TW201932758A - 處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其係以至少一添加物與一廢棄物於800～1100℃之溫度下進行熔融反應，以獲得一熔融產物；其中，其特徵在於：該添加物係為含鐵化合物、氟化鈣、含有氟化鈣之物質、氧化鈣、鈣化合物、玻璃或鹼金屬化合物。

Description

處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法
本發明係有關於一種廢棄物處理再利用之方法，特別係指一種處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法。
按，台灣都市垃圾處理方式係大多以焚化方式為主，而垃圾焚化處理後會產生底渣與飛灰，其中，底渣產生量約為垃圾焚化處理量之15～20％，飛灰產生量約為垃圾焚化處理量之3～8％。而目前底渣已有再利用技術得加以處理，但是飛灰則需要靠著固化掩埋法來處理。
依據台灣2016年環保署統計，國內每年大型焚化爐產生約29.6萬噸之飛灰，該些飛灰中戴奧辛含量雖然未超出法規標準（＜1.0 ng I-TEQ/g），但是仍含有超出環保法規標準（TCLP，重金屬之毒性特性溶出程序）之有害物質，如鉛、鎘等重金屬，因此各焚化廠必須要透過添加化學藥劑、水泥等固化劑使飛灰固化，再加以掩埋。惟，固化後之飛灰體積及重量增加，不僅運送成本增加，更造成掩埋場空間嚴重不足，並且，即使飛灰固化後，長期在掩埋場中，仍有可能會釋放出重金屬而污染土壤及地下水。
為解決飛灰處理之問題，有台灣的縣市地方政府規劃高溫熔融法來處理飛灰，使飛灰經熔融後能夠成為無害環境之物質，但是，該高溫熔融法之操作溫度係須為1300℃以上，以致於硬體設備及操作成本過高，無法實際運行。
本發明之主要目的係在於提供一種處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其係能夠以800～1100℃之熔融溫度處理廢棄物，以大幅降低處理廢棄物之成本。
本發明之另一目的係在於提供一種處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其係能夠穩定產出無害環境、可回收再利用之固狀終產物，不僅能夠減少後續處理所需之空間，亦能避免對於環境造成二次污染。
緣是，為能達成上述目的，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其係以至少一添加物與一廢棄物於800～1100℃之溫度下進行熔融反應，以獲得一熔融產物；其中，其特徵在於：該添加物係為含鐵化合物、氟化鈣、含有氟化鈣之物質、氧化鈣、鈣化合物、玻璃或鹼金屬化合物。
更進一步來說，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係包含下列步驟：
步驟a：取一廢棄物，其中，該廢棄物係包含有氯化鈣；
步驟b：取至少一添加物，與該廢棄物以一預定比例進行混合，形成一混合物；
步驟c：將該混合物於800～1100℃之溫度下進行熔融反應；
步驟d：獲得一熔融產物。
為能使該步驟d之該熔融產物形成類似石頭、碎石礫或礦物之固體，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法更包含一步驟c1，其係設於該步驟c與該步驟d之間，用於冷卻該步驟c產出之產物。
於本發明之實施例中，該廢棄物係為焚化飛灰或電鍍污泥。
而依據該廢棄物之組成成份及該添加物之組成成份不同，該熔融產物亦會隨之改變，例如氟氯化钙、氟化鈣、氯化鈣或/以及其他成份。
根據該混合物之量不同，於該步驟c中進行熔融反應之時間亦會有所不同，一般來說，所需反應時間約為5～60分鐘，又以反應時間為10分鐘內為佳。
為使本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法所需熔融溫度為800～1100℃，該廢棄物與該添加物係須以一預定比例混合，並且，熔融溫度係與添加物組成、添加物與該廢棄物相關。舉例來說，當該廢棄物為焚化飛灰時，該廢棄物與該添加物之比例為1：5.7～1：0.4。
較佳地，當該廢棄物為焚化飛灰，且該添加物為含有氟化鈣之物質時，該廢棄物與該添加物之比例為1：2.3～1：0.4，。
較佳地，當該廢棄物為焚化飛灰，且該添加物為氟化鈣時，該廢棄物與該添加物之比例為1：1.5～1：0.4。
較佳地，當該廢棄物為焚化飛灰，且該添加物包含有玻璃及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及玻璃之比例為1：1：2～1：1：0.2。
較佳地，當該廢棄物為焚化飛灰，且該添加物包含有氧化鈣及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及氧化鈣之比例為1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
較佳地，當該添加物包含有玻璃、鐵渣及鈣化合物時，該廢棄物、鈣化合物及鐵渣之重量比例為1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33，熔融溫度約為800～850℃。具體來說，鐵渣係源自高鐵酸鉀合成者。
又，於本發明之另一實施例中，更包含一步驟c1，介於該步驟c及該步驟d之間；其中：
步驟c1：將該步驟c之產物塑形為一預定形狀。
本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，係透過將焚化飛灰與至少一添加物以一預定比例混合後，能於約800～1100℃之溫度下進行熔融反應，得到固體狀之熔融產物，而該熔融產物係能夠被回收再利用，達到有效減少污染之功效。
其中，本發明所謂焚化飛灰，其係垃圾經由焚化處理後之廢棄物，而根據過去文獻指出，焚化飛灰之組成主要包含有如氯化鈣、氧化鈣、氫氧化鈣等氯化物，以及如鹼金屬或鹼土金屬之其他化合物。
於本發明之一實施例中所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係包含有下列步驟：
步驟a：取一焚化飛灰。
步驟b：取至少一添加劑，與該焚化飛灰以0.4：1～3：1之比例混合，形成一飛灰混合物。
當該添加物為含有氟化鈣之物質時，該廢棄物與該添加物之比例為1：2.3～1：0.4；
當該添加物為氟化鈣時，該廢棄物與該添加物之比例為1：1.5～1：0.4；
當該添加物包含有玻璃及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及玻璃之比例為1：1：2～1：1：0.2；
當該添加物包含有氧化鈣及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及氧化鈣之比例為1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
步驟c：將該飛灰混合物進行熔融處理，熔融操作溫度為800～1100℃，處理時間約為5～60分鐘。
步驟d：冷卻該步驟c所產出之產物。
步驟e：獲得一熔融產物。
藉由上述步驟，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係能將含有重金屬或有害物質之廢棄物，如焚化飛灰、電鍍污泥等物質，與至少一添加物混合，於溫度1000～1100℃下進行低溫共熔反應，產出符合環保法規且無害環境之該熔融產物。具體來說，降溫後之該熔融產物係為固體狀物質，如第一圖所示，可以直接掩埋處理或是回收再利用。
更進一步來說，於本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法中，步驟b係得藉由本發明所屬技術領域且具通常知識者所周知之方式進行混合，例如旋轉混合、攪拌混合，或是藉由機器輔助達到均勻混合之功效，例如旋轉窑、螺旋混合機、可上下翻滾之容器等。
步驟c之熔融反應係得於一熔融爐內進行，該熔融爐之能源來自於電力、生質燃料、石化燃料（fossil fuel, 又可稱為化石燃料）、可燃性廢棄物等。而進行熔融反應之方式得視該飛灰混合物之量採取連續式進出料反應或是批次熔融。
而於本發明之另一實施例中，其步驟大致相同於上述實施例，不同者在於，該焚化飛灰係與包含有鈣泥、玻璃及鐵渣之添加物混合為飛灰混合物，其中，鈣泥係得為含氟化鈣之污泥；焚化飛灰、鈣泥、玻璃與鐵渣重量比約為1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33，而該飛灰混合物係於溫度約為800～850℃下係能進行熔融反應，並經降溫冷卻後，能夠形成堅硬極難溶之固體熔融產物。
而本發明所屬技術領域且具通常知識者，係可根據本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法分別選用適合之設備或是設計出適合之設備，舉例來說，可將如旋轉窑之攪拌設備及熔融爐組裝成為單一機台，達到自動化且連續式處理廢棄物之功效。
此外，於步驟c之熔融反應時，會產出揮發性產物及極少量之二次飛灰，而該二次飛灰係能再次透過習知空氣污染防治用之捕捉裝置收集，得作為下次熔融反應之廢棄物來源，不過，根據實際操作本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，僅有2～8%之原料會揮發或是形成二次飛灰，換言之，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係能夠處理高於92％以上之廢棄物，意即本發明所揭方法係能達到廢棄物減量之效果
於步驟d中，係得採取本發明所屬技術領域且具通常知識周知技術進行冷卻，例如暴露於大氣中自然冷卻、水萃加速或強制送風冷卻或置於熔融爐中自然降溫。
又，於本發明之另一實施例所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其步驟係大致如同上述實施例，惟，不同者在於，更包含一步驟c1，介於該步驟c及該步驟d之間；其中：
步驟c1：將該步驟c之產物塑形為一預定形狀。
舉例來說，該步驟c1係能藉由造粒機構將來自該步驟c之產物製成為顆粒。
以下，為能驗證本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法之功效，係搭配圖表做更進一步說明如后。
實例一：不同配比飛灰混合物之熔融操作溫度
依據下表一所列配比進行熔融試驗，得到不同配比之飛灰混合物之可熔融溫度係分別如下表一所示。
表一：以不同組成之飛灰混合物進行熔融反應之結果
由上表一之結果可知，當焚化飛灰與添加物以1：3～1：0.4之重量比例混合時，係能夠有效降低熔融操作溫度至1000～1100℃，並且，當添加物中包含具有氟化鈣之物質與玻璃時，係能夠使熔融溫度較未包含玻璃時低，其中，又以焚化飛灰、具有氟化鈣之物質及玻璃之混合比例為1：1：0.86～1：1：1.33者為佳。
實例二：檢測不同來源飛灰組合物之熔融溫度
由於不同來源之飛灰係具有不同組成，為能確認本發明所揭方法對於不同來源之飛灰皆有降低熔融操作溫度之功效，係分別取來自后里、文山、新店焚化廠之飛灰與鈣泥及/或玻璃及/或鐵渣進行於一預定溫度下燒結10分鐘，分別測得不同來源飛灰組合物之熔融操作溫度如下表二至表四所示。
表二：后里飛灰組合物之熔融操作溫度
表三：文山飛灰組合物之熔融操作溫度
表四：新店飛灰組合物之熔融操作溫度
由上表二至表四可知，不同來源之飛灰與含有鈣泥之添加物混合後，係能夠有效地降低其熔點，並且，當添加物中含有鐵渣時，飛灰混合物之熔融操作溫度係能夠被大幅降低至約800℃，意即當飛灰與添加物之重量比例為1：5.67，並該混合物中含有鐵渣，飛灰、鈣泥、玻璃與鐵渣重量比約為1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33時，飛灰混合物之熔融操作溫度係會被降低至1000℃以下。
由此可知，藉由本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法處理不同來源之飛灰皆能有效降低其熔融操作溫度，以達到降低處理廢棄物成本之功效。
實例三：分析熔融後產物之結構
取后里飛灰分別與添加物依據下表五之重量比例配置為飛灰組合物，並以其熔融操作溫度進熔融反應後，再分別以電子顯微鏡觀察其結構，結果如第二至五圖所示。
表五：飛灰組合物之組成及熔融操作溫度
由第二至五圖之結果可知熔融產物係為固體狀，並且結構非為鬆散之粉末，由此可知，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係能夠使飛灰混合物以低耗能之方式轉變為固體產物，不僅能夠降低飛灰對於環境之污染，更能有效減少廢棄物之體積。
實例四：檢測熔融產物之毒性
分別依據表二至表四中編號H-1～H-3、H-11、H-12、S-1～S-3、W-1～W-2之配比製備飛灰混合物後，並分別以之熔融操作溫度進行熔融反應約10分鐘，再分別將各飛灰混合物之熔融產物進行以重金屬之毒性特性溶出程序（TCLP）方法進行分析。將各該熔融產物所得到之重金屬濃度與目前我國法規所規定之標準值相比，結果如第六圖至第九圖所示，其中，我國環保法規規定廢棄物中重金屬標準如下：銅為15 mg/L；鉛為5 mg/L；鎘為1 mg/L；鉻為5 mg/L；鋇為100 mg/L；砷為5 mg/L；汞為0.2 mg/L；鋅、鎳無規範。
由第六圖至第九圖之結果可知，不同配比之飛灰混合物經由熔融反應於低溫下所產生之熔融產物中重金屬之含量係皆低於台灣環保法規之標準。由上述結果可知，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法確實能於低溫環境下於短時間內進行熔融反應，以化學轉化、礦化或無害化廢棄物中重金屬，並除去有機汙染物，產出符合環保法規（TCIP標準）之熔融產物，進而能夠供資源回收再利用，例如取代砂石。
綜上所述，本發明所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法係能夠於800～1100℃之熔融操作溫度下進行共熔及環熔反應，產出無害環境之熔融產物，因而具有以下優點：
其一、能夠大幅降低熔融溫度，以節省處理廢棄物所需之能源及成本。
其二、降低能源使用，可減少溫室氣體排放量。
其三、熔融產物之體積小且具取代砂石再利用性，不僅能夠減少或去除掩埋成本，亦可創造經濟效益。
其四、熔融產物不具環境污染性，不會造成環境之二次污染。
無
第一圖係為依據本發明之一實施例所揭處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法得到之熔融產物。 第二圖A係為表二中編號1之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為100X。 第二圖B係為表二中編號1之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為10000X。 第三圖A係為表二中編號2之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為1000X。 第三圖B係為表二中編號2之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為10000X。 第四圖A係為表二中編號3之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為50X。 第四圖B係為表二中編號3之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為10000X。 第五圖A係為表二中編號4之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為50X。 第五圖B係為表二中編號4之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為100X。 第五圖C係為表二中編號4之熔融產物以電子顯微鏡觀察之結果，倍率為10000X。 第六圖係為編號H-1~H-3之熔融產物以重金屬之毒性特性溶出程序方法進行分析之結果。 第七圖係為編號W-1及W-2之熔融產物以重金屬之毒性特性溶出程序方法進行分析之結果。 第八圖係為編號S-1~S-3之熔融產物以重金屬之毒性特性溶出程序方法進行分析之結果。 第九圖係為編號H-11~H-12之熔融產物以重金屬之毒性特性溶出程序方法進行分析之結果。

Claims (13)

  1. 一種處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其係以至少一添加物與一廢棄物於800～1100℃之溫度下進行熔融反應，以獲得一熔融產物； 其中，其特徵在於： 該添加物係選自由含鐵化合物、鈣化合物、氟化鈣、含有氟化鈣之物質、氧化鈣、鹼金屬化合物及玻璃所組成之群。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其包含下列步驟： 步驟a：取一廢棄物，其中，該廢棄物係包含有氯化鈣； 步驟b：取至少一添加物，與該廢棄物以一預定比例進行混合，形成一混合物； 步驟c：將該混合物於800～1100℃之溫度下進行熔融反應； 步驟d：獲得一熔融產物。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其更包含一步驟c1，設於該步驟c與該步驟d之間，其中： 步驟c1：冷卻該步驟c產出之產物。
  4. 依據申請專利範圍第1、2或3項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，該廢棄物係選自由焚化飛灰及電鍍污泥所組成之群。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，該熔融產物係選自由氟氯化钙、氟化鈣及氯化鈣所組成之群。
  6. 依據申請專利範圍第2項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，該步驟c之反應時間為5～60分鐘。
  7. 依據申請專利範圍第4項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該廢棄物為焚化飛灰時，該廢棄物與該添加物之重量比例為1：5.7～1：0.4。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該添加物為含有氟化鈣之物質時，該廢棄物與該添加物之重量比例為1：2.3～1：0.4。
  9. 依據申請專利範圍第7項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該添加物為氟化鈣時，該廢棄物與該添加物之重量比例為1：1.5～1：0.4。
  10. 依據申請專利範圍第7項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該添加物包含有玻璃及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及玻璃之重量比例為1：1：2～1：1：0.2。
  11. 依據申請專利範圍第7項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該添加物包含有氧化鈣及含有氟化鈣之物質時，該廢棄物、含有氟化鈣之物質及氧化鈣之重量比例為1：2.4：0.6～1：1.7：0.6。
  12. 依據申請專利範圍第7項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其中，當該添加物包含有玻璃、鐵渣及鈣化合物時，該廢棄物、鈣化合物及鐵渣之重量比例為1：1：3.33：1.33～1：1：1.33：3.33。
  13. 依據申請專利範圍第2項所述處理焚化飛灰及其他廢棄物之方法，其更包含一步驟c1，介於該步驟c及該步驟d之間； 步驟c1：將該步驟c之產物塑形為一預定形狀。
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