资源循环与环境控制技术

資源循環與環境控制技術郭坤土教授王鯤生教授成員環工所：王鯤生教授、李俊福教授大物所：呂世宗教授、張隆男教授化工所：郭坤土教授企管所：張正賢教授環境研究中心：張哲明教授台北科大：蔡穗教授本研究團隊以「資源循環與環境控制技術」為主要研究方向，研究之進程隨環境與社會變遷，由管末處理之公害防治、污染預防、資源循環，進而推展至全球環境與生態城鄉構建之永續發展課題。重點研究內容涵蓋環境監測評估、污染整治復育、資源循環與生態城鄉構建等，三主要領域相互整合，以達到零排放、環境資源循環，與生態城鄉構建之永續發展目標。循環型社會之建構成為當今重要之時代課題，尤其在廢棄物處理回收利用回面，亦以達到「零排放」及「資源化」為最終之目標。台灣地區每年產生大量之無機廢棄物，如都市廢棄物焚化灰渣、淨水污泥、下水污泥、水庫淤泥，與事業廢棄物焚化灰等，均有待妥善之處理與資源化。而在另一方面，台灣地區每年亦消耗大量之細骨材、粗骨材及水泥等營建資材，此等資材原料與產品需求之供需不均與極度失衡，加上大量無機廢有待妥善處理，使無機棄物處理與營建資材供給間，亟待建立一物質流之循環與平衡。垃圾焚化飛灰因其易溶性及含有有害重金屬，被列為有害廢棄物，必須與焚化底灰分開貯存。目前常用之處理方法包括酸萃取、化學穩定、水泥固化，及燒結熔融固化等（此等方法被日本列為飛灰之法定處理方法）。其中熔融固化可使易揮發性重金屬揮發，難揮發性重金屬則固定於Si-O結構中，形成極穩定之熔渣，提供作為骨材之替代物，或經水泥活化後，與水泥產生卜作嵐反應，配製環保水泥。灰渣熔融處理遂成為近年垃圾焚化之延伸，乃至與焚化爐結合成第二世代之氣化熔融爐。從污泥及廢棄物焚化灰渣之性質特性而言，焚化飛灰（含鍋爐灰、反應灰及cyclone灰，其中80%為反應灰），雖為有害廢棄物必須分開處理，但因其化學成分，飛灰單獨熔融相當困難，除少數流動床飛灰採用試驗性小規模電漿熔融外，飛灰熔融必須以其他廢棄物調節鹽基度與組成成分。大量之焚化底灰、淨水污泥、下水污泥、水庫淤泥，及一部份之工業污泥（如鋁土等）有待妥善處理，飛灰與污泥提供良好之調質併同熔融處理之契機。有鑑於此，本研究團隊以污染防治技術研究為主，結合環境監測研究及其他相關研究組，特針對焚化飛灰難以單獨熔融之特性，利用水處理污泥（含淨水污泥、下水污泥及廣義之水庫淤泥）進行鹽基度調整及調質併同熔融資材化之特性實驗研究，以解決水處理污泥灰及垃圾焚化飛灰的處理問題與提昇熔渣資源化潛力，提供無機營建資材與廢棄物產出間物質流平衡建立之參考，最終達到廢棄物「零排放」、「循環型社會」及「永續發展理念」之目標。調質熔融資材化關鍵技術熔融製造骨材之技術開發與應用廢棄物燒製生態水泥之研究廢棄物燒結研製超輕質隔熱材廢棄物電漿熔融資源化技術研發都市物質流循環之研究循環型都市生態鏈結指標之研究循環型社會建置之研究循環型社會生態效益之評估循環型社會建構目標技術層次研發年數圖三、研究與技術研發之Roadmap本研究群開發之技術包括焚化灰渣及污泥等之燒結處理、熔融資源化、生態水泥燒製、灰渣衍生隔熱輕質板材研製，及有害灰渣電漿熔融處理等靜態密閉室甲烷採樣分析和垃圾成分分析法。過去本研究群完成之相關計畫包括：◎環境監測評估1.六輕環境影響評估2.掩埋場甲烷通量測定及減量對策3.焚化重金屬流佈研究4.垃圾焚化灰渣燒結過程重金屬之分布◎污染控制復育1.桃園縣蘆竹鄉中福地區土壤污染改善處理計畫細部規劃-鎘污染土壤整治復育工程規劃研究。2.桃園縣遭盜(濫)採土石遺留坑洞之現況調查及整體規劃-桃園濱海大坑洞（大峽谷）回填調查分析與規劃研究。3.一般廢棄物焚化灰渣之有害物質特性研究。◎資源回收循環1.桃園鄉鎮市一般垃圾平均密度暨可回收比率調查計畫。2.有機廢棄物製造有機肥料,飼料示範工廠初步規劃及技術評估計畫-油溫脫水回收有機廢棄物之研究。3.桃園縣濱海地區試辦利用垃圾填造擋風牆之可行性研究-垃圾掩埋填造擋風牆之規劃研究。4.生態工業區。5.焚化灰渣燒結資源化。6.焚化灰渣污泥等熔融資源化--骨材。7.無機廢棄物燒製生態水泥之研究。8.焚化灰渣製造輕質隔熱材之研究。9.垃圾焚化灰渣粒徑對燒結效果之研究。10.廢棄物含氯成份對模擬都市垃圾焚化灰渣重金屬物種形成潛勢之研究。11.不透水材質及沼氣回收應用技術之研究。12.有機廢棄物製造有機肥料及飼料示範工廠技術評估及初步規劃。。13.添加沸石控制垃圾焚化飛灰燒結過程重金屬排放之研究。14.下水污泥焚化灰渣燒結特性之研究。15.利用廢棄物無機資材常溫製造輕質隔熱材料之研究(Ⅰ)。龜山鄉坑洞位置示意圖範圍實測與容量估算•本計畫使用經緯儀、光波測距儀、衛星定位儀、鉛垂及橡皮艇等進行實測。•調查結果顯示3個地區共有34個坑洞，合計面積為23.8618公頃，合計回填容量約為857,669m3。–龜山鄉：9個坑洞，共225,379m3–大園鄉：3個坑洞，共84,545m3–觀音鄉：22個坑洞，共547,745m3•由於龜山地區之9個坑洞位於山坡地上，若提高回填高度至道路水平時，則可增加476,252m3，合計總回填容積可達1,333,921m3•如扣除桃園科技工業區用地之開發，總計仍有792,722m3須進行回填作業過去公告污染區域與地理統計等濃度曲線之比較各級地理區面積及土方量第一點甲烷採樣濃度變化表01020304050607080010203040506070採樣時間甲烷濃度(ppm)87/12/1187/12/1587/12/2487/12/28＃1齡期約2年覆土1.5～2m第二點甲烷採樣濃度變化圖050100150200250300010203040506070採樣時間（分）甲烷濃度(ppm)87/12/1187/12/1587/12/2484/12/2888/2/488/4/23#2齡期2～3年覆土厚0.2m圖6.1.1、第一測點不同季節測定時之甲烷排放濃度時間變化圖6.1.2、第二測點不同季節測定時之甲烷排放濃度時間變化第三點甲烷採樣濃度變化圖01000020000300004000050000010203040506070採樣時間甲烷濃度(ppm)88/2/488/4/988/4/1788/4/23#3齡期2～3年覆土厚0.05m圖6.1.3、第三測點不同季節測定時之甲烷排放濃度時間變化甲烷排放量之監測結果實驗單位排放通量備註(mg/m2‧hr)(g/m2‧day)中央大學環境中心(1)虎頭山垃圾場7.66～328000.18～787(1999)10.170.24覆土1.5-2m54.341.30覆土0.2m37828908覆土0.05m21883525覆土0.05m(1)忠福垃圾場45.14～1922.041.08～46.13(2000)3458.28覆土0.2m65415.70覆土0.2m(2001)9.6(1.66～16.15)0.23(0.04～-0.388)覆土1.0m292.55(4.07～829.22)7.02(0.098～19.90)覆土1.0mBogner(1997)0.0167～1666660.0004～4000楊(1996,1997,1998)-0.183～0.16-0.004～0.004覆土齡長-80.72～163.71-1.937～3.929覆土齡短811.377(-79.365～2712.353)19.47(1.905～65.1)掩埋齡2年305.881(-384.114～1650.83)7.34(-9.219～39.620)250.895(-71.607～962.937)6.02(-1.719～23.110)楊(1999,2000)(1)山豬窟垃圾場76.741.83掩埋齡1年8.91～157.60.21～3.78掩埋齡2-3年(2)福德坑垃圾場8.76～21.670.21～0.5212.83～34.960.31～0.84廖(1998)8.99～89690.19～215.26296.87.12掩埋場頂部1381.333.15掩埋場邊坡掩埋場甲烷排放通量之比較結語1.本研究團隊在環境控制技術和資源領域已有一初步成果。2.希望將來在既有的基礎上,結合中心各研究組,並配合校內同仁在資源循環之整合研究,能獲得更進一步的成果。