焚化底渣組成差異對道路基底材料力學特性 之影響研究
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(2) 謝誌 在高大的求學過程中，充滿許多的回憶，不管是歡笑還是淚水， 將隨著口試的結束，而告一段落，但是回憶不會隨著畢業而結束，我 會持續抱持著感恩的心，邁向人生的各個旅程。 承蒙恩師 林秋良博士及翁孟嘉博士的諄諄教誨，讓我對事物的 處理及態度有別以往，能更深入的了解與探討問題的核心，讓我的論 文能夠完成，同時也要感謝 口試委員 劉禎淑博士及吳明淏博士對我 論文的建議，讓整個論文的架構趨於完整。 在高大校園各個角落的點點滴滴，都讓我的研究所生活增添許多 色彩，對此我也有許多要感謝的人、事、物，首先我要感謝童老師對 我的慷慨，雖然我總是弄亂土壤及材料力學實驗室，但老師還是讓我 的研究能順利完成。再來我要感謝土環系籃的歐肥、咪摸、小光等學 弟，沒有你們晚上的時光有時候真的蠻無聊的，但我也要抱怨綠色籃 球場真的很糟糕。最後我要感謝曾經協助我進行實驗的小豬、范范、 阿平等人，少了你們我的研究就無法順利進行，也無法撰寫這篇文 章。 學業的完成，最重要的還是家人的支持，否則真的沒辦法無後顧 之憂的完成學業，因此我要將這篇論文獻給最支持我的家人，同時對 所有曾經幫助過我的人們獻上最誠摯的感謝與祝福。. II.
(3) 焚化底渣組成差異對道路基底材料力學特性 之影響研究 指導教授：林秋良 博士 學生：張智閎 國立高雄大學土木與環境工程研究所所 摘要. 根據環保署的統計資料得知，台灣近幾年來將大量的焚化底渣運用到道路相 關工程之中，藉以取代掩埋做為最終處理方式，但焚化底渣是一種非常不均質的 再生材料，所反應的工程性質也可能會有所差異。面對焚化底渣使用越趨頻繁的 現狀，同時也為了確保工程施作之品質，探討其組成差異對相關工程性質之影響 便有其必要性存在。 本研究蒐集相關焚化底渣再利用及研究相關資料，針對一般工程應用上較少 考量的化學性質部分，也就是焚化底渣的主要組成 SiO2、CaO、Fe2O3 及 Al2O3 的組成比例進行實驗設計，並以直接剪力試驗探討化學組成對於相關工程性質的 影響。最後以統計的概念，透過多變量迴歸分析對直接剪力的實驗結果進行討論， 並提出再利用上的相關經驗方程式及建議。 研究發現未焚化一般事業廢棄物的焚化底渣，通常是以 SiO2 為主要組成物 質，在乾燥條件下的摩擦角介於 48.04°-52.66°之間，依據多變量分析的結果顯示， 乾燥條件下摩擦角的改變主要受 Fe2O3 及 Al2O3 的影響；在濕潤條件下的摩擦角 介於 44.16°-54.62°之間，多變量分析結果顯示，濕潤條件下摩擦角的改變主要受 CaO 及 Al2O3 的影響。若有處理部分一般事業廢棄物的焚化底渣，Fe2O3 及 Al2O3 常會較高，在乾燥情況下的摩擦角，大致介於 44.60°-52.52°，多變量分析結果與 III.
(4) 未焚燒事業廢棄物之底渣相同，受 Fe2O3 及 Al2O3 的影響較多。因此建議在焚化 底渣的使用上，能針對影響較大的化學組成進行控制，藉此可以獲得較佳的工程 特性，也能確保相關工程之品質。 關鍵字：焚化底渣、化學組成、摩擦角、多變量迴歸分析. IV.
(5) The effect of bottom ash composition on the mechanical properties of road basis material Advisor: Dr. Lin, Chiou-Liang Student: Chang, Chih Hung Department of Civil and Environmental Engineering National University of Kaohsiung ABSTRACT According to the statistical information of Taiwan’s EPA, in recent years, a large number of bottom ashes are used for the road construction in place of burying it as the final process. As the bottom ashes are used more and more frequently, the effect of different constituents of bottom ash for related engineering plays an important role to make sure the quality of operation. For geotechnical engineering, it is seldom to consider the chemical composition. Therefore, this study focuses on the effect of proportion of the principal constituents in (SiO2, CaO, Fe2O3, and Al2O3) bottom ash on the direct shear test. Additionally, the multi-variable regression analysis is employed analyze the consequence of the direct shear result and to propose an experiences formula. This study discovered that the bottom ash from untreated general industrial waste of incinerator usually takes SiO2 as the main component. In dry condition, the friction angle is between 48.04° and 52.66°. Based on the result of the multi-variable regression analysis, the friction angle is mainly affected by the Fe2O3 and Al2O3 in dry condition. On the other hand, in the wet condition, the friction angle is between V.
(6) 44.16° and 54.62°, and the friction angle is mainly affected by the CaO and Al2O3. However, when the bottom ash is collected from treating general industrial waste of incinerator, that usually has highly contents of Fe2O3 and Al2O3. In t he dry condition, the friction angle is almost between 44.60° and 52.52°. It the same consequent of the multi-variable regression analysis as non-general industrial waste incineration plant that has deeply affected by Fe2O3 and Al2O3. Therefore, we recommend to control influential chemistry constituents of bottom ash, in order to acquire better engineering property, and to make sure the quality of engineering property. Keywords: Bottom Ash, Chemical Composition, Friction Angle, Multi-Variable Regression Analysis. VI.
(7) 目錄 第一章 前言 ..............................................................................................1 1.1 研究動機 .............................................................................................1 1.2 研究目的 .............................................................................................2 1.3 研究方法 .............................................................................................3 第二章 文獻回顧 ......................................................................................4 2.1 焚化系統的介紹 .................................................................................4 2.2 焚化灰渣的基本分類 .........................................................................5 2.3 焚化底渣的材料性質 ..........................................................................6 2.3.1 焚化底渣的基本物理性質 ...........................................................6 2.3.2 焚化底渣的基本化學性質 ...........................................................7 2.4 焚化底渣於國內外之相關應用 ..........................................................8 2.4.1 焚化底渣在美國之應用情形 .......................................................8 2.4.2 焚化底渣在日本之應用情形 .......................................................8 2.4.3 焚化底渣在歐洲國家之應用情況 ...............................................9 2.4.4 焚化底渣在台灣之應用情形 .....................................................10 2.5 焚化底渣對環境之影響與探討 ........................................................12 2.5.1 焚化底渣中重金屬之遷移方式 .................................................14 2.5.2 焚化底渣之溶出相關研究 .........................................................15 2.5.3 焚化底渣管理方式 .....................................................................16 VII.
(8) 2.6 焚化底渣再利用之相關研究 ...........................................................18 2.6.1 低技術層之應用 .........................................................................18 2.6.2 中技術層之應用 .........................................................................19 2.6.3 高技術層之應用 .........................................................................19 2.7 焚化底渣應用於回填工程之相關規範 ...........................................20 2.7.1 道路回填及相關大地工程之常用檢測 .....................................22 2.7.1.1 摩擦角之基本定義 ..............................................................24 2.7.1.2 摩擦角於大地工程之應用 ..................................................24 2.7.1.3 焚化底渣摩擦角之剪力相關研究 ......................................24 2.7.1.4 焚化底渣摩擦角之預測 ......................................................24 2.8 文獻總結 ............................................................................................27 第三章 實驗方法與規劃 ........................................................................28 3.1 試驗材料之製備 ................................................................................30 3.2 焚化底渣之基本試驗及分析 ............................................................30 3.2.1 化學性質分析 .............................................................................30 3.2.1.1 毒性特性溶出試驗(TCLP) ..................................................31 3.2.1.2 元素分析 ..............................................................................31 3.2.2 物理性質分析 .............................................................................33 3.2.2.1 篩分析 ..................................................................................33 3.2.2.2 阿泰堡試驗 ..........................................................................34 VIII.
(9) 3.2.2.3 美國統一土壤分類 ..............................................................35 3.2.2.4 夯實試驗 ..............................................................................35 3.2.2.5 比重試驗 ..............................................................................36 3.3 試體的配製與設計 ............................................................................36 3.4 直接剪力試驗 ....................................................................................40 3.5 實驗之品保與品管 ............................................................................41 3.6 多變量迴歸分析方法 ........................................................................43 第四章 實驗結果與分析 ........................................................................45 4.1 材料的基本特性 ...............................................................................45 4.2 焚化底渣的重金屬溶出分析結果 ....................................................46 4.3 元素分析結果 ....................................................................................47 4.4 焚化底渣基本物理性質分析結果 ....................................................50 4.5 實驗室內部品質控制結果 ................................................................52 4.6 A 焚化廠底渣之實驗與多變量分析結果 ........................................53 4.7 A 焚化廠濕潤底渣之實驗與多變量分析結果 ................................58 4.8 B 廠焚化底渣之實驗與多變量分析結果.........................................67 4.9 經驗方程式的預測結果 ....................................................................72 第五章 結論與建議 ................................................................................76 參考文獻 ..................................................................................................78 附錄...........................................................................................................88 IX.
(10) 表目錄 表 1 世界各國的底渣化學組成範圍 ........................................................7 表 2 焚化底渣於荷蘭之應用實例 ..........................................................10 表 3 焚化底渣再利用情形 ......................................................................11 表 4 各縣市推廣焚化底渣再利用之項目 ..............................................12 表 5 垃圾中的重金屬來源 ......................................................................13 表 6 焚化底渣的再利用規範 ..................................................................17 表 7 焚化底渣的再利用方式 ..................................................................20 表 8 道路基底層之級配粒徑分布範圍 ..................................................21 表 9 道路基底層規範範圍 ......................................................................22 表 10 摩擦角典型的範圍 ........................................................................25 表 11 微波消化的操作條件 ....................................................................32 表 12 A 焚化廠底渣之設計組成配比 ....................................................38 表 13 B 焚化廠底渣之設計組成配比.....................................................39 表 14 A 及 B 焚化廠底渣重金屬之平均溶出量....................................46 表 15 A 焚化廠底渣主要組成物質分析結果 ........................................49 表 16 B 焚化廠底渣主要組成物質分析結果.........................................49 表 17 A 焚化廠底渣主要組成比例 ........................................................49 表 18 B 焚化廠底渣主要組成比例.........................................................50 表 19 A 及 B 廠之焚化底渣比重 ............................................................51 X.
(11) 表 20 A 焚化廠底渣之直接剪力試驗結果(乾燥)..................................53 表 21 反覆進行正規化的迴歸結果(A 廠-乾燥) ....................................58 表 22 A 焚化廠底渣之直接剪力試驗結果(濕潤)..................................59 表 23 新增配比之焚化底渣實驗結果 ....................................................62 表 24 反覆進行正規化的迴歸結果(A 廠-濕潤) ....................................66 表 25 B 廠焚化底渣之直接剪力試驗結果.............................................67 表 26 反覆進行正規化的迴歸結果(B 廠) ..............................................72 表 27 C 焚化廠底渣主要組成物質分析結果.........................................73 表 28 C 焚化廠底渣主要組成比例.........................................................73. XI.
(12) 圖目錄 圖 1 研究流程圖 ........................................................................................3 圖 2 垃圾與焚化與灰渣產出量 ................................................................4 圖 3 台灣焚化底渣近年再利用率成長圖 ..............................................12 圖 4 重金屬於自然界之遷移情形 ..........................................................14 圖 5 實驗流程圖 ......................................................................................29 圖 6 微波消化器 ......................................................................................32 圖 7 搖篩機...............................................................................................33 圖 8 實驗設計的粒徑分布曲線圖 ..........................................................38 圖 9 中區焚化底渣組成配比設計範圍 ..................................................39 圖 10 南區焚化底渣組成配比設計範圍 ................................................40 圖 11 典型的剪應力-應變圖 ...................................................................41 圖 12 小型直接剪力試驗儀 ....................................................................41 圖 13 多變量迴歸流程圖 ........................................................................44 圖 14 未經處理的焚化底渣 ....................................................................45 圖 15 焚化底渣中的雜質 ........................................................................46 圖 16 實廠焚化底渣粒徑分布曲線 ........................................................51 圖 17 密度與最佳含水量關係圖 ............................................................52 圖 18 本研究底渣之均數控製圖 ............................................................52 圖 19 SiO2 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠)..............................................54 XII.
(13) 圖 20 CaO 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠) .............................................55 圖 21 Fe2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠)............................................55 圖 22 Al2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠)............................................55 圖 23 SiO2 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(A 廠) .....................................56 圖 24 CaO 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(A 廠) .....................................56 圖 25 Fe2O3 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(A 廠) ...................................57 圖 26 Al2O3 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(A 廠) ...................................57 圖 27 SiO2 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ....................................60 圖 28 CaO 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ....................................60 圖 29 Fe2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ..................................61 圖 30 Al2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ..................................61 圖 31 新 SiO2 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ..............................62 圖 32 新 CaO 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ..............................63 圖 33 新 Fe2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ............................63 圖 34 新 Al2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) ............................63 圖 35 SiO2 與 ψ/f1(CaO)之迴歸統計圖(A 廠-濕潤)..............................64 圖 36 CaO 與 ψ/f1(CaO)之迴歸統計圖(A 廠-濕潤) .............................64 圖 37 Fe2O3 與 ψ/f1(CaO)之迴歸統計圖(A 廠-濕潤)............................65 圖 38 Al2O3 與 ψ/f1(CaO)之迴歸統計圖(A 廠-濕潤)............................65 圖 39 SiO2 與摩擦角之迴歸統計圖(B 廠) ..............................................68 XIII.
(14) 圖 40 CaO 與摩擦角之迴歸統計圖(B 廠)..............................................69 圖 41 Fe2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(B 廠) ............................................69 圖 42 Al2O3 與摩擦角之迴歸統計圖(B 廠) ............................................69 圖 43 SiO2 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(B 廠) .....................................70 圖 44 CaO 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(B 廠) .....................................70 圖 45 Fe2O3 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(B 廠) ...................................71 圖 46 Al2O3 與 ψ/f1(Al2O3)之迴歸統計圖(B 廠) ...................................71. XIV.
(15) 第一章 前言 1.1 研究動機 在民眾的日常生活之中，常會接觸與產出空氣、水、廢棄物等各 類的汙染物，其中又以固體廢棄物，即俗稱之垃圾最易影響民眾之觀 感並衍生出更多的汙染物，因此針對固體廢棄物的處理更顯得格外的 重要。由環保署的統計資料得知，台灣目前是以焚化為主要的處理方 式，並配合掩埋的方式進行焚化後殘渣之處理，但是隨著土地及資源 的逐漸缺乏，以往的處理方式將不符合時代之趨勢，勢必將有所變 革。 現今有許多的先進國家將焚化底渣視為一種來源相當穩定的再 生材料，普遍都有 80%以上的再利用率(廖，1996; Hjelmar et al., 2007; Thomas, 2007)，通常這些國家為了降低焚化底渣對環境的影響，會採 取區域的管理、不適物的去除、資源的回收等措施來提升焚化底渣的 安全性及其可應用的範圍，並且更能讓一般大眾所接受與認同，相較 之下台灣目前的焚化底渣的再利用率還有一定程度的成長空間。 台灣目前的焚化底渣再利用率為 68.3%，並預估民國 101 年會將 總利用率提升至 82%(環境保護署，2010)，這表示未來將有更多的焚 化底渣被再利用，因此焚化底渣在相關的管理與使用上是否有完整的 規範來進行管控，而且焚化底渣的性質是否能符合相關應用上的期望， 並且對於環境是否造成衝擊，這也就是目前焚化底渣在永續發展與實 際應用上所必須面臨的考驗，同時也是需要被人們所關注的議題。. 1.
(16) 1.2 研究目的 許多的研究皆指出焚化底渣具有高度不均質的特性，這對於後續 的應用常造成不利的條件，往往需要以額外的技術來克服這些不利因 素，但可能需要付出額外的人力及成本，將可能影響焚化底渣再利用 的意願及可應用的範圍，同時也無法更進一步提升焚化底渣的再利用 情況。 目前台灣將大量的焚化底渣替代天然砂石，使用於道路相關建設 之中，其比例約佔總再利用率的 93.2%，透過焚化底渣的再利用，不 僅能延長衛生掩埋場的使用年限，同時也能減少天然砂石的開採，這 對於台灣環境的永續發展將有一定程度的助益(環境保護署，2010)。 由於焚化底渣的組成差異相當大，無法明確得知其固定比例，如果直 接應用於道路相關建設之中，對於後續工程的品質是否造成影響，目 前尚無太多資料可得知，因此需要進行相關的研究，以確定其影響程 度之多寡。 本研究希望藉由改變焚化底渣組成的方式，進而探討其組成的差 異是否會對道路建設所重視的承載能力造成影響。透過具有代表性的 直接剪力試驗，得知不同組成條件下的焚化底渣所反應的工程特性， 並將結果以統計的方式進行分析，藉此釐清物理及化學組成對工程性 質所造成的影響及關聯性，同時建立相關之經驗公式，讓工程界對於 焚化底渣的應用能有所依循，並確保焚化底渣在工程建設上的穩定 性。. 2.
(17) 1.3 研究方法 本研究透過文獻的蒐集，發現不同地區的焚化底渣組成有顯著的 差異存在，因此本研究的研究流程如圖 1 所示，透過文獻的蒐集得知 焚化底渣的基本性質，再依據文獻及分析資料對實驗的焚化底渣進行 配比的設計，並以直接剪力試驗得知相關的工程參數，最後以多變量 迴歸對實驗的設計參數與結果進行統計分析，藉此釐清焚化底渣的工 程性質受自身組成影響的情形，並建立相關經驗公式。. 文獻蒐集與研究方向確認 材料性質的了解. 物理性質分析. 化學性質分析. 實驗樣本之設計. 直接剪力試驗 多變量回歸分析與經驗公式建立 不合乎驗證. 經驗方程式之驗證 合乎驗證. 結果討論與提出建議 圖 1 研究流程圖. 3.
(18) 第二章 文獻回顧 2.1 焚化系統的介紹 都市固體廢棄物(Municipal Solid Waste, MSW)的處理方式眾多， 目前台灣地區是以焚化為最主要的處理方式，自民國 97 年起，清運 的廢棄物當中約有 97%是以焚化的方式進行處理，這些都市固體廢棄 物經處理過後的質量可以減少 70-85%，體積也減少 90-96%(張和錢， 2008; Hjelmar, 1996)。如圖 2 所示，台灣的大型焚化廠每年可以處理 將近 600 萬噸的都市固體廢棄物，然後產出約 100 萬噸的焚化灰渣及 25 萬噸的飛灰，透過質量與體積的縮減，對於後續焚化殘渣的殘渣 處理有更為顯著的助益。 7. 6. million tonnes. 5. 4. 3. 2. 1. 0 2002. 2004. 2006. 2008. year Waste treatment by incineration Bottom ash Fly ash. 圖 2 垃圾與焚化灰渣產出量 在燃燒的過程中，焚化爐的爐體對焚化的效果也會有所差異，目 前常見的爐型有固定床式、旋轉窯式及流體化床式。以台灣目前處理 4.
(19) 都市固體廢棄物的大型焚化爐體而言，多數是以固定床式為主，其最 大特點在於可以處理較複雜的廢棄物，且無大小或型態等限制，相較 於技術、成本較高的流體化床式及旋轉窯式焚化爐，固定床式焚化爐 相當適合用於處理較無害的都市固體廢棄物及一般事業廢棄物，同時 也有能源回收的附帶優點(張和錢，2008)。. 2.2 焚化灰渣的基本分類 廢棄物經焚化過程之後，常會產生的焚化殘餘物，這些殘餘物可 依影響性高低可分成兩大類，一為較無害或甚至無害，並可被資源化 做為材料；二為危害性較高的部分，通常都依照有害事業廢棄物管理 標準進行後續處理。將 Sawell et al. (1995)及 Wiles (1996)的研究進行 焚化殘餘物的彙整，可大致區分為下列四項： 1. 細渣 (grate sifts or riddlings) 由爐床的縫隙掉落後所蒐集，其組成物質為玻璃、陶瓷、熔 渣與部份金屬物質。 2. 底渣 (bottom ash) 底渣是焚化後所排出的殘餘物質，主要組成為燃燒完全的灰 分與不能燃燒的殘渣(鐵絲、玻璃、混凝土塊等)，而且新鮮的底渣 含水量偏高，是因為焚化廠常有水淬降溫的關係。 3. 鍋爐灰 (boiler ash or heat recovery ash) 在熱回收過程中所產生之灰渣，通常是鍋爐阻擋廢氣所蒐集 下來的懸浮顆粒，也有可能是附著於爐壁再被捕捉下來之顆粒。 4. 飛灰 (fly ash) 5.
(20) 飛灰是由空氣污染控制設備所蒐集的細微顆粒，一般是透過 旋風集塵器、袋式集塵器、靜電集塵器所蒐集，若焚化爐有使用 乾式或半乾式洗滌塔，底渣則常含有中和反應生成物(如 CaCl2、 CaSO4 等)，以及未反應完全之鹼劑(如 Ca(OH)2)。. 2.3 焚化底渣的材料性質 焚化廠焚燒的廢棄物受到垃圾來源、垃圾處理習慣、季節氣候、 人文等因素所影響，因而造成焚化底渣組成複雜且不穩定的特性。其 主要組成物質，從 Chimenos et al. (1999)及 Vegas et al. (2008)的研究發 現，焚化底渣主要是由熔渣、鐵金屬化合物、非鐵金屬化合物、陶瓷、 玻璃、不可燃物與未燃分所構成，且組成比例差異甚大。. 2.3.1 焚化底渣的基本物理性質 廢棄物經焚化後所產生的灰渣是一種類砂石的組成，其大部分的 顆粒集中於 4.76-25.4 mm 之間，約佔 52-70%(陳，2004)，而且多被 歸類為優良級配的砂土、級配良好的砂礫質土、不良級配砂 (何，1993; 李等，1995; 李等，2004; 吳，2007)，比重依粒徑的不同而有較明顯 的差異，約介於 1.5-2.4 之間(Chimenos et al., 2003; Wiles, 1996)，而天 然材料的比重則多在 2.6-2.9 的範圍內(Das, 2007)，相較之下焚化底渣 具有質地較輕的特性，歸咎原因可能與其多孔洞的特性有關，也可存 積較多的游離水，通常天然砂石在 8-12%含水量的最大密度 2200 kg/m3，焚化底渣在 12.3-16%的含水量時才具有最大的密度 1600-1800 kg/m3(Forteza et al., 2004; Wiles, 1996)。 6.
(21) 2.3.2 焚化底渣的基本化學性質 都市固體廢棄物的組成受許多外在因素影響，導致焚化灰渣無較 固定的化學組成比例，但仍可發現焚化底渣主要是由 Si、Ca、Al、 Fe、Na、K、Mg，以及少量或微量的 Mn、Zn、Ti、Ba、Cd、Cr、 Pb、Hg、I、Sr、Br、Mo 所構成(Qiao et al., 2008; Wiles, 1996)，由於 經過焚化的氧化作用，多數元素是以氧化態的形式呈現，其中焚化底 渣所含得氧化物又以 SiO2、CaO、Fe2O3 及 Al2O3 的比例為最高，如 表 1 所示，大約佔總重的 95%(廖，1996; Pera et al., 1997)。 由於焚化底渣組物質成複雜且較不均質，因此與天然材料相比也 有不同的化學特性存在，例如 pH 值偏高，通常新鮮焚化底渣的 pH 大致介於 11.1-12.6 之間(Dabo et al., 2009; Forteza et al., 2004)；含有的 鹽類量較高，其主要為氯鹽及硫酸鹽類(李等，1997; Travar et al., 2008)， 也因為焚化底渣有可能造成一些環境問題，因此對於應用前的檢測、 使用規範等問題，可能更是需要被重視與關心的議題(Dabo et al., 2009 ; Ore et al., 2007)。. 表 1 世界各國底渣的化學組成範圍(廖，1996) 國家. SiO2. CaO. Al2O3. Fe2O3. Na2O. MgO. 5.79. 1.35-1.8. 台灣. 43.1-56.5 11.8-21.6 6.98-14.4 5.6-19.1. 美國. 39.2-44.7 10.5-14.8 17.0-17.4 9.2-10.4 3.46-8.1. 1.5-3.0. 日本. 34.7-39.9 11.1-18.2 12.3-16.5. 新加坡. 26.0. 16.8. 12.3-25.5. 7.1-8.6. 1.8-2.6. 2.2-4.5. 13.1. 1.9-2.5. 1-2 單位：%. 7.
(22) 2.4 焚化底渣於國內外之相關應用 目前世界各國對於材料的回收再利用相當的重視，比如廢棄建築 骨材、煉鋼爐渣、燃煤爐渣等，皆為努力發展的重點，其中也包含有 焚化底渣的部分。雖然焚化底渣可能含有影響環境的有害物質，或者 是對於部分的應用方式造成影響，但是透過相關法規、再利用技術、 管理措施等控管方法，是可以視為安全且不影響環境，並受到人們所 認同的一種再生材料(Pecqueur et al., 2001; Vegas, et al., 2008)。. 2.4.1 焚化底渣在美國之應用情況 在美國無論焚化底渣、飛灰、或是混合灰渣，皆必須以毒性特性 溶出試驗(Toxicity Characteristic Leaching Procedure, TCLP)測試，再通 過TCLP之檢測後，始可依一般事業廢棄物進行衛生掩埋；否則，必 須依照有害事業廢棄物進行處理。 在一般常見的應用上，焚化底渣被廣泛應用於建築用混凝土磚、 路基材、掩埋場覆土、停車場底層材料、人工漁礁、海岸侵蝕防護應 用，並可做為瀝青混凝土及卜特蘭水泥之替代材料(Wiles, 1996)，此 外美國聯邦高速公路局(Federal Highway Administration, FHWA)也曾 使用焚化灰渣進行道路的鋪設，於幾年後發現並無不適當之反應產生， 結果顯示鋪設成效相當的良好(廖，1996)。. 2.4.2 焚化底渣在日本之應用情況 依據儲存方式的不同，日本將焚化灰渣區分成兩種類型，如果採 各別貯存之方式，飛灰的部分須經中間處理後才可與焚化底渣一起掩 8.
(23) 埋；若採用混合貯存的類型，則混合的灰渣則必須處理過後才得以衛 生掩埋。 在日本由於土地資源的缺乏，垃圾掩埋場空間早已不足，所以日 本全力發展熱分解氣化熔融處理技術之研究，並針對熔融後產品的再 利用方式進行評估，期望能把熔融後的材料在應用各種建設之中。在 工程的應用實例上，千葉市與鎌谷市合作，在1998年5月至1999年6 月期間以焚化底渣與砂石為材料，進行高溫熔融，燒結製成骨材，並 廣泛的應用於相關工程上，結果顯示無論應用在瀝青鋪面骨材、混凝 土骨材及透水磚上，都有相當不錯的成果(Nishida et al., 2001)，此外 焚化灰渣也常與污泥、建築廢棄土等材料混合填築新生地，這類新生 地常被當作公園、道路或建築的用地(廖，1996)。. 2.4.3焚化底渣在歐洲國家之應用情況 焚化底渣再利用在歐洲已相當普遍，透過各種的利用及管理，不 僅可以降低天然資源的依賴，同時也能延長衛生掩埋場的使用年限， 是一個相當良好的廢棄物處理方式。 現今歐洲各國有許多的地基、路基、堤防、隔音牆、防風牆材料、 土壤改良劑、混凝土或瀝青混凝土之骨材都被焚化底渣取代，如此不 僅減少自然資源的使用，更可節省一定程度的處理及建築材料費用， 這對於一些天然資源比較缺乏國家，焚化底渣這類再生材料的回收便 顯得相當重要，如荷蘭每年約有 95%以上的焚化底渣進行回收再利用， 在表 2 中，在各種公共建設之中皆可以看到焚化底渣的使用，至於其 他的歐洲國家，如丹麥、德國等國皆有 70-90%的回收再利用率，這 9.
(24) 顯示焚化底渣再利用已成為一個趨勢(廖，1996; Hjelmar et al., 2007; Thomas, 2007)。. 表 2 焚化底渣於荷蘭的應用實例(廖，1996) 應用方向. 應用實例. 嘉蘭(Caland) 在荷蘭羅森堡(Rozenburg)附近的大不列顛港，使用 防風牆. 約65萬噸的焚化底渣於防風牆之建設。. 鹿特丹高速公 約有40萬噸的焚化底渣被應用於通過鹿特丹市的 路 路基材料. A15高速公路中。 在鹿特丹及荷蘭北部等地，焚化底渣常被應用於路 基之中。. 混凝土舖地磚 在1984年的凱勒海文(Keilehaven)，有30萬塊的混 凝土磚是使用部分焚化底渣取代天然材料所製 成，鋪設經過五年後，其與標準混凝土鋪地磚並無 明顯差異。 哈鐵(Hartel)運 在1987年於鹿特丹附近的哈鐵運河，曾鋪設內含 河試驗計畫 30%焚化底渣的瀝青混凝土。. 2.4.4 焚化底渣在台灣之應用情況 台灣的焚化灰渣處理是依環境危害性高低採不同的處理方式，其 中飛灰的部分由於重金屬含量較高，因此常是依有害事業廢棄物管理 辦法進行後續處置，而危害性較低或近乎無害的焚化底渣則以衛生掩 10.
(25) 埋處理或是以各種類型的方式進行再利用。 現階段台灣地區的焚化底渣在經過有價金屬回收之後，剩餘的部 分主要是做為道路建設的替代材料，如表 3 及表 4 所示，多數的縣市 是以道路基底層級配料、CLSM 回填材料(control low strength material) 及瀝青混凝土為主要應用形式，其應用比例為道路基底層級配料的 60.9%，CLSM 回填材料的 32.3%，剩餘的 6.8%則是較少比例的應用 方式(環境保護署，2010)。目前台灣的道路則有嘉義市公道十三號道 路、竹北市外環道便及台 61 線部分路段是採用焚化底渣及再生材料 所建造而成(內政部營建署，2010; 經濟部，2010)。 隨著政府單位的推廣，焚化底渣的再利用率如圖 3 所示，自民國 92 年的 14.8%提升到民國 97 年的 68.3%，環保署也更進一步的推估 於民國 101 年將可達到 82%以上的再利用率，逐步達成「零廢棄」及 減少碳排放之目標(環境保護署，2010)。. 表 3 焚化底渣再利用情形(王，2005; 行政院環境保護署，2010) 再利用用途. 92年再利用率 93年再利用率 97年再利用 (%). (%). 率(%). CLSM溝管回填. 22.6. 35.73. 32.3. 道路基層級配料. 60.7. 53.86. 60.9. 瀝青混凝土. 4.9. 1.50. -. 其他級配料使用. 0.3. -. -. 11.
(26) 表 4 各縣市推廣焚化底渣再利用之項目(環境保護署，2010) 再利用產品. 縣(市)政府. 道路基底. 台北市、台北縣、桃園縣、新竹市、台中市、. 層級配料. 彰化縣、台南市、高雄市、高雄縣、屏東縣. CLSM 回填材料. 台北市、台北縣、桃園縣、台中市、彰化縣、 台南市、高雄市、高雄縣、屏東縣. 瀝青混凝土. 台北市、台北縣、桃園縣、台中市、彰化縣、 台南市、高雄市、高雄縣、屏東縣. 人行步道磚. 新竹市. 人孔蓋. 新竹市. 水泥製造之掺配料. 宜蘭縣. 90 80 reuse percent (%). 70 60 50 40 30 20 10 0 2003. 2004. 2005. 2006 year. 2007. 2008. 2012. 圖 3 台灣焚化底渣近幾年再利用率成長圖(環境保護署，2010). 2.5 焚化底渣對環境之影響與探討 焚化底渣受焚化廢棄物組成性質的影響，由表 5 中發現，廢棄物 12.
(27) 中有不少的重金屬來源，也很難將其完全回收及去除，因此焚化底渣 常會含有各種濃度不一的重金屬，其中 Cu 與 Pb 的濃度較高，而 As、 Ba、Cr、Hg、Se 等金屬含量通常較低，甚至趨近微量(Sakanakura et al., 2009; Wiles, 1996)，至於其它較少量的元素濃度範圍可參考附表 1。 除了焚化廢棄物會影響底渣中重金屬濃度外，焚化底渣的粒徑大 小也會造成影響，通常焚化底渣的顆粒越小，重金屬所佔比例往往較 高，但針對部份的重金屬，如 Cu、As、Ni 等元素，反倒是在焚化底 渣顆粒較大時，佔有較高比例的情況(Chimenos et al., 1999; Chimenos et al., 2003)。 表 5 垃圾中的重金屬來源(郭，2000) 重金屬. 來源. 鉛(Pb). 電池製品、塑膠製品、農藥製品及塗料等. 鎘(Cd). 電鍍工業、塗料、PVC 安定劑、電子工廠及塑膠製品 等. 汞(Hg). 日光燈、電器用品及水銀工廠. 鉻(Cr). 塗料、金屬表面處理廠、皮革及化學藥品等. 銅(Cu). 人造絲、電鍍工業、銅線製造廠、電子材料、塗料及 玻璃製品等. 鋅(Zn). 金屬表面處理廠、乾電池、電鍍工業、塗料、木材防 腐、顏料等. 砷(As). 電池製品、染料、皮革、殺蟲劑及金屬合金添加劑. 13.
(28) 2.5.1 焚化底渣中重金屬之遷移方式 重金屬於環境之遷移方式相當複雜，如圖 4 所示，當重金屬形成 複合態時，將會增加溶出的可能性，但自然環境裡的離子交換、吸附、 沉降等作用則會侷限其遷移，此外周遭環境的 pH 值、氧化還原電位 高低、有機質含量多寡等因素，同樣也會對重金屬的溶出造成影響 (Johnson et al., 1996; Kosson et al., 1996)。 對於焚化底渣的再利用，重金屬的溶出佔了決定性的關鍵，因此 降低溶出便顯得相當的重要，由於焚化底渣含有大量矽酸鹽類及鋁矽 酸鹽化合物與天然材料相同，其組成結構也相近似，這對重金屬的侷 限及溶出量將有相當程度的助益(Kida et al., 1996)，此外，焚化底渣 再利用之前的前處理，如水洗、碳酸穩定化、鐵氧磁體穩定化、磷酸 鹽穩定化、化學穩定法等方式，同樣也能減少焚化底渣中重金屬溶出 量，也降低其影響環境之可能性(林等，1999 ; Chimenos et al.,2003; Qiao et al.,2008; Thomas, 2007; Wiles, 1996)。. 圖 4 重金屬於自然界的遷移情形(Johnson et al., 1996). 14.
(29) 2.5.2 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、SO42-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 SO42-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。. 15.
(30) 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 16.
(31) 堤的填築，且再利用場所的使用量超過一萬公噸，應先對再利 用產品之隔絕、控制及監測進行規劃並經中央主管機關核准後 始得使用。 3.使用規範 為了減少影響飲用水之可能性，焚化底渣的使用必須遠離水源 需二十公尺以上，並且高過地下水位一公尺以上。. 表 6 焚化底渣的再利用規範(環境保護署，2007) 類型. 第一類型. 第二類型. 第三類型. 品質標準 總鉛(mg/L). ≦5.0. 毒. 總鎘(mg/L). ≦1.0. 性. 總鉻(mg/L). ≦5.0. 特. 總硒(mg/L). ≦1.0. 性. 總銅(mg/L). ≦15.0. 溶. 總鋇(mg/L). ≦100.0. 出. 六價鉻(mg/L). ≦0.25. ≦0.25. ≦0.25. 程. 總砷(mg/L). ≦0.50. ≦0.50. ≦0.50. ≦0.02. ≦0.02. ≦0.2. 水溶性氯離子含量(%). ≦0.024. -. -. 戴奧辛總毒性當量濃度. ≦0.1. ≦0.1. ≦0.1. 序 總汞(mg/L). 17.
(32) 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)。. 18.
(33) 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)。. 19.
(34) 表 7 焚化底渣的再利用方式(詹，2001) 技術層次 低技術. 再利用方式 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)。 20.
(35) 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. 21.
(36) 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(𝜏𝑓 )，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。. τ. f. = c + σ tan φ. (2.1) 22.
(37) 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。. τ. f. =c + (σ − u ) tan φ =c + σ ′ tan φ. (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 = CBR 0.0248 × kPa. (2.3). CBR= 0.1212 × kPa − 7.0023. (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， 23.
(38) 並且再多考慮垂直覆土應力 ( σ v 0′ ) 後，提出式 2.5 的轉換公式。 Pa. N φ = tan 12.2+ 20.3σ v0′ P a . 0.34. (2.5). 土木技師公會整理出土壤不同顆粒分布的 N 值與摩擦角之間的關係， 如式 2.6 適用於均勻分布且呈現稜角狀之土壤，式 2.7 則適用於均勻 分布且呈現圓滑狀之土壤 = φ. 12 N + 25. (2.6). = φ. 12 N + 15. (2.7). 此外在一些隧道工程，也常使用剪力強度判斷周遭岩石之材料強度特 性，例如 Hoek and Brown (1997)曾經評估岩體的單壓強度(σcm)、摩 擦角(ψ)與內聚力(c)之間的關聯性，並提出式 2.8 的轉換公式. σ. cm. = 2c ⋅ cos φ. (2.8). 1 − sin φ. 通常土壤的摩擦角越高，相關的工程特性表現也越佳，因此進行 規範所要求的檢測前，對周遭土體進行剪力試驗將有助於提升施工的 品質及安全性，例如邊坡擋土牆面的設計、捷運之類的深開挖工程。. 2.7.1.3 焚化底渣之相關剪力研究 土壤剪力強度的檢測方式，可分為現地及實驗室內檢測兩種，其 中在實驗室的檢測又以三軸壓密試驗、直接剪力試驗為主。針對焚化 24.
(39) 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：. 疏鬆. 27-30°. 圓球顆粒. 中等. 30-35°. 緊密. 35-38°. 砂：. 疏鬆. 30-35°. 稜角顆粒. 中等. 35-40°. 緊密. 40-45°. 礫石含部分砂. 34-48°. 沉泥. 26-35°. 25.
(40) 2.7.1.4 焚化底渣摩擦角之預測 焚化底渣在工程上的應用已相當的普遍，因此有學者開始對焚化 底渣的摩擦角進行相關的研究，並且期望找出影響焚化底渣摩擦角的 可能因素。 在大地工程中，影響摩擦角的因素眾多，如土壤的壓密、相對密 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 不同而改變其性質。因此 Weng et al. (2010)將焚化底渣的主要化學組 成(SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3)以化學藥劑進行配比設計，並以直接剪 力試驗得知摩擦角，最後由多變量迴歸得到乾燥的摩擦角預測函數為 φ dry. = f1 ( Fe2O3 ) f 2 ( Al2O3 ). =10.34 × [ ln( Fe2O3 ) + 1.541] × (1− e−0.909( Al2O3 ) ) . 28.494. . (2.9). 而濕潤的摩擦角預測函數為 φ sat. = g1 ( Fe2O3 ) g 2 ( Al2O3 ). 1− 0.0645×( Al O ) 2 3 = 0.421( Fe 2O 3+ 22.912 ) × 1.022 − 0.659×( Al 2O 3) . (2.10). 實驗結果發現，焚化底渣受到 Fe2O3 與 Al2O3 的影響而有工程性 質的差異，但 Weng et al. (2010)的研究缺乏實場焚化底渣的實驗與驗 證，所以無法得知經驗式是否符合的實際的情況，同時在這方面的研 究目前仍相當的缺乏，因此在未來還有極大的發展空間存在。. 26.
(41) 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 低，同時也能達成「零廢棄」之目標。 目前在國內外焚化底渣已有相當多的應用實例，但仍有一些重要 可是卻沒有被探討的問題存在： 1. 焚化底渣的組成差異大，但是一般道路工程並未針對焚化底渣 的組成進行探討，而是建議將焚化底渣混合天然材料以特定配 比的形式進行再利用，但焚化底渣並不像天然材料的組成較為 固定，因此這種特定的比例關係是否適用於各焚化廠產出之焚 化底渣，目前尚不得而知。 2. 在道路基底層工程或回填工程裡，常會有許多的條件與規範， 藉此確保道路之品質，但並未考量透過改變回填材料的化學性 質，進而增加回填材料的相關工程性質，例如焚化底渣是以 SiO2、 CaO、Fe2O3 及 Al2O3 為主要組成物質，透過改變這些組成比例 的方式，藉此提高或滿足承載能力、抗滑動能力等要求。 3. 根據環保署的預測，台灣的焚化底渣未來將會大量應用大地工 程之中，但對於焚化底渣的基本性質的探討卻沒有太多的著墨， 面對越來越高的使用率，焚化底渣基本性質的預測相關經驗公 式應予以建立，讓未來工程界使用有所依循。. 27.
(42) 第三章 實驗方法與規劃 本研究執行重點在於確認焚化底渣化學組成及粒徑分布對材料 性質影響的程度，並修正及提出相關的經驗公式。圖 5 為本研究之試 驗流程圖。 在確認研究方向之後，本研究開始對焚化底渣進行取樣，所選擇 的採樣焚化廠為鄰近地區的 A 及 B 焚化廠，在採樣完成後就法規要 求的 TCLP 試驗對焚化底渣進行檢驗，合乎規範則進行後續的材料分 析，反之則另行處置。針對焚化底渣的材料性質，本研究分成兩部分， 化性分析主要在得知 A 及 B 焚化廠底渣的化學性質，物性分析則在 判斷 A 及 B 焚化廠底渣與文獻及天然材料之差異。最後將 A 及 B 焚 化廠底渣的粒徑固定，僅改變其主要的化學組成 SiO2、CaO、Fe2O3 及 Al2O3，藉以得知焚化底渣工程性質受化學組成影響的情況，並用 直接剪力試驗確認之。 在得知不同化學組成比例對焚化底渣的影響後，就較難判斷與較 複雜的實驗結果以多變量迴歸進行分析，再由分析的結果建立特定化 學組成範圍之下的經驗方程式，最後取 C 焚化廠底渣進行驗證，同 時提出焚化底渣在相關應用上的建議。. 28.
(43) 文獻蒐集與彙整 焚化底渣採樣與前處理 TCLP 試驗. 未合乎標準. 另行處置. 合乎標準. 材料基本特性分析. 統一土壤分類. 阿泰堡試驗. 元素分析. 夯實試驗. 比重試驗. 篩分析. 化性分析. 物性分析. 樣本配比設計 化學組成 SiO2. CaO. Fe2O3. Al2O3. 直接剪力試驗 多變量回歸分析與經驗公式建立 不合乎驗證. 經驗方程式之驗證 合乎驗證. 結果討論與提出建議. 圖 5 實驗流程圖 29.
(44) 3.1 試驗材料之製備 1.焚化底渣 本研究所使用的焚化底渣源自 A 及 B 資源回收廠，其中含有鐵 金屬、非鐵金屬、玻璃、破碎陶瓷及部分的未燃物，因此於必須先去 除不適物才得以應用，同時為確保焚化底渣顆粒之完整性，於粒徑分 析之前，必須以地質錘檢測是否有破裂情況，以確保無內部破裂之情 況，藉此降低後續實驗可能造成的誤差。 2.藥劑 在配製樣本會使用之化學藥劑有 SiO2、Al2O3、Fe2O3 及 CaO，其 純度分別為 97%、98%、98%及 96%，由於本研究是針對化學性質的 差異進行討論，為了保持較高的實際焚化底渣含量，改變焚化底渣化 學組成的是採用部分取代的方式，將停留於 0.15 mm(#100 號篩)、 0.075 mm(#200 號篩)及底盤部分之焚化底渣以化學藥劑進行取代，所 以將篩分後的化學藥品分袋儲存，以供後續實驗試體配製之用。. 3.2 焚化底渣之基本試驗及分析 焚化底渣在應用之前，常會需要得知材料的基本性質及相關實驗 參數，因此本研究針對工程中常用與規範重所要求的試驗進行檢測， 藉此得知焚化底渣是否合乎相關的要求，以下將針對化學與物理兩方 面進行討論。. 3.2.1 化學性質分析 由於焚化底渣組成相當複雜且多變，因此本研究針對焚化底渣的 30.
(45) 組成與溶出進行探討，藉此確保後續實驗樣本之穩定及有害物質溶出 量不至於高過法規標準。. 3.2.1.1 毒性特性溶出試驗(TCLP) 在進行焚化底渣溶出試驗前，首先需要決定焚化底渣進行 TCLP 試驗所使用的萃取液，並可分為 A 與 B 兩種，其中 A 萃取液是將 5.7mL 的 CH3COOH(冰醋酸)加入 500 mL 的去離子水中，再加入 64.3 mL-1 N 的 NaOH 並定量至 1 L，通常萃取液 A 的 pH 值會介於 4.93±0.05 之 間；B 萃取液則是以 5.7mL 的 CH3COOH(冰醋酸)加入 1L 的去離子水 中，其 pH 值會介於 2.88±0.05 的範圍內。 萃取液配製完成後，將焚化底渣取 5g 以去離子水快速攪拌 5 分 鐘，再以 pH 酸鹼度顯示器測定 pH 值，如果 pH < 5 使用萃取液 A； pH > 5 則需要另外加入 3.5 mL 的 1.0N HCl 加熱至 50°C，然後等靜 置至室溫再一次測定 pH 值，如果仍然 pH<5 則使用萃取液 A，而 pH > 5 便使用萃取液 B。 最後將焚化底渣取 2.5 g 與 50 ml 萃取液放入瓶中，以轉速 1 秒 鐘 2 轉的速度旋轉 18±2 小時。在旋轉結束後以 0.6-0.8μm 的濾紙過 濾，並得到澄清的萃取液，然後加入硝酸將萃取液控制於 pH < 2 的 條件下，並以 ICP-MS 分析法規所管制的有害物。. 3.1.2.2 元素分析 元素組成的檢測方法眾多，本研究是採微波消化的方式，對焚化 底渣的型態進行改變，然後再以 ICP-MS 測定元素的含量，再換算其 組成比例。操作條件如表 11 所示。 31.
(46) 將經過研磨的 0.25 g 焚化底渣置入鐵氟龍管，以消化液(硝酸 3 mL、氫氟酸 5 mL 及鹽酸 5 mL)的條件進行加溫消化。由於焚化底渣 經過消化後的酸液含有氫氟酸，為了不傷及後續的分析儀器，因此需 要進行趕酸。將濃度 5%的 3 mL 硼酸溶液加入鐵氟龍管中，再以表 11 的相同條件進行消化與趕酸。. 表 11 微波消化的操作條件 最大功率 1200 W. 輸出比率(%) 升溫時間(分) 溫度(℃) 維持時間(分) 70%. 10. 180. 15. 將消化液在靜置至室溫後，以 0.6-0.8μm 濾紙進行雜質的過濾， 再將濾液定量至 50 mL，並用 ICP-MS 針對焚化底渣中的主要組成 物 Si、Ca、Al 及 Fe 的含量進行分析。圖 6 為本次試驗所使用之微 波消化器所示。. 圖 6 微波消化器. 32.
(47) 3.2.2 物理性質分析 實驗室內篩選後的焚化底渣，常需要進行一些物理性質試驗，並 由實驗的結果分析材料的性質及設計與規劃後續的試驗，以下將針對 目前常使用的基礎性質試驗進行分析。. 3.2.2.1 篩分析 經過實驗室挑選後的焚化底渣需要置入恆溫烘箱中以 105±5℃ 的條件持續烘乾至少 16 小時，以確保焚化底渣完全乾燥，並參照 ASTM D452-85(細篩網篩分析)試驗規範進行篩分析。 約經過 5 分鐘的篩分，可以從 4.75 mm(#4 號篩)、2.36 mm(#8 號 篩)、1.18 mm(#16 號篩)、0.6 mm(#30 號篩)、0.425 mm(#40 號篩)、 0.355 mm(#50 號篩)、0.15 mm(#100 號篩)、0.075 mm(#200 號篩)及底 盤的部分取得對應的焚化底渣。圖 7 為本研究所使用之搖篩機。. 圖 7 搖篩機 33.
(48) 3.2.2.2 阿泰堡試驗 此試驗在於得知土壤的液性限度(Liquid Limit, LL)、塑性限度 (Plastic Limit, PI)及縮性限度(Shrinkage Limit, SL)，藉此進行後續土壤 性質之判斷。一般而言，液性限度(LL)是指土壤由液性變成縮性的含 水量；塑性限度(PI)是指塑性狀態變成半固態所含的水量；而縮性限 度(SL)則是由半固態變成固態所含的水量，由於工程之中較少被討論， 其實驗方法如下： 1.液性限度 於實驗前先利用刮刀的握柄對液性限度儀進行校正，接著取通過 40號篩的土樣約100 g，以灑水器灑水並充分的拌合與整平，在最厚 的1.3 cm處，以V型刮刀將土樣分成兩半。接著以每秒2轉的速對轉動 曲柄，當被分為兩半的土樣合攏至1.3 cm時，記錄打擊黃銅杯底的次 數N，並將土樣烘乾求得含水量。重複上述的步驟至打及次數介於 15-35之間，且應各有一次介於25-35、20-30、15-25之間。最後以打 及次數N為橫坐標(對數刻度)，含水量為縱座標繪製流性曲線，並以 打擊次數25下所相對的含水量為液性限度(LL)。 2.塑性限度 取通過 40 號篩的土樣約 100 g 緩慢加入去離子水並拌合均勻， 將拌合完成的土樣捏成球狀，於毛玻璃上搓揉成與金屬棒同直徑的 3.2 mm 土條。在沒斷裂情況發生時，須重新於毛玻璃上搓揉，在搓 成直徑 3.2 mm 時，如剛好斷裂成 3.2-9.5 mm 的碎塊，則將其斷裂的 土條蒐集秤重，並放入烘箱烘乾，所求得的含水量即為塑性限度(PI)。. 34.
(49) 3.2.2.3 美國統一土壤分類法 參考 ASTM D2487-85 的規範進行試驗，透過篩分析與阿泰堡試 驗的實驗結果，進一步判斷焚化底渣是屬於何種類型之土壤，並得知 焚化底渣直接應用於回填工程之相關情況。 有些時候阿泰堡試驗並無法得知液性及塑性限度，因此需要參照 篩分析的實驗結果以式 3.1 及的式 3.2 換算均勻係數(Uniformity Coefficient, Cu)與曲率係數(Curvature Coefficient, Cc)，再以附表 2 判斷 焚化底渣的土壤性質。D10 為顆粒累積通過 10%所對應之粒徑；D30 為累積通過 30%所對應之粒徑；D60 為累積通過 60%所對應之粒徑。 Cu = D60 / D10. (3.1). = Cc D 2 30 / D60 × D10. (3.2). 3.2.2.4 夯實試驗 由於夯實試驗要求最大粒徑為通過 4.75 mm(#4 號篩)之顆粒，所 以本試驗將依據篩分析所得之粒徑進行試驗，藉以得知焚化底渣在何 種含水率時，具有最大的土壤密度，讓回填工程具有最佳之品質。 將符合粒徑分布曲線的適當焚化底渣置入拌和器中噴水攪拌，並 添加的水分通常為最佳含水量附近比例，參考 Wiles (1996)的最佳含 水量 16%，本研究添加的含水量約為 10-25%，接著將拌和均勻的試 體放入直徑 10 cm，高 11.7 cm 的夯實筒內，並以錘重 2.5 kg 的夯實 槌從每次高度 30.5 cm 的條件，分三層以每層夯實 25 次的條件進行 夯實。 35.
(50) 最後將夯實完成的試體去模稱重，並取試體的上、中及下層土樣 混合並烘乾，最後以含水量為橫軸，乾單位重為縱軸，即可繪製出乾 土單位重與含水量曲線圖並求得最大乾單位重。. 3.2.2.5 比重試驗 本試驗參考ASTM D854-83的規範進行試驗，藉此得知焚化底渣 的單位重與4℃水的單位重之比值，並可以判斷焚化底渣與天然砂石 之間的差異，同時也可以得知是否有其它應用之可能性。 實驗前需要先秤得焚化底渣重Ws ，並量測試驗時蒸餾水溫度 T(℃)，然後將焚化底渣置入比重瓶內加入蒸餾水約半滿，並以煮沸 法煮沸10分鐘以上，接著緩慢旋轉除去空氣，在煮沸後冷卻至室溫， 並加水至瓶口刻劃，秤得比重瓶＋焚化底渣＋水之重，W1。然後洗 淨比重瓶，再加水至瓶口刻劃，稱比重瓶＋水重，W2，最後由附錄3 換算出溫度T蒸餾水比重Gw，並經由式3.3計算得知土粒之比重，Gs。. × Gw = Gs Ws (Ws + W2 − W1 ) . (3.3). 3.3 試體的配製與設計 為了減少影響焚化底渣摩擦角的可能因子，需要將焚化底渣的粒 徑分布曲線予以固定，本研究是參考 Weng et al. (2010)所整理的粒徑 分布曲線，將 A 與 B 焚化廠的粒徑統一，如此不僅可以比較不同焚 化廠、不同化學組成對焚化底渣摩擦角的影響，同時也可以跟 Weng et 36.
(51) al. (2010)所得之結果進行比較，藉此確定影響焚化底渣摩擦角的因 子。 通常焚化底渣中 SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3 是主要的組成物質， 因此本研究是以 A 與 B 焚化廠之底渣做為基礎材料，然後以 SiO2、 CaO、Fe2O3、Al2O3 予以置換並改變焚化底渣的化學性質。從圖 8 發 現，Weng (2010)所整理的粒徑分布曲線，焚化底渣通過#50 號篩的部 分有 39%，應有足夠之比例對焚化底渣化學性質進行改變，而且不致 於影響過多焚化底渣的實際性質，藉此不僅確保粒徑的分布曲線不受 影響，同時也能對焚化底渣的化學組成進行改變。 由於 A 焚化廠沒有處理一般事業廢棄物，而且隨著民眾對於可 再利用資源回收意識的提高，焚化底渣含有的金屬可能不多，對 A 焚化廠的底渣初步檢測也發現 Fe2O3 及 Al2O3 含量較低，主要是 SiO2 的含量較高。如表 12 及圖 9 所示，本研究針對 A 焚化底渣的實驗設 計主要是以高 SiO2 含量的情況進行設計。 不同於 A 焚化廠，B 焚化廠約有 50%的廢棄物焚化量是屬於一 般事業廢棄物，所以可能含有較多的金屬。如表 13 與圖 10 所示，B 焚化底渣的配比設計不同於 A 焚化底渣，Fe2O3 及 Al2O3 的含量皆較 高，組成比例的變化亦較高。. 37.
(52) 100 90 percent passing (%). 80 70 60 50 Weng (2010). 40 30 20 10 0 10. 1. 0.1 Grain size (mm). 0.01. 圖 8 實驗設計的粒徑分布曲線圖(Weng et al., 2010). 表 12 A 焚化廠底渣之設計組成配比 SiO2. CaO. Fe2O3. Al2O3. M1. 80. 5. 7.5. 7.5. M2. 80. 5. 6.52. 8.48. M3. 86.8. 5. 4.1. 4.1. M4. 86.8. 5. 3.57. 4.63. M5. 80. 8. 6. 6. M6. 80. 8. 5.22. 6.78. M7. 86.8. 8. 2.6. 2.6. M8. 86.8. 8. 2.26. 2.94. 38.
(53) CaO 0 10. 100 90. 20. 80. 30. 70. 40. 60. 50. 50. 60. 40. 70. 30. 80. 20. 90. 10. 100. Fe2O3+Al2O3. 0. 0 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. SiO2. This research Sample. 圖 9 A 焚化廠底渣組成配比設計範圍. 表 13 B 焚化廠底渣之設計組成配比 SiO2. CaO. Fe2O3. Al2O3. S1. 44. 12. 22. 22. S2. 44. 12. 33. 11. S3. 54. 12. 17. 17. S4. 54. 12. 25.5. 8.5. S5. 44. 19. 18.5. 18.5. S6. 44. 19. 27.75. 9.25. S7. 54. 19. 13.5. 13.5. S8. 54. 19. 20.25. 6.75. 39.
(54) CaO 0 10. 100 90. 20. 80. 30. 70. 40. 60. 50. 50. 60. 40. 70. 30. 80. 20. 90. 10. 100. Fe2O3+Al2O3. 0. 0 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. SiO2. This reaserch Sample. 圖 10 B 焚化廠底渣組成配比設計範圍. 3.4 直接剪力試驗 本研究是以光信儀器公司所生產的室內小型直剪儀進行直接剪 力試驗，所使用的直剪盒大小為 100×90×20 mm，對樣本施加的載重 分別為 1 kg、2 kg、4 kg 及 6 kg，表示樣本上每平方公分上承受的正 向應力分別為 0.3108 kg、0.6217 kg、1.2434 kg 及 1.8651 kg，並以 1 mm/min 的條件對直剪盒施加水平方向的應力。 在不同條件下透過剪切的行為，可以得知試體抵抗剪動破壞的能 力，並由垂直與水平方向的測微計測得的數值繪製出正向應力與剪應 力的變化情形。透過如圖 11 所示的典型剪應力-位移圖，可以找出不 同條件下的試體剪應力的最高值，並判斷試體的剪切是否有異常情況 40.
(55) 產生，最後將最高的剪應力值與其對應的正向應力迴歸，再以式換算 得知試體的摩擦角(ψ)。. Shear stress (kg/cm2). 1.2 1 0.8 1 kg weight. 0.6. 2 kg weight. 0.4. 4 kg weight. 0.2. 6 kg weight. 0 0.0. 3.8. 7.7. 11.5. 15.3. 19.2. Shear displacement (%). 圖 11 典型的剪應力-位移圖. 圖 12 小型直接剪力試驗儀. 3.5 實驗之品保與品管 由於焚化底渣屬於高度不均質的再生材料，假使基本性質差異過 大，可能導致實驗上的誤差，因此本研究透過連續對相同焚化底渣進 行直接剪力試驗的方式，從均數的概念對焚化底渣的基本性質進行控 制，再以平均數加減兩倍標準偏差做為控制的基準，藉此檢視直接剪 力試驗的穩定性。 41.
(56) 在實驗當中，可以將相同材料特性的實驗結果依實驗的順序或時 間標記於橫軸上，便可以得到一高低起伏的折線，藉此可得知材料的 變化情況。此外再設置相關的控制線，即為品質控制圖。 此外影響實驗結果的因子眾多，由發生機率與影響程度可分為兩 大類： a. 隨機誤差：在公差範圍內的些許偏差、環境略有差異、取樣及試 驗的正常誤差等。來源甚多，其對實驗造成影響不大，且基於成 本與時間的考量，一般不會進行過多的討論。 b. 異常誤差：材料使用錯誤、配比設計錯誤、儀器失控、實驗方法 錯誤、取樣方法錯誤等。一旦發生必須停止實驗，並且進行檢討 與改正。 實驗進行品質管制的目的在於確定是否有異常情況發生，同時也 確保實驗的穩定性與準確性。其中在原始數據的數據點應該在圖型所 對應的相對位置之上，如超過上控制限(Upper Control Limit, UCL)與 下控制限(Low Control Limit, LCL)的涵蓋率(99%)應予以剃除，且總 數不得少於 20 個。此外在圖形可靠度方面，數據點應有 68%在上輔 助線(UAL)與下輔助線(LAL)之間，如果低於 50%則表示圖形不可靠， 實驗必須進行檢討。如果數據點連續 7 點以上位於中心線同側與實驗 改變後，圖形皆有可能發生問題，需要重新建立新的品質控制圖。 在控制圖的控制與使用上，需要於固定時間進行樣品的測定，如 果 落 在 上 警 告 限 (Upper Warning Limit, UWL) 與 下 警 告 限 (Low Warning Limit, LWL)的範圍內，表示樣品仍可繼續使用，如果落在 UWL-UCL 及 LWL-LCL 的範圍內，表示樣品發生變化，不適合再繼 42.
(57) 續使用。. 3.6 多變量迴歸分析方法 在得知各種配比的實驗結果後，有時候較難以判斷是哪些化學組 成對摩擦角(ψ)值造成影響，因此常需要一個方法對實驗的結果進行 分析。 本研究參考翁(2002)所使用的多變量迴歸分析方法，希望利用其 優點，將焚化底渣的化學組成對摩擦角的影響，簡化為明確且易於使 用的函數方程式，並可以用於摩擦角的評估，同時也不失準確性。通 常多變量迴歸分析的流程如下所述： 首先假設探討的事物、實驗結果或現象是一個多變量函數，受許 多的影響因子所共同構成，常表示如式 3.4 之函數式，其中 A 為一常 數，x1、x2…xn 代表各個影響因子。. φ = Af1 ( x1 ) f 2 ( x2 ) f 3 ( x3 ) f n ( xn ). (3.4). 根據先前的假設，將欲分析的因子與欲探討的項目進行函數迴歸， 此動作稱之為正規化，透過迴歸的結果可找出相關性最高的影響因子 (相關係數 r2 最高)及其函數，經過正規化所得相關係數最高的影響因 子及函數稱為第一級因子 x 與函數 f1(x)，是欲分析因子中影響最大的 部分。此外，迴歸的函數表示上必須合乎分析物本身的合理性，以確 後續多變量迴歸分析的準確性。 將第一級函數 f1(x1)對摩擦角(ψ)進行正規化後，把各試體的組成 43.
(58) 資料逐一對ψ/f1(x1)進行函數迴歸，藉此找出第二級影響因子 g1(x2)， 接著再將第二級函數 g1(x2)對摩擦角(ψ)正規化，再次對試體的組成 資料迴歸並找出修正後的第一級函數 f2(x1)，這些反覆的修正可被稱 為疊代，這過程需要至函數符合相關要求(相關係數 r2 趨於穩定)方可 停止，其分析流程則如圖 13 所示。 組成分析相關資料. 對力學特性進行回歸. 第一級影響因子 x1 及函數 f1(x1). 以 f1(x1)對 F 進行正規化，進行迴歸. 第二級影響因子 x2 及函數 f2(x2). 以 f2(x2)對 F 進行正規化，進行迴歸. 重覆疊代 f1(x1)…fn(xn)至 符合迴歸要求. 分析結束 圖 13 多變量迴歸流程圖(翁，2002) 44. 修正 f1(x1).
(59) 第四章 實驗結果與分析 本章節依照上一章節規劃的流程進行試驗，並得到焚化材料的相 關資訊，其實驗結果如下所述：. 4.1 材料的基本特性 焚化底渣的採樣是於儲坑旁進行，在經過焚化廠的前處理措施後， 仍含有大量的雜質，也可以發現如同文獻所提及之高含水量的特性， 其情況如圖 14 及圖 15 所示，因此為了後續試驗的進行，採樣後的焚 化底渣必須先進行相關的處理。 在將焚化底渣自然風乾後，去除鐵釘、銅絲、鐵絲、鐵鋁罐及未 燃分等不適物質，並以 105±5℃的條件於烘箱烘乾，以備後續的實驗 使用。. 圖 14 未經處理的焚化底渣. 45.
(60) 圖 15 焚化底渣中的雜質. 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 46.
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