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朝阳科技大学环境工程与管理系 Department of Environmental Engineering and Management, Chaoyang University of Technology 专题期末报告 The Final Report for Special Topics 台塑石化公司 CFB 副产石灰与红壤混合填平洼地再利用於 造林研究 Studies on Depression and Afforestation using Circulating Fluidized Bed Ash 指导教授:王敏昭 博士 (Min Zhao Wang) 专题生:9925009 何N益(Sheng Yi He)

9925051 孙浩伦(Hao Lun Sun)

9925103 陈顺琦(Shun Qi Chen)

9925105 余彦廷(Yan Ting Yu) 中华民国

102 年6月15 日June 15,

2013 朝阳科技大学环境工程与管理系 Department of Environmental Engineering and Management, Chaoyang University of Technology 专题期末报告 The Final Report for Special Topics 台塑石化公司 CFB 副产石灰与红壤混合填平洼地再利用於 造林研究 Studies on Depression and Afforestation using Circulating Fluidized Bed Ash 指导教授:王敏昭 博士 (Min Zhao Wang) 专题生:9925009 何N益(Sheng Yi He)

9925051 孙浩伦(Hao Lun Sun)

9925103 陈顺琦(Shun Qi Chen)

9925105 余彦廷(Yan Ting Yu) 中华民国

102 年6月15 日June 15,

2013 I 摘要 CFB 副产石灰为台塑石化发电厂以副产石油焦为燃料之高温氧化 流体化床发电锅炉(Circulation Fluidized-Bed Steam Generator, CFB) 燃烧产生含 CaSO4 (54.

2 %)及CaO (31.7 %)之副产品;

其含高 量钙具中和酸性土壤能力,且该副产物已申请通过为副产石灰肥料. 再者,此副产物含钾、镁、锌、铜、矽和硫等作物所需养分,其钾、 镁、锌、铜、矽和硫含量较一般石灰资材,如石灰、苦土石灰、白云 石粉、生石灰、熟石灰及消石灰高,施用於土壤可提升土壤 pH 值, 减少铁、 铝对作物之毒害,并作为作物之养分.本次试验是与台塑 石化公司的产学合作计划,计画的土壤种类分为红壤与冲积土,本次 试验选用红壤进行试验.试验主要的执行项目为副产石灰之 pH (NIEA R208.04C)、毒性特性溶出试验(TCLP)、试验土壤之 pH (NIEA S410.62C) 与导电度(Electrical conductivity, EC)、试验土壤重 金属分析、副产石灰与红壤不同混合比例之孵育试验、副产石灰与土 壤不同混合比例之高经济苗木种植之盆栽试验. II Abstract Circulation Fluidized-Bed Steam Generator, byproduce contain CaSO4 and CaO. It is contain a lot of Calcium and neutralizing acidic soil. Circulation Fluidized-Bed Steam Generator is fertilizer by application. And it is contain K、Mg、Zn、Cu、S etc the nutrients need by Crop and plants. It'

s contect more than general lime-owned timber, The general lime-owned timber such as Dolomite、Quicklime、Lime etc. Applied to the soil to improve soil pH and as nutrient. Reduce Fe Al Poison of crop and plants. The test and Formosa Petrochemical Corporation of university-industry cooperation plan and selection of red soil test. Determine execution projects 1.The pH of the byproduct lime 2.Toxicity Characteristic Leaching Procedure(TCLP) 3.Determine the pH and EC of the soil 4.Determine soil metals analysis. 5.Byproduct lime and red soil under different mixing ratio incubation determine. 6.Byproduct lime soil mixing ratio of high economic seedlings planted pot experiment. III 总目录 中文摘要…I 英文摘要…II 总目录…III 表目录…IV 图目录…VI

第一章、绪论…1 1.1 前言…1 1.2 研究目的…1 1.3 研究架构…2

第二章、文献回顾…4 2.1 pH 值对植物有效性之影响…4

2 .

2 植物的必需营养元素52.3 土壤酸碱度不适合及土壤酸化现象…5 2.4 副产石灰所含之植物所需养分

5 2.5 钒62.6 副产石灰试验之成果

6

第三章、材料与方法…6 3.1 CFB 副产石灰…7 IV 3.2.1 副产石灰与基本性质…8 3.2.2 交换性钙、镁、钾、钠及有效性磷…8 3.2.3 土壤与副产石灰之酸溶性铁、锰、铜及锌………………9

3 .

2 .

4 土壤与副产石灰重金属含量93.2.5 副产石灰毒性溶出试验…9 3.3 台湾五叶松…10 3.4 孵育试验…11 3.5 盆栽试验…12 3.6 土壤管柱淋集液…13

第四章、结果与讨论

14 4.1 孵育试验…14 4.1.1孵育试验pH值趋势…14 4.1.2孵育试验EC值趋势…15 4.2 盆栽试验…16 4.2.1 盆栽试验五叶松株高增长趋势…16 4.2.2 盆栽试验五叶松根部生长

17 4.2.3 盆栽试验五叶松根部长度…18 4.2.4 盆栽试验五叶松根部生质量…19 4.2.5 盆栽试验五叶松叶片养份主要元素分析…20 V 4.2.6 盆栽试验五叶松叶片养份微量元素分析…21 4.2.7 淋洗收集液重金属含量表 a

22 4 .

3 讨论234.3.1 孵育试验…23 4.3.2 盆栽试验…23 参考文献…24 VI 表目录 表3.1 供试土壤与副产石灰基本性质表…8 表3.2 供试土壤与副产石灰之交换性钙、镁、钾、钠及有效性磷…8 表3.3 供试土壤与副产石灰重金属含量表…9 表3.4 供试土壤与副产石灰重金属含量表…9 表3.5 副产石灰毒性溶出试验表…10 表4.1 淋洗收集液重金属含量表 a

22 VII 图目录 图1.1 研究架构图…2 图1.2 孵育试验图…2 图1.3 盆栽试验图…3 图2.1 不同 pH 围对植物有效性元素之影响……………………4 图3.1 CFB 副产石灰示意图…7 图3.2 台湾五叶松示意图…10 图3.3 孵育试验示意图…11 图3.4 盆栽试验示意图…12 图3.5 土壤管柱淋集液示意图…13 图4.1 孵育试验 pH 值趋势图…14 图4.2 孵育试验 EC 值趋势图…15 图4.3 盆栽试验五叶松株高增长趋势图…16 图4.4 盆栽试验五叶松根部生长图

17 图4.5 盆栽试验五叶松根部长度图

18 图4.6 盆栽试验五叶松根部生质量图…19 图4.7 盆栽试验五叶松叶片养份主要元素分析…20 图4.8 盆栽试验五叶松叶片养份微量元素分析…21

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第一章、绪论 1.1 前言 高温循环式流体化床发电锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler, 简称 CFB)以燃烧石油焦来发电,同时避免燃烧后高含硫量之石油焦 产生硫氧化物过量排放,故添加石灰石进行脱硫,所产生之副产物, 即为 CFB 副产石灰(汪,2009) .台塑石化炼油以石油焦为燃料之高 温氧化装置发电锅炉燃烧产生 SO2,与石灰石脱硫吸收而衍生之有价 值副产石灰,年产量约为 32.8 吨.如何将大量的流体化床底灰做适 当处理,将为重要之环保及资源再利用话题(胡,2006) . 研究显示土壤酸度对世界上作物的生产是最主要的限制因子,虽 然许多土壤环境中的酸化是一种自然现象,但由於人类的需要而加速 进行农业的行为及工业矿业的发展,导致造成污染增加(Sumner, 1991) .台湾经调查

80 余万公顷耕地,发现属强酸性土壤有

28 万公 顷,极需改良.流体化床蒸气发电装置之副产石灰,因为含有高量钙 之石灰及石膏,应是高潜力之施用材质(简,2003) 1.2 研究目的 利用副产石灰改良强酸性红壤之酸碱度,探讨副产石灰与土壤适 当混合比例,并进行五叶松( Pinus morrisonicola Hayata )种植可 行性评估.

2 1.3.1 研究架构 此为本组的研究架构,如图 1.1 所示: 图1.1 研究架构图 1.3.2 孵育试验,如图 1.2 所示: 图1.2 孵育试验比例图

3 1.3.3 盆栽试验,如图 1.3 所示: 图1.3 盆栽试验

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第二章、文献回顾 2.1 pH 值对植物有效性之影响 土壤的 pH 值会限制作物的产量,植物根圈土壤的 pH 值影响植 物从土壤中获取必需营养物质的能力(Lukin and Epplin, 2002) . 图2.1 不同 pH 围对植物有效性元素之影响(Nyle and Ray, 1999) 土壤中添加石灰可提高土壤 pH 值并增加植物可吸收之钙、镁、 锰和钾(Chang and Sung, 2004) .

5 2.2 植物的必需营养元素 目前,公认高等植物的必须营养元素(essential element)有16 种, 包括:碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、 硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)、钼(Mo)和氯(Cl)等, 最新的研究已有学者认定镍(Ni)也应被列为植物必须营养元素之 一. 2.3 土壤酸碱度不适合及土壤酸化现象 国内部分太酸(pH 在5.0 以下)或太碱(pH 在7.5 以上)的土壤,易 使土壤中的养分元素转变为无效性,并使作物不能适应,尤其土壤酸 化最为常见,其原因不外雨水大量淋洗、酸性母质、植物吸走大量阳 离子养分、不当的施用过多酸性肥料及过量的有机酸所致,加上土壤 缓冲力不佳时,更易显现酸化现象. 2.4 副产石灰所含之植物所需养分 副产石灰含钾、镁、锌、铜、矽和硫等作物所需养分,其钾、镁、 锌、铜、矽和硫含量较一般石灰资材,如石灰、苦土石灰、白云石粉、 生石灰高,施用於土壤可提升土壤 pH 值,减少铁、铝对作物之毒害, 并作为作物之养分(王,2011) .CFB 副产石灰对农业具有潜在的用 途,此产物为碱性,且富含硫与其他植物必需的养分,但也含有高浓 度的 Ni 和V(Chen et al., 2006) .

6 2.5 钒 钒在地球是一种天然元素,为灰白色之金属,经常以结晶呈现. 它没有特定气味,当风和雨将含有钒的岩石和土壤分解后,钒即能够 进入空气、地下水、表面水、或者土壤.它不易溶解在水中,但是它 能够 藉由水搬运,大部分经由砂粒来携带. 2.6 副产石灰试验之成果 於pH 值4.5 之酸性土壤,每1公顷施用

18 公吨之台塑石化所 生产副产石灰,经3个月后土壤 pH 值提N至适宜大部分作物生长之 中性酸碱度(pH 6.5) ,且在玉米盆栽试验亦发现每

1 公顷施用

18 公 吨之台塑石化所生产副产石灰肥料之玉米生长状况,较不添加台塑石 化所生产副产石灰肥料之酸性土壤佳(简,2003) . 研究显示即便副产石灰镍含量为

358 mg kg-1 也不会提高在紫花 苜蓿内镍含量.镍主要受土壤 pH 影响,当土壤为 pH4.5~6.5 时,会 增加燕麦谷物中镍含量,在pH 大於

8 时则会减少.虽然副产石灰含 有高浓度的钒,但只会让紫花苜蓿中钒浓度略微提高而且远低於标准 (Chen et al., 2006).

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第三章、材料与方法 本试验供试土壤采集自南投市的红壤 , (216182 mE ,

2642709 mN) CFB 副产石灰由台塑石化公司提供. 3.1.CFB 副产石灰 目前国内六轻工业区内之 CFB 副产石灰则系将 CFB 床灰浸泡於 水池中

24 小时,取出曝晒乾燥而成,外观呈深灰色结块颗粒,称为 水化灰(hydrated ash),主要应用於道?工程及土壤改良等用途(汪, 2009) . 图3.1CFB 副产石灰

8 3.2.1 供试土壤与副产石灰基本性质 表3.1 基本性质表 3.2.2 供试土壤与副产石灰之交换性钙、镁、钾、钠及有效性磷 表3.2 交换性钙、镁、钾、钠及有效性磷

9 3.2.3 供试土壤与副产石灰之酸溶性铁、锰、铜、锌表3.3 酸溶性铁、锰、铜、锌3.2.4 供试土壤与副产石灰重金属含量 表3.4 重金属含量表 a a:数晕闹馗粗 b CdMDL, MDL= 0.24 mg kg -1 ;

Hg MDL, MDL= 0.24 mg kg -1 c Not applicable

10 3.2.5 副产石灰毒性溶出试验 表3.5 毒性溶出试验表 a pH>

12.50 将认定为有害事业废弃物 b 仅限污染防治设备所产生之污泥 c 表示 N.D.........