017(林凯隆)废弃污泥作为环保水泥替代性配料之研究.doc

廢棄污泥作為環保水泥替代性配料之研究 林凱隆1 王鯤生2 林忠逸2 林家宏2 摘 要 本研究以上下水污泥、工業廢棄污泥及煉鋼廢爐渣為水泥生料之主體，同時以水泥係數規範值為邊界條件，利用最佳配比策略編寫電腦配料程式，外添加適量石灰石進行配比設計，成功混配出三種型別(分別命名ECOI~ ECOⅢ型)環保水泥生料。另外為模擬實廠燒製水泥之流程，本研究利用導氣式焚化爐及高溫熔融爐(1400℃，6小時)於適當之操作條件下，燒製環保水泥熟料。再針對不同污泥(替代性生料)組成份上之差異針對燒成之環保水泥製成漿體，進行水化反應特性及工程材料特性之探討。實驗結果顯示，以廢棄污泥取代天然礦物摻配水泥生料之比例可達20%。實驗所燒製之各組水泥熟料皆含有C2S、C3S、C3A及C4AF晶相物種。就抗壓強度來進行討論，結果發現，三種不同型別之環保水泥漿體抗壓強度發展皆與控制組水泥漿體趨勢相同，隨齡期增加而增加。然而ECOⅡ型環保水泥漿體其抗壓強度在水化晚期明顯超過純水泥漿體7~10MPa，可能是添加石灰石比例略低，燒製熟料C2S量較高,故其強度發展較慢具有晚強之特性；環保水泥漿體之壓汞試驗顯示，環保水泥漿體可能因水泥反應而消耗水泥中之Ca(OH)2，而產生較多的水化生成物填充孔隙，使孔隙水所產生0.01μm之毛孔逐漸減少，而轉化為水化膠體內部結構之0.01μm的膠孔，有助於環保水泥漿體之緻密化。 關鍵字: 上下水污泥，工業污泥，配比設計，環保水泥，水化反應 一、前 言 台灣地區經濟發展快速、工業密集，每年產生大量的廢棄污泥形成新的廢棄物處理問題。目前台灣地區淨水污泥餅年產量達16萬噸[1]。而台灣地區都市污水處理廠廢棄下水污泥量到民國98年為止年產量將達14600萬立方公尺[2]。至於國內40個工業區(含科學園區)污水處理廠每年產生的廢棄事業污泥約為316萬公噸，其中具資源化潛力之一般事業污泥年產生量為277萬噸佔總量之88﹪為最大宗[3]。 目前台灣地區廢棄污泥除部份有害事業污泥外，根據文獻指出，舉凡下水污泥、淨水污泥及工業污泥，其組成份中含有大量之鈣、矽、鋁、鐵氧化物等無機物質，具有資材化之潛力[4-6]。在自然資源缺乏及廢棄物處置地點日益難覓的雙重壓力下，以資源化方式對廢棄污泥進行再利用勢將取代舊有的最終處置方式。而台灣地區製造水泥過程中需耗用掉大量天然礦物及能源，因此，水泥工業具有資本及能源密集的特性。 環保水泥(取生態與水泥作為合成語Ecology+Cement→Eco-cement)為一種極具環保 1.國立宜蘭大學環境工程系 2.國立中央大學環境工程研究所 性且高經濟價值之新型材料[7]。其材料特性極具環保性基於廢棄物再利用之觀點，本研究利用工業廢水污泥、淨水污泥、下水污泥等廢棄污泥作為水泥原料，期望摻配入水泥原料中之廢棄污泥因此轉變為另一種替代性資源，在進行廢棄物處理之同時，兼可製造出有價商品，創造市場價值。此等材料運用方示可減少環境污染並達成廢棄污泥資源化之目標。 二、實驗材料與方法 1.實驗材料 環保水泥配料所用之五種材料分別為三種廢棄污泥、煉鋼廢爐渣及石灰石，以水泥配料係數規範值為邊界條件(如表1所示)，編寫電腦配料程式;再利用導氣式焚化爐及高溫爐模擬實廠懸浮預熱式多段投料系統及水泥旋窯之製程，進行環保水泥熟料之燒製。 接著將燒成之環保水泥製成漿體，進行工程物化性質及水化反應特性之探討，期能確立廢棄污泥資源化於水泥原料之技術進而改良舊有環保水泥之材料特性。另外，為了選定環保水泥熟料之燒製條件，本實驗另外進行模擬窯燒試驗。 表1配料所用水泥係數及其規範值 水泥係數 定義 規範值 石灰飽和度 CaO/(SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3) 0.8-0.95 水硬係數 CaO/(SiO2+Al2O3+Fe2O3) 1.7-2.3 矽氧係數 SiO2/(Al2O3+Fe2O3) 1.9-3.2 鋁鐵係數 Al2O3/Fe2O3 1.5-2.5 本研究之環保水泥配料所使用之五種材料其來源及代號說明如下： (1)淨水污泥 ( Water Purification Sludge; WPS): 環保水泥配料所用之淨水污泥取自於南桃園地區某淨水廠。由於此廠混凝程序採用的混凝劑為多元氯化鋁，且污泥組成主要以砂礫及黏土成分為主故其污泥屬於無機之鋁鹽化學污泥。 (2)下水污泥 ( Primarily Sewage Sludge; PSS) 環保水泥配料所用之下水污泥取自八里污水處理廠，該廠污泥是由初沈池所產生之污泥直接抽送至污泥濃縮池予以重力濃縮，再送至污泥貯槽以攪拌機調勻後，續泵送至污泥脫水機房，經添加高分子聚合物調理後，再利用濾帶式污泥脫水機脫水。 (3)工業廢水污泥 (Industrial Waste