中華大學 碩士論文
題目：應用生物毒性試驗法檢測再生鋪面材 料環境性質之研究
系 所 別：土木與工程資訊學系碩士班 學號姓名：M09404037 余俊奇
指導教授：邱垂德 博士
中華民國 九十六 年 八 月
誌謝
承蒙恩師 邱垂德教授在俊奇碩士班求學期間，對於學生處事態 度的細心指點以及論文研究期間給于學術上的指導與建議，讓我獲益 良多，受用無窮，師恩浩蕩，將永銘於心。恩師認真負責的處事態度 及實事求是與嚴謹的治學精神，為學生所深深感佩，在此敬上由衷的 敬意與無限的祝福。
本論文撰寫初成期間，承蒙本校講座教授 楊萬發博士、元培科 技大學環衛系教授 吳南明博士，擔任審核委員。對俊奇論文逐字斧 工、巨細靡遺的指正論文疏漏與觀念上的澄清，並惠賜寶貴的意見，
使本論文得以更加詳實且完備，在此敬上最誠摯的敬意與謝意。
求學期間感謝中央研究院生物多樣性研究中心副主任 吳俊宗博 士、工研院環能所正研究員 簡弘民博士、黃俊超副研究員、元培科 技大學環衛系 吳南明博士、本校環能所 詹武忠教授、黃思蓴教授及 本校生物資訊系 張慧玫博士等諸位師長，在學識上之傳授與教導，
在此一並致上最高謝意。論文研究期間，感謝同窗好友毓翰、楷霖、
奕祥、建凱、世豪的大力協助；理成、同宇、哲聞、振緯、嶺億、桂 芬、信樺、國書、冠筠、曉萍等學長姐的鼓勵；學弟政雄、福民、偉 鈞及偉成等幫忙；同學逸瑜、俊傑、文彥、德銘、樺姿、美雯、欣怡、
玟玲、巨川在課業上相互扶持與鼓勵，另外感謝好友阿泡、芷妍、羅 啪、郭軒的鼓勵與支持，於不及備載的好友們也一併獻上千萬分感謝。
最後感謝永遠支持與關懷俊奇的家人，僅將此論文獻給摯愛的雙 親，余憲明先生與石東香女士。
謹識 中華民國九十六年七月于新竹
中文摘要
相關研究顯示，廢玻璃砂、廢輪胎橡膠粉及垃圾焚化底渣等再生 鋪面材料應用於瀝青混凝土，其物理性質及工程性質可符合規範需 求；但在環境性質之相關研究報告較少，且大都著重於重金屬與個別 化學成分的評估，不易考量整體性的環境危害。本研究應用代表檢測 整體性環境危害的生物毒性試驗法，以整體毒性來評估再生鋪面材料 之環境性質。
本研究參考國內外文獻，將垃圾焚化底渣、廢輪胎橡膠粉、廢玻 璃砂及拌製成的瀝青混凝土，進行短期批次溶出試驗，所得溶出液以 生物毒性試驗探討整體毒性，並檢測溶出液之水質與重金屬濃度以統 計方法加以分析。
研究結果顯示，焚化底渣與廢輪胎橡膠粉本身均為極毒性，廢玻 璃砂則為低毒性。由數據顯示再生材料以相關文獻指出之應用方式和 配比拌製程瀝青混合料，重金屬濃度與生物毒性皆有降低；經由統計 分析結果顯示焚化底渣經瀝青材料包裹後含銅量有明顯降低，廢玻璃 砂經瀝青材料包裹後含鉛與鎘濃度有明顯降低，廢輪胎橡膠粉經瀝青 材料包裹後可看出含錳與鋅濃度有明顯降低。可能因為拌製過程稀釋 了原料濃度和充分與瀝青材料的拌和，造成重金屬濃度與生物毒性值 的下降，可證明瀝青材料是具有包覆整體毒性效果。但是對焚化底渣 的整體毒性只能有效減緩不能完全包覆住，顯示出焚化底渣再利用於 瀝青混凝土，對環境有潛在的危害，須對相關的環境性質作更深入的 探討。
關鍵字：生物毒性、垃圾底渣、廢輪胎、廢玻璃、瀝青混凝土
Abstract
A correlative studies show that scrap glass flour, scrap tires flour, and Municipal Solid Waste Incinerator Bottom Ash (MSWIBA) are used in asphalt concrete because the physical property and engineering can fit the needs. There are few studies on the environmental effect because most studies focus on heavy metal and chemical composition so the effect on the environment as a whole is rarely considered. This study is using the biological toxicity test to consider if recycled pavement cement is environmentally friendly.
This study refers to an outside reference, which uses MSWIBA, scrap tires flour, scrap glass flour, and asphalt concrete to do the short term batch leaching test. We use the solution to access the water quality and heavy metal concentration and then use the biological toxicity test to discuss the toxicity.
The result of the study shows that MSWIBA and scrap tires flour have the highest toxicity and scrap glass flour has the lowest toxicity. The data shows the Reborn Material and the outside reference both point out a way for creating the asphalt mixture, which would lower the
concentration of the heavy metal and biological toxicity. Researching by the statistical analysis, it is revealed that the Copper content inside
MSWIBA; the Copper-Cadmium content inside the scrap glass flour; and the Manganese-Zinc content inside the scrap tires flour could all be
decreased if they are wrapped by the asphalt mixture. There is a theory that the process of mixing the concentrated mixture with the asphalt mixture, the concentration of the heavy metals and the biological toxicity will go down, thus we can prove the asphalt material can wrap up the toxicity. However, the toxicity of the MSWIBA can only reduce the
toxicity, not completely wrap it up. We will have to discuss the correlative environmental quality more deeply because MSWIBA reused in asphalt concrete can have harmful effects on the environment.
Key Word：biological toxicity, Municipal solid waste incinerator bottom ash (MSWIBA), scrap tires, scrap glass flour, asphalt mixture
目錄
誌謝... I 中文摘要... II
ABSTRACT... III
目錄... IV 表目錄... VIII 圖目錄... XI第一章 緒論...1
1-1 研究背景...1
1-2 研究動機...1
1-3 研究目的...2
1-4 研究方法與本論文架構...2
第二章 文獻回顧 ...4
2-1 廢棄物之處理與現況...4
2-1-1 廢棄物之定義與分類...4
2-1-2 台灣目前廢棄物處理與資源化概況...5
2-1-3 再生材料...7
2-2 再生材料應用於瀝青混凝土...8
2-2-1 垃圾焚化底渣應用於瀝青混凝土...8
2-2-2 廢玻璃砂應用於瀝青混凝土...13
2-2-3 廢輪胎應用於瀝青混凝土...16
2-3 環境衝擊評估...21
2-3-1 環境評估架構...21
2-3-2 溶出試驗...22
2-3-2 化學分析...25
2-4 生物毒性試驗法...32
2-4-1 生物毒性試驗物種選擇...32
2-4-2 藻類生物毒性試驗...34
2-4-3 水蚤生物毒性試驗...37
2-4-4 評估再利用材料之環境性質...39
第三章 研究計畫與實驗方法 ...42
3-1 材料準備與溶出試驗...42
3-1-1 再生材料來源...42
3-1-2 瀝青膠泥與粒料基本性質試驗...42
3-1-3 添加再生材料渣瀝青混凝土拌製...48
3-1-4 24 小時批次溶出試驗...52
3-2 化學分析...54
3-2-1 再生材料 TCLP 試驗分析...54
3-2-2 水質分析...55
3-2-3 重金屬分析...56
3-3 藻類培養與毒性試驗...58
3-3-1 儀器設備與耗材...59
3-3-2 藻類培養與葉綠素 a 量測...61
3-3-3 靜水式急毒性試驗(24 小時) ...64
3-4 水蚤培養與毒性試驗...66
3-4-1 儀器設備與耗材...66
3-4-2 水蚤培養與馴養...68
3-4-3 靜水式急毒性試驗(48 小時) ...71
3-5 實驗設計與數據分析...73
3-5-1 實驗設計...73
3-5-2 數據分析...74
第四章 實驗結果 ...79
4-1 再生鋪面材料基本性質...79
4-1-1 基本性質結果...79
4-1-2 毒性特性溶出程序結果...82
4-2 供試生物培養結果成效探討...83
4-2-1 水蚤培養結果...83
4-2-2 藻類培養結果...84
4-3 批次溶出液之水質及重金屬濃度...85
4-3-1 批次溶出液水質分析結果...86
4-3-2 批次溶出液重金屬濃度分析結果...88
4-4 生物毒性分析...99
4-4-1 水蚤生物毒性試驗結果分析...99
4-4-2 藻類生物毒性試驗結果分析...101
4-5 綜合分析...106
第五章 結論與建議 ...110
5-1 結論...110
5-2 建議...112
參考文獻...114
附錄一 24 小時批次溶出試驗重金屬溶出濃度紀錄表(AA)...120
附錄一 24 小時批次溶出試驗重金屬溶出濃度紀錄表(續) ...121
附錄二 本土水蚤毒性試驗數據 ...122
附錄三 再生材料溶出液水質分析數據 ...123 附錄四 再生材料藻類毒性試驗數據 ...124
表目錄
表 1-1 本論文架構 ...3
表 2-1 國內相關文獻整理可應用於瀝青混凝土的再生材料 ...8
表 2-2 歐美日等國家焚化底渣再利用方式 ...11
表 2-3 焚化底渣物理性質 ...12
表 2-4 國外試鋪例案 ...13
表 2-5 國內焚化底渣試鋪案例 ...13
表 2-6 廢玻璃砂物理特性及化學成分 ...15
表 2-7 廢輪胎碎片磨碎處理成橡膠粉末製程 ...18
表 2-8 不同尺寸廢輪胎衍生資源及其在公路工程之可能應用範圍..18
表 2-9 ASTM D6114-97 所列的橡膠瀝青物理性質規定 ...19
表 2-10 廢輪胎於國外應用之狀況 ...21
表 2-11 各國溶出試驗方法一欄表 ...24
表 2-12 重金屬的用途與對人體的危害 ...26
表 2-13 毒性指標意義 ...28
表 2-14 生物毒性效應分級表 ...29
表 2-15 美國 NCHPR 生物毒性效應分級表...29
表 2-16 標準生物毒性試驗及其生物種 ...30
表 2-17 環檢所公告之生物檢測方法一欄表 ...31
表 2-18 水蚤及藻類之重金屬與有機物類毒性值表 ...34
表 2-19 藻類之生物毒性試驗法比較 ...36
表 2-20 三個單位動物水蚤之生物毒性試驗比較 ...38
表 2-21 比較各材料原始及拌合成再應用形式之藻類生物毒性值 ....39
表 2-22 各材料拌合成再應用形式之 24 小時批次溶出摘要 ...40
表 3-1 再生粒料來源 ...42
表 3-2 Brookfield 黏度儀檢測 60℃黏度記錄與計算例...44
表 3-3 本研究一般石材與再生材料基本性質數據表 ...49
表 3-4 單一實驗室所做小球藻對各參考毒物之 24 小時之 EC50、 NOEC 及變異係數值...66
表 3-5 使用不同化學劑量配置合成淡水之關係表 ...68
表 3-6 單一實驗室水蚤對二種參考毒物 48 小時 LC50及 CV 值 ...73
表 4-1 本研究石材與焚化底渣、廢玻璃砂比重及吸水率數據表 ...79
表 4-2 橡膠粉含水率試驗結果 ...80
表 4-3 橡膠粉比重試驗結果 ...80
表 4-4 一般石材與焚化底渣、廢玻璃篩分析數據表 ...81
表 4-5 橡膠粉篩分析試驗結果 ...81
表 4-6 焚化底渣、廢玻璃砂、廢輪胎粉之 pH 值 ...82
表 4-7 TCLP 標準值與本研究再生鋪面材料 TCLP 檢測數據之比較 83 表 4-8 本研究八種材料 24hr 批次溶出液水樣之水質分析...88
表 4-9 材料 TCLP 試驗與 24hr 批次溶出液水樣之重金屬濃度值...89
表 4-10 銅濃度統計分析表 ...90
表 4-11 鉛濃度統計分析表 ...91
表 4-12 鉻濃度統計分析表 ...93
表 4-13 錳濃度統計分析表 ...94
表 4-14 鎳濃度統計分析表 ...95
表 4-15 鎘濃度統計分析表 ...96
表 4-16 鋅濃度統計分析表 ...98
表 4-17 各材料溶出液 LC50、TU 與毒性判別 ...100
表 4-18 LC50 統計分析表...101
表 4-19 各材料溶出液 EC50、TU 與毒性判別 ...104
表 4-20 EC50統計分析表...105 表 4-21 本研究八種材料經 24hr 批次溶出之各項實驗綜合數據表.109
圖目錄
圖 2-1 廢棄物分類 ...5
圖 2-2 垃圾焚化底渣處理流程 ...10
圖 2-3 處理完成的焚化底渣 ...10
圖 2-4 處理完成之玻璃砂 ...14
圖 2-5 輪胎橫斷面圖 ...17
圖 2-6 本研究使用處理完且烘乾之 30 mesh 廢輪胎橡膠粉...19
圖 2-7 美國 NCHRP 建議的道路用再生材料的環境性質評估流程....22
圖 3-1 Brook field 黏度試驗儀與不同的試驗轉子...45
圖 3-2 本研究一般瀝青混凝土級配粒徑分布圖 ...49
圖 3-3 本研究添加 25%垃圾焚化底渣瀝青混凝土級配粒徑分布圖..50
圖 3-4 本研究添加 50%垃圾焚化底渣瀝青混凝土級配粒徑分布圖..50
圖 3-5 本研究添加 20%廢玻璃砂瀝青混凝土級配粒徑分布圖...51
圖 3-6 本研究添加 20%廢輪胎橡膠粉瀝青混凝土級配粒徑分布圖..51
圖 3-7 批次溶出試驗流程圖 ...53
圖 3-8 TCLP 試驗程序圖...55
圖 3-9 AA-重金屬檢測程序圖 ...58
圖 3-10 本地綠藻之小球藻放大照片圖 ...59
圖 3-11 發光(螢光與磷光)光譜之ㄧ般儀器幾何圖...63
圖 3-12 為本研究實驗流程圖 ...74
圖 3-13 水蚤毒性試驗計算 LC50流程圖...76
圖 3-14 Probit method 流程圖...77
圖 3-15 藻細胞生長速率圖解法 ...78
圖 4-1 本研究培養之藻種生長曲線圖 ...85
圖 4-2 各材料 pH 值比較 ...87
圖 4-3 銅濃度比較圖 ...89
圖 4-4 鉛濃度比較圖 ...91
圖 4-5 鉻濃度比較圖 ...92
圖 4-6 錳濃度比較圖 ...93
圖 4-7 鎳濃度比較圖 ...95
圖 4-8 鎘濃度比較圖 ...96
圖 4-9 鋅濃度比較圖 ...97
圖 4-10 八種材料 LC50之TU 毒性值...100
圖 4-11 不同添加量 MSWIBA 24hr 之藻類平均成長速率...103
圖 4-12 廢玻璃砂 24hr 之藻類成長速率...103
圖4-13 廢輪胎橡膠粉與廢輪胎橡膠瀝青混凝土 24hr 之藻類平均成長 速率...103
圖 4-14 八種材料 EC50之TU 比較圖...105
圖 4-15 25%焚化底渣瀝青混凝土 pH 值、導電度與水蚤死亡關係圖 ...107
圖 4-16 LC50與 EC50之相關性...107
圖 4-17 LC50與 EC50之TU 值比較 ...108
第一章 緒論
1-1 研究背景
近年來臺灣地區環保意識高漲，工程界又普遍存在砂石取得困 難、工程廢土棄置不易等困境。1987 年聯合國在第 42 屆大會上提出
「永續發展(Sustainable Development)」的理念後，各先進國家莫不致 力於將廢棄物進行資源化處理，並且灌輸大眾減量(Reduction)和重複 使用(Reuse)外，接著循環利用(Recycling)和回收利用(Recovery)的「4R 觀念」。國內環保署更在2004 年提出「環境保護三年行動計劃之垃圾 全分類零廢棄群組行動計畫」政策[1]，以達到垃圾零廢棄、零掩埋為 目標。「零廢棄」觀念之定義為以「源頭減量、資源回收」為垃圾清 理之方向，將資源有效循環利用，逐步達成垃圾全回收、零廢棄之目 標。而且2005 年 2 月 16 日「京都議定書」的正式生效已逐漸對營建 產業有所影響，廢棄材料資源化除能有效降低廢棄物產量外，更有助 於廢棄物的再利用，如能在廢棄物再生再利用上建立更完整的評估制 度，秉持著「永續發展」的理念，將使環境品質及環境生態共生共榮 [2]。
1-2 研究動機
公路工程使用材料數量龐大且品質要求的妥協性較一般工程材 料高，故常被考慮要求協同解決工程與工業廢棄物的問題。行政院公 共工程委員會(簡稱工程會)為徹底解決國內營建資源不足的問題，即 於1996 年起，積極進行燃煤飛灰及路面刨除料再利用於公共工程之 實務性研究；緊接著在921 大地震後，工程會委託財團法人台灣營建 研究院進行「營建資源利用於公共工程之研究」，並於2002 年陸續完
成對舊路面刨除料、廢玻璃、及廢輪胎等營建資源於公共工程上的試 用。用在公路鋪面上的材料，經由長時間的風吹日曬雨淋，極有可能 滲流出其中的化學物質，傳佈至週遭的土體造成污染，又或隨水注入 形成地下水污染，尤其是使用各種工業副產物時，有別於傳統材料的 化學成份或重金屬等毒性物質，有可能使生態系受損而失去資源再利 用的意義。
1-3 研究目的
基於以上的研究背景與動機，本研究以三種再生鋪面材料(垃圾 焚化底渣、廢輪胎橡膠粉、廢玻璃)拌製成不同含量的瀝青混凝土，
參考其相關文獻進行溶出試驗，將所得溶出液進行水質、化學分析和 重金屬濃度分析及生物毒性試驗。本研究之主要目的可歸納如下：
1、評估再生鋪面材料瀝青混凝土溶出液之水質狀況與重金屬濃 度。
2、嘗試以生物毒性試驗法評估再生鋪面材料對環境可能造成的 影響。
3、探討瀝青混凝土是否可包覆毒性。
4、提供日後再生鋪面材料再利用之環境性質考量與數據。
1-4 研究方法與本論文架構
本研究由文獻收集能瞭解三種再生鋪面材料(垃圾焚化底渣、廢 輪胎橡膠粉、廢玻璃砂)特性與適用性，及以生物毒性評估環境性質 之重要性，並針對三種再生鋪面材料進行基本分析，最後提出結論與 建議。本論文之架構如表1-1 所示。
表 1-1 本論文架構
第一章、緒論 1.研究背景、動機、目的 2.研究方法與本論文架構
第二章、文獻回顧 1.廢棄物問題與現況 2.再生材料應用於瀝青混凝土
3.環境衝擊評估.
4.生物毒性試驗法 第三章、試驗計畫與方法介紹
1.材料準備與溶出試驗 2.化學分析 3.藻類培養與毒性試驗 4.水蚤培養與毒性試驗 5.實驗設計與數據分析 第四章、試驗結果與分析
1.再生鋪面材料基本性質 2.供試生物培養結果成效探討 3.批次溶出液之水質及重金屬濃度
4.生物毒性分析 5.綜合分析 第五章、結論與建議
1.結論 2.建議
第二章 文獻回顧
台灣公路運輸系統普及性相當高，公路對環境衝擊性也很大，一 直都是環境相關議題的重點；再加上公路工程使用材料數量龐大且多 樣性，除了對材料品質具有妥協性外，也常被考慮協同解決工程與環 境相容性的問題。本研究介紹數種再生鋪面材料之運用方式與環境性 質評估，說明以生物毒性試驗檢測之重要性與方法。
2-1 廢棄物之處理與現況
台灣近幾年來工商業發展迅速，除了傳統產業持續在經濟上扮演 基礎角色外，更有因應世界潮流興起高科技產業，如半導體、光電、
電子相關零組件以及生物技術產業，使台灣在高科技相關產品上扮演 了舉足輕重的角色。高度科技化雖然為台灣人民帶來財富，但相對的 卻使得工業所產生的廢棄物種類日益繁多，性質的差異性日漸增大，
致使環境壓力亦日漸沈重。
國內對於廢棄物管理的法令，首見於西元 1974 年首度制訂「廢 棄物清理法」，而對於工廠事業廢棄物之管理，西元1987 年頒定「有 害事業廢棄物認定標準」，於西元1989 年再分別公告「事業廢棄物貯 存清除處理方法及設施標準」及「公民營廢棄物清除處理機構管理輔 導辦法」後，事業機構方才開始逐步受到管制而開始注重事業廢棄物 之處理；而政府自西元2000 年起，配合國內外情勢下大力修訂廢棄 物相關的法令與辦法，期望能夠將資源節省與再生的精神納入，並與 國際的公約及「永續消費與生產」趨勢接軌。
2-1-1 廢棄物之定義與分類
1、定義廢棄物(Waste)係指人類社會活動所生產或消費過程中所衍生之
無利用價值而將之排棄之物質，包括固態、氣態及液態之廢棄物，例 如垃圾、廢水、對人體有害之廢氣及營建廢棄物等，統稱為廢棄物[3]。
2、分類
依我國現行廢棄物清理法第二條：廢棄物種類分為一般廢棄物及 事業廢棄物，事業廢棄物又可再分為一般事業廢棄物及有害事業廢棄 物。如圖2-1 所示。
圖 2-1 廢棄物分類[3]
2-1-2 台灣目前廢棄物處理與資源化概況
1、廢棄物收集與分類解決廢棄物之問題，首先應從「減量」觀念出發，然後就是作好
「分類回收」工作，則可使後續處理工作達事半功倍之效；反之則使 處理「成本」大幅提高，也會使回收再利用的價值大打折扣[4]。環保 署於西元2005 年 1 月 1 日於全國十縣市進行第一階段的『垃圾強制 分類政策』，規範民眾應將家戶垃圾分為資源垃圾、廚餘、一般垃圾 再行排出，並於西元2006 年開始全國全面實施，口號為「分三類好，
OK」。
2、歷年廢棄物資源化成果與效益
廢棄物其實是放錯地方的「原料」，「垃圾」即是「資源」，「資源」
即是「財富」。例如：台電及中鋼以往每年產生數以萬噸之事業廢棄
物，每年都須編列龐大預算用來處理這些廢棄物。如今，「底渣」及
「爐石」已轉變成為搶手營建材料，不但每年為上述單位減少處理廢 棄物之開支，同時這些副產品也為事業單位帶來為數可觀之經濟利 益。其實各種廢棄物只要瞭解其性質並加以研究，都有可能成為明日 搶手之工業「原料」或「產品」；例如愈來愈多之焚化爐底渣、底灰，
在現行河川砂石日漸枯竭及水泥原料日益缺乏的情況下，已經有業者 成功研發出把底渣適量當成水泥原料，替未來營建業創造更多「新再 生材料」[5]。
(1)資源化的成果：
「資源化」在台灣已有悠久之歷史，早期皆由拾荒業及古 物商擔任。規模不大，資源回收成效十分有限，近年來由於 垃圾量逐年增加，在西元1997 年平均每一位國民每日製造出 垃圾達 1.143 公斤，當時各鄉鎮市公所經常因垃圾傾倒問題而 發生「垃圾大戰」。政府從當時一方面開始大量興建焚化爐及 獎勵民間投資設置衛生掩埋場，另一方面也同時實施垃圾量 減量與資源回收。
(2)資源化的效益：
資源回收效益無窮，可達到下列之效益：
①資源回收可達垃圾減量之目的，同時減少人力與垃圾運輸 及處理費用。
②回收一噸廢紙可減少砍伐約20 棵樹木，對保護森林資源 與維護生態環境亦有正面功能，使用再生紙可減少三分之 二之電力，50%之的製紙用水，約節省 127 萬千瓦之動力。
③回收鋁灌可減少95%之空氣污染，同時可節省相當於該鋁 罐一半容量之汽油，並可減少相當於觀看三小時電視之電
力。
④環境保育：資源回收再利用，可同時解決環境問題，因為 許多資源之開發、運輸、提煉及使用過程中均會產生很多 汙染及消耗大量能源。
2-1-3 再生材料
目前家庭及事業單位所產生之固體廢棄物常面臨處理困難，且固 體廢棄物大多採用垃圾焚化爐焚化處理，焚化後仍有底渣等必須處 理。廢棄物若經適當處理且無毒害之顧慮，尚有甚多種類可再利用，
這些再利用之廢棄物統稱再生材料[6]。
美國聯邦公路局(Federal Highway Administration, 簡稱為 FHWA) 認為使用再生材料以維護自然環境是工程師的天職，但是維護公路工 程的水準以提昇服務品質才是首要的重點，絕對不可因鼓勵使用再生 材料而降低公路的服務水準，因此於1995 年起研究在公路鋪面上使 用固體廢棄物的準則。1997 年出版的「鋪面使用副產物準則(User Guidelines for Waste and Byproduct Materials in Pavement
Construction)」[7]，針對材料用量較大的瀝青混凝土、水泥混凝土、
粒質基底層、填方材、穩定處理底層、及流填料(Flowable Fill)等 6 種 應用上，共列出21 種固體廢棄物，由於有些廢棄物目前使用在某些 應用上，有可能產生不良的影響，所以目前於該準則內只列出54 種 組合[8]。國內相關文獻整理其中應用於瀝青混凝土者如表 2-1 所示，
由表2-1 可知共有 17 種副產物可以應用在瀝青混凝土中，且除了廢 輪胎可能作為瀝青改質劑外，大多數是以替代部份骨材的方式加入瀝 青混凝土中。
表2-1 國內相關文獻整理可應用於瀝青混凝土的再生材料[8]
瀝青混凝土 應用標的
廢棄物名稱 熱拌料的骨材 礦物填縫料 瀝青改質劑
高爐爐碴(Blast Furnace Slag)
燃煤底灰(Coal Bottom Ash)
鍋爐爐碴(Coal Boiler Slag)
鑄模砂(Foundry Sand)
尾礦料(Mineral Processing Waste) 垃圾焚化底碴(Municipal Solid Waste Combustor Ash)
非鐵金屬爐碴(Nonferrous Slag)
廢瀝青混凝土(Reclaimed Asphalt Pavement)
廢輪胎(Scrap Tires)
鋼爐碴(Steel Slag)
廢玻璃(Waste Glass)
廢屋頂防水材(Roofing Shingle)
袋屋粉塵(Bag House Dust)
水處理污泥(Sludge Ash)
水泥窯粉塵(Cement Kiln Dust)
石灰窯粉塵(Lime Kiln Dust)
燃煤飛灰(Coal Fly Ash)
2-2 再生材料應用於瀝青混凝土
自 921 大地震後，行政院公共工程委員會委託台灣營建研究院進 行「營建資源再利用於公共工程之研究」，並於2002 年陸續完成嘗試 將廢輪胎橡膠粉末與廢玻璃等廢棄物添加於瀝青混凝土中。在廢輪胎 橡膠粉再利用於瀝青混凝土路面之相關研究在公路單位的配合下，已 在國內主要幹道上鋪築，其試驗路面服務已超過四年，整體成效相當 良好。廢玻璃方面則因出現清理回收通路不順暢的問題，但在環保署 補助下，已有玻璃瀝青路面的鋪築 [17]。添加垃圾焚化底渣的道路目 前也有很多路面進行試鋪。本節以垃圾焚化底渣、廢玻璃砂、廢輪胎 橡膠粉應用於瀝青混凝土探討。
2-2-1 垃圾焚化底渣應用於瀝青混凝土
都市垃圾焚化底渣（Municipal Solid Waste Incinerator Bottom Ash, MSWIBA）是經由焚化爐燃燒都市垃圾所產生的副產物，一般焚化爐
所產生副產物有細渣（Grate Shifting）、底渣（Bottom Ash）、鍋爐渣
（Boiler Ash）、集塵灰或飛灰（Precipitator Ash or Fly Ash）四種。分 類敘述如下[9]：
1、細渣：係由爐床上爐條間之細縫所掉落之細粒，通常小於 1.3 公分。
2、底渣：為垃圾焚化後之殘留物，主要為不可燃物，因底渣產 生後會經過調濕降溫，故其含水量高，成黑色，具異味，顆 粒分佈範圍大，以 4.76-25.4mm 間之顆粒最多。
3、鍋爐渣：係指廢氣在鍋爐內被收集的顆粒，一般而言，粒徑 均小於 30 號篩。
4、集塵灰或飛灰：是由焚化廠空氣污染防制設備所收集到的粒 狀物質，其主要組成為燃燒後之無機物與重金屬等，若使用 乾式或半乾式洗滌方法時，其另含一些反應物（CaCl2、CaSO4 等），及一些未反應掉的鹼劑（Ca(OH)2等）。
在灰渣處理處置上，一般習慣將細渣歸類為底渣，鍋爐渣、集塵 灰或飛灰歸類為飛灰。本研究主要針對底渣部份進行研究，垃圾焚化 底渣選自北部都市垃圾焚化廠，已先進行底渣破碎、篩分及磁選分 離，圖2-2 為垃圾焚化底渣處理流程。圖 2-3 為本研究所使用處理完 成烘乾後的焚化底渣，由於一般垃圾焚化底渣的含水率較高，呈灰黑 色且散發出類似腐敗之臭味，烘乾後之垃圾焚化底渣呈灰白色，並呈 團塊的現象，經由手或振動篩即可容易將部份團塊分散。
圖2-2 垃圾焚化底渣處理流程
圖2-3 處理完成的焚化底渣
焚化底渣多孔隙輕質聚集物，比重均比一般砂石來的低，可視為 輕質骨材使用[9]。焚化底渣的化學組成成分非常複雜，主要受到廢棄 物的性質不同與焚化處理流程所影響。一般而言，焚化底渣中大約
進料斗
粗篩分離
磁選分離
磁選分離
鐵處理流程
磁選分離
細篩分離
風選機
級配處理
（噴灑藥劑）
非鐵金屬分離
非鐵金屬處理
篩選
e 級配
未完全 燃燒產物
顆粒破碎
鐵金屬 非鐵金屬
焚化底渣
80%~90%是由 Si、Ca、Fe、Mg、Al、Na、K 和 C 等元素所組成，而 氧化物方面則是以SiO2、CaO、Fe2O3與 Al2O3為主[10]。
在先進國家，焚化底渣已有多種資源化再利用的方式，如表 2-2 所示，由表2-2 可知主要為營建材料方面，特別是工程用填土、公路 基底層及瀝青混凝土面層用量最多[6]。
表 2-2 歐美日等國家焚化底渣再利用方式[6]
國別 再利用方式
美國
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、海岸侵蝕防護應用等，或作為瀝青混凝土及卜特蘭水泥的骨材 取代物。
德國 道路工程路基配、隔音牆填充材、堤防建築之骨材取代物、土壤改 良劑。
荷蘭 去除鹽類後投海、工廠地基、道路路基、堤防、隔音牆、防風牆材 料，或是當為混凝土及瀝青混凝土骨材。
法國 道路建築之基層級配、含鐵物質回收、玻瑙及其它非鐵金層之分選、
廢水處理劑。
丹麥 工程骨材或填料。
日本 建築材料、分選處理作為骨材或製造陶瓷體、高溫熔融作為骨材、
分選後回收金屬。研究用於AC、PCC 及道路底層。
新加坡 以往運棄於掩埋場，配合環境局之零掩埋計畫，正轉移用途，做為 道路基層及底層。
彙整文獻焚化底渣物理性質如表2-3 所示，由表顯示，焚化底渣 與一般砂石比較，比重較低，吸水率較高，且變異較大[16]。
表2-3 焚化底渣物理性質
項目 國外研究[16] 國內研究[9] 國內研究[18] 一般砂石
比重 1.7-2.4 1.5-2.4 2.0-4.4 2.5-2.6 細骨材
吸水率（%） 12.0-17.0 - 3.0-12.0 1.5-2.7 粗骨材
吸水率（%） 4.1-4.7 - - 2.1-3.4
含水率（%） 22-66 - - -
單位重
（kg/m3） 960-1400 - 1300-1400 1200-1750 燒失量（%） 1.5-6.4 6-11.2 - -
最大乾密度
（kg/m3） 1260-1760 950 - - 滲透係數
（cm/sec） 10-3-10-4 - - -
焚化底渣再利用的方式很多，如表 2-2 所示，主要用於營建材料 方面，特別是道路工程之填土、基底層及AC 面層用量最多[6、19]。
焚化底渣再利用時重金屬等成分其含量需符合行政院環保署毒性特 性溶出程序(Toxicity characteristic leaching procedure，以下簡稱 TCLP) 規範[29]。
有關焚化底渣再利於瀝青混凝土的研究，美國早在1970~1980 年 由美國聯邦公路局主導，進行了許多試鋪路面，如表2-4 所示，而在 這眾多的案例中顯示，經處理過後的垃圾焚化底渣，用於取代瀝青混 凝土中部份天然骨材。使用成效良好，只有一案例在試鋪完成一年後 即出現剝脫現象[20]。國內則起步較晚，近幾年才開始研究焚化底渣 再利用；目前為止國內也有幾條試鋪案例，如表2-5 所示，目前觀察 結果，成效良好[9、21、22]。
國內以往都是使用掩埋處理將焚化底渣做最終處置，近幾年環保 要求提高加上國外對於底渣再利用的技術十分成熟，因此國內環保署 也開始朝向再利用方式，以期達到零掩埋的未來展望。
表2-4 國外試鋪例案[16]
案例 底渣種
類
底渣添 加比(%)
瀝青含 量(%)
石灰添
加比(%) 鋪面種類 Houston, TX (1974) 混合灰 100 9.0 2.0 基底層 Philadelphia, PA (1975) 混合灰 50 7.4 2.5 面層 Delaware Co., PA (1975) 混合灰 50 7.0 2.5 面層 Harrisburg, PA (1975) 混合灰 50 7.0 2.5 面層 Harrisburg, PA (1976) 混合灰 100 6.7 0.0 面層 Washington, DC (1977) 混合灰 70 9.0 2.0 基底層
Lynn, MA (1979) 混合灰 50 6.5 2.0 聯結層及面層 Tampa, FL (1987) 混合灰 5 - 15 - - 基底層及面層 Rochester, MA (1992) 底渣 30 - - 基底層及面層
Laconia, NH (1993) 爐床灰 15 5.1 - 面層 Elizabeth, NJ (1996) 底渣 15 5.1 - 面層
Albany,NY(1983) 底渣 - - - - Ruskin test cells(1990) 底渣 - - - - Shelton,CT(1992) 底渣 - - - -
Baltimore,MD 底渣 - - - 基底層 Honolulu,HI(1998) 底渣 5 - Jersey City,NJ(1998-2000) 底渣 13 - - 面層
Polk
County,MN(2000-2001)
底渣/飛
灰 - - - 面層
Brookhaven,NY(2003) 飛灰 - - - 基底層
表2-5 國內焚化底渣試鋪案例[23]
執行單位 試驗地點 使用方式
中央大學 台北縣 瀝青混凝土基、底層及面層（密級配）
中華大學 新竹市 瀝青混凝土面層（密級配）
中華大學 桃園縣 碎石底層及瀝青混凝土面層（密級配）
2-2-2 廢玻璃砂應用於瀝青混凝土
國內每年產生的廢玻璃約有五十至六十萬噸無法再利用[11]。以 台灣為例，環保署自西元1998 年實施「四合一資源回收計畫」提升 各類物品回收量，廢玻璃資源回收量由西元1997 年 13,375 公噸增至 西元2002 年 66,239 公噸，增加近 5 倍，這些廢玻璃若能有效加以回 收再利用，則對環境保護與資源運用之效率皆有極大的幫助[12]。由 於自然生物無法分解廢玻璃，也不適合掩埋或焚化處理，且玻璃性質
與砂石極為接近，目前已有許多將玻璃回收再利用取代人行道鋪設、
瀝青鋪路之案例。圖2-4 為處理完成之玻璃砂，可看出還是有不同顏 色與顆粒大小。
圖2-4 處理完成之玻璃砂 1、廢玻璃來源
廢玻璃主要來源有平板玻璃、容器玻璃(透明、茶色、綠 色)、汽車玻璃、映像管等，現有資源回收管道主要為玻璃製 造業者、回收業者及清潔隊。依產生源的不同，可區分為「事 業廢棄物」和「一般廢棄物」二類。
(1)「事業廢棄物」包括「製程內廢棄物」和「使用後廢棄物」、
「製程內廢棄物」是在玻璃及其製品的生產過程中，部份 原料或下腳料被丟棄而成為廢玻璃。「使用後廢棄物」是 特定產業活動過程使用後產生的廢棄物，例如酒廠酒瓶報 廢品等。
(2)「一般廢棄物」是消費者使用後所排放之垃圾，來源較複 雜。
2、物理特性及化學成分
廢玻璃物理特性及化學成分如表 2-6 所示。可看出最主 要還是以 SiO2為主Na2O、CaO 次之。
表2-6 廢玻璃砂物理特性及化學成分[12]
廢玻璃之物理特性 廢玻璃之化學成分(％) (依顏色不同而有所差別)
單位重(T/M3) 1.3~1.4 SiO2 70.87~72.83 比重 ≒2.5 Na2O 12.40~13.67 含水量 約0.3~0.4％ CaO 8.84~10.47
Al2O3 1.47~2.43 K2O 0.79~1.17 顆粒大小
鋪設材料用之玻璃粒料的 直徑宜在13.2mm 以下，
但最為常用者為4.75mm SO2 0.20~0.26 熱膨脹係數 88×10-7/ .92×10℃ -7/℃ MgO 0.11~3.91
軟化點 718~738℃ Fe2O3 0.03~0.37 硬度值 莫氏6.6 TiO2 0.01~0.04
3、廢玻璃使用限制
用於瀝青混凝土之廢玻璃砂，若有含螢光劑、重金屬等 成分其含量需符合TCLP 規範值，如為電視螢光幕、農藥瓶、
日光燈、感染性醫療容器及劇毒容器等之廢玻璃，未經有效 處理，不得摻雜使用；目前環保署在垃圾源頭就有推行分類，
把廢照明光源和廢玻璃容器分開[11]。
玻璃之膨脹係數與化學成份因玻璃「顏色」之不同而有所差異，
若廢玻璃須大量回收並重新熔製成玻璃製品，應先作好「分色」與「分 類」之要求，不僅可減少對環境之污染，並可達到資源有效再利用之 目的。目前依其分類、分色情形作不同之利用，並按材料使用量大小 及附加價值之高低作不同之運用，分類不佳或受污染的廢玻璃才用來 當營建材料使用。其國內、外可利用途徑如下[5、13]：
(1)重新熔解作為玻璃產品 (5)作混凝土材料 (2)作景觀步道及商標圖案材料 (6)作為排水濾層材料 (3)作為道路材料 (7)其他用途
(4)作為地磚材料
一般將加有廢玻璃砂之瀝青混凝土稱為玻璃瀝青(Glass
Asphalt)，根據熱拌瀝青混凝土施工經驗，廢玻璃砂之添加量於 10％
~15％可獲得令人滿意之成效。因玻璃含有 70.87~72.83%之矽(SiO2) 質材料，而矽質含量因玻璃顏色及種類之不同而異。且玻璃質地亦較 砂石堅硬具耐磨之特性，另因玻璃本身具有反光之特性，夜間駕車時 因燈光照射下，會使路面閃閃發亮，不僅可提高駕駛人注意力更可促 進夜間行車安全。
廢玻璃物理性質與砂石極為接近，可用在道路瀝青路面、道路底 層、基層或作為填方材料，在用於道路工程方面，應視廢玻璃回收處 理程度，依序由瀝青面層、底層、路基基層、添填方料應用，以充分 利用材料性質[5]。
廢玻璃砂再利用於瀝青路面，於美國、日本等先進國家已有廿餘 年之經驗，對於廢玻璃資源再生利用已建立了完善的制度與開發之技 術，值得我們效法與學習。
2-2-3 廢輪胎應用於瀝青混凝土
國內於西元1989 年訂定廢輪胎回收清除處理辦法，並將廢輪胎 納入正常的回收體系，行政院環保署亦於同年成立「資源回收管理基 金管理委員會」，對各式廢棄物的回收進行宣導與流向管理業務，廢 輪胎的回收處理係採「責任回收處理制度」，也就是將市面上的廢輪 胎回收後，直接送處理廠處理，一方面減少廢輪胎貯存可能導致的環
境問題，另一方面則降低廢輪胎貯存成本的浪費[14]。
廢輪胎主要是由橡膠、鋼絲、尼龍與纖維所組成，如圖 2-5 所示。
於胎唇趾部位由兩條胎唇鋼絲所組成，胎唇趾並以纖維保護，除了胎 面與胎壁的主要橡膠成分外，胎面下有尼龍加強，整個胎體皆佈滿鋼 絲環帶。
圖2-5 輪胎橫斷面圖[15]
因為輪胎的外型是固定的，所以在處理上會有很大的困擾，許多 容許掩埋處理的國家，皆要求廢輪胎必需經切割後，才能掩埋，至於 公路工程方面，則除了少數以原型再利用的狀況外，廢輪胎大都要經 過切割或磨碎的處理程序才能方便再利用。依美國FHWA 提供的資 料[16]，廢輪胎的處理程序為先經輪胎切割機(Tire Cutting Machine)，
將其切割成兩半，或是將胎壁與胎面切割開，再用第二部切碎機(Tire Shredder)之剪力切成 100mm 至 460mm 長的廢輪胎碎片，若再將這些 碎片進行第二次切碎，則可得長度在76mm 至 13mm 間的碎片，這些 廢輪胎碎片(Scrap Tire)邊緣都還會有鋼絲祼露的狀況，而將廢輪胎碎
胎
尼龍 鋼絲環帶 胎體
胎唇趾 橡膠內襯
胎唇鋼絲 胎
胎
胎 胎
片進行磨碎處理成橡膠粉末的製程，表2-7 中三種磨碎製程都會要使 用數道磁鐵，將廢輪胎中含有的鋼絲吸走，有些甚至會使用液態氮將 廢輪胎橡膠顆粒冷凝至零下87℃，使橡膠顆粒變脆而容易碎成粉狀。
表2-7 廢輪胎碎片磨碎處理成橡膠粉末製程[16]
破碎機製程 (Crackermill Process)
由鋼製旋轉齒組成，廢輪胎碎片餵入後被撕裂破碎的形狀不規 則，顆粒粒徑在5mm 至 0.5mm 之間，擁有較大的表面積。
造粒製程 (Granulator Process)
由旋轉鋼製刀片切過一定材料出口組成，廢輪胎碎片餵入後，
被切割成形狀較規則，顆粒粒徑在9.5mm 至 0.5mm 之間。
研磨製程
(Micro-Mill Process) 研磨所得的顆粒較細，粒徑在0.5mm 至小於 0.075mm。
綜合上述廢輪胎的處理程序，由廢輪胎依其外觀尺寸，由大至小 分別如表2-8 所示。其中橡膠細粒和粉末，乃經磁選處理後不含金屬 成份的細粒產品，由於處理的程序較繁複，必須付出較高的處理成 本，此六種不同尺寸廢輪胎在公路工程的可能應用範圍。
表2-8 不同尺寸廢輪胎衍生資源及其在公路工程之可能應用範圍
資源名稱 英文原名 尺寸(mm) 應用範圍 原型廢輪胎 Whole Tire 原尺寸 公路邊坡擋土設施 廢輪胎長條片 Slit Tire 原尺寸之一半或1/4 護欄墊片、填方材 廢輪胎切碎片 Shredded Tire 460~100 輕質填方材
廢輪胎顆粒 Chipped Tire 76~13 輕質填方材、排水濾層材 廢輪胎橡膠細粒 Ground Rubber 19~0.15 取代骨材、瀝青改質劑 廢輪胎橡膠粉末 Crumb Rubber 0.6~0.075 瀝青面層改質劑
資料來源：[16]經邱垂德整理
本研究使用 30 mesh 尺寸的廢輪胎橡膠粉進行試驗，如圖 2-6，
此為處理完成且烘乾之廢輪胎橡膠粉。
圖2-6 本研究使用處理完且烘乾之 30 mesh 廢輪胎橡膠粉 利用廢輪胎研磨而成的橡膠粉末，可作為瀝青膠泥改質添加劑使 用，國外應用於公路鋪築已行之有年，由多方面的資料顯示，使用廢 輪胎粉改質的瀝青混凝土，因感溫性較低可能兼具有較佳的抗車轍變 形與抗低溫龜裂能力，進而可增加路面壽命、節省養路經費，額外效 益尚可降低路面噪音，增加路面的服務品質。在美國亞歷桑納州、加 州、佛羅里達州早已將其視為常規的公路鋪築材料，且已有完整的品 質規範依據[23]，表 2-9 為 ASTM D6114 所列的橡膠瀝青物理性質規 定。
表2-9 ASTM D6114-97 所列的橡膠瀝青物理性質規定[24]
類別 Type I Type II Type III 視黏度, 175 , cP, ℃ 最小~最大 1500~5000 1500~5000 1500~5000 針入度, 25 , 100g, 5s, 0.1mm, ℃
最小~最大 25~75 25~75 50~100 針入度, 4 , 200g, 60s, 0.1mm, ℃ 最小 10 15 25
軟化點, , ℃ 最小 57.2 54.4 51.7 回彈率*, 25 , %, ℃ 最小 25 20 10
閃火點, , ℃ 最小 232.3 232.2 232.2 4 ℃殘餘針入度%, 最小 75 75 75
由生產廢輪胎橡膠改質瀝青的製程可概分為濕式製程與乾式製 程兩種。本研究採用濕式製程，濕式製程乃指將廢輪胎橡膠粉加入傳 統的瀝青膠泥中（本研究採用瀝青重量百分比計算，加入20％廢輪 胎橡膠粉），拌合成具有改質瀝青特性的橡膠瀝青，可用作為密級配、
越級配或開放級配瀝青混凝土的黏結料（但由於橡膠顆粒持續與瀝青 交互作用，體積膨脹可能持續進行，因此在密級配中會產生體積膨 脹，易有永久變形等問題。）此種拌製方式加入的廢輪胎橡膠粉扮演 著改變瀝青膠泥黏結性質的角色，因此統稱為橡膠粉改質劑(Crumb Rubber Modifier，簡稱為 CRM)。
溼式製程加入的橡膠量較少，只要使用的材料恰當，大部份的橡 膠粉末有機會與瀝青反應，是故應採用較細的橡膠粒，並且要有適當 的拌合溫度及時間，以使瀝青膠泥及橡膠粉反應完全，因此溼式製程 所生產的橡膠瀝青比較可以取代傳統瀝青作為各種瀝青混凝土的黏 結料。
1、國內經驗
在國內大部分都用濕式製程來拌製廢輪胎橡膠瀝青，2000 年至 2003 年間中華大學於桃竹苗地區進行廢輪胎橡膠瀝青試鋪路面，且 試鋪路面有的已超過四年，沒有一般承受重載交通量路面常有的變形 及龜裂，整體成效相當良好，成效可超越一般傳統的瀝青混凝土路面。
2、國外經驗
廢輪胎橡膠瀝青已在美國行之有年且有不少鋪築成功案例，如亞 利桑那州、加州、佛羅里達州、及路易斯安那州等，表2-10 中所示。
表2-10 廢輪胎於國外應用之狀況[23]
地區 使用方式
亞利桑那州 瀝青混凝土面層（越級配）
加州 瀝青混凝土面層（密級配、開放級配、越級配）
佛羅里達州 瀝青混凝土面層（密級配、開放級配）
路易斯安那州 瀝青混凝土面層（開放級配、越級配）
2-3 環境衝擊評估
再生材料利用於鋪面材料時，經過長時間日曬雨淋，可能滲出其 潛藏化學物質或毒性，導致週遭環境如地表水、地下水或土壤遭受污 染，為了確保再利用後對環境不會造成二次污染，必須針對使用材料 所溶出的水質做評估及訂定相關法令來限制考量[25]。
本節說明材料再利用的相關溶出試驗及國內外對於再生材料再 利用的相關法令。
2-3-1 環境評估架構
目前文獻上較少以生物毒性試驗法來評估再利用材料的環境性 質，而在美國國家型公路研究計畫NCHRP REPORT 448 (NCHRP, National cooperative Highway Research Program）[26]指出美國在 1994 年已有超過24 種廢棄物及工業副產物應用在公路工程上，隨著降 雨，溶雪等，這些再利用材料的組成會從鋪面或基底層溶出而可能影 響土壤及週遭水體。
在監測溶出水樣之毒性報告中，建議道路用再生材料的環境性質 評估流程如圖2-7 所示[26]，圖 2-7 中的所謂進行毒性篩析試驗，為 分別用藻類(Algae)及水蚤(Daphnia)監測水樣的急毒性，並分別計算藻 類半抑制之有效濃度(EC50)與水蚤半數致死濃度(LC50)。美國 NCHRP 建議欲測試的材料應先經過短期的批次溶出試驗，以較劇烈的搖晃及 高比例的固液接觸面，模擬固體材料所含物質短時間釋放於水體的最 大濃度，若材料在最高濃度下測不到有害化學物質及毒性，則可斷定
此材料為安全無毒。若在最高濃度下有毒性的話，要依材料的不同執 行適當的溶出試驗，繼續加以分析與探討。
圖 2-7 美國 NCHRP 建議的道路用再生材料的環境性質評估流程[26]
2-3-2 溶出試驗
溶出試驗為評估固體廢棄物溶出水質之方法，各國均以溶出試驗 的方式評估溶出液水質為指標如表2-11，但各國所規定之溶出試驗則 有所差異[27、28]。因此想要獲得接近理想實驗的水質必須要針對適 當的環境條件還有各種溶出試驗的適用範圍。本研究所採用的溶出試 驗如下：
1、毒性特性溶出程序 TCLP [29]採用之萃取液分為 A 液 pH=4.93
± 0.05 或 B 液 pH=2.88± 0.05，固液比為 20:1，置於旋轉式萃 取器18±2 小時。TCLP 程序採用的低 pH 值與真實環境之對照
構築及維修材料確認 資料庫中蒐尋可能毒性 資料庫中是否有資料可用?
進行毒性篩析試驗
在最高濃度下是否具毒性?
依材料各使用位置執行適當的 滲出試驗
參考環境對照 評估毒性強度
執行宿命傳輸模式計算 評估數據
提出毒性評估 水質評估 報告
有 無
是 否
構築及維修材料確認 資料庫中蒐尋可能毒性 資料庫中是否有資料可用?
進行毒性篩析試驗
在最高濃度下是否具毒性?
依材料各使用位置執行適當的 滲出試驗
參考環境對照 評估毒性強度
執行宿命傳輸模式計算 評估數據
提出毒性評估 水質評估 報告
有 無
是 否
關係有許多的質疑。國內外已經發展許多種溶出試驗方法評 估固體廢棄物於最終處置時的穩定性，一般的廢棄物再溶出 之試驗方法約可分為三類，分別為萃取試驗(extraction tests)、
溶出試驗(leach tests)、管柱溶出試驗(column leach tests)[]。
2、美國國家型公路研究計畫[26] (NCHRP, National cooperative Highway Research Program）建議的溶出試驗方法有批次溶出 試驗(Batch Leaching Test)、平板溶出試驗(Flat Plate Leaching Test)、及管柱溶出試驗(Column Leaching Test)三種，如以下簡 介。
(1) 批次溶出試驗為短期試驗方法（24 小時之內），將1000g 的試體（需破碎至1/4 英吋以下）加 4 L 的蒸餾水（固液 比1:4）混合，置於 2L 的 PE 製圓桶，連續萃取 24 小時。
(2) 平板溶出試驗則是在固定面積時物質通過固/液界面固 定流速下(以 mg/cm2-hr 為單位)求出的溶出率，該試驗之 樣品建議採用夯50 下之馬歇爾試體，試驗時間為 7 天。
(3)管柱溶出試驗則是模擬降雨方法，來檢測是否含有污染物 質，試驗方法乃將圓形管柱內放入代測物，上面注入蒸餾 水，使蒸餾水通過待測物，水流流速度控制在5-50 cm/day。
24
表2-11 各國溶出試驗方法一欄表[30] 美國、加拿 大、台灣美國、加拿大德國法國瑞士荷蘭日本 操作條件 TCLPEP DIN 38414 S4 AF NOR X31-210 TVA Serial Batch Availability TestJLT 13 JLT 46 顆粒大小< 9.5 mm < 9.5 mm < 4 mm < 4 mm in final disposed form< 3 mm < 125μm < 5 mm < 2 mm 樣品數量（g）100 100 100 150 100~200 40 16 > 50 >50 萃取液醋酸去離子水 0.5N 醋酸去離子水去離子水CO2 saturated water 去離子水去離子水+ HNO3去離子水 + HCl 去離子水 + HCl pH pH = 2.88/ 4.93 PH 5 - - pH 5.6 pH 4
At pH 7 then pH4 with acetic acid
pH 5.8 ~ 6.3 pH 5.8 ~ 6.3 液固比20:1 20:1 10:1 10:1 10:1 20:1 100:1 10:1 10:1 溫度 °C 22.3±3 20 ~ 40 - 熱水恆溫器- - - 室溫室溫 萃取容器 PE 瓶未指定 2 L容器1.5L 燒杯, 2L 瓶子瓶子 1L PE 瓶瓶子- - 萃取方法旋轉器30±2 rpm- 旋轉器旋轉器Bubbling, 100 mL CO2/min- 磁旋攪拌旋轉器旋轉器 萃取時間 (h) 18 24 24 16 35 24*5 stage 3*2 stage 6 6 過濾0.6~0.8μ 濾紙0.45μ濾紙 0.45μ濾紙0.45μ濾紙， 離心 (>2000G) 0.45μ濾紙 0.45μ濾紙 0.45μ濾紙 1μ濾紙
離心 (1000rpm ,45min )+ 0.45μ濾 紙
2-3-2 化學分析
由文獻回顧可知，再生材料雖可在工程上再利用，但是有些材料 性質並不穩定，組成成分複雜，國外對於環境性質的化學分析不僅複 雜，評估的項目也因國情、氣候的不同而不盡相同。國內主要是以 TCLP 溶出試驗做評估，使用較低的 pH 值雖能溶出較多的有害物質 及重金屬，卻不符真實情況，對於釋出污染物所造成生物及人體的影 響程度，也無較具體的量化。一般而言，環境水體具有高度複雜性，
需考量污染物交錯作用下對人類健康及環境生態的可能影響。
本節主要說明污染物對人體影響、毒性的量測與毒性單位及生物 毒性試驗介紹。
1、重金屬污染物對人體之影響
污染物對於承受水體的影響有很多種，並且視其形式、種類與濃 度而定。懸浮粒子會降低水的清澈度，除了妨礙藻類行光合作用，也 會影響魚類進食甚至阻塞魚類及無脊椎動物的鰓而使其死亡；若懸浮 粒子很快沉降到水中底層，也會引起底棲性生態系統之改變。顏色、
濁度、油及漂浮物令人覺得不美觀並且也會影響水的清澈度及光合作 用之進行。重金屬大都易溶於水，而直接進入水生生物體內，食物鏈 越上層的生物，隨著濃縮累積的現象，使的其體內累積更高的重金屬 濃度。酸鹼值及其他毒性物質，皆會影響生物生存及水質狀況，例如 在酸性水中(pH 值<5)，大多數重金屬更易溶於水中，在較鹼的水中，
重金屬則形成氫氧化物或其他複合物的型態被生物食入體內[31]。
本研究整理文獻[31]，如表 2-12 所示，重金屬元素的汙染源或主 要用途以及對人體所產生的危害如下：
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表2-12 重金屬的用途與對人體的危害 用途或污染源對人體的危害 Cd）廣泛應用於電鍍材料上，在油漆顏料與塑膠工業也有大 量使用鎘化合物，另外在磷肥中含有微量的鎘。對人體之危害是累積於肝臟及腎臟，痛痛病為著名的鎘污染事件所 致，其症狀為引發骨質惡化及導致骨骼嚴重疼痛或扭曲變形等。 Cr）在工業上最大用途為防蝕劑，在家庭、交通及工業上所 用的許多金屬都鍍上鉻，以增加其耐用性。鉻主要以鉻 酸鹽之狀態存在於自然界。
人體若經皮膚接觸可能導致過敏性接觸皮膚炎，經食入可能出現出 血性胃腸炎，若長期暴露於六價鉻環境中可能引起癌症，尤其是肺 癌。 Cu）主要應用於銅線、黃銅的生產以及與其他若干金屬之合 金元素，亦有用來做為水果及馬鈴薯的殺菌用。在人體的危害方面，銅會囤積於肝、腦、腎之中，造成肝腫大，色 素沉澱等，並引發其他的併發症。 Hg）
被用於製日光燈、水銀燈、鏡子及各種度量儀器。汞大 多被用於測量及控制儀器中（如溫度計、氣壓計等）， 在鹼氯工業（即氯氣及苛性鈉之電解生產）汞被用為浮 電極，在塑膠生產中則做為觸媒劑使用。
對人體會造成神經箹統受損如甲基汞經生物累積導致日本人所謂的 水俁病。 Ni）重金屬鎳主要污染來源可能是鎳電鍍工廠的廢電鍍 液、廢水、廢水處理後之污染。
鎳對作物具有毒性，中毒症狀是在葉面呈含次氯酸之紋狀線，而這 種現象只在pH 值＜5 才出現，對哺乳動物之毒性低，因此嚴重受 鎳污染的作物被人食用亦很少呈毒害。 Pb）大部分的鉛運用於汽車工業、電池（其中以蓄電池居多） 及汽油之抗震劑如四甲基鉛及四乙基鉛之製造。
人體若攝取過量之鉛將會導致神經系統、造血系統、循環系統及消 化系統的障礙，嚴重者甚至會出現腦水腫合併腦壓增高的臨床症 狀，最後導致昏迷而死亡，此外，鉛對兒童中樞神經之發育有不良 影響。 Zn）最主要的用途為鍍金屬之外皮合金，亦有用製造油墨、 化粧品、油漆、橡膠、鍊鋅廠等。雖然鋅為人體需補充之微量物質，但在長期吸收下，對於食用者會 產生發燒、噁心現象，甚或導致心血管疾病之發生。
2、毒性量測及單位
描述一個化學污染物的毒性濃度，一般以濃度(mg/L)、劑量 (mg/kg)、或稀釋度(%)來表示，濃度與劑量普遍使用於單一毒性情 況，稀釋度則用於多種毒物的混合水樣。
污染物對於生物的影響，除了此污染物毒性濃度的大小外，還跟 這生物暴露在此濃度的時間長短有關，同一濃度下，依生物暴露時間 的長短可大致分為急毒性濃度與慢毒性濃度[32]。
決定水中污染物毒性的標準技術稱為毒性試驗(Toxicity test)或生 物試驗(Bioassay)，生物試驗有許多形式與方法，兩種最常使用的試 驗是急毒性試驗(96 小時以內)，然後觀察毒性物質對測試生物死亡或 抑制之影響；慢毒性試驗(96 小時以上，甚至數月數年以上)則指毒性 物質對生物長期性的影響，或相對於該測試生物十分之一、或更長壽 命期間的持續性影響，包括死亡率、生長遲緩或繁殖率下降情形[]。
毒性評估指標如表 2-13，一般表示方式有半數致死濃度(Lethal Concentration 50%, LC50)、半數致死劑量(Lethal Dosage 50%, LD50)及 半數有效劑量(Effective Dosage 50%, ED50)，其數值意義以 LC50-24 小 時=5 mg/L 或 LD50-24 小時=5 mg/Kg 說明，表示在 24 小時的曝露時 間下，造成50%生物死亡的濃度為 5 mg/L 或劑量為 5 mg/Kg；若以 受測水體的濃度代表半數致死濃度說明，例如LC50-96 小時=80%(80%
測試水體與20%稀釋水混合)，表示在 24 小時的曝露時間下，造成 50%
生物死亡的稀釋比為80%。
表 2-13 毒性指標意義[33、34]
指標 指標意義
EC50 受測試生物半數出現反應時的測試樣品濃度。（反應指：昏睡、活 動減少、代謝減緩、反應遲頓、厭食等）
ED50 受測試生物半數出現反應時的測試樣品劑量。
LC50 受測試生物半數死亡時的測試樣品濃度。
LD50 受測試生物半數死亡時的測試樣品劑量。
註：單位為%
除了使生物死亡外，亦可以生物的重量變化、反應速率變化、發 光度變化、基因改變等作為量測毒性的參數，使用此類參數時，通常 以有效濃度（Effective Concentration, EC）表示毒性效應，例如 EC50-48 小時=30%(30%測試水體與 70%稀釋水混合)，表示在 48 小時的曝露 時間下，造成50%生物反應的濃度為 30%，當 EC50值愈高表示毒性 較低，反之，毒性較高。
美國環保署建議可以用毒力單位（Toxicity unit,TU）來表示，其 公式為TU=100/EC(藻類)或 TU=100/LC(水蚤)，TU 值越大，毒性越 強，反之毒性較弱。由於此僅適用於比較兩不同水質之TU 值大小，
並無法說明水質為高毒性或低毒性，因此必須有毒性分級方法，清楚 分級TU 值範圍及毒性強度。Bulich 於 1982 年提出利用百分率分級 法（percent rank method），依樣品LC50 或 EC50 稀釋率測值，將毒性 分成五個等級。其後，Coleman 及 Qureshi（1985）再稍加修正，並 定義毒性強度及毒性效應分級範圍，如表2-14；美國 NCHRP 針對生 物毒性試驗亦定義毒性效應分級範圖，如表2-15 所示[26]。
表2-14 生物毒性效應分級表[34、35]
LC50 或 EC50 TU 毒性強度
＜25 ＞4 極毒性（Very Toxic）
26-50 2-3.9 高毒性（Moderately Toxic）
51-75 1.33-1.9 中毒性（Toxic ） 76-10 0.1-1.32 低毒性（Slightly Toxic）
＞100 ＜1 無毒性（Nontoxic）
表 2-15 美國 NCHPR 生物毒性效應分級表[26]
LC50 或 EC50 毒性強度 10
≦ 極毒性（Extremely High）
＞10 - 20≦ 高毒性（High）
＞20 - 75≦ 中毒性（Moderate）
＞75 低毒性（Low）
No Toxic Effect 無毒性（No Effect）
3、生物毒性試驗介紹
生物毒性試驗法已經美國環保署及國際標準組織(ISO)制定了為 檢測整體放流水毒性之試驗方法，如表2-16 所示[28]。國內自西元 1992 年起進行基礎魚毒試驗研究及委託學術研究單位訂定標準方 法，除了藻類生物毒性試驗法於西元1999 年公告之外，其餘如魚類、
水蚤、米蝦等水生物急毒性測試方法皆於2005 年 11 月 15 日公告，
如表2-17 所示[36]。
經考量後本研究採用以接近我們生活週遭環境而且對化學物質 極敏感的淡水水蚤和藻類為主。
