床質粒徑分佈及操作溫度對底渣重金屬分佈之影響
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(2) bridge，當其中的黏性力大於系統在流體化時所造成的分離力時，則結塊將生成， 當溫度越高或操作時間越長時，將增加去流體化的機會。第二種類型的機制為在 反應過程中液態物質的量，液態物質會在兩個顆粒中形成 bridge，若其黏性力大 於分離的力量時則結塊將生成，並造成去流體化。而 Lin and Wey (2004)指出當 廢棄物中含有鹼金族元素 Na 時，Na 可能與床質或廢棄物中其他元素反應而產生 液態共熔物質，附著於床質表面，使得床質具有黏性而導致結塊去流體化的產生。 另外操作參數的變化也是導致結塊去流體化的重要因素，Moseley and O’brien (1993)與 Wank et al. (2001)研究指出操作溫度、操作氣速、床質顆粒密度、 大小、粒徑分佈等參數均和結塊去流體化的產生有關係。Ray et al. (1987)與 Pell et al. (1990)指出床質顆粒的分佈影響到最小流體化速度、終端速度、淘失速率及化 學反應速率等參數，也改變了流體化床的動力特性。Gauthier et al. (1999)則表示 窄範圍的粒徑分布可增加操作的穩定性如：床質分離等現象的減少；而寬範圍的 粒徑分布也可以增加流動性與化學轉換率等。 而廢棄物因成分複雜，其中可能含有一些重金屬物質，這些重金屬可能在燃 燒的過程中因受熱而揮發形成金屬的蒸氣或微粒，伴隨著廢氣或吸附於飛灰與底 灰中而進入環境中，但不同重金屬的傳輸行為將其物化特性或化合物形態而有差 異。在燃燒過程中，部份揮發性較低的重金屬在燃燒環境中並不發生化學反應， 也不揮發而成為底灰的一部分；而在燃燒系統中揮發性高的重金屬可能與其他物 質反應，產生沸點較高之物種（如，金屬氧化物），亦留於底灰中。另外在高溫 中部份重金屬或化合物揮發形成蒸氣，而沸點較高之重金屬也可能與其他物種反 應，形成揮發性高之物種(如，金屬氯化物)，而隨廢氣離開燃燒區(Barton et al., 1990)。一般而言，高揮發性之重金屬(如 Cd)主要分布於飛灰或煙道氣中，而具 高沸點的重金屬(如 Cr)則主要存於底灰或大顆粒之飛灰上(Reimann, 1989； Fournier et al., 1991)。另外許多研究也指出燃燒的操作條件的變化，如燃燒溫度、 操作氣體流量、進料負荷量與其他元素組成(氧、氯、硫)等，也對重金屬的分佈 有很大的影響(Hiraoka and Takeda, 1980；Gerstle and Albrinck, 1982；Wey et al., 1996)。 因此在燃燒過程中重金屬污染物的產生與操作條件有相當大的關係，且流體 化床中床質粒徑分佈的改變將影響流體化的情形，若床質混合不佳，顆粒的移動 性變差可能使黏性物質在顆粒間形成而產生結塊外，同時造成流體化參數如最小 流體化速度、氣泡的大小、頻率與上升速度等的改變，甚至可能導致爐床去流體 化，間接導致重金屬污染物的分佈變化。而在以往流體化床燃燒的相關研究中， 鮮少探討床質粒徑分布對結塊去流體化與重金屬污染物排放的影響。因此本研究 以配製不同組成的人工模擬廢棄物，來模擬燒結的產生，並探討三種不同的床質 粒徑分佈(單一、平坦與高斯)在結塊去流體化過程中對重金屬分佈於底灰的影響 做探討，實驗條件包含 Na 的添加、操作溫度與操作氣速等條件，以瞭解床質粒 徑分佈對結塊去流體化過程重金屬在底灰中分佈的影響，實驗結果可作為流體化 床燃燒操作之參考。 2.
(3) 二、實驗方法及設備 由於廢棄物的組成相當複雜，為降低廢棄物組成差異的影響，因此本研究主 要配製模擬廢棄物作為進料，並添加 Na 元素以形成低熔點的共熔物質，而廢棄 物中重金屬的模擬主要選擇鉻、鉛與鎘三種金屬，分別代表低、中、高三種揮發 性質，金屬的添加均以金屬硝酸鹽溶於去離子水中再添加入模擬進料中。模擬進 料主要以木屑(1.6 g)及 PP(0.35 g)為主，再添加硝酸鹽重金屬水溶液 1 mL 並以 PE 塑膠袋(0.29 g)包覆，每包模擬進料重 3.24 g，Table 1 為模擬進料組成與實驗 條件。實驗過程所採用的床質為石英砂，密度為 2.6 g/cm3，實驗過程中將石英砂 以 ASTM 標準篩篩分後，依據不同粒徑的比例組成三種不同形式的粒徑分佈， 配製方法則參考 Gauthier et al. (1999)的方法，三種粒徑分佈的 dsv 維持約為 0.725 mm，Table 2 為三種 PSD 的組成。 實驗過程中改變條件包括：添加 Na、改變操作溫度與操作氣速等，操作條 件如 Table 1。Fig. 1 為實驗所使用之實驗室規模流體化床焚化爐，主爐體為 3.5 英吋外徑之不銹鋼管，高 1.2 公尺，不銹鋼管外圍設置有電加熱系統，外圍包覆 陶瓷纖維作為隔熱，並以一溫度回饋控制系統配合熱電偶作系統溫度控制。在氣 流出口設置有一個旋風集塵器，並串聯一座袋濾式集塵器以控制粒狀污染物。. Fig. 1 氣泡式流體化床反應器 (1)溫度控制器, (2)鼓風機, (3)浮子流量計, (4)熱電偶, (5)壓力傳送器, (6)電加熱器, (7)砂床, (8)進料閥, (9)旋風集塵器, (10)袋式集塵器, (11)誘引抽風機. 實驗操作程序為當砂床加熱至所設定之溫度並維持穩定後，打開鼓風機送入 空氣，經由浮子流量計調整流量；模擬廢棄物則經由進料口進入爐床中燃燒，進 料速率為 1 包/20sec，在操作實驗過程中除了以目測觀察結塊產生情形外，並偵 測壓力變化作為結塊產生的判斷。當去流體化產生後即停止進料，然後停爐冷 卻，將床質取出後以 ASTM 標準篩作篩分析，以瞭解床質粒徑之變化，篩分的 粒徑區間包含>1.18 mm、1.18-1.00 mm、1.00-0.85 mm、0.85-0.71 mm、0.71-0.60 mm、0.60-0.50 mm、0.50-0.35 mm、與<0.35 mm，紀錄不同粒徑床質的重量，接 3.
(4) 著在各粒徑中取樣分析其重金屬濃度，分析重金屬樣品濃度時，先將固體樣品藉 由微波消化法處理將其中之重金屬物質完全分解出來，消化後之樣品再以感應耦 合電漿光譜儀(ICP)作重金屬濃度分析。 Table 1 實驗操作條件 Run. 溫度 (oC). Na 濃度 (%). 1. 800. －. 2. 800. －. 3. 800. －. 4. 700. 0.7. 5. 700. 0.7. 6. 700. 0.7. 7. 800. 0.7. 8. 800. 0.7. 9. 800. 0.7. 10. 900. 0.7. 12. 900. 0.7. 13. 900. 0.7. 粒徑分佈 單一. 平坦. 高斯. ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●. Table 2 不同粒徑分佈之床質組成比例 重量比 (%). 粒徑範圍 (μm). 平均粒徑 (μm). 單一 (Narrow). 100. 600~850. 725. 高斯 (Gaussian). 8. 355~500. 427. 25. 500~710. 605. 35. 710~850. 780. 23. 850~1000. 925. 9. 1000~1180. 1090. 17. 355~500. 427. 17. 500~710. 605. 19. 710~850. 780. 23. 850~1000. 925. 24. 1000~1180. 1090. 平坦 (Flat). dsv=725. 三、結果與討論 3.1 床質粒徑分佈變化 Fig. 2 為添加 Na 與無添加時，經過結塊與去流體化的過程後床質粒徑分佈 4.
(5) 的情形，由 Fig. 2 可知床質粒徑分佈與原始配製的分佈有相當大的差異，床質粒 徑分佈範圍變得較寬，特別是以單一分佈的變化情形最為明顯，在沒有 Na 添加 時，操作 20 分鐘後，粒徑小於 0.60 mm 的粒徑量增加相當多，顯示床質因流體 化的操作而導致粒徑逐漸變小；由於流體化床操作過程中，床質顆粒間的相互碰 撞以及床質與爐壁的摩擦將導致床質顆粒粒徑逐漸變小。另外由於爐床內屬於高 溫燃燒的環境，因此熱應力對也會對床質粒徑的變化造成影響，Chirone et al. (1985)、Lin and Wey (2003)曾指出高溫流體化床的中物質燃燒過程所造成的熱衝 擊也會造成顆粒粒徑的減小，因此床質經過高溫流體化的操作後，床質粒徑將有 變小的趨勢。 50. (a). 20. Percentage (%). Percentage (%). 30. 30. 20. 30. 20. 10. 10. 0. 0. 0. 0. <0. 35 3 0. -0. 5 50 5 0. -0. 0 60 6 0. -0. 0 71 7 0. -0. 1 85 8 1. -1. 5 00 00 -1 . >1 18 .1 8. 10. Particle size distribution (mm). (c). 40. 40. 0. <0. 35 3 0. -0. 5 50 5 0. -0. 0 60 6 0. -0. 0 71 7 0. -0. 1 85 8 1. -1. 5 00 00 -1 . >1 18 .1 8. Percentage (%). 40. 50. (b). Particle size distribution (mm). 0. <0. 35 3 0. -0. 5 50 5 0. -0. 0 60 6 0. -0. 0 71 7 0. -0. 1 85 8 1. -1. 5 00 00 -1 . >1 18 .1 8. 50. Particle size distribution (mm). No-Na 0.7%Na. Fig. 2 有無添加 Na 時，結塊去流體化後之粒徑分佈 (a)單一 (b)平坦 (c)高斯 當進料中含有 Na 時，爐床中可能有結塊產生，操作過程中的床質粒徑變化 情形將更為複雜，由 Fig. 2 顯示添加 Na 造成結塊以及去流體化後，床質粒徑分 佈的變化除了小粒徑的床質分佈量增加外，部分大粒徑的床質(>1.00 mm)分佈量 也有增加的趨勢，大致上來說添加 Na 試程中大粒徑分佈量會比未添加 Na 時來 得大，由結果推測結塊去流體化的過程中，Na 會與石英砂中的不純物形成低熔 點的共熔物種，這些共熔物種的熔點低，因此在高溫操作時將會形成熔融的液態 物質而具有黏性，並藉由床質間的碰撞而黏附於床質顆粒上，若床質顆粒本身所 具備之動能(分離力)無法擺脫液態物質的黏結力時床質會造成結塊的現象(Lin et al., 2010)，因此使得床質粒徑變大。 3.2 不同操作條件下床質重金屬分佈 本實驗將結塊去流體化後的床質收集並以篩分析，將其分成八種粒徑區間， 5.
(6) 再將不同粒徑的床質取樣並分析三種重金屬的濃度，以瞭解不同粒徑的床質中重 金屬濃度的變化；Fig. 3 與 Fig. 4 為不同操作條件下不同粒徑底渣之重金屬濃度 分佈情形。Fig. 3 與 Fig. 4 結果發現重金屬濃度的分佈以大粒徑與小粒徑之濃度 為最高，大致上來說當粒徑小於 0.50 mm 時，顆粒中所含的重金屬濃度增高的趨 勢，而當粒徑大於 1.00 mm 時，重金屬濃度則有大幅增高的現象。 10. 10. 10. no-Na-Cd. no-Na-Pb. 6. 4. 8. Heavy metal conc. (mg/g). Heavy metal conc. (mg/g). 8. 6. 4. 4. 2. 0. 0. 0. Particle size distribution (mm). Particle size distribution (mm) 50. 0.7% Na-Cd. 50. 0.7% Na-Pb. 30. 20. 40. Heavy metal conc. (mg/g). 40. Heavy metal conc. (mg/g). 40. 0.7% Na-Cr. 30. 20. 30. 20. 10. 0. 0. 0. Particle size distribution (mm). 0. <0. 3 5 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 10. 0. <0. 3 5 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 10. Particle size distribution (mm). 0. <0. 3 5 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. Particle size distribution (mm). 0 . <0. 35 35 0 . -0 . 5 0 50 0 . -0 . 6 0 60 0 . -0 . 7 1 71 0 . -0 . 8 5 85 1 . -1 . 0 0 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0 . <0. 35 35 0 . -0 . 5 0 50 0 . -0 . 6 0 60 0 . -0 . 7 1 71 0 . -0 . 8 5 85 1 . -1 . 0 0 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 2. 50. Heavy metal conc. (mg/g). 6. 2. 0 . <0. 35 35 0 . -0 . 5 0 50 0 . -0 . 6 0 60 0 . -0 . 7 1 71 0 . -0 . 8 5 85 1 . -1 . 0 0 00 -1 .1 >1 8 .1 8. Heavy metal conc. (mg/g). 8. no-Na-Cr. Particle size distribution (mm). Narrow Flat Gaussian. Fig. 3 有無添加 Na 時之重金屬濃度分佈 而 Fig. 3 為比較有無添加 Na 時，不同粒徑中的重金屬濃度變化情形，由結 果顯示，當添加 Na 後，多數粒徑所含的重金屬濃度均有上升的現象，顯示未添 加 Na 時，床質中的重金屬是藉由石英砂的吸附作用而截留於爐床中，但當燃燒 過程有 Na 存在時，Na 所形成的低熔點液態共熔物質對重金屬的捕捉可增加重金 屬截留於爐床中的量。. 6.
(7) 30. 20. 10. 0. 50. 40. 30. 20. 10. 0. Particle size distribution (mm) 20. 10. Particle size distribution (mm). 40. 30. 20. 10. Particle size distribution (mm). (c) Cd 40. 30. 20. 10. 0. Particle size distribution (mm). 7. 0. <0. 35 3 0 . -0 . 5 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 30. 0 . <0. 35 3 0 . -0 . 5 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. (b) Cd. 40 Heavy metal conc. (mg/g). 50 (a) Pb 50. 0. 50 Particle size distribution (mm) 50. (b) Pb. 0. 50 Particle size distribution (mm). (c) Pb. 0. <0 . 35 3 0. -0. 5 50 50 0. - 0. 60 60 0. -0. 71 71 0. -0. 85 85 1. - 1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. Heavy metal conc. (mg/g). 10. Heavy metal conc. (mg/g). 20. Heavy metal conc. (mg/g). 30. 0. <0. 35 3 0 . -0 . 5 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. <0 . 35 3 0. -0. 5 50 50 0. -0. 60 60 0. - 0. 71 71 0. -0. 85 85 1. - 1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. Heavy metal conc. (mg/g) 40. 0 . <0. 35 3 0 . -0 . 5 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 40. Heavy metal conc. (mg/g). 50. Heavy metal conc. (mg/g). 0. <0. 35 3 0 . -0 . 5 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. Heavy metal conc. (mg/g). (a) Cd. 0. <0 . 35 3 0. -0. 5 50 50 0. - 0. 60 60 0. -0. 71 71 0. - 0. 85 85 1. -1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. <0. 35 3 0. - 0. 5 50 50 0. -0. 60 60 0. - 0. 71 71 0. -0. 85 85 1. - 1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. Heavy metal conc. (mg/g). 50 (a) Cr. 40. 30. 20. 10 0. Particle size distribution (mm) (b) Cr. 40. 30. 20. 10. 0. 50 Particle size distribution (mm) (c) Cr. 40. 30. 20. 10. 0. Particle size distribution (mm). Narrow Flat Gaussian. Fig. 4 不同操作溫度之重金屬濃度分佈 (a)700oC (b)800oC (c)900oC.. 由結果可知，小粒徑的床質多數是因流體化操作過程中的磨損現象產生，而 其床質表面積大，容易吸附重金屬，因此床質粒徑越小，所吸附的重金屬量越多， 使得床質重金屬濃度增高。但對大粒徑床質來說，大粒徑床質的形成是因為低熔 點共熔物種在高溫操作時會形成熔融的液態物質，而因具有黏性使床質造成結塊 的現象，使得床質粒徑變大，大粒徑床質重金屬濃度依然相當高，顯示重金屬可.
(8) 能是與 Na 生成低熔點的共熔物種亦或是當含 Na 的共熔物質因高溫熔融形成液 態物質後，進料的重金屬與之接觸而被黏附或覆蓋於共熔的液態物質中，造成床 質所含重金屬濃度增高。 為瞭解結塊物質中所含有的金屬成分，本研究以 SEM/EDS 分析結塊床質的 表面性質，結果如 Fig. 5，由 Fig. 5 發現在床質的結塊中，含有 Na, Cd, Pb 與 Cr 等金屬，顯示 Na 可能與重金屬形成低熔點的共熔物質，或是被 Na 的液態共熔 物質所覆蓋而捕捉；因此對小粒徑床質來說吸附作用為截留重金屬的主要機制， 而對大粒徑床質來說，吸附並非主要捕捉重金屬的機制，重金屬濃度的會大幅增 加主要是因重金屬與 Na 生成低熔點的共熔物種或是液態共熔物質的捕捉作用， 兩者可能是較重要的機制。. Fig. 5 結塊物質之 FE-SEM/EDS 分析結果 3.3 不同操作條件下床質截留重金屬比例 Fig. 6 為比較有添加與無添加 Na 時，不同床質粒徑所截留之重金屬比例， 其比例為各粒徑對重金屬的總吸附量除以進料的總金屬量而得，比較兩者結果可 知，無添加 Na 的試程不會產生結塊去流體化，因此不會有液態共熔物質截留重 金屬的效應，其重金屬主要是靠著石英砂的吸附作用而截留，也因此大粒徑床質 的吸附量較低，而小粒徑床質則有較大的重金屬吸附量。當添加 Na 後，由 Fig. 6 也發現小粒徑床質(<0.60 mm)的重金屬吸附量差異不大，但其它的粒徑床質 (>0.60 mm)的吸附量似乎有增加的趨勢，而大粒徑床質(>1.00 mm)的增加現象最 為明顯，因對大粒徑床質來說 Na 與重金屬形成低熔點的共熔物種或是液態共熔 物質的捕捉作用應該是主要的機制。. 8.
(9) 16. 25. no-N a-Cd. 25 no-N a-Pb. no-N a-Cr. 14. 8 6. Percentage (%). 10. Percentage (%). Percentage (%). 20. 20. 12. 15. 10. 4. 15. 10. 5. 5. 0. 0. 0. <0 . 35 35 0. -0. 50 50 0. -0. 60 60 0. -0. 71 71 0. -0. 85 85 1. -1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0 . <0. 3 5 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. Particle size distribution (mm ) 16. 0. <0 . 35 3 5 0. -0. 50 50 0. -0. 60 60 0. -0. 71 71 0. -0. 85 85 1. -1. 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 2. Particle size distribution (mm ) 25. 0.7% N a-Cd. 25. Particle size distribution (mm ) 0.7% N a-Cr. 0.7% N a-Pb. 14. 8 6. Percentage (%). 10. Percentage (%). Percentage (%). 20. 20. 12. 15. 10. 4. 15. 10. 5. 5. 0. 0. Particle size distribution (m m). Particle size distribution (m m). 0 . <0. 3 5 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. <0. 35 35 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 0. 0 . < 0. 35 3 5 0 . -0 . 50 50 0 . -0 . 60 60 0 . -0 . 71 71 0 . -0 . 85 85 1 . -1 . 00 00 -1 .1 >1 8 .1 8. 2. Particle size distribution (mm ). N arrow Flat G aussian. Fig. 6 有無添加 Na 時之重金屬截留比例分佈 而 Fig. 7 為不同操作條件下床質中所含重金屬總量佔進料總重金屬量的比 例，由於結塊去流體化的時間不同，間接使得進料的重金屬總量不同，若將石英 砂中所截留的重金屬總量與進料重金屬總量做比較，對三種重金屬的截留比例來 說，大致上床質中重金屬截留比例以 Cr 為最高、其次為 Pb 與 Cd，對 Cd、Pb 與 Cr 三種重金屬來說，分別屬於高、中與低揮發性的金屬，其熔點與沸點分別 為 Cd (熔點 321.18oC，沸點 765oC)、Pb (熔點 327.6oC，沸點 1740oC)與 Cr (熔點 1857oC，沸點 2672oC)，因此 Cr 屬高沸點的重金屬，因此床質中的重金屬濃度最 高。根據 Chen et al. (1997)以石英砂作為床質時，在操作過程中石英砂可吸附大 量的重金屬，其吸附效率為 Cr>Pb>Cd，其效率與沸點有相當大的關係。因此由 文獻與實驗結果顯示重金屬吸附量與重金屬沸點的特性相當符合。雖然由 Fig. 3 與 Fig. 4 的結果顯示大粒徑床質所含重金屬濃度較高，但大粒徑床質的質量較 少，因此其重金屬的截留比例較其他粒徑(<1.00 mm)低，而對中等粒徑的床質來 說，其重金屬濃度是最低的，但因為床質質量較大，因此其重金屬截留的比例相 9.
(10) 當高，但若比較小粒徑(<0.60 mm)床質，其重金屬濃度高，床質質量也高，因此 其重金屬截留比例也相當高。 比較不同操作溫度所截留的重金屬比例來說，Cd 因為揮發性高，操作在 o 800 C 與 900oC 的條件時，床質的對 Cd 的截留量有下降的趨勢，而對 Pb 與 Cr 來說，因兩者的揮發性較低，因此在此操作溫度下不易揮發，但當操作在 900oC 時，重金屬的截留量似乎有降低的現象，因為當溫度增高後，Na 會更容易產生 低熔點的共熔物質，進而產生結塊去流體化，因此整體的操作時間較短，進料重 金屬的總量降低，使得 900oC 的重金屬截留量低於其他兩個溫度。 100. 100. (a) Cd. (a) Cr. 60. 40. 20. 80 Percentage (%). 80 Percentage (%). 80 Percentage (%). 100. (a) Pb. 60. 40. 40. 20. 0. 20. 0 no-Na. 0. Na. no-Na. Additive. Na. no-Na. Additive. 100. 100. (b) Pb. (b) Cr. 60. 40. 20. 80 Percentage (%). 80 Percentage (%). 80. 60. 40. 20. 0 800. 900 o. Temperature ( C). 60. 40. 20. 0 700. Na. Additive. 100. (b) Cd. Percentage (%). 60. 0 700. 800. 900 o. Temperature ( C). 700. 800. 900 o. Temperature ( C). Narrow Flat Gaussian. Fig. 7 不同操作條件之重金屬截留比例 (a)有無添加 Na, (b)溫度 3.4 三種床質粒徑之重金屬分佈 由 Fig. 3 與 Fig. 4 三種不同粒徑分佈之重金屬濃度可發現，大致上來說單一 粒徑分佈的條件下，其大粒徑與小粒徑所含的重金屬濃度均較平坦與高斯兩種粒 徑高，而高斯分佈次之。而比較 Fig. 7 床質重金屬截留比例顯示，在多數的條件 下，單一與高斯兩種粒徑分佈的重金屬截留比例較平坦高；根據 Gauthier et al. (1999)在室溫下對不同粒徑分佈的實驗結果指出平坦分佈的流體化行為傾向於 分離，而高斯分佈則由於主要顆粒所佔的比例大於極端顆粒較多使得極端顆粒的 影響不明顯，因此其行為與單一分佈相似傾向混合，所以單一與高斯分佈有較佳 10.
(11) 的混合效果，不易造成混合不均、床質顆粒滯留等問題因此較不易形成結塊。而 單一與高斯分佈其混合程度較平坦分佈來得高，因此在燃燒過程中單一與高斯分 佈的床質與廢棄物接觸的機會將較平坦分佈的床質多，造成重金屬截留比例有增 加趨勢，但在部分試程中，三種床質的吸附比例差異並不明顯，由於平坦粒徑分 佈中，其不同粒徑的分佈量差異不大，因此小粒徑床質所佔有的比例較單一與高 斯來得高，雖然單一與高斯兩種分佈的床質經過流體化的操作後，小粒徑的分佈 量有增加的現象，但其小粒徑床質的分佈量仍是比平坦分佈來得低，而較多的小 粒徑床質對於重金屬的吸附是有較大的助益，因此雖然平坦分佈所造成的流體化 效果較差而降低床質與廢棄物的接觸，但小粒徑的吸附量增加將導致在部分試程 中三種床質的截留比例並沒有太大的差異。. 四、結論 本研究以配製不同組成的人工模擬廢棄物，來模擬燒結的產生，並探討三種 不同的床質粒徑分佈(單一、平坦與高斯)在結塊去流體化過程中對重金屬分佈於 底灰的影響。對於不同操作條件下床質重金屬分佈結果發現，當添加 Na 後，多 數粒徑所含的重金屬濃度均有上升的現象，而且以大粒徑與小粒徑之濃度為最 高，大致上來說當粒徑小於 0.60 mm 時，其重金屬濃度增高主要是因為表面積大 可吸附較多的重金屬，而當粒徑大於 1.00 mm 時，重金屬濃度則有大幅增高的現 象，顯示吸附並非主要捕捉重金屬的機制，而重金屬與 Na 生成低熔點的共熔物 種或是液態共熔物質的捕捉作用可能是較重要的機制。 而對不同操作條件下床質中所含重金屬截留比例之結果顯示，大部分條件下 床質中重金屬截留量以 Cr 為最高、其次為 Pb 與 Cd，其截留效率與重金屬的沸 點有相當大的關係。而當操作溫度升高時，床質的對 Cd 的截留比例有下降的趨 勢。比較三種不同粒徑分佈之重金屬濃度與截留比例可發現，在多數的操作條件 下單一與高斯粒徑分佈其大粒徑與小粒徑所含的重金屬濃度以及總截留比例均 較平坦高，由於單一與高斯分佈有較佳的混合效果，因此在燃燒過程中單一與高 斯分佈床質與廢棄物接觸機會將較平坦分佈床質多，造成截留比例有增加趨勢。 參考文獻 Barton, R.G., W.D. Clark, and W.R. Seeker, “Fate of Metals in Waste Combustion Systems”, Combustion Science and Technology, Vol. 74, pp. 327-342 (1990). Chen, J.C., M.Y. Wey, and M.H. Yan, “Theoretical and experimental study of metal capture during incineration process”, J. Environ. Eng.-ASCE, Vol. 123, pp. 1100-1106 (1997). Chirone, R., M. D’Amore, L. Massimilla, and A. Mazza, “Char attrition during the batch fluidized bed combustion of coal”, AIChE J., Vol. 31, pp. 812-820 (1985). Fournier, D.J., W.E. Whitworth, J.W. Lee, and L.R. Waterland, “The fate of trace metals in a rotary kiln incinerator with a venturi/packed column scrubber”, EPA/600/S2-90/043 Feb (1991). Gauthier, D., S. Zerguerras, and G. Flamant, “Influence of the particle size distribution 11.
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