 mm(No.200) 0-30 0-9

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表 9 道路基底層規範範圍(內政部營建署)

試驗項目 基層 底層

CBR(最小值) 10-35 80-85 含砂當量(最小值) 20-30 30-40

R(最小值) 55 78

通過 No.40 粒料 LL 值(最大值) 25 25 通過 No.40 粒料 PI 值(最大值) 6 6

2.7.1 道路回填及相關大地工程之常用檢測

在道路與回填工程中，常以 CBR 或 R 值進行最後品質的確認，

可是大地工程並非只有前述兩者可做為檢測的方法，而且 CBR 或 R 值較無法及時反應回填土壤的性質。相較之下，直接剪力試驗具有實 驗方便且快速的特性，同時也有許多的經驗公式可供換算，因此相當 適合用於快速判斷材料回填品質的優劣，並降低回填後不適當反應的 產生。

2.7.1.1 摩擦角之基本定義

剪力強度代表單位面積內的阻力，即土壤於任一平面上對於抵抗 破壞與滑動的能力(Das, 2007)。如式 2.1 所示，一般土壤的破壞面，

其正向應力的線性函數近似於所對應的剪應力(𝜏_𝑓)，σ 為剪切面的正 向應力，c 代表土壤的內聚力(cohesion)，ψ代表土壤內部的摩擦角。

f

c σ

tan

φ

τ

^{= +} (2.1)

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因為自然環境中的土壤會含有水分，為了得知土壤的總正應力，

所以需要考慮到土壤孔隙中的水分，而將式 2.1 修正為考慮有效應力 與孔隙水壓力的函數式，但考慮土壤主要的應力來源為土粒，而非孔 隙中所含的水分，所以將函數修正為式 2.2，u 代表孔隙中的水壓，σ

^′

為土壤實際給與剪切面之正向應力。

( ) ^{tan tan}

f

c

σ

u

φ

c

σ φ

τ ^{= + − = + ′}

(2.2)

2.7.1.2 摩擦角於大地工程之應用

目前各式的剪力試驗方法已廣泛地應用在大地工程中，同時也發 展出許多的經驗換算公式，雖然道路及相關回填工程並未將其列入正 式檢測項目，但是它快速且簡便的實驗方法，在未來勢必可以取代部 分較繁瑣及耗時的試驗，也因此有越來越多的經驗換算公式被發展出 來。

Hussin (2008)曾探討以剪力試驗取代 CBR 試驗之可行性，並得 到 CBR 與土壤剪抗剪強度(kPa)之間的轉換公式，其中剪力強度介於 0-73 kPa 可依據式 2.3 進行轉換；介於 73-146 kPa 的部分則可依照式 2.4 進行轉換

0.0248

CBR = × kPa

(2.3)

0.1212 7.0023

CBR = × kPa −

(2.4) 另外工程中常使用的貫入試驗(N 值)同樣也發展出許多轉換公式，粒 如 Schmertmann (1975)探討摩擦角(ψ)、貫入試驗(N 值)之間的關聯性，

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底渣這種類砂石土壤的檢測，建議是以直接剪力試驗為主，由於類砂 石土壤缺乏內聚力，因此較不適合以三軸壓密試驗進行試驗(李等，

1995)。

彙整相關研究資料所得到焚化底渣的摩擦角值約為 24-50.7°(李，

1998; Muhunthan et al., 2004; Okoli et al., 1998; Pandeline et al., 1997)，

內聚力約為 6-34.5 kPa(李，1998; Pandeline et al., 1997)，但類砂石成 份一般並無內聚力的產生，推測可能與焚化底渣的相關化學反應有關 (Pandeline et al., 1997)，相較於表 10 的一般常見的天然材料，焚化底 渣的摩擦角變化較大，這表示焚化底渣的工程性質並不穩定，有時可 能相似於砂也可能軟弱如泥，這對於工程的應用上將是一大考驗。

表 10 摩擦角典型的範圍(Das, 2007)

土壤型式 摩擦角(ψ)

砂：

圓球顆粒

疏鬆 27-30°

中等 30-35°

緊密 35-38°

砂：

稜角顆粒

疏鬆 30-35°

中等 35-40°

緊密 40-45°

礫石含部分砂 34-48°

沉泥 26-35°

26 度、均勻係數、圍壓等因素(工程地質探勘資料庫; Kulhawy and Mayne, 1990)，但是焚化底渣並非天然材料，常會隨著焚化廠燃燒廢棄物的

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2.8 文獻總結

焚化底渣是一種能廣泛應用在許多建設之中的再生材料，且來源 相當穩定，雖然會有溶出重金屬及鹽類的疑慮，但透過前處理技術降 低溶出量，並配合相關的使用規範，應可將影響環境的可能性降至最

焚化底渣是一種能廣泛應用在許多建設之中的再生材料，且來源 相當穩定，雖然會有溶出重金屬及鹽類的疑慮，但透過前處理技術降 低溶出量，並配合相關的使用規範，應可將影響環境的可能性降至最

在文檔中 焚化底渣組成差異對道路基底材料力學特性 之影響研究 (頁 29-0)