含重金屬粉塵固化再利用之研究

含重金屬粉塵固化再利用之研究

袁菁1 祈鴻楷2 謝文川3 邱玟韶4

摘要

本研究探討重金屬粉塵、水泥及螯合劑混合固化再利用之可行性。重金屬粉塵分別為 Z 廠的 焚化飛灰、G 廠的碳鋼爐集塵灰及 Y 廠的不銹鋼電爐集塵灰，實驗配比為焚化飛灰拌和水量以水 固比(W/S)為準，選定為 0.5，而水泥/焚化灰之比例為 1.2、1.8、2.4，爐石添加百分比為 0、40 ﹪。碳鋼爐集塵灰及不銹鋼電爐集塵灰拌和水量以水灰比(W/C)為準，選定為 0.5，而水泥/集塵 灰之比例為 1.2、1.8、2.4、3.2、4.0，不添加爐石；此外於水泥/集塵灰之比例為 1.2、1.8、2.4 中，選擇 JSP-201 乳膠完全取代純水拌和之。砂漿試體為 5×5×5cm，經一般程序養護、紫外線老 化及硫酸鹽溶液浸泡後，分別進行單軸抗壓試驗及 TCLP 試驗。結果顯示，焚化飛灰吸水力極強， 需添加爐石改善，同時添加爐石對其固化體之強度與抗老化有正面之影響。碳鋼爐及不銹鋼電爐 集塵灰具有斥水性，其混合漿體有長時間良好之工作性且具良好之強度。添加螯合劑對於碳鋼爐 集塵灰試體的強度有明顯的幫助，對不銹鋼電爐集塵灰試體則無，但對抗紫外線老化的能力則有 正面幫助。焚化飛灰、碳鋼爐集塵灰及不銹鋼電爐集塵灰，三種重金屬粉塵的試體抗酸鹼能力俱 佳。在 TCLP 試驗中，不銹鋼電爐集塵灰總鉻溶出量及碳鋼爐集塵灰六價鉻在調升水泥配置量（2.4 倍以上）或加入螯合劑後同樣符合規範要求。

一、 前言

台灣地區近年垃圾量逐年增加，既有之垃 圾掩埋場多已趨飽和不敷使用，政府當局乃計 畫於全國各地廣設焚化廠，以有效減量處理垃 圾。然焚化產生之灰渣仍須進行最終處置，而 預計至民國92年底全國灰渣每日產量將高達約 4,000公噸，未來焚化灰渣之處理處置勢將發生 困難。廢棄物資源化再製建材為目前處理廢棄 物的必然趨勢，以及行政院環保署檢驗所定訂 的廢棄物檢測方法，都充分顯示出一般事業廢 棄污泥再利用可免除二次公害的產生，並利用 再生產品增加廠商營利而降低一般廢棄污泥處 1 高雄大學土木與環境工程系副教授 2 中央大學土木系碩士 3 新利鼎生技實業有限公司處長 4 義守大學土木工程系學生 理費用，一舉多得，是一項符合資源循環之環 保課題。本研究之目在於重金屬污泥灰固化通 過 TCLP 檢測，製成建築材料。對一般事業污 泥灰除了有減量之功用外，更可使一般事業污 泥灰能夠充份再利用，不需為尋找掩埋場或推 置場而煩惱，進而降低廠商之成本。在國內外 亦有許多相關的研究文獻，如王、林等君（2000） 對都市焚化飛灰進行熔融試驗，發現試驗後的 熔渣具有卜作嵐反應特性。曾、潘等君（1999） 將下水污泥灰渣取代沙漿水泥，在取代量 10﹪ 以 下 時 其 性 能 與 飛 灰 相 近 。 Bhatty and Reid(1989a，1989b)研究污泥灰燼當細骨材使用 於水泥砂漿中，指出污泥對水泥砂漿強度呈現 負面的影響。Kikuchi(1998)針對下水道污泥及 焚化灰其焚化溫度高於矽化物將產生玻璃化， 可轉化成爐石(slag)。由此可知，在環保意識高 漲及資源有限的情況之下，重金屬污泥灰高 經 濟 價 值 資源化再利用是非常值得推廣的。

二、 實驗材料與方法

2-1 實驗材料 1.重金屬集塵灰：分別為 Z 廠的焚化飛灰，G 廠的碳鋼爐集塵灰及 Y 廠的不銹鋼電爐集塵 灰。 2.高分子聚合物型螯合劑 JSP：為國內某公司所 生產的高分子有機樹脂型螯合劑，比重稍大 於 1.0，不具毒性，為一不可燃液體螯合劑。 2-2 實驗方法 1.實驗配比： 本實驗主要針對三種不同來源的重金屬集 塵灰，先進行試拌，以不同的比例取代水泥， 視漿體流動性的良窳與凝結時間的長短與否， 之後再決定最後的實驗配比。 2.試體製作與養護： A. 試體尺寸：水泥漿體為 5cm×5cm×5cm 固化 磚體為 23cm×11cm×6cm。 B. 養護方式：試體於灌製後一至二天內拆模， 拆模後的試體立刻放入恆溫恆濕養治室中 繼續養治。 3.實驗項目： A. 單軸抗壓實驗：依據 ASTM C109 規範，在 硬固漿體的齡期為 7 天、28 天、90 天與 180 天時，以萬能試驗機進行抗壓強度測試。 B. 水泥磚塊實驗：依據 CNS 1127 建築用普通 磚檢驗法，對齡期為 7 天的磚塊試體，進行 吸水率及抗壓強度試驗。 C. 耐久性試驗：將試體於恆溫恆濕養治室中 28 天後置於不同環境條件下進行紫外線試驗及 耐酸鹼試驗。 D. 毒性物溶出試驗（TCLP）

三、 實驗結果與討論

3-1 固化漿體的新拌性質 1. Z廠焚化飛灰 若拌和用水量以水灰比(W/C)為準，同時亦 不添加爐石取代水泥，則漿料由於焚化飛灰吸 水率高，使漿體難以攪拌。因此決定以水固比 (W/S)，經選定為0.5，而水泥／焚化飛灰的比例 不變，則漿體即可順利攪拌，但從拌和完畢至 漿體凝結的時間甚短。故另行選擇以爐石部分 取代水泥，以延長漿體凝結時間，取代比例為 40%，當（水泥＋爐石）／焚化飛灰的比例在 1.2至2.4之範圍內，含爐石漿體的凝結時間可延 長至20~25分鐘。由於焚化飛灰組的凝結時間快 速，所以不考慮使用JSP螯合劑取代純水進行固 化。 2. G廠碳鋼爐集塵灰 若採用「Z廠焚化飛灰」組的配比方式拌和 碳鋼廠集塵灰的漿體，則由於集塵灰金屬含量 高且斥水性強，拌合完成的漿體凝結時間均超 過72小時，其中當水泥／集塵灰的比例為1.2與 1.8時，凝結時間超過96小時。因此，將拌和用 水量以水灰比(W/C)為準，即拌合用水量對水泥 用量之重量比，選定為0.5，而水泥／碳鋼廠集 塵灰的比例分別為1.2、1.8、2.4、3.2、4.0。由 於煉鋼廠集塵灰拌合的漿料工作性良好，故不 再考慮以爐石取代水泥，而漿體的凝結時間可 縮短至48小時以內。此外，考慮煉鋼廠集塵灰 的重金屬含量甚高，為強化固化處理的效果， 選用JSP螯合劑完全取代純水拌製漿體，試拌結 果其新拌漿料與使用純水類似。因此最後的拌 和用水量以水灰比(W/C)為準，選定為0.5，而 水泥／集塵灰的比例分別是1.2、1.8、2.4、3.2、 4.0，不以爐石取代水泥；而對水泥／集塵灰的 比例為1.2、1.8、2.4等配比組合，選擇採用JSP 螯合劑完全取代純水拌和之，同時不添加爐 石，至於JSP螯合劑的用量定為與拌和用水量的 決定方式相同。 3. Y廠不銹鋼電爐集塵灰 若以「G廠碳鋼爐集塵灰」組決定的配比方 式拌和添加Y廠不銹鋼電爐集塵灰的漿體，而且 不添加爐石，則漿體的凝結時間可控制在24小 時以內，若水泥／集塵灰的比例分別是2.4、3.2 與4.0時，漿體的凝結時間不到12小時。至於以 JSP螯合劑完全取代純水拌製漿體，其結果亦

同。所以不銹鋼廠集塵灰組的實驗配比的選擇 與碳鋼廠集塵灰組一致。 3-2 固化體的硬固性質 硬固性質試驗主要為單軸抗壓強度試驗， 並分為在恆溫恆濕養治室中正常濕養治、高溫 環境下受紫外線照射及浸泡於濃度 4.2%硫酸鹽 溶液等條件分別進行測試。至於成品的製作及 測試，則依據 CNS 1127 建築用普通磚試驗對齡 期為 7 天的磚塊試體，進行吸水率及抗壓強度 試驗。 3-2-1 單軸抗壓強度試驗 1.Z 廠焚化飛灰 （1）正常濕養治 「Z廠焚化飛灰」組的硬固試體抗壓強度 測試結果如圖1、圖2所示。由圖中可見當水泥 ／焚化飛灰的比例(C/Z)小於3.2的情況下，28 天 時 抗 壓 強 度 值均 未達 到 210 kg/cm2 （ 3000 psi），而且水泥使用量愈低，抗壓強度愈低。 所 以由圖 1可知，由於焚化飛灰的吸水率高 （7.43%），在漿體拌和期間可吸收較多的拌和 水，影響水泥的水化並且使漿體不易攪拌，造 成固化體中水泥與集塵灰顆粒的分布不易趨於 均勻，因此不利於漿體在硬固後的強度發展， 圖1 正常濕養治下，不含爐石的Z廠試體抗壓強 度發展狀況 故需尋求其他添加劑，以改善其工作性及硬固 後之強度。焚化飛灰硬固試體之抗壓強度在添 加爐石的情形下（40%），出現明顯的改善效果， 而使用爐石已知會對焚化飛灰具有改善工作性 的效益，因此，對於焚化飛灰的固化建議使用 40%的爐石粉，同時亦兼具降低固化成本的效 益。至於添加爐石者的固化組，其抗壓強度成 長情形如圖 2 所示 圖 2 正常濕養治下，Z 廠試體添加爐石對抗壓 強度發展之影響與比較 （2）於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中（60 天） 圖 3 與圖 4 顯示，「Z 廠焚化飛灰」組的硬 固試體不論有無添加爐石在紫外線老化箱中的 強度皆有所損失，這是因為試體在紫外線老化 箱中，由於溫度控制在 60℃，固化試體於水分 蒸發後，水泥的水化反應停止，阻礙了強度發 展。其中，添加爐石者強度下降幅度小於不含 爐石者。經浸泡硫酸鎂溶液的環境下，試體抗 壓強度全部出現增加情形，因為 Z 廠硬固試體 內的孔隙較多，所以當硫酸鹽侵蝕反應發生 時，Z 廠硬固試體內有多餘的空間提供侵蝕反 應所產生的產物生長，因此，硫酸鹽侵蝕反應 增加。此外，未添加爐石者的增加幅度隨著水 圖 3 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，未添加 爐石的 Z 廠試體抗壓強度變化情形 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1.2 1.8 2.4 3.2 4 C/Z 抗 壓 強 度 ( k g / c m 2 ) 7天 28天 90天 0 50 100 150 200 250 300 1.2 1.8 2.4 C/Z 抗 壓 強 度 (k g/c m 2 ) No Slag 7天 Slag=40% 7天 No Slag 28天 Slag=40% 28天 No Slag 90天 Slag=40% 90天 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 1.2 1.8 2.4 C/Z 強 度 損 失 (% ) 於紫外線老化箱 於硫酸鎂溶液(4.2%)

泥／焚化飛灰的比例上升而降低，但添加爐石 40%者則反之。綜合而言，Z 廠焚化飛灰固化試 體抵抗硫酸鹽侵蝕的能力甚佳，製成鋪面磚或 駁崁磚後不致受到酸性環境侵蝕的影響。 圖 4 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，添加 爐 石的 Z 廠試體抗壓強度變化情形 （3）固化配方選擇 Z 廠焚化飛灰由於吸水性強，影響新拌時 之工作性及硬固後之強度發展，故固化時水泥 使用量不宜過低；而爐石粉的使用對於 Z 廠飛 灰之固化，可同時發揮改善工作性及提高固化 體強度的效果，因此應視為必要之固化添加 劑。建議用量為焚化飛灰 1.8 倍以上之水泥， 並以爐石粉取代 40%的水泥，使新拌漿料可維 持足夠的工作時間以完成灌模，同時硬固後 28 天強度可達 210 kg/cm2 以上，並具良好之耐久 性。 2.G 廠集塵灰 （1）正常濕養治 圖 5 與圖 6 顯示，「G 廠集塵灰」組的硬固 試體至 7 天時，除了以 JSP 螯合劑完全取代純 水拌製，且水泥／集塵灰的比例為 1.2 者的抗 壓強度未達 210 kg/cm2 （3000 psi）外，其餘 皆大幅超過 210 kg/cm2 （3000 psi）；到了 28 天後，則所有強度皆遠超過 210 kg/cm2 （3000 psi）。由圖 5 與圖 6 亦可比較出，在水泥／集 塵灰的比例小於或等於 2.4 時，以 JSP 螯合劑 拌製者的早期抗壓強度皆小於以純水拌製者， 但隨著硬固試體的齡期增長，則以 JSP 螯合劑 拌製者之強度會優於純水拌製者，所以 JSP 螯 合劑完全取代純水拌製對硬固試體的晚期強度 會有相當程度的改善。此外，以純水拌製者的 早期抗壓強度，並不會因為水泥用量的增加而 有顯著的改善效果，這是因為 G 廠集塵灰本身 有斥水的性質，在 G 廠集塵灰含量固定下，水 泥量增加，水泥水化反應所需的水量亦隨之增 加，此時 G 廠集塵灰的斥水反應對水泥含量較 高者的水化反應有不利的影響，所以水泥含量 較高者的早期強度低於水泥含量較低者。圖 6 所示添加 JSP 螯合劑的試體強度成長情形相當 穩定，可見使用 JSP 螯合劑可使試體的拌合更 趨於均勻，因此除了對固化強度有幫助以外， 對於灰燼顆粒所含重金屬產生的包裹效果也較 為良好，因此在固化成本的考量下，可適度使 用螯合劑。 圖 5 正常濕養治下，以純水拌製的 G 廠試體抗 壓強度發展狀況 圖 6 正常濕養治下，以 JSP 螯合劑乳膠拌製的 G 廠試體抗壓強度發展狀況 （2）於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中(60 天) 圖 7 與圖 8 顯示，「G 廠集塵灰」組的硬固 試體不論是以純水或 JSP 螯合劑拌製者，在紫 外線老化箱中的強度皆有所損失，這是因為試 體在紫外線老化箱中，水泥的水化反應停止， 阻礙了強度發展，其中以水泥含量高者受到影 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 1.2 1.8 2.4 C/Z 強 度損 失( % ) 紫外線老化箱 硫酸鎂溶液(4.2%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.2 1.8 2.4 3.2 4 C/G 抗 壓強 度 (k g /c m2 ) _7天 28天 90天 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1.2 1.8 2.4 C/G 抗 壓 強 度 ( k g /c m 2 ) 7天 28天 90天

響較大，應與高水泥用量試體持續進行水化所 需水量不足有關。此外，由於 JSP 具有延緩水 泥水化反應的趨勢，故以 JSP 螯合劑拌製者的 強度下降幅度略大於以純水拌製者，但強度損 失維持在 15%以下。由於 G 廠集塵灰固化試體 成熟後(28 天)之抗壓強度皆在 500 kg/cm2 以 上，故經 60 天持續高溫及紫外線直接照射所產 生的強度損失仍屬有限，對於固化磚的功能不 致產生影響。在硫酸鎂溶液的環境下，抗壓強 度幾乎全部增加，這是因為硬固試體本身強度 高、緻密性大，所以硫酸鹽的侵蝕反應不會對 硬固試體產生作用，其中，以 JSP 螯合劑拌製 者的抗壓強度的增加幅度超過以純水拌製者。 圖 7 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，以純水 拌製的 G 廠試體抗壓強度增減狀況 圖 8 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，以 JSP 螯合劑拌製的 G 廠試體抗壓強度增減狀況 （3）固化配方選擇 G 廠集塵灰具斥水性，新拌漿料工作性良 好，故固化配方選擇主要以硬固強度及重金屬 溶出量為考量。由於 G 廠集塵灰重金屬含量 高，故固化時水泥用量須足夠，而螯合劑之使 用對於抑制重金屬的溶出有顯著效果，可在成 本考量下適度使用。如不使用螯合劑，G 廠集 塵灰固化之建議配方為 2.4 倍以上之水泥；如 使用 50%以上的螯合劑，則水泥用量可降至 1.8 倍。如此 28 天強度可達 420 kg/cm2 以上，並 具良好之耐久性。 3.Y 廠集塵灰 （1）正常濕養治 由圖 9 與圖 10 顯示，「Y 廠集塵灰」組硬 固試體至 7 天時，除了水泥／集塵灰的比例為 1.2 並 以 純 水 拌 製 者 的 抗 壓 強 度 未 達 210 kg/cm2 （3000 psi）外，其餘幾乎大幅超過 210 kg/cm2 （3000 psi），到了 28 天後，則所有強 度皆遠超過 210 kg/cm2 ，而達到 350 kg/cm2 以 上。此外，由圖 9 與圖 10 亦可比較出，在水泥 ／集塵灰的比例小於或等於 2.4 時，純水拌製 者的早期抗壓強度皆小於以 JSP 螯合劑拌製 者；同時，以 JSP 螯合劑拌製者之強度隨水泥 ／集塵灰比率的變化較小，所以如果以 JSP 螯 圖 9 正常濕養治下，以純水拌製的 Y 廠試體抗 壓強度發展狀況 圖 10 正常濕養治下，以 JSP 螯合劑拌製的 Y 廠 試體抗壓強度發展狀況 -20 -15 -10 -5 0 5 1.2 1.8 2.4 3.2 4C/G 強 度 損 失 ( %) 紫外線老化箱 硫酸鎂溶液(4.2%) -20 -15 -10 -5 0 5 10 1.2 1.8 2.4 C/G 強 度 損 失 (% ) 紫外線老化箱 硫酸鎂溶液(4.2%) 0 100 200 300 400 500 600 700 1.2 1.8 2.4 3.2 4 C/Y 抗壓 強度( k g / c m 2 ) 7天 28天 90天 0 100 200 300 400 500 600 1.2 1.8 2.4 C/Y 抗壓 強度 (kg/ cm 2 ) 7天 28天 90天

合劑完全取代純水拌製，對硬固試體之強度確 實具有穩定效果，顯示出螯合劑的功能。此外， 以純水拌製者的早期抗壓強度，並不會因為水 泥用量的增加而有顯著的改善效果，這是因為 Y 廠集塵灰本身有斥水的性質，在 Y 廠集塵灰 含量固定下，水泥量增加，水泥水化反應所需 的水量亦隨之增加，此時 Y 廠集塵灰的斥水反 應對水泥含量較高者的水化反應有不利的影 響，所以水泥含量較高者的早期強度會低於水 泥含量較低者，這一點與 G 廠集塵灰的表現一 致。 （2）於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中(60 天) 圖 11 與圖 12 顯示，「Y 廠集塵灰」組的硬 固試體不論是以純水或 JSP 螯合劑拌製者，在 紫外線老化箱中的強度皆有所損失，這是因為 試體在紫外線老化箱中，水泥的水化反應停止 圖 11 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，以純 水拌製的 Y 廠試體抗壓強度增減狀況 圖 12 於紫外線老化箱及硫酸鎂溶液中，以 JSP 螯合劑拌製的 Y 廠試體抗壓強度增減狀況 ，阻礙了強度發展，其中以 JSP 螯合劑拌製者 的下降幅度低於純水拌製者，可見對 Y 廠集塵 灰而言，使用 JSP 螯合劑的效益更擴充到抵抗 高溫及紫外線照射的能力。在硫酸鎂溶液的環 境下，固化試體的抗壓強度幾乎全部增加，這 是因為硬固試體本身強度高、緻密性大，所以 硫酸鹽的侵蝕反應不會對硬固試體產生作用， 其中，以 JSP 螯合劑拌製的固化體抗壓強度的 增加幅度超過以純水拌製者。 （3）固化配方選擇 Y 廠集塵灰亦具斥水性，新拌漿料工作性 良好，固化配方之選擇仍以硬固強度及重金屬 溶出量為主要考量。同樣，Y 廠集塵灰重金屬 含量甚高，故固化時水泥用量須足夠，而螯合 劑之使用對於抑制重金屬的溶出有顯著效果， 可在成本考量下適度使用。如不使用螯合劑，Y 廠集塵灰固化之建議配方為 2.4 倍以上之水 泥；如使用 50%以上的螯合劑，則水泥用量可 降至 1.8 倍。如此 28 天強度可達 350 kg/cm2 以 上，同時具有良好耐久性。 3-2-2 固化磚製作 選定各廠集塵灰之適當配比進行固化磚的 製作。由於一般鋪面磚或駁崁磚的規格尺寸不 一，故採用中國國家標準建築用普通磚之規格 (CNS 382)為準，即長 23 cm、寬 11 cm、高 6 cm， 試行製作含重金屬粉塵固化磚。將 Z 廠、G 廠 及 Y 廠選定之配比依建築磚規格製作試體，Z 廠採用配比為 Z40C4（Z 廠灰渣以 4 倍水泥混合 並添加 4 份爐石）、W/S=0.5，G 廠配比為 G40C0 （G 廠灰渣以 4 倍水泥混合，不添加爐石）、 W/C=0.5，而 Y 廠配比則選定為 Y40C0（Y 廠灰 渣以 4 倍水泥混合不添加爐石）、W/C=0.5。各 廠固化磚之外觀顏色仍受各廠粉塵顏色之影響 分別呈現外觀顏色上之差異，如以 Z 廠拌製者 呈現灰色，G 廠拌製者則呈現咖啡色，而 Y 廠 拌製者則呈現紅棕色。各廠集塵灰所拌製成的 磚試體，在養治七天後，於吸水率和抗壓強度 方面均符合建築用普通磚 CNS 382 所需之規 定，試驗結果如表 3 所示，由表中可見所選三 廠之配比於七天時之強度皆可符合建築用一等 磚的強度及吸水率標準。此外，如計算固化磚 之比重，則表中亦可見其比重在 1.68 至 1.79 之間，較常用之建築用紅磚之比重(約 1.3 至 1.5 間)明顯為高。如以此固化磚製作為駁崁磚 時，則重金屬粉塵固化磚具有較大之自重，做 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 1.2 1.8 2.4 3.2 4C/Y 強 度損 失(% ) 紫外線老化箱 硫酸鎂溶液(4.2%) -20 -10 0 10 20 30 40 50 1.2 1.8 2.4 C/Y 強 度損 失( % ) 紫外線老化箱 硫酸鎂溶液(4.2%)

為駁崁磚使用所產生之護坡及穩定功能較佳。 表 3 各廠固化磚試體的基本性質 Z 廠 G 廠 Y 廠 吸水率 ﹪ 11.14 13.48 14.86 抗壓強度 164.3 266.6 172.4 比重 1.79 1.68 1.74 3-2-3 TCLP 試驗 茲將 G、Y、Z 廠重金屬灰與水、水泥進行 不同比例配製於置放 28~90 天後，進行 TCLP 檢 測，若各重金屬濃度未超過法規標準，則再製 磚塊將可進行再利用，若超過之，則將視為有 害廢棄物，需依法進行後續處理。另將符合標 準之試樣分別置於老化箱 90 天及浸泡於硫酸 鎂溶液 60 天，測試外在環境因素改變對於重金 屬溶出特性之影響。 1.G廠重金屬灰再製植草磚TCLP檢測結果： (1)試樣強度及高分子強化劑添加實驗 A. 水灰比之影響：當G廠灰渣以1.2倍及 1.8倍水泥固化28天後，其六價鉻或總 鉻超過TCLP標準，其他金屬則符合規 定，然當水泥量增至2.4~4.0倍時，六 價鉻或總鉻亦已符合規定，顯示增加 水泥量可使重金屬溶出量減少。置放 天數增加對於重金屬溶出量影響不 大，均遠低於溶出標準。 B. 添加高分子強化劑之影響：當G廠灰渣 以1.2倍水泥固化之樣品添加高分子 強化劑後，其六價鉻溶出量呈現下降 之趨勢，然仍超出法規標準，而當將G 廠灰渣以1.8倍水泥固化之樣品添加 高分子強化劑後，六價鉻及總鉻超出 標準之現象完全獲得改善，顯示JSP 之添加的確有助降低重金屬之溶出。 (2)試樣老化及浸泡硫酸鎂試驗 將前項實驗中符合溶出標準之G18C J（G 廠灰渣以1.8倍水泥混合並添加JSP）及G40C0 （G廠灰渣以4倍水泥混合不添加爐石）試樣 於配置完後分別置於老化箱90天及浸泡於硫 酸鎂溶液60天，實驗結果顯示老化試驗對於 六價鉻、總鉻及總鉛金屬之溶出量造成增加 之現象，其他金屬則影響較少，浸泡硫酸鎂 則對該七種金屬之溶出量改變不大，然均遠 低於溶出標準，顯示外在惡劣之環境對於各 金屬溶出特性影響不大。 2.Y廠重金屬灰再製植草磚TCLP檢測結果 (1)試樣強度及高分子強化劑添加實驗 A. 水灰比之影響：Y廠之試樣與G廠之試 驗結果相似，當Y廠灰渣以1.2倍及1.8 倍水泥固化28天後，其總鉻超過TCLP 標準，其他金屬則符合規定，由於其 六價鉻遠低於溶出標準，顯示三價鉻 溶出量過多為造成總鉻超出標準之主 因，同樣當水泥量增至2.4~4.0倍時， 總鉻已符合規定，置放天數增加對於 重金屬溶出量影響不大，均遠低於溶 出標準。 B. 添加高分子強化劑之影響：其結果與G 廠試樣一致，對於Y12C0（Y廠灰渣以 1.2倍水泥混合不添加爐石）試樣添加 高分子強化劑後，並未改善總鉻溶出 量超過標準之情形，然當將Y18C0（Y 廠灰渣以1.8倍水泥混合不添加爐石） 試樣添加高分子強化劑後，總鉻溶出 量已低於法規標準。 (2)試樣老化及浸泡硫酸鎂試驗 將前項實驗中符合溶出標準之Y18CJ（Y 廠灰渣以1.8倍水泥混合並添加JSP）、Y24C0 （Y廠灰渣以2.4倍水泥混合不添加爐石）及 Y40C0（Y廠灰渣以4倍水泥混合不添加爐石） 試樣進行於老化試驗及浸泡硫酸鎂試驗，結 果顯示Y18CJ試樣經老化試驗後之六價鉻及 總鉻均超過溶出試驗，浸泡硫酸鎂後則符合

法規標準，至於其他試樣之測試結果均遠低 於溶出標準，然老化實驗對於六價鉻、總鉻 及總鉛金屬之溶出量造成增加之現象，浸泡 硫酸鎂溶液對測試金屬溶出量影響甚微。 3.Z廠重金屬灰再製植草磚TCLP檢測結果 (1)試樣強度及高分子強化劑添加實驗 A.水灰比之影響：Z廠之試樣與1.2~4.0倍水 泥固化28~90天後，所有測試金屬均符合 溶出標準，且置放天數增加對於重金屬溶 出量影響不大。由於Z廠試樣均已符合溶 出標準，故未再進行添加高分子強化劑之 實驗。 (2)試樣老化及浸泡硫酸鎂試驗 將前項實驗中符合溶出標準之 Z12CJ（Z 廠 灰渣以 1.2 倍水泥混合並添加 JSP）及 Z24C0 （Z 廠灰渣以 2.4 倍水泥混合並添加 JSP）試樣 進行老化試驗及浸泡硫酸鎂試驗，老化實驗對 於六價鉻之溶出量造成增加之現象，浸泡硫酸 鎂溶液對測試金屬溶出量影響甚微。所有測試 均遠低於溶出標準。

四、 結論

1. 焚化灰燼因含石灰量高，吸收水分能力極 強，因此影響拌合之工作性，且使固化體中 水泥水化所需之水分供應不足，致使固化體 強度偏低。而添加爐石參與反應對固化體之 強度具有明顯改善效果，同時對抗紫外線老 化亦有正面幫助。 2. 不銹鋼及碳鋼廠集塵灰由於具有斥水特性， 固化處理時凝結時間較長，故可長時間維持 良好的工作性。此一特性可使固化劑與集塵 灰混合後有充分的時間灌注模具，且有利於 固化體的均勻性。 3. 使用純水泥對 G 廠集塵灰進行固化所產生的 固化體，已具有良好的抗壓強度，可考慮降 低固化體中水泥之用量，期使廢棄物減容的 效果趨於顯著。而添加高分子聚合物螯合劑 （JSP）之後，對於固化體的強度成長會有明 顯的幫助，但對抗紫外線老化則沒有太大影 響。 4. 使用純水泥對 Y 廠集塵灰進行固化所產生的 固化體，亦具有良好的抗壓強度，故亦可考 慮降低固化體中水泥之用量。添加高分子聚 合物螯合劑對 G 廠固化試體強度幫助較大， 而對 Y 廠幫助較小，但對 Y 廠固化體抵抗紫 外線老化的能力則有較大幫助。 5. 焚化飛灰、碳鋼爐與不銹鋼電爐集塵灰試體 抵抗硫酸鹽侵蝕之能力甚佳，而且在硫酸鎂 溶液中，固化體抗壓強度均較正常濕養治情 況為佳。 6. 在 TCLP 試驗方面，不銹鋼電爐集塵灰總鉻及 碳鋼爐集塵灰六價鉻的溶出量均超過溶出標 準，然亦經調昇水泥配置量(2.4 倍以上)或 增加高分子添加劑均已改善至符合溶出標 準。

五、參考文獻

1.王鯤生、林凱隆、黃尊謙、李宗彥，「都市焚 化飛灰熔渣粉體在水泥中之反應性研究」，第 十五屆廢棄物處理技術研討會 P1-18-P1-24 （2000）。 2.曾迪華、潘時正、李釗，「下水污泥灰渣特性 及應用於水泥沙漿之初步研究」，第九屆下水 道研討會 P239-P253（1999）。

3.Bhatty, J. I., and Reid, K. J. “Moderate strength concrete from lightweight sludge ash aggregates.”Int. J. Cem. Compos. Lightweight Concr., 11(3), 179-187 (1989a).

4.Bhatty, J. I., and Reid, K. J. “Compressive strength of municipal sludge ash mortars. “ACI Mater. J., 86(4), 394-400 (1989b).

5.Kikuchi, R., “Vitrification process for treatment of sewage sludge and incineration ash “, Journal of the Air

&Waste Management Association, p. 1112-1115 (1998).

六、誌謝

本研究承蒙新利鼎生技實業公司提供金費而得 以順利完成，以表謝意