3-1 材料準備與實驗項目
本節介紹研究欲使用材料及拌製含垃圾焚化底渣兩種不同添加 量之瀝青混土及平板溶出試驗(1、5、10 天)。
3-1-1 材料來源及拌製垃圾焚化底渣瀝青混凝
本研究使用材料有垃圾焚化底渣、粗細骨材及瀝青膠泥三種材 料。粗細骨材選自新竹某瀝青拌合廠之 1 公分石材、0.8 公分石材及 砂。瀝青膠泥為中國石油公司所生產的 AC-10 之瀝青。本研究所使 用的垃圾焚化底渣選自北部都市垃圾焚化廠，經由鶯歌鎮某處理公司 處理過後所得之底渣。
本研究依據中華大學瀝青實驗室之垃圾焚化底渣瀝青混凝土馬 歇爾配比設計法，得知本實驗拌製垃圾焚化底渣瀝青混凝土所需添加 之瀝青量及焚化底渣及骨材基本的物理性質，包含篩分析試驗(ASTM C136) [52]、細粒料比重試驗(ASTM C128) [53]、粗比重試驗(ASTM C127) [54]，得知所需要之級配數據、烘乾需比重及吸水率等。如表 3-1 所示
表 3-1 本研究一般石材與焚化底渣基本性質數據表
試驗項目\材料 1cm 石料 0.8cm 石料 砂 焚化底渣 比重 2.560 2.532 2.528 1.845
吸水率(%) 2.2 2.4 2.7 16.4
經由粒料篩分析數據，配合ASTM D3515[55]規範訂定之級配規
圖 3-1。再以中交通量設計(50 下)製成馬歇爾試驗，並量測穩定值及 流度值，計算各含油量試體之孔隙率、粒料間孔隙、瀝青填滿空隙百 分率等數值，決定出最佳含油量為6.4%。
圖3-1 本研究一般瀝青混凝土級配粒徑分布圖
因為一般的石材比重由表3-1 可得知差異性並不大，然而焚化底 渣與ㄧ般石材比重有頗大的差異，依據馬歇爾配比設計法，主要係以 空隙率(VTM)及粒料間孔隙率(VMA)等體積關係為主要的配比設計 指標，因此進行配比設計時須考慮因重量所轉成體積的關係如表 3-2 及表3-3。
表 3-2 焚化底渣取代混合料體積 25%之重量換算表
MSWIBA-25% 1.0cm 0.8cm Sand MSWIBA Total 公式 混合比例(重量)(%) 13.7 26.6 40.2 19.5 100.0 W%
混合重量 137 266 402 195 1000 Mi=1000×Wi%
各料比重 2.560 2.532 2.528 1.845 Υ 各料體積 53.5 105.1 159.0 105.7 423.3 Vi=Mi/Υi 混合比例(體積)(%) 12.6 24.8 37.6 25.0 100.0 Vi%=Vi/(ΣV)
表 3-3 焚化底渣取代混合料體積 50%之重量換算表
MSWIBA-50% 1.0cm 0.8cm Sand MSWIBA Total 公式 混合比例(重量)(%) 9.8 19.1 29.0 42.1 100.0 W%
混合重量 98 191 290 421 1000 Mi=1000×Wi%
各料比重 2.560 2.532 2.528 1.845 Υ 各料體積 38.3 75.4 114.7 228.2 456.6 Vi=Mi/Υi 混合比例(體積)(%) 8.4% 16.5% 25.1% 50.0% 100.0% Vi%=Vi/(ΣV)
由表3-2 可得知若焚化底渣欲取代混合體積比例之 25%，則相當 於混合重量比例之19.5%，表 3-3 亦得知若焚化底渣欲取代混合體積 比例之50%，則相當於混合重量比例之 42.1%，利用此重量與體積關 係配合ASTM D3515[55]所訂定的級配規範，可由圖 3-2、圖 3-3 得知 兩者皆符合級配規範。
圖3-2 本研究含焚化底渣25%瀝青混凝土級配粒徑分布圖
圖3-3 本研究含焚化底渣50% 瀝青混凝土級配粒徑分布圖
3-1-2 溶出試驗
溶出試驗方法主要利用固體與液體接觸，將固體所含物質轉換至 液相，根據美國NCHRP REPORT 488[3]指出，針對不同材料再利用 時應選擇適當的溶出試驗。
本研究屬於瀝青混凝土面層材料，因此本研究選用平板溶出試 驗，實驗設計為二種不同添加量(25%、50%)之焚化底渣瀝青混凝土 試體進行 1、5、10 天溶出試驗，實驗設計進行三重覆，故本研究每 組添加比之焚化底渣瀝青混凝土試體需9 個，其實驗步驟如下:
1、拌製成垃圾焚化底渣瀝青混凝土並夯製成馬歇爾試體（直徑 4 英 吋高2 英吋），每組焚化底渣添加比（25%、50% ）。
2、將夯製完成試體，在試體底層及周圍抹上一層石臘（只留下面層 與水接觸）後放置玻璃燒杯（2 L），加入 1 公升蒸餾水，並在玻璃燒 杯上面蓋上一層薄膜，以防止雜物進入。
3、上方裝置一馬達含旋轉葉片，以 40 rpm 轉速持續攪拌，溶出時間
分為1 天、5 天及 10 天，攪拌期間溫度控制在約 25°C。
4、分別收集淋洗 1、5、10 天溶出液。每批次溶出時間為單一事件，
故使用過之試體，捨棄不用。
5、溶出液需經 0.45μ 濾紙過濾。
6、溶出液保存方式：溶出液若沒立即分析，則保存在 4°C 冰箱冷藏 並於48 小時內分析完成。實驗程序如圖 3-4 所示。
1.拌製馬歇爾試體 2.上 25%、下 50%
3、將試體頂面以下部分抹上一層石蠟 4、將試體放置 2L 燒杯 及加入1L 蒸餾水
5、將試品放入攪拌器進行溶出試驗 6、溶出液以 0.45 m 濾紙過濾
圖3-4 本研究溶出試驗流程圖
3-2 溶出液化學性質分析
本節說明本研究之二種材料經由平板溶出試驗，所得溶出液進行 水質分析及七種重金屬濃度檢測。
3-2-1 水質分析
本小節介紹經由平板溶出試驗所得之溶出液，進行pH值測定、
溶氧量、導電度測定。
1. pH值測定：
依照環檢所NIEA W424.51A水中氫離子濃度指數測定方法-電極法 [56]。實驗程序如下：
(1) 校正pH測定儀，使用標準緩衝溶液pH=4及pH=7與pH儀反覆校 正，直到pH儀與標準緩衝溶液的 pH 值相差在 0.05 個單位以內。
(2)將待測水樣，取100mL至燒杯內，並持續繳約1分鐘。
(3)攪拌均勻後，靜置約15鐘，量測水樣pH值。
(4)重複量測數值，取平均值。
2. 導電度檢測：
依照環檢所NIEA W203.51B 水中導電度測定方法-導電度計法 [57]。實驗程序如下：
(1)導電度測定儀校正
(2) 將待測水樣，取 100mL 至燒杯內，並持續繳約 1 分鐘後量測數值。
3. 溶氧量檢測：
(1)導電度測定儀校正
(2) 將待測水樣，取100mL至燒杯內，並持續繳約1分鐘後量測數值。
3-2-2 重金屬分析
二種不同含量之焚化底渣瀝青混凝土試體經平板溶出試驗後其 溶出液，除上述生物毒性試驗及水質分析外，檢測其所含之重金屬濃 度也是本研究重點之ㄧ。本研究重金屬濃度檢測參考環檢所NIEA W306.52A[58]火焰式原子吸收光譜法。測試步驟(圖3-5)。
依照AA儀器型號的標準使用手冊，首先將燃料乙炔及助燃劑空 氣設定調整好所需條件，準備好待測之七種重金屬銅(Cu)、鉛(Pb)、
錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋅(Zn)等之中空陰極燈管，測試步 驟如下所述。
1.儀器所需試劑之備製。
2.準備本研究欲偵測之七種重金屬鉻銅(Cu)、鉛(Pb)、錳(Mn)、鉻(Cr)、
鎳(Ni)、鎘(Cd)、鋅(Zn)等之標準液。
3.使用此七種重金屬之標準溶液配製檢量線。
4.檢量線確認。
5.依儀器標準操作程序分別偵測待測水樣之七個重金屬濃度。
6.數據分析。
1、各金屬元素之標準溶液配置 2、溶出液上 AA 分析 圖3-5 本研究重金屬(AA)檢測流程圖
3-2-3 陰陽離子分析
兩種不同含量之焚化底渣瀝青混凝土試體經平板溶出試驗後其 溶出液，除上述生物毒性試驗、水質分析及重金屬濃度外，檢測溶出 液的陰陽離子也是本研究所要執行的項目。本研究陰陽離子濃度檢測 參考環檢所NIEA W415.52B [59]離子層析法，圖 3-6 為本研究所使用 之離子層析儀其測試步驟如下所敘。
1.儀器準備 2.減量線之配製 3.減量線確定無誤
4.依儀器標準法方檢測樣品 5.數據分析
圖3-6 本研究所用之離子層析儀
3-3 水蚤培養與生物毒性試驗
本節主要說明本研究在實驗室培養水蚤所需之的設備及耗材，及 如何馴養至毒性試驗所需之齡期，最後部分為參考國內環檢所規範，
進行水蚤48小時靜水急毒性試驗。本研究所採用的蚤種為本土大型蚤 (Daphnia similis)如圖3-7[29]所示，由元培科技大學環衛系吳南明教授 提供。
1、水蚤近照 2、水蚤身體構造
3、水蚤卵殼比較
圖3-7 本圖大型水蚤之放大照片與體型構造圖[29]
3-3-1 儀器設備與耗材 1.培養環境
培養空間約3~5 坪，溫度控制約在一般常溫 20 多0C，空氣乾淨 無粉塵。
2.水質
實驗中清洗容器、器具用水為去離子水，也就是依次經過過濾、
離子交換、蒸餾、再經超過濾(Milli-Qplus)處理。使用時需確定水質 之比電阻 18.2 Megaohm才可使用。配製藥品則使用5道RO逆滲透純 水機所製造的水。
3.滅菌斧
使 用 公 司 TOMIN ， 型 號 TM-329 ， 消 毒 溫 度 1210C 、 壓 力 1.2kg/cm2。配製完小球藻培養液後置於內進行滅菌 15 分鐘。
4.培養器皿
一般的玻璃燒杯。
5.花寶 2 號
一般園藝用之肥料。
4. 自製流體化床式培養管(圖 3-8)
自行裝置3 之長約 30cm，直徑約 6.5cm 之培養管，背面以 2 支 日光燈與培養管垂直照射，通入的氣體以玻璃纖維過濾球過濾。
圖3-8 本研究培養水蚤餌料(綠藻)之設備
3-3-2 水蚤培養與馴養 1. 稀釋水配製
本研究以環檢所[NIEA B901.12B]的水蚤需求配製中等適當硬度 之稀釋水。配置完成後曝氣約一晚，硬度約在80~100mg CaSO4/L。
(1) 水蚤自採集地區或飼養單位取回後，放入內盛稀釋水的燒杯裡繁 殖，一開始需控制每個燒杯裡水蚤的數量，避免太過擁擠或餌料的不 夠，而造成水蚤死亡或大量越冬卵的產生(約每公升空間維持 15~25 隻成蚤)。
(2) 繁殖的溫度約維持在一般室溫即可，溫度變化不可過於劇烈，本 實驗室在繁殖過程之光照時間是維持固定每天14小時，光照強度維持 在600~1000lux。以上條件若沒控制好，也會造成水蚤大量死亡或大 量越冬卵的產生。
(3) 固定時間更換固定比例的新稀釋水以維持空間內溶氧在 5mg/L 以 上，餌料的量需配合水蚤數量，燒杯內比導電度不宜變化太劇烈，因 為水蚤是濾食性動物，這些條件若沒控制好也會造成水蚤大量的亡。
2. 水蚤餌料之製備
(2) 小球藻培養液製備可由環檢所的配方配置 NIEA B901.12B[29]，
或是秤取花寶2 號肥料或同級品 1.0g，溶解於 1000ml 蒸餾水中，
放入滅菌斧裡以 1210C 下，加熱滅菌 15 分鐘，冷卻後保存 40C 備用。
(3) 小球藻培養(水蚤餌料之小球藻由元培科技大學環衛系吳南明教 授所提供)
3. 水蚤馴養與齡期篩選
在進行水蚤生物毒性試驗前，需自繁殖缸裡挑選水蚤做馴養，其 目的有兩點：1.為符合與毒性試驗相同之條件，2.為培養出 24 小時內 同齡期的水蚤。因為不相同齡期的水蚤對毒性容忍度會不盡相同，因 此，環檢所(NIEA B901.12B)及 U.S.EPA 2002 皆規定供試水蚤齡期須 在24 小時內。
3-3-3 水蚤靜水式急毒性試驗(48小時)
本研究參照環檢所NIEA B901.12B[29]進行 48 小時靜水急毒性試 驗。
1.毒性試驗（Definitive test）(圖 3-9)
(1) 毒性試驗亦分為對照與實驗兩組，實驗組係將原水樣或環境 藥以稀釋水稀釋為 5 個濃度。對照組則為 100％ 稀釋水。
(2) 為易於觀察水蚤活動，每個濃度使用 100mL 燒杯做測試容器，
每個燒杯內置20 隻水蚤，水樣體積為 50mL，對照組與實驗組 之6 個濃度。
(3) 測試期間為 48 小時，水溫應控制在 25±1℃，測試期間，水蚤不 須餵食，光照仍應維持每天16 小時。
(4) 水蚤放入後，每天觀察並記錄水蚤死亡數目，同時每日監測及記 錄水溫、溶氧、pH、導電度等水質資料。
2.品質管制
(1) 水蚤之品種必須在光學顯微鏡下經過鑑定或由已確定為本種之 飼養單位獲得，不可混合不同品種水蚤。
(2) 如果對照組死亡率超過 10％，則試驗結果不可採用，必須重做。
(3) 確定試驗水蚤之時齡不得超過24小時。
3.LC50計算
水蚤主要是靠第二觸角、胸部及後腹部在活動，當此器官或部位 無明顯活動，並經輕敲燒杯無反應時，即為死亡，因此在計算水蚤48 小時LC5方法有多種，目前常用計算方法共有4種：
(a)圖解法（Graphic method ） (b)機率單位法（Probit method）
(c)史丕曼－卡伯法（Spearman - karber method）
(d)史丕曼－卡伯修正法（Trimmed spearman - karber method）
上述四種方法之計算與測試水蚤死亡率有關，其方法取捨依之流 程作判斷。本研究採用U.S.EPA.計算 LC50值流程圖，採用史匹曼-卡 伯修正法(Tsk 統計軟體)計算 LC50值。