第四章 實驗結果與分析
4.2 焚化底渣的重金屬溶出分析結果
為確定底渣的重金屬溶出量是否會超過法規標準，因此本研究取 實驗室處理後之 A、B 焚化廠底渣進行分析。從表 14 的模擬酸雨溶 出的 TCLP 分析結果發現，焚化底渣的重金屬溶出量皆可滿足於法規 值。
在分析過程中發現部份樣本的重金屬溶出較高，但尚未超過法規 標準，如果要將這類對環境有害的物質減少或去除，勢必需要加強源 頭的回收工作，同時為了降低對環境的影響，必須要加強相關的溶出 檢測，並且嚴格執行相關法規，藉此降低對環境造成污染的可能性。
表 14 A 及 B 焚化廠底渣重金屬之平均溶出量
Cr Cu As Se Cd Ba Hg Pb A 廠 0.22 0.32 N.D. 0.01 N.D. 0.88 N.D. 0.10 B 廠 0.37 2.07 N.D. 0.14 0.03 0.52 0.001 0.47 法規值 5 15 0.5 1 1 100 0.2 5
單位：mg/L
47
2 60.08 0.0945 0.20219 28.08
SiO
= × =g
48
56 0.0237 0.03318
CaO
= 40× =g
2 3 101.96 0.01735 0.03278 28.98 2
Al O
= × × =g
2 3 159.7 0.02595 0.03710 55.85 2
Fe O
= × × =g
各組成的比例
2 0.20219
(0.20219 0.03278 0.03318 0.03710)
SiO
= + + +2 3 0.03278 10.74%
0.30525
Al O
= =2 3 0.03710 12.15%
0.30525
49
表 15 A 焚化廠底渣主要組成物質分析結果
Al Si Ca Fe
1-1 396 7870 1330 238 1-2 655 10900 1460 199 1-3 709 12400 1470 184
單位：mg/L 表 16 B 焚化廠底渣主要組成物質分析結果
Al Si Ca Fe
2-1 347 1890 474 519 2-2 260 3980 715 526 2-3 301 1420 755 538 2-4 303 1720 667 670
2-5 171 808 584 553
2-6 391 1390 728 595
2-7 142 587 371 492
單位：mg/L 表 17 A 焚化廠底渣主要物質組成比例
Al2O3(%) SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) 1-1 3.74 85.24 9.31 1.70 1-2 4.56 86.87 7.52 1.05 1-3 4.39 88.00 6.75 0.86
50
表 18 B 焚化廠底渣主要物質組成比例
Al2O3(%) SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) 1-1 10.56 66.50 10.78 12.06 1-2 4.52 79.34 9.22 6.92 1-3 10.40 56.21 19.33 14.06 1-4 9.25 60.18 15.09 15.48 1-5 8.78 47.53 22.21 21.48 1-6 13.15 53.57 18.14 15.14 1-7 9.71 46.02 18.80 25.47
4.4 焚化底渣基本物理性質分析結果
本研究將 A 及 B 焚化廠之底渣經篩分後，可以得到如圖 16 所示 的粒徑分布曲線，其中 A 焚化廠的底渣顆粒約有 38.08%大於 4 號篩；
B 焚化廠的底渣則是有 25.03%。兩廠的焚化底顆粒比重如表 19 所示，
A 焚化廠之平均比重約為 2.12；B 焚化廠的平均比重為 2.24，與 Chimenos et al. (2003)提及的情況類似，推測可能是焚化底渣多孔洞 的特性有關係，如圖 17 所示，A 焚化廠底渣在 19%附近的最佳含水 量時，可以達到最大回填密度約為 1494 kg/m3；B 焚化廠底渣在 18%
附近的最佳含水量時，可以達到最大回填密度約為 1485 kg/m3，其結 果與 Wiles (1996)所得到的焚化底渣基礎資料相近似。
將焚化底渣進行阿泰堡試驗後發現，兩廠之焚化底渣並無法測得
51
LL 及 PI 值，並依據粒徑分布曲線計算均勻係數(Cu)及曲率係數(Cc)，
可得到 A 焚化廠之 Cu為 12.88，Cc為 0.78；B 焚化廠之 Cu 為 13.91，
Cc為 0.90，參照附錄 2 之資料後，發現兩個焚化廠底渣同樣都是屬於 不良級配之砂土(Poorly Graded Sand, SP)，在未調整粒徑之前較不適 合直接運用於回填之中。
percent passing (%)
Grain size (mm)
A焚化廠 B焚化廠
52 Highest shear stress (kg/cm2)
Sample
53
4.6 A 焚化廠底渣之實驗與多變量迴歸分析結果
A 焚化廠底渣在乾燥的條件下，摩擦角的差異並不明顯，平均摩 擦角為 50.75°，僅只有配比 M1、M2的摩擦角低於 50°，分別為 49.86°
及 48.04°，將表 20 之實驗結果比較後可以發現，A 焚化廠底渣的實 驗結果其實相當的接近。
將 M1與 M2相比，可以發現 M2在提高 Al2O3的比例後，摩擦角 產生下降的情況，同樣的情形在 M3、M4、M7與 M8也有發生，除了 M5與 M6這組外，整體而言 Al2O3與 Fe2O3確實可能是影響 A 焚化廠 底渣摩擦角的因素。再比較 CaO 佔 5%與 8%的平均摩擦角，M1-M4
為 50.33°，M5-M8為 51.18°，兩者差異並不明顯，而且 CaO 的增加 對摩擦角並非絕對增加，如 M3與 M7的關係。最後將不同配比的 SiO2 進行比較，結果也如同 CaO 的情況，並無較明顯的趨勢。
表 20 A 焚化廠底渣之直接剪力實驗結果(乾燥)
樣本 SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 摩擦角 相關係數 M1 80 5 7.5 7.5 49.86° 0.903 M2 80 5 6.52 8.48 48.04° 0.903 M3 86.8 5 4.1 4.1 52.66° 0.993 M4 86.8 5 3.57 4.63 51.34° 0.963 M5 80 8 6 6 51.38° 0.918 M6 80 8 5.22 6.78 52.21° 0.935 M7 86.8 8 2.6 2.6 51.00° 0.960 M8 86.8 8 2.26 2.94 50.08° 0.942
54
55
percent of CaO
y = -0.3648x2 + 3.1644x + 45.083
56
percent of CaO
57
58
2
2 3 2 3
2
2 3 2 3
( 0.006 0.073 0.848)
( 0.125 0.392 50.86)
Fe O Fe O
59
候有所區別，在乾燥時隨著 Fe2O3含量減少或 Al2O3的比例增加，摩 擦角常會產生隨之提高，但是 MW1-MW8 並沒有這類趨勢產生，因此 推測濕潤狀態下的 A 焚化廠底渣可能有不一樣的影響因子。再比較 CaO 佔 5%與 8%的平均摩擦角，MW1-MW4為 51.01°，而 MW5-MW8為 45.72°，這表示隨著 CaO 的增加，摩擦角有可能會隨之降低，再比較 不同配比的 SiO2，結果發現含量 80%的平均摩擦角為 49.26°，86.8%
則是 47.47°，雖然摩擦角有隨 SiO2增加而降低的趨勢，但並不是相 當的明顯。
表 22 A 焚化廠底渣之直接剪力實驗結果(濕潤)
樣本 SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) Al2O3(%) 摩擦角 r2 MW1 80 5 7.5 7.5 50.87° 0.941 MW2 80 5 6.52 8.48 54.62° 0.949 MW3 86.8 5 4.1 4.1 51.58° 0.924 MW4 86.8 5 3.57 4.63 46.96° 0.990 MW5 80 8 6 6 44.27° 0.962 MW6 80 8 5.22 6.78 47.28° 0.920 MW7 86.8 8 2.6 2.6 47.18° 0.997 MW8 86.8 8 2.26 2.94 44.16° 0.913
60
percent of CaO
61
62
生，但超過 10%後，下降的趨勢有緩和的情況發生。雖然 CaO 對摩 擦角的相關性有降低的情況，相關係數由原先的 0.589 下降到 0.348，
但仍為 SiO2、CaO、Fe2O3與 Al2O3中最高者，因此仍是以 CaO 做為 主要影響因子 f1(CaO)，並以式 4.4 對摩擦角的預測函數進行正規化，
藉此消除主要影響因子 CaO 對摩擦角的影響性，再將正規化所得到 係數與化學組成進行迴歸，進而得知可能的次要影響因子。
2
1( ) 0.036 1.338 55.7
f CaO
=x
−x
+ (4.4)表 23 新增配比之焚化底渣實驗結果
樣本 SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) Al2O3(%) 摩擦角 r2 MW9 60 15 12.5 12.5 46.86° 0.931 MW10 60 30 5 5 48.19° 0.987
圖 31 新 SiO2與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤)
y = -0.0131x2 + 1.915x - 20.364 R² = 0.0779
0 10 20 30 40 50 60
0 20 40 60 80 100
friction angle
percent of SiO2
63
percent of CaO
y = -0.1515x2 + 2.3877x + 40.827
64
percent of CaO
65
(0.001 0.009 0.977)
(0.055 1.992 59.59)
Al O Al O
66
表 24 反覆進行正規化的迴歸結果(A 廠-濕潤)
SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 ψ/f1(CaO) 0.205 0.005 0.364 0.418 ψ/g1(Al2O3) 0.116 0.635 0.287 0.189 ψ/f2((CaO) 0.252 0.082 0.503 0.590 ψ/g2(Al2O3) 0.128 0.700 0.378 0.268 ψ/f3(CaO) 0.255 0.143 0.544 0.654 ψ/g3(Al2O3) 0.108 0.581 0.346 0.246
67
4.8 B 焚化廠底渣之實驗與多變量迴歸分析結果
B 與 A 焚化廠之焚化底渣化學組成並不同，B 廠的 SiO2較低，
主要集中在 44-54%的範圍，而 CaO、Fe2O3及 Al2O3的整體含量則較 A 廠的化學組成來的高。但由表 25 的實驗結果卻發現，A 與 B 焚化 廠之平均摩擦角極為相似，這表示 A 與 B 焚化廠的影響因子將可能 有所差異。
表 25 B 焚化廠底渣之直接剪力實驗結果
樣本 SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) Al2O3(%) 摩擦角 r2 S1 44 12 22 22 44.60° 0.966 S2 44 12 33 11 52.52° 0.984 S3 54 12 17 17 51.56° 0.923 S4 54 12 25.5 8.5 50.52° 0.965 S5 44 19 18.5 18.5 48.92° 0.927 S6 44 19 27.75 9.25 51.54° 0.936 S7 54 19 13.5 13.5 49.58° 0.920 S8 54 19 20.25 6.75 49.84° 0.984
在 B 焚化廠的配比中，S1-S4主要是固定 CaO 在 12%的情況下，
比較 S1與 S2後發現，焚化底渣隨著 Fe2O3與 Al2O3比例變化而有摩擦 角改變的情況發生，同時將 S1-S4進行比較，結果發現 S3及 S4雖然 SiO2的含量高於 S2，但摩擦角並無法高於配比 S2，因此 SiO2應該不 是影響摩擦角的因子之一，這與 A 廠焚化底渣之分析結果雷同，最
68
後將 S1-S8做綜合性的比較，結果發現配比中 CaO 佔 12%的摩擦角平 均為 49.80°；佔 19%的平均摩擦角為 49.87°，兩者之間差異甚小，因 此在 B 焚化廠底渣的配比中，影響摩擦角的因子較可能為 Fe2O3 與 Al2O3，但考慮到濕潤條件下，影響 A 焚化廠底渣摩擦角的主要因子 為 CaO，故暫不排除其可能性。
從圖 39-42 的迴歸結果發現，B 焚化廠底渣的摩擦角(ψ)受 Al2O3
影響最大，這與 A 焚化廠底渣在乾燥條件時相同，但因為焚化廢棄 物的性質不同，B 焚化廠底渣的 Al2O3含量在需要在 6-17%時才會有 較高的摩擦角。將 Al2O3做為主要影響因子 f1(Al2O3)，並以式 4.7 對 摩擦角的預測函數進行正規化，以將找尋其它的次要影響因子。
2
1( 2 3) 0.069 1.689 41.43
f Al O
= −x
+x
+ (4.7)圖 39 SiO2與摩擦角之迴歸統計圖(B 廠)
y = 0.108x + 44.543 R² = 0.0574
44 46 48 50 52 54
0 20 40 60
friction angle
percent of SiO2
69
percent of CaO
y = 0.0288x2 - 1.2109x + 61.536
70
percent of CaO
71
72
2
2 3 2 3
2
2 3 2 3
( 0.0003 0.0177 0.7709)
( 0.084 2.137 38.82)
Al O Al O
Fe O Fe O
φ
= − × + × + ×
− × + × +
(4.9)表 26 反覆進行正規化的迴歸結果(B 廠)
SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 ψ/f1(Al2O3) 0.037 0.193 0.3255 0.019 ψ/g1(Fe2O3) 0.125 0.005 0.001 0.794 ψ/f2((Al2O3 0.018 0.144 0.4412 0.056 ψ/g2(Fe2O3) 0.078 0.0008 0.044 0.816 ψ/f3(Al2O3) 0.030 0.166 0.4696 0.022 ψ/g3(Fe2O3) 0.184 0.016 0.002 0.800
4.9 經驗方程式的預測結果
本研究為了確認先前迴歸得知的經驗方程式是否準確，因此需要 以不同條件下所取得之焚化底渣進行直接剪力實驗，進而確認方程式 的準確性及實際運用的可行性。
本研究驗證所使用的焚化底渣選定為 C 焚化廠採樣所得的底渣，
再經過相關前處理後，對其化學組成進行元素分析。最後得到表 27 所示的元素組成資料。再經過換算後，C 廠的焚化底渣組成比例如表 28 所示，平均 SiO2所佔的比例為 89.73%；CaO 為 4.48%；Al2O3為 0.94%；Fe2O3為 4.85%。
73
表 27 C 焚化廠底渣主要組成物質分析結果
Al Si Ca Fe
1-1 70.5 4600 452 925 1-2 81.1 6090 626 365 1-3 88.6 9450 562 461 1-4 95.8 6400 489 480 1-5 77.9 9760 510 360
單位：mg/L 表 28 C 焚化廠底渣主要物質組成比例
Al2O3(%) SiO2(%) CaO(%) Fe2O3(%) 1-1 1.11 82.67 5.25 10.97 1-2 1.04 89.47 5.95 3.54 1-3 0.76 92.69 3.56 2.99 1-4 1.18 89.93 4.44 4.45 1-5 0.65 93.89 3.17 2.29
由於 C 焚化廠主要是針對一般廢棄物進行處理，僅處理少部分 的一般事業廢棄物，所以焚化底渣的性質應類似於 A 焚化廠底渣，
應該較適用 A 焚化廠底渣之經驗預測方程式，如果是處理較多一般 事業廢棄物之焚化廠底渣，則較適用 B 焚化廠底渣之經驗預測方程 式。
在摩擦角的預測方面，將 C 焚化廠底渣中 Fe2O3與 Al2O3所佔的
74
( 0.006 0.073 0.848)
( 0.125 0.392 50.86)
Fe O Fe O
(0.001 0.009 0.977)
(0.055 1.992 59.59)
Al O Al O
75
1
(
2 3)
2(
2 3)
sat
g Fe O g Al O
φ
=
( ) ( )
( )
1 0.0645 2 3 0.421 2 3 22.912 1.022 0.659 2 3
Fe O Al O
Al O
− ×
= + × − × (2.10)
實驗結果發現，Weng et al. (2010)的預測經驗式，應用在未焚化 一般事業廢棄物的 A 焚化廠部分，預測與實際值之間有超過 40%的 誤差，較不適合；在有處理部分一般事業廢棄物的 B 焚化廠方面，
預測與實際值之間約有 12.82%的誤差，這與本研究預測 C 焚化廠底 渣之結果相似，雖然在主要及次要影響因子的結論不同，但 Weng et al.
(2010)所提出之經驗預測方程式應同樣能用於焚化底渣初步的工程 性質判斷。
76
第五章 結論與建議
根據實驗結果發現，焚化底渣的摩擦角會隨著焚化底渣化學組成 與週遭環境而改變。綜合現有的結果推論，焚化底渣會隨著除了隨著 粒徑變化，而有不同的工程性質之外，化學組成的變化也同樣會對工 程性質造成一定程度的影響，因此就本研究之實驗結果提出相關結論 及建議規劃：
1. 在焚化底渣的採樣與前處理過程中，可以發現焚化底渣含有許多 不適合燃燒的可回收物，如鐵鋁罐、鐵絲、玻璃等，這表示民眾 與公司行號的環保概念仍需要繼續的加強，對於可回收資源應該 要儘量的回收，如此才可以提高焚化廠的營運效率，並減輕後續 焚化廢棄物的處理。
2. 在乾燥條件的時候，焚化底渣的摩擦角受到 Al2O3及 Fe2O3的影響 較高，當 Al2O3與 Fe2O3比例提升到一定程度時，摩擦角常會產生 下降的趨勢，因此建議鐵鋁氧化物較低的焚化底渣將 Al2O3控制在 總量的 2.5-7.5%範圍內，Fe2O3固定在總量的 3-6.5%範圍內；鐵鋁 氧化物較高的焚化底渣將 Al2O3控制在總量的 6-17%範圍內，Fe2O3
固定在總量的 25-33%範圍內，如此焚化底渣能具有較佳的工程特 性，並且讓回填的不適性降低。
3. 在溼潤條件的時候，焚化底渣的摩擦角主要是受 CaO 與 Al2O3的 影響，當 CaO 含量提高摩擦角會逐漸下降，但至 10%後有逐漸趨 緩的趨勢，而 Al2O3則是會隨著含量的增加，而提高焚化底渣的摩 擦角，因此建議在較潮濕或常積水的區域，不要使用過多 CaO 含 量高於 5%的焚化底渣，如果要大量使用則可以加入 Al2O3讓焚化
77
底渣的工程性質得以提升。
4. 多變量迴歸所得到的經驗公式對於焚化底渣摩擦角的預測已有一 定程度的精確度，乾燥情況的誤差約為 12.29%，濕潤情況的誤差 約為 2.09%，應可以滿足工程界對焚化底渣工程性質的初步判斷，
藉此將回填的品質予以提升。
5. 在濕潤狀態下，焚化底渣的摩擦角通常會隨之降低，可是在特定 的組成情況下反而會有上升之趨勢，而且焚化底渣的差異性遠較 乾燥情況來的更為顯著，因此建議未來之研究能針對焚化底渣中 內聚力的影響性進行探討，同時也能確定化學組成對焚化底渣工 程性質之影響能力。
6. 由於直接剪力試驗是較初步的材料判斷，雖然可以透過摩擦角的 高低得知焚化底渣的相關工程特性，但是目前並無法直接對應到 回填工程常使用的 CBR 與 R 值，因此建議未來研究能將焚化底渣
6. 由於直接剪力試驗是較初步的材料判斷，雖然可以透過摩擦角的 高低得知焚化底渣的相關工程特性，但是目前並無法直接對應到 回填工程常使用的 CBR 與 R 值，因此建議未來研究能將焚化底渣