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第二章 焚化再生粒料性質與應用;原PDF第11–21頁。
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- 原件差異:表2-3密度單位原印kg/cm³,式(5.1)的V單位原印g/m³;表4-5緣石規格60×10×20 cm與表4-6試驗報告60×20×27 cm不一致。表4-5的0.018公噸為配比欄數值,另列總量及耗損,不宜當成整案用量。本站保留原印內容,引用前應向發布者或設計單位確認,不擅改公式、數值或單位。
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 第二章 焚化再生粒料性質與應用 2.1 來源 一般廢棄物為人類生活之副產物,過往多以「掩埋、堆置」作為 處理方式,近年隨著經濟發展與環境意識提高,土地使用成本日益增 加,國內外一般廢棄物處理改以「焚化」方式取代,以達到減量、無 害之效果。 前述「焚化」係為一般廢棄物送至焚化爐燃燒之過程,處理程序 如圖 2-1 所示。一般廢棄物於高溫燃燒過程中,可燃物質將氧化為安 定氣體,不可燃物質則轉化為性質安定的無機物。燃燒完成後,爐床 會排出篩灰、爐床灰等物質,經冷卻後即為「焚化底渣」,焚化底渣 經前處理(如篩分、破碎及分選等)完成,其用途為基地填築、路堤 填築及道路級配粒料底層及基層者,應採穩定化、熟化或水洗方式處 理。其他用途者,得視需要辦理。 空氣 空氣 蒸氣式 蒸氣式 再熱器 再熱器 Ca(OH) +活性碳粉末 2 靜電 濕式 垃圾 鍋爐 混合室 煙囪 垃圾 半乾式 袋濾式 集塵器 洗煙塔 鍋爐 混合室 煙囪 貯坑 貯坑 洗煙塔 集塵器 ESP 洗煙 集塵 鍋爐灰 鍋爐灰 燃燒室 集塵灰 塔灰 反應灰 燃燒室 飛灰 飛灰 爐床 爐床 焚化灰渣 焚化灰渣 篩灰 爐床灰 篩灰 爐床灰 焚化底渣 焚化底渣 (a)靜電式集塵器(ESP)+濕式洗滌塔 (b)半乾式洗煙塔+袋濾式集塵器 [2.1] 圖 2-1 常見焚化底渣來源示意圖 6
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 焚化底渣為焚化廠焚化後產生之底渣,含無機物質、微量重金屬 及微量未完全燃燒有機物質。焚化底渣的組成比例除因來源一般廢棄 物成分而有不同外,亦受焚化爐燃燒效率所影響,一般可由灼燒減量 檢測予以檢驗。灼燒減量檢測係利用 600±25 ℃高熱灼燒 3 小時,使 殘留於焚化底渣中不穩定物質再予灼燒分解,以測定其可燃成分比例。 2.2 處理技術 焚化底渣經處理後可製成焚化再生粒料應用於工程或產品原料, 其處理方式依「垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理方式」規定,再利用 處理程序示意如圖 2-2 所示。 再利用前須先經篩分、破碎及分選等前處理,其用途為基地填築、 路堤填築及道路級配粒料底層及基層者,前處理完成後並應採穩定化、 熟化或水洗方式處理。其他用途者,得視需要於前處理後採穩定化、 熟化或水洗方式處理。 圖 2-2 焚化再生粒料處理程序示意圖 1.前處理 前處理是一種機械物理的處理方式,主要是利用篩分、破 碎、磁選分離、風選分離、渦電流分選/人工分選等設備或方式, 7
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 去除焚化底渣中不適合的部分,及分離出鐵金屬、未燃物、非 鐵金屬等物質,並使焚化再生粒料粒徑規格符合後端用途需求。 2.穩定化、熟化或水洗處理 穩定化、熟化或水洗之處理,主要目的是為降低焚化底渣 重金屬溶出率,避免焚化再生粒料對環境形成二次污染,並可 解決如焚化後部分殘留微量有機物味道之效果。 (1)熟化 熟化是藉由焚化底渣與空氣中的二氧化碳反應,使焚化 底渣之重金屬組成發生碳酸化及礦化等作用,而形成低溶解 [2.2] 性二次礦物,達到降低重金屬溶出目的 。 (2)穩定化 穩定化係指透過噴灑磷酸鹽系、矽酸鹽系、硫化物系或 螯合物系等類藥劑,其與焚化底渣中重金屬生成低溶解度及 [2.2] 穩定性高的化合物,達到降低重金屬溶出目的 。 (3)水洗 水洗是藉由水或摻有化學藥劑之液體,將焚化底渣中重 金屬及水溶性物質如氯鹽、硫酸鹽與微細顆粒洗出,達到降 [2.2] 低重金屬及氯離子溶出目的 。 2.3 基本性質 焚化再生粒料作為天然粒料之替代材料,除可降低天然資源開採, 亦可促進資源循環利用。以下針對焚化再生粒料之磨損率、健度值、 含水量與密度、加州承載比(CBR)、土壤阻力 R 值、含砂當量、剪力 強度等性質進行說明。 1.磨損率 8
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 洛杉磯磨損試驗主要目的為測定粗粒料抗磨損能力。文獻 [2.3] [2.4] [2.5] [2.13] 整理北部某 3 處及南部某 4 處焚化廠焚化再生粒 [2.6] 料的洛杉磯磨損率約 35%~49%。國外文獻 統計焚化再生粒 料的磨損率平均值為 45 %,焚化再生粒料磨損率高於石灰石和 花崗岩等天然粒料,主要是因焚化再生粒料中存在易碎陶瓷和 玻璃,並隨著顆粒尺寸減小,耐磨性也降低。綜合以上敘述, 焚化再生粒料的磨損率,大部分可符合 CNS 1240「混凝土粒料」 粗粒料要求最大許可值 50 %限值。 2.健度值 健度試驗主要目的為測定粒料受到各種風化作用,如凍融 循環、乾濕循環、溫度變化及具侵蝕性的水侵襲時,抵抗顆粒 分解之能力。 [2.3] 文獻 係依據 CNS 1167 「使用硫酸鈉或硫酸鎂之粒料健 度試驗法」進行試驗,採集北部某 3 處焚化廠之焚化再生粒料, 經過硫酸鈉健度試驗後,粗粒料重量損失為 2∼8%,細粒料重量 [2.1][2.3] 損失為 4∼12% ,符合施工綱要規範第 02726 章「級配粒 料底層」規範硫酸鈉健度試驗結果重量損失不得大於 12%之規 定。 3.最佳含水量與密度 土壤含水量與密度關係試驗主要目的為測定在改良夯壓能 量下之最大乾密度及最佳含水量,以評估級配粒料之夯實特性。 [2.3][2.7] 文獻 係依據美國公路及運輸官員協會(AASHTO)所 制定 AASHTO T180 方法進行試驗,採用經鶯歌某資源處理廠 前處理後之焚化再生粒料,並以不同比例之焚化再生粒料混合 符合基層第三類型 B 級配之天然級配料,試驗結果如表 2-1 所 示,最大乾密度會隨焚化再生粒料之使用量增加而降低,而最 佳含水量則會隨焚化再生粒料之使用量增加而變高。 9
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 [2.3][2.7] 表 2-1 土壤含水量與密度關係試驗結果 焚化再生粒料混合比例(%) 100 80 60 0 3 最大乾密度(kg/m ) 1890 1940 1970 2030 最佳含水量(%) 13.0 12.5 11.0 9.5 4.加州承載比(CBR) 加州承載比試驗主要目的為測定道路工程級配粒料之承載 力,其為路基土壤或路面粒料與標準優良級配碎石承載力之百 分比,CBR 值愈高者代表承載力愈佳。 [2.3][2.7] 文獻 係依據美國公路及運輸官員協會(AASHTO)所 制定 AASHTO T193 方法進行試驗,採用經鶯歌某資源處理廠 前處理後之焚化再生粒料,並以不同比例之焚化再生粒料混合 符合基層第三類型 B 級配之天然級配料,不同夯實次驗之試驗 結果如表 2-2 所示,添加焚化再生粒料之組別,除了混合比例 為 100%夯實次數為 65 次組別 CBR 值較低外,其餘組別 CBR 值相較天然級配料組別並沒有很明顯之折減。另外由表 2-3 來 看,當達到 98%最大乾密度時,CBR 值會隨著焚化再生粒料之 使用量增加而降低,相對承載強度亦會隨之降低。 [2.3][2.7] 表 2-2 不同夯實次數之修正 CBR 值 夯實次數 焚化再生粒料 混合比例(%) 10 次 30 次 65 次 100 21.5 46.7 56.1 80 18.5 55.8 82.7 60 29.5 66.5 80.8 0 25.0 42.4 87.7 [2.3][2.7] 表 2-3 在 98%乾密度下之修正 CBR 值 10
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 焚化再生粒料混合比例(%) 100 80 60 0 3 98%最大乾密度(kg/cm ) 1852 1901 1931 1999 CBR 值 52.5 70.1 72.2 85.0 5.土壤阻力 R 值 土壤阻力 R 值試驗主要目的是為測定路基土壤強度,本手 冊收集之文獻係依據美國公路及運輸官員協會(AASHTO)所制 定 AASHTO T190 方法進行試驗,焚化再生粒料之土壤阻力 R [2.8] 值介於 71~76 ,可符合施工綱要規範第 02722 章「級配粒料 基層」第二類型規範要求 R 值最少 55 之規定。 6.含砂當量 土壤及細粒料之含砂當量試驗主要目的是測定級配粒料或 細粒料之細粉末與類似黏土相對含量,以作為判斷品質之依據。 [2.3][2.7] 文獻 係依據美國公路及運輸官員協會(AASHTO)所 制定 AASHTO T176 方法進行試驗,針對北部某 3 處焚化廠之 焚化再生粒料進行五批次的試驗,試驗結果如表 2-4 所示,由 表可知焚化再生粒料之含砂當量約在 31~44%之間,可符合施工 綱要規範第 02722 章「級配粒料基層」第二類型規範要求含砂 當量 25%以上之規定及第三類型規範要求含砂當量 30%以上之 規定。 11
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 [2.3][2.6] 表 2-4 含砂當量試驗結果 批號 ○○廠 ○○廠 ○○廠 第一批 36.2 31.3 42.3 第二批 39.8 35.6 41.3 第三批 37.8 37.2 43.6 第四批 37.2 34.3 37.5 第五批 40.1 32.6 38.1 7.剪力強度 參照 Pandeline et al.(1997)及 Rivard-lentz et al.(1997)研究結 [2.9] [2.10] 果,焚化再生粒料之摩擦角介於 42~52 度之間 。其粒料 因外型之多角性及顆粒表面具相當大的粗糙度,於最大乾密度 80 %時,摩擦角達 42.1~49.8 度,凝聚力達 82.5 kPa;而疏鬆試 樣因顆粒間之互鎖效應及孔隙水表面張力作用,其摩擦角約為 [2.9] [2.11] 32.4~40.2 度;凝聚力約為 16.4~30.6 kPa 。綜合上述研究 結果,焚化再生粒料具有相當程度之剪力強度。 2.4 工程應用 焚化再生粒料再利用處理技術近年來已相當成熟,國外在使用上 亦相當普遍,其廣泛運用於道路粒料、行道磚、混凝土粒料、隔音牆、 防風牆、堤防、人工魚礁等材料,本節整理美國、荷蘭、法國及德國 用途與國內可能使用途徑說明如下: 1.荷蘭 荷蘭目前積極推動再利用政策、研訂相關配套法規與標準 規範,其中將焚化再生粒料訂定為市場可接受建築材料之一。 由於其法令及規範明確且齊全,因此焚化再生粒料於營建材料 [2.3] [2.12] 市場推廣順利,並應用在道路、堤防及路基材料 。 12
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 2.法國 法國針對焚化底渣再利用要求需符合特定標準且需由具有 品質保證的設備所產生之焚化再生粒料方可用於道路及堤防工 程。法國針對焚化再生粒料應用於道路工程之規範,規定將焚 化再生粒料須符合所規定之低污染材料的標準,若達此標準則 [2.3] [2.12] 可作為級配粒料之替代物使用 。 3.德國 德國對於底渣再利用之規範要求焚化底渣須熟化三個月以 上,以減少水分含量並使其充分熟化,使用前須經過篩分及磁 選並達到相關物性要求,且溶出測試項目包含 pH 值、氯離子、 硫酸根離子及重金屬等含量均需符合規定。主要用途為道路基 [2.3] [2.12] 底層、土壤改良劑、隔音牆填充材及加工製成建材 。 4.美國 美國除依環保署規定焚化底渣運離垃圾資源回收廠前,須 先進行毒性特性溶出試驗(TCLP),以判定是否為有害廢棄物, 其貯存及清除處理皆由各州政府自行訂定。美國對於焚化底渣 再利用方式,主要應用於道路與停車場底層鋪設、瀝青鋪面粒 [2.3] [2.12] 料、混凝土粒料、掩埋場覆土及人工魚礁等用途 。 5.中華民國 我國對於焚化底渣資源化再利用,主要是依據「垃圾焚化 廠焚化底渣再利用管理方式」,其規定再利用前須先經篩分、破 碎及篩選等前處理,其用途為基地填築、路堤填築及道路級配 粒料底層及基層者,前處理完成後並應採穩定化、熟化或水洗 方式處理,其作為其他用途者,得視需要於前處理後採穩定化、 熟化或水洗方式處理。 13
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 前開管理方式規定之焚化再生粒料再利用用途為基地填築、 路堤填築、港區填築、道路級配粒料底層及基層、控制性低強 度回填材料、低密度再生透水混凝土、瀝青混凝土、磚品、用 於紐澤西護欄及緣石之水泥製品、水泥生料、衛生掩埋場非與 [2.13] 鋼材接觸用工程材料及衛生掩埋場覆土等用途 。 2.5 產生量分析 自民國 80 年起開始興建垃圾焚化廠,用以焚化處理各縣市的一 般廢棄物,現今尚在營運之垃圾焚化廠共有 25 座。各縣市垃圾焚化 廠之營運方式除臺北市與高雄市為公有公營外,其他縣市多以公有民 營或民有民營的方式營運。經統計 112 年焚化底渣產生量約 81.69 萬 公噸(截至 112 年 12 月),詳如表 2-5 所示。 表 2-5 112 年度焚化底渣產生量 焚化底渣產生量 項次 廠名 營運方式 (萬公噸/年) 1 基隆市天外天垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 2.51 2 臺北市政府環境保護局北投垃圾焚化廠 公有公營 5.04 3 臺北市政府環境保護局木柵垃圾焚化廠 公有公營 3.79 4 臺北市政府環境保護局內湖垃圾焚化廠 公有公營 1.73 5 新北市八里垃圾焚化廠 公有民營 5.68 6 新北市樹林垃圾焚化廠 公有民營 4.05 7 新北市新店垃圾焚化廠 公有民營 2.74 8 桃園市垃圾焚化廠 民有民營 4.65 9 新竹市垃圾資源回收廠 公有民營 2.77 10 苗栗縣垃圾焚化廠 民有民營 1.91 11 臺中市后里資源回收廠 公有民營 3.04 12 臺中市烏日資源回收廠 民有民營 3.69 13 臺中市文山垃圾焚化廠 公有民營 2.28 14 彰化縣溪州垃圾焚化廠 公有民營 3.78 15 嘉義縣鹿草垃圾焚化廠 公有民營 3.42 16 嘉義市垃圾焚化廠 公有民營 0.89 17 臺南市永康垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 3.34 18 臺南市城西垃圾焚化廠 公有民營 2.78 19 高雄市仁武垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 5.49 20 高雄市政府環境保護局南區資源回收廠 公有公營 4.67 14
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 焚化底渣產生量 項次 廠名 營運方式 (萬公噸/年) 21 高雄市岡山垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 3.92 22 高雄市政府環境保護局中區資源回收廠 公有公營 2.19 23 屏東縣崁頂垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 2.56 24 宜蘭縣利澤垃圾資源回收(焚化)廠 公有民營 3.17 25 臺東縣垃圾焚化廠 公有民營 1.57 合計 81.69 資料來源:環境部環境管理署焚化廠營運管理資訊系統,112 年灰渣產量與流向,113 年 7 月查詢。 2.6 參考文獻 [2.1] 環境部,「推動焚化灰渣再利用專案計畫」,專案研究報告(EPA- H103-02-251),2015。 [2.2] 杜建蒼,「焚化底碴處理技術與處理廠營運管理之研究」,國立中 央大學,碩士論文,2014。 [2.3] 雷揚中,「焚化爐底渣應用於道路工程之研究」,國立中央大學, 碩士論文,2004。 [2.4] 陳建勳,「焚化底渣取代混凝土粒料之可行性研究」,國立臺北科 技大學,碩士論文,2014。 [2.5] 劉人慈,「焚化爐底碴再利用於透水混凝土之研究」,國立中央大 學,2013。 [2.6] Ciara´n J. Lynn, Gurmel S. Ghataora, Ravindra K. Dhir OBE, “Municipal incinerated bottom ash (MIBA) characteristics and potential for use in road pavements”, International Journal of Pavement Research and Technology, 10(2), 185-201, 2016. [2.7] 交通部,「廢棄資源物再利用於公路工程規範草案之研究」,專案 研究報告(MOTC-STAO-97-04),2009。 [2.8] 環境部,「廢棄物焚化灰渣材料化技術研究」,專案研究報告(EPA- 92-U1H1-02-101),2003。 [2.9] Pandeline, D. A., Cosention, P. J., Kalajian, E. H., and Chavez, M. F., ”Shear and deformation characteristics of municipal waste combustor bottom ash for highway applications”, Transportation Research Record, 1577(1), 101-108, 1997. 15
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第二章 焚化再生粒料性質與應用 [2.10]Rivard-Lentz, D. J., Sweeney, L. R., Demars, K. R., “Incinerator Bottom Ash as a Soil Substitute: Physical and Chemical Behavior”, Testing Soil Mixed with Waste or Recycled Materials, ASTM STP 1275, Mark A. Wasemiller and Keith B. Hoddinott, Eds., ASTM, 1997. [2.11]李建中、李釗、鄭清江、何啟華,「垃圾焚化灰燼之大地工程特 性」,中國土木水利工程學刊,第八卷第三期,1996。 [2.12]陳世鐘,「高高屏垃圾焚化爐底渣於工程應用之可行性探討」, 國立屏東科技大學,碩士論文,2007。 [2.13]環境部,「垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理方式」, 2022。 16
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來源:環境部環境管理署113年10月手冊。依環境部網站資料開放宣告(CC BY 4.0)註明出處;本站分章呈現並另列閱讀註記,不代表發布機關認可。原圖表文獻標示保留。查核日期:2026年8月28日。