臺北科技大學環境工程與管理研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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半導體產業在台灣迅速成長，其製程需使用大量的有機溶劑，其中丙酮為主要排放之揮發性有機氣體之一，此污染物逸散至大氣中不但造成空氣污染，且對人們的健康造成危害。目前沸石濃縮轉輪吸附揮發性有機氣體為常見之技術，然而設備成本高，且會產生二次污染，因此本研究使用微波加熱沸石（ZSM-5）填充床，其設備與操作成本低且具有高效率。 本研究選用的ZSM-5具有高吸附量、疏水性、高熱穩定性及水熱穩定性，易於再生循環使用等特色；微波具有較高之能源使用效率、較高穿透性及加熱速度快等特點，亦可節省大量能源之損耗。因此本研究探討不同進氣丙酮之濃度、不同之微波功率及不同之ZSM-5填充量，可得到不同的去除效率。 研究結果顯示，隨著微波功率及ZSM-5填充量增加，對丙酮去除之效率也隨之增加，同時二氧化碳排放的濃度也有增加之趨勢；然而進氣之丙酮濃度為500 ppm時，有較佳的處理效率，造成上述之原因可能受溫度的影響。本實驗系統最佳去除效率的條件為ZSM-5填充量180 g及微波功率200W，此條件可使500 ppm及900 ppm之丙酮達到分別99.16%及98.9%之去除效率。此外，利用微波加熱反應，ZSM-5填充床內溫度隨微波輸出功率增加而上升，當微波輸出功率由100W增加至200W時，加熱10分鐘後填充床平均溫度由64℃增加到176℃。 由SEM以及BET分析結果顯示，原始ZSM-5，其表面較為平整，而當微波的功率增加時，其孔洞大小有些微的增加，比表面積隨之上升。綜觀上述結果，利用微波加熱ZSM-5填充床系統可有效去除丙酮，平均去除效率介於90%~99%。
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利用焚化廠採集後的垃圾進行分析，在六大類垃圾中挑選發熱值高、含氯量低的物質作為製作人造煤（Artificial Coal, AC）燃料的組成物料，本研究選擇廢塑膠袋（PE）、廢碳粉、廢木竹、廢纖維布、廢食用油、廢紙類為材料以研製人造煤，並進行兩項實驗：熱值分析、熱重分析，並與天然煤之性質進行對比。 本研究所研製之人造煤以廢食用油、塑膠袋（PE）與碳酸鈣、廢碳粉及其他摻配(包括木竹類、纖維布類、紙類)、摻配比例為1：1：1：1（樣品一）熱值最高，可達8,046 cal卅g，與天然煤熱重差異面積為2.4462 mg s-1℃；廢食用油為33.33 wt%（樣品二）熱值為7,245 cal卅g，差異面積為2.5351 mg s-1℃；廢碳粉為33.33 wt%（樣品三）熱值為7,447 cal卅g，差異面積為2.2404 mg s-1℃；廢木竹、廢紙、廢纖維布類各11.11 wt%（樣品四）熱值為6,984 cal卅g，差異面積為2.2063 mg s-1℃；廢碳粉為41.66 wt%（樣品五）之熱值為7,633 cal卅g，差異面積為2.1967 mg s-1℃。故以本研究實驗結果顯示廢碳粉為41.66 wt%（樣品五）最接近煤之性質。在環境整體效應指標方面，以廢碳粉為41.66 wt%（樣品五）為例，回收物質指標為1.0、能源指標為0.8、環境友善指標0.8、成本指標0.7，綜合以上結果計算出整體環境指標最低為0.75，最高可達0.93，其接近於理想I＝1.0，故本實驗樣品如在重視物質之回收下適合資源化處理。
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隨著台灣經濟快速的發展，人民的生活品質提高，因而產生大量的都市固體廢棄物(municipal solid waste, MSW)，除了持續推動源頭減量外，焚化處理所衍生的飛灰亦屬有害廢棄物，須經過適當的處理，才可減低對環境的衝擊。本研究利用加熱酸解與鹽析中和處理飛灰的有害性，先取得無害化飛灰產物確認工作，再探討飛灰無害化應用摻配於水泥熟料的可能性。 實驗結果顯示前處理後，氧化矽由25.97%降為18.77 %，氧化鐵由5.03 %降為2.65 %，氧化鋁由3.64 %降為3.01 %，氧化鈣由26.46 %降為17.44 %，鉛TCLP削減率約在74 % ~89 %之間，氯全含量削減率約在15 % ~45 %之間，戴奧辛含量可由原來之2.110 降為0.055 （ng I-TEQ/g•dw），戴奧辛之破壞效率可達98 %。由添加飛灰的水泥漿體特性實驗結果得知飛灰取代部份水泥有改善水泥漿體流動性之趨勢；由泌水實驗發現，飛灰取代量增加，泌水量愈大；而當飛灰取代量增加也會延長凝結時間；以抗壓強度而言，水膠比0.37 飛灰取代率5 %之試體於28天抗壓強度僅略低於純水泥漿體試體，而取代率10 %試體於28 天抗壓強度更高於純水泥漿體，因此可推估當飛灰於低度取代(5 %、10 %)條件下，摻配飛灰之水泥漿體的抗壓強度具有超越純水泥漿體之潛勢，其性質上的變化亦可做為日後工程上參考依據。
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垃圾焚化飛灰屬有害事業廢棄物，本研究利用既有之研究成果，以直接加熱式酸解法可有效的將戴奧辛與鉛重金屬削減至合乎法規標準，再摻拌成水泥漿體，既可達成「零廢棄」之目標，亦創造灰渣資源化之雙贏局面。 本研究著重於以水泥漿體之各項性質，探討經前處理後之垃圾焚化飛灰替代作為水泥原料的可行性。由實驗結果可知，飛灰水泥漿體初凝與終凝時間皆隨飛灰取代率之提高而延長，具有緩凝之效果。隨著飛灰取代量增加使得水泥用量減少，因而減少水化作用，使得乾縮率較純水泥漿體高。孔隙方面以0.35-5 %與0.37-10 %(水灰比-取代率)為例，孔體積分別減少34.7 %與47.6 %，平均孔徑分別減少約28.4 %、30.7 %；乾縮率與孔隙度大致皆能與抗壓強度相呼應，而各水灰比於10 %以下取代率之抗壓強度為26.6-43.1 MPa。 由本研究結果可推估於低水灰比(0.30~0.37)、經前處理之飛灰於低度取代(5 %、10 %)方能有較佳之應用價值與潛勢，且可實際運用作為結構與耐震構材混凝土之取代料、人行道鋪面材料、橋梁施工材料等等。就工程成本分析上，本研究之焚化飛灰前處理費用(3,835元/噸)略高於固化法(3,758元/噸)，然而其資源再利用所產生之效益亦會相對減低所需處理成本，值得後續工程上之評估與推廣。
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全球對於印刷電路板的需求量越來越大，臺灣為印刷電路板的生產大國，因此造成大量廢印刷電路板需要處理。為了回收循環印刷電路板中稀有資源，本研究以物質流為架構理論，利用物質平衡之觀點，建置臺灣2011年印刷電路板及印刷電路板之稀有資源物質流布。本研究透過蒐集國內印刷電路板進出口、製造、廢棄及市場流動等數據，且調查推估我國印刷電路板流布情形，爾後蒐集印刷電路板回收稀有資源相關文獻。 結果顯示2011年臺灣印刷電路板的進口量為5,414噸，且其最多的種類為其他印刷電路板。而出口量為45,220噸 ，其最多種類為硬質多層印刷電路板。其營業量約為4,214噸、製造量為60,528噸。稽核認證廢棄量為3,876 噸，而境外處理量約等於18,228噸。 經文獻蒐集法得知，廢印刷電路板中含有鈀、鉑、銦、鎵、鉭、鉬及銻等稀有資源。並推估一公噸的廢印刷電路板約可回收稀有資源鈀360g、鉑315 g、銦12 g、鎵96 g、鉭400 g、鉬0.61 g及銻994 g。印刷電路板內資源潛勢中鈀8,675.6 kg、鉑7,590 kg、銦289 kg、鎵 2,313 kg、鉭9,638 kg、鉬14 kg及銻23,951 kg。臺灣2011年境外輸出的處理量換算廢印刷電路板資源產值約損失了200億，而稀有資源的廢棄潛量就有350噸。目前印刷電路板的回收技術仍有技術精進空間，且未來應減少境外輸出比例，促使稀有資源能留在臺灣產業循環再利用。
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稀土元素有「21世紀工業維生素」的美譽，廣泛應用於新興科技與綠能相關產業，為我國兩兆、綠能與振興傳統產業所需的重要原物料。 本研究採用文獻分析法及物質流分析觀點，並利用產品產值計算方式，計算廢照明光源稀土元素資源化產值。我國於稀土元素資源化戰略儲備發展優勢為具有成熟之再生處理技術、回收處理管道多元化；劣勢為缺乏天然資源，在國際外交空間有待突破，礦產與稀土研發人才有待強化。行政院環保署「事業廢棄物管制系統」、財政部關稅總局查詢系統結果為依據，針對台灣廢照明光源產業之稀土資源進行物質流佈調查推估，2011年台灣日光燈之稀土元素進口量為9,323.61公斤，出口量為7,277.02公斤，廢棄量為100,325.25公斤，境內回收處理部分為58,625.08公斤，未進入回收處理系統41,700.17公斤。2011年台灣LED之YAG螢光粉進口量為15,277.902公斤，出口量為30,527.922公斤，製造過程中使用量為627,515公斤，境內處理量為48,574公斤，境外處理為14,178公斤。廢照明光源稀土元素資源化產值推估，台灣日光燈資源化產值為9.74億台幣/年；台灣LED之YAG螢光粉資源化產值為27.40億台幣/年。
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隨著人類生活品質提升及科技發展日益月薪，導致電子電器設備產品替換率提高，促使廢電子電器設備物品衍生廢棄量迅速增加，若廢棄物品未經處理隨意丟棄，將會造成人類環境嚴重污染問題，反之，若廢棄產品若接受妥善處理，則可達至資源永續利用與經濟永續發展。 本研究透過數據蒐集法及文獻蒐集法，針對國內公告應回收廢電子電器物品及廢資訊物品進行現況產出情形分析及物品資源化處理效益分析，評析回收管理及提出管理建議措施，以建構廢電子電器設備物料系統，並針對國內非公告應回收廢電子電器設備物品篩選兩項物品，以進行拆解作業及資源化效益分析。 依據研究分析結果，各項廢電子電器設備物品之資源化效益，分別為廢CRT電視機99.85元/台、LCD電視機188.03元/台、廢電冰箱478.52元/台、廢洗衣機303.60元/台、廢冷暖氣機1052.63元/台、廢電風扇50.54元/台、廢主機109.88元/台、廢CRT監視器112.17元/台、廢LCD監視器72.73元/台、廢印表機為38.24元/台、廢筆記型電腦17.83元/台、廢鍵盤13.36元/台，年度廢電子電器設備物品資源化總效益約為127,078萬元之產值，本研究篩選出兩項廢物品之資源化效益，分別為廢收錄放音機32.45元/台及廢影音光碟機56.96元/台。本研究建構廢電子電器設備物料系統，以搖籃到搖籃之理念，將製造者、消費者、回收處理業者、再利用機構及政府單位鍵結，建立完善之回收系統，除創造產業多元營運方式及提升產業價值。
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「科技始終來自於人性」這句經典名言，道出社會對於高科技產品的依賴。科技產品效能的提升，歸功於材料科學的進步與創新，其中材料科學大幅躍進之關鍵，即為稀有資源的添加與應用。 緣此，預期未來在資源消耗上必定屢創新高，如何有效地進行資源循環將是重要課題。本研究透過原料端及廢棄端兩大方向進行臺灣稀有資源相關產業之探討，原料端部分係利用稀有資源戰略儲備之研議，了解目前我國四大產業稀有資源需求與應用模式，透過戰略儲備之方式減緩稀有資源劇烈波動所影響之產業發展，本研究利用2012年現有儲備項目石油為基準，以石油最大波動幅度8.82%，設定我國四大產業稀有資源儲備量，遴選出11項目標儲備，設定目標儲備時間為60天，推估我國稀有資源儲備量約為530.8公噸。 廢棄物端部分，若以目前回收模式及計算方式，難以了解資源循環產業之程度，因此透過廢棄端之下腳料及回收資源物等計算因子，以回收替代率計算模式進行稀有資源評估，以面板業為例，2011年面板業回收替代率僅為9.29%左右，顯示稀有資源循環利用依舊為初始階段，顯示結果也與國際數據相符，若要進一步提高回收替代率，除了透過加強回收之外，開放特定含稀有資源產品進口亦為一重要之議題，以提高我國稀有源回收替代率，早日達循環型產業鏈之完備。
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奈米微粒(dp≦100nm)具有優異的光電特性，其充電方式主要以擴散充電為主。主要影響微粒充電的因子有：離子濃度和微粒粒徑，但由於奈米微粒粒徑過小，以致會有部分充電的現象發生，並且在充電的過程中會受到電場的庫倫力和管壁表面的鏡像力等影響，造成帶電微粒的損失，影響後端的產出。因此為了改善以上的現象以及進一步探討微粒帶電特性，本研究設置一單極離子產生器，利用空氣通過此裝置內部產生高濃度離子，噴射進入微粒充電區，使微粒帶電，探討不同空氣流量對於不同微粒粒徑之平均電荷數、電荷分佈、微粒損失率和臭氧產生率等之特性。 研究結果顯示出微粒平均電荷數隨著流量增加而增加，且在流量為2lpm時，20nm、50nm和80nm均可以得到1個以上平均電荷數。微粒帶電特性以微粒電荷分佈進行觀測，80nm相較於其它測量微粒可以帶有+3電荷分佈，可以得知有較大表面積的微粒可以吸附較多的離子於表面上。在微粒損失方面，不同微粒粒徑的帶電微粒損失均低於25%，且損失率主要以鏡像力所造成。綜觀上述結果，本研究自製之單極離子產生器，能夠有效避免微粒受到電場庫倫力的影響，減少過多的損失，並使奈米微粒表面得到1個以上電荷數，但由於產生器的內部電場強度過強，導致有較高濃度的臭氧產生。
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目前國內研究旅館碳足跡評估應用尚處於萌芽階段，旅館業目前大都探討能源方面的問題，對於能源使用所可能造成的環境衝擊並少有琢磨。碳足跡是一個簡易說明二氧化碳排放量的概念，讓旅客在接受旅館服務的同時，亦能了解到這些旅館服務的背後所可能造成地球的環境衝擊大小。 本研究首先透過廣泛的文獻回顧，了解目前國內外進行旅館碳足跡評估之評估對象、方法選擇、功能單位定義、評估範疇、盤查內容及計算結果。整合文獻回顧之結果，並以國際旅遊合作夥伴(International Tourism Partnership, ITP)與世界旅遊及旅行理事會(World Travel and Tourism Partnership, WTTC)於2011年提出的旅館營運時期碳足跡評估準則，及結合PAS 2050所建議之旅館住宿生命週期碳足跡評估，研擬出旅館服務碳足跡評估之方法。最後，本研究並與一家國際觀光旅館進行合作，作為本評估方法的實證案例。 個案研究首先進行碳足跡的盤查，並依據客房入住次數及不同空間的樓地板面積加以分配，並累積加總各旅館住宿服務階段的活動數據與碳排放系數相乘積計算出碳足跡。研究結果顯示，依據入住次數計算，旅客住宿標準房一晚碳足跡為147.93 kgCO2eq/standard room night。依據樓地板面積計算，旅館單位樓地板面積碳足跡為179 kg CO2/m2/year。並分析其可能影響旅館碳排放量的因素，討論旅館入住率及當地氣候對於旅館碳足跡影響關係。最後給予旅館推行碳足跡計算建議及後續研究之建議。