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研究生： 杜建蒼
CHIEN-TSANG TU
論文名稱： 焚化底碴處理技術與處理廠營運管理之研究
The Study of Technology Research and Treatment Plant Operation and Management of the Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash Handling
指導教授： 林志棟
Jyh Dong Lin
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系在職專班
Executive Master of Civil Engineering
論文出版年： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 175
中文關鍵詞： 焚化底碴 、底碴處理技術 、再利用 、資源化 、綠營建材料
外文關鍵詞： ncineration Bottom Ash (IBA),, bottom ash handling technologies,, reuse, recycle, green construction materials
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    • 焚化底碴已成為優良且來源穩定之綠營建材料。經國內外研究及試驗證實，焚化底碴化學性質近似水泥，具有膠結性，經適當處理或加工再製，可有條件的使用於營建工程。而我國自民國91 年公告焚化底碴再利用政策，迄今十餘年來焚化底碴仍未能列入
    再生材料規範，使相關業者無所依循。因此本研究擬探討焚化底碴處理技術與再利用用
    途之相關性，分析目前技術可行、經濟可行並已商業化之處理技術與再利用實例，歸納
    並探討底碴利用之營運管理策略。研究發現焚化底碴以乾式前處理後添加穩定化藥劑可
    有效削減大量鉛、銅、鎘等重金屬，物理性質方面則具有優良之剪力強度，適合作為道
    路基底層、填築材料、拌製低強度混凝土等用途；若以濕式前處理之焚化底碴，不僅能
    削減重金屬，其中的氯離子、有機質等物質亦可併同削減，適合用於瀝青混凝土之摻配、低密度透水性混凝土的拌製等用途；而在營運策略上，則可透過水平整合或垂直整合的方式，與營造業或營建材料業等，進行策略聯盟或予以併購，以有效掌握再利用管道。

    Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash has become one of the greenest
    constructing materials and stable sources. It is also been proven by studies
    and practical methodology verified by experiment that the chemical properties of
    Incineration Bottom Ash (IBA) and the cement are similar. They both contain silicon
    dioxide, calcium oxide composition, and with the property of cementation. If IBA is
    treated appropriately or be reproduced properly, it can be used on construction
    projects.
    Therefore, by using the IBA will be a win-win public policy because it will only to
    achieve carbon reduction, to make the environment sustainable, but also to cycle the
    resources and generate waste heat. Besides, it provides a new material and an option
    for an Eco friendly construction and reduces the environmental impact of mining.
    In this thesis statement conveys that besides the current Incinerator Bottom Ash
    (IBA) handling technology, the further proper procedures which is including screening,
    crushing, magnetic separation; and other processing techniques such as
    pre-treatment process, buried, curing, washing, stabilizing after sintering, melting, can
    make sub-ballast harmless for reuse.
    The following two technologies for the treatment of Incineration Bottom Ash (IBA)
    are used worldwide. Firstly, the IBA pre-dry process, adding stabilizing agents before
    it is proceeded. In this way it can effectively reduce lots of lead, copper, cadmium and
    other heavy metals and with excellent physical properties of shear strength, which is
    suitable for road basal layer, filling materials, low strength concrete mixing and other
    purposes.
    Secondly, the IBA pre-wet process will not only cut the heavy metals, chloride ions,
    but also the organic substances. It is appropriate for mixing with asp halt concrete,
    permeable concrete and low density concrete mix for other usage. The only drawback
    is that after the IBA pre-wet process will produce amount of wastewater and it requires
    being deal with.

    中文摘要……………………………………………………………………………..………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………………………………………..Ⅱ 誌謝…………………………………………………………………………………………..Ⅲ 目錄…………………………………………………………………………………………..Ⅳ 圖目錄………………………………………………………………………………………..Ⅶ 表目錄.........................................................................................................................Ⅹ 第一章 緒論 ............................................................................................................. 1 1-1 研究動機 ...................................................................................................... 1 1-2 研究目的 ...................................................................................................... 1 1-3 研究方法 ...................................................................................................... 2 1-4 研究流程 ...................................................................................................... 3 第二章 文獻回顧 ...................................................................................................... 5 2-1 我國廢棄物管理制度歷程 .............................................................................. 5 2-1-1 一般廢棄物管理 ..................................................................................... 5 2-1-2 事業廢棄物管理 ................................................................................... 12 2-2 焚化底碴的來源 .......................................................................................... 14 2-3 焚化底碴再利用管理方式 ............................................................................ 16 2-3-1 我國焚化底碴再利用及管理方式 .......................................................... 16 2-3-2 國外焚化底碴再利用之管理方式 .......................................................... 19 2-4 焚化底碴性質 ............................................................................................. 29 2-4-1 外觀特性 ............................................................................................. 29 2-4-2 底碴的物理性質 ................................................................................... 30 2-4-3 底碴的化學性質 ................................................................................... 32 2-5 焚化底碴處理技術 ...................................................................................... 39 2-5-1 分選處理 ............................................................................................. 41 2-5-2 掩埋法 ................................................................................................. 43 2-5-3 固化法 ................................................................................................. 43 2-5-4 穩定化處理 .......................................................................................... 44 2-5-5 熟化（Aging） .................................................................................... 44 2-5-6 燒結 .................................................................................................... 45 2-5-7 高溫熔融 ............................................................................................. 46 2-6 焚化底碴再利用用途 ................................................................................... 50 2-6-1 級配粒料 ............................................................................................. 50 2-6-2 回填材料 ............................................................................................. 51 2-6-3 混凝土添加料 ...................................................................................... 51 2-6-4 瀝青混凝土添加料 ............................................................................... 52 2-6-5 磚品添加料 .......................................................................................... 52 2-6-6 水泥生料 ............................................................................................. 53 2-7 小結 ........................................................................................................... 55 第三章 焚化底碴處理技術之探討............................................................................ 57 3-1 潤隆公司 .................................................................................................... 57 3-1-1 公司簡介 ............................................................................................. 57 3-1-2 技術背景 ............................................................................................. 59 3-1-3 品保品管制度 ...................................................................................... 63 3-1-4 小結 .................................................................................................... 66 3-2 映誠公司 .................................................................................................... 67 3-2-1 公司簡介 ............................................................................................. 67 3-2-2 技術背景 ............................................................................................. 68 3-2-3 品保品管制度 ...................................................................................... 74 3-2-4 小結 .................................................................................................... 74 3-3 幸福水泥公司 ............................................................................................. 75 3-3-1 公司簡介 ............................................................................................. 75 3-3-2 示範驗證計畫 ...................................................................................... 76 3-3-3 小結 .................................................................................................... 81 3-4 市原生態水泥株式會社 ............................................................................... 82 3-4-1 公司簡介 ............................................................................................. 82 3-4-2 技術說明 ............................................................................................. 82 3-4-3 小結 .................................................................................................... 86 3-5 美國灰碴回收公司 ...................................................................................... 87 3-5-1 公司簡介 ............................................................................................. 87 3-5-2 技術背景 ............................................................................................. 88 3-5-3 工程性質 ............................................................................................. 92 3-5-4 品保品管制度 ...................................................................................... 92 3-5-5 風險評估 ............................................................................................. 93 3-5-6 小結 .................................................................................................... 94 3-6 因達爾公司 ................................................................................................. 94 3-6-1 公司簡介 ............................................................................................. 94 3-6-2 技術背景 ............................................................................................. 95 3-6-3 品保品管制度 ...................................................................................... 98 3-6-4 小結 .................................................................................................... 99 3-7 乾式與濕式處理之效益分析 ...................................................................... 100 3-7-1 氯鹽及有機物的削減 .......................................................................... 100 3-7-2 重金屬之削減 .................................................................................... 101 3-7-3 異味之削減 ........................................................................................ 103 3-7-4 再利用之影響 .................................................................................... 103 3-7-5 前處理技術之SWOT 分析 ................................................................. 104 第四章 焚化底碴資源化產品再利用模式之探討 .................................................... 105 4-1 填築材料 .................................................................................................. 105 4-1-1 級配粒料基層 .................................................................................... 105 4-1-2 級配粒料底層 .................................................................................... 108 4-1-3 填方材料 ........................................................................................... 111 4-2 混凝土添加料 ........................................................................................... 113 4-2-1 控制性低強度回填材料 ...................................................................... 114 4-2-2 低強度混凝土 .................................................................................... 117 4-2-3 低密度透水性混凝土MRC ................................................................. 119 4-3 磚品添加料 ............................................................................................... 121 4-3-1 高壓混凝土磚 .................................................................................... 121 4-3-2 混凝土塊擋土牆 ................................................................................. 125 4-4 小結 ......................................................................................................... 126 第五章 焚化底碴處理廠營運管理模式之探討 ........................................................ 129 5-1 焚化底碴再利用策略之探討 ...................................................................... 129 5-1-1 策略的定義 ........................................................................................ 129 5-1-2 再利用市場分析 ................................................................................. 129 5-1-3 再利用通路發展策略 .......................................................................... 131 5-2 焚化底碴處理廠營運管理之探討 ............................................................... 131 5-2-1 進廠底碴管制機制 ............................................................................. 131 5-2-2 生產管理 ........................................................................................... 137 5-2-3 整廠維護計畫 .................................................................................... 137 5-2-4 污染防制措施 .................................................................................... 141 5-2-5 e 級配品管機制 ..................................................................................... 144 5-2-6 再利用管理 ........................................................................................ 145 5-2-7 產品及副產品出廠管理機制 ............................................................... 146 5-2-8 出廠管制 ........................................................................................... 147 5-2-9 流向管控 ........................................................................................... 148 5-3 小結 ......................................................................................................... 150 第六章 結論與建議 ............................................................................................... 151 6-1 結論 ......................................................................................................... 151 6-2 建議 ......................................................................................................... 152 參考文獻 ................................................................................................................ 153 附件 ....................................................................................................................... 157 圖目錄 圖1-1 研究流程.......................................................................................................... 3 圖2-1 我國大型垃圾焚化廠分布圖 ............................................................................. 7 圖2-2 我國一般廢棄物清理方式 ................................................................................. 8 圖2-3 歷年垃圾清運、處理及回收統計 ...................................................................... 8 圖2-4 我國廢棄物再利用管理體系架構圖 ................................................................. 13 圖2-5 垃圾焚化處理流程圖 ...................................................................................... 15 圖2-6 焚化底碴再利用法源架構 ............................................................................... 19 圖2-7 荷蘭建築材料管理辦法示意圖 ........................................................................ 22 圖2-8 荷蘭BMD 環境釋入量與成分含量的管制概念圖 ............................................ 23 圖2-9 X.5K SEM 焚化底碴外觀放大圖...................................................................... 30 圖2-10 焚化底碴粒徑分佈圖 .................................................................................... 31 圖2-11 含金屬之廢棄物焚化時金屬相之轉化機制 .................................................... 33 圖2-12 焚化底碴XRD 化學物種分析 ....................................................................... 37 圖2-13 焚化底碴析出結晶 ....................................................................................... 39 圖2-14 焚化底碴資化原處理技術 ............................................................................. 40 圖2-15 水洗時間與水洗水中氯離子關係(底碴粗料) .................................................. 42 圖2-16 水洗時間與水洗水中氯離子關係(底碴細料) .................................................. 42 圖2-17 水洗次數與水洗水中氯離子關係(底碴粗料) .................................................. 42 圖2-18 水洗次數與水洗水中氯離子關係(底碴細料) .................................................. 43 圖2-19 混凝土磚製造流程 ....................................................................................... 46 圖2-20 焚化底碴熔融流程示意圖 ............................................................................. 48 圖2-21 熔熔底碴SI－O 網目結構圖 ......................................................................... 48 圖2-22 焚化底碴資源化用途分類 ............................................................................. 55 圖3-1 潤隆建設環科事業處組織架構及職掌 ............................................................. 59 圖3-2 焚化底碴處理流程 ......................................................................................... 62 圖3-3 E 級配水洗流程圖 ........................................................................................... 62 圖3-4 進廠底碴採樣流程圖 ...................................................................................... 64 圖3-5 進廠底碴檢測分析流程圖 ............................................................................... 64 圖3-6 產品品質管制流程圖 ...................................................................................... 66 圖3-7 映誠公司組織架構圖 ...................................................................................... 67 圖3-8 映誠公司屏東廠廠區屏線配置圖 .................................................................... 68 圖3-9 映誠屏東廠底碴處理流程圖 ........................................................................... 69 圖3-10 映誠公司底碴質量平衡圖 ............................................................................. 70 圖3-11 映誠公司底碴產品用途比例 .......................................................................... 70 圖3-12 映誠公司底碴濕式處理單元 ......................................................................... 73 圖3-13 幸福水泥公司組織架構 ................................................................................ 75 圖3-14 幸福水泥東澳廠水泥產製流程圖 .................................................................. 77 圖3-15 幸福水泥東澳廠底碴再利用處理流程圖 ........................................................ 78 圖3-16 以焚化底碴產製水泥之化學分析(1) .............................................................. 79 圖3-17 以焚化底碴產製水泥之化學分析(2) .............................................................. 80 圖3-18 添加焚化底碴之水泥物理特性 ...................................................................... 80 圖3-19 市原株式會社生態水泥工廠立體配置圖 ........................................................ 83 圖3-20 卜特蘭水泥與環保水泥原料配比圖 ............................................................... 83 圖3-21 生態水泥產製流程圖 .................................................................................... 84 圖3-22 市原株式會社生態水泥生產流程圖 ............................................................... 85 圖3-23 AAR 焚化底碴處理流程圖............................................................................. 90 圖3-24 AAR 焚化底碴乾式處理單元 ......................................................................... 91 圖3-25 AGGRITE 篩分析圖 ........................................................................................ 93 圖3-26 1993-1999AGGRITE TCLP 溶出試驗統計圖 .................................................. 93 圖3-27 因達爾多爾園區 ........................................................................................... 95 圖3-28 因達爾底碴處理流程圖 ................................................................................ 96 圖3-29 因達爾公司焚化底碴處理場單元照 ............................................................... 97 圖3-30 因達爾濕式處理物質流 ................................................................................ 98 圖3-31 有機物含量(比色法) .................................................................................... 101 圖4-1 乾式再生級配料於道路基層之應用 ............................................................... 107 圖4-2 級配粒料底層應用工程斷面圖 ...................................................................... 109 圖4-3 焚化底碴配比設計流程圖 ............................................................................. 109 圖4-4 焚化爐底碴碎石底層分析結果 ...................................................................... 110 圖4-5 水洗再生級配粒料於道路底層之應用 ........................................................... 111 圖4-6 乾式再生級配料於填方工程之應用 ............................................................... 113 圖4-7 混凝土拌合示意圖 ....................................................................................... 114 圖4-8 CLSM 配比設計流程 .................................................................................... 114 圖4-9 CLSM 管溝回填應用 .................................................................................... 117 圖4-10 基地改良工法示意圖 .................................................................................. 117 圖4-11 乾式再生級配料於低強度混凝土之應用 ...................................................... 118 圖4-12 工區一道路斷面示意圖 .............................................................................. 120 圖4-13 工區二道路斷面示意圖 .............................................................................. 120 圖4-14 MRC 試鋪 .................................................................................................. 121 圖4-15 混凝土高壓磚製作過程 .............................................................................. 123 圖4-16 乾式再生級配料於混凝土高壓磚之應用 ...................................................... 124 圖4-17 乾式再生級配料應用於混凝土塊擋土牆之製作 ........................................... 126 圖5-1 潤隆公司地磅系統 ....................................................................................... 132 圖5-2 潤隆公司焚化底碴收受流程圖 ...................................................................... 133 圖5-3 潤隆公司底碴重金屬溶出檢驗報告 ............................................................... 133 圖5-4 重金屬總量檢驗報告 .................................................................................... 134 圖5-5 含水率試驗紀錄表 ....................................................................................... 134 圖5-6 灼燒減量試驗紀錄表 .................................................................................... 135 圖5-7 進廠底碴異常紀錄表 .................................................................................... 135 圖5-8 潤隆公司底碴收受流程圖 ............................................................................. 136 圖5-9 電腦化生產管理介面 .................................................................................... 137 圖5-10 控制系統設備運轉記錄功能 ....................................................................... 139 圖5-11 潤隆公司空氣污染防治措施 ........................................................................ 141 圖5-12 潤隆公司污水處理流程 .............................................................................. 142 圖5-13 資源化產品再利用管制流程 ....................................................................... 146 圖5-14 潤隆公司產品流向管理 .............................................................................. 147 圖5-15 出貨單 ........................................................................................................ 148 圖5-16 焚化底渣妥善再利用證明文件 .................................................................... 150 附圖1 101 年桃園廠焚化底碴原灰重金屬TCLP 檢測值 .......................................... 158 附圖2 101~102/09 八里廠焚化底碴原灰重金屬TCLP 檢測值................................. 159 附圖3 101~102/09 新店廠焚化底碴原灰重金屬TCLP 檢測值................................. 160 附圖4 101~102/09 樹林廠焚化底碴原灰種僅數TCLP 檢測值................................. 161 附圖5 101~102/01 木柵廠焚化底碴原灰重金屬TCLP 檢測值................................. 162 附圖6 101~102/01 北投廠焚化底碴原灰重金屬TCLP 檢測值................................. 163 附圖7 100~102 年八里廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ......................................... 164 附圖8 100~102 年新店廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ......................................... 165 附圖9 100~102 年樹林廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ......................................... 166 附圖10 100~102 年木柵廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ....................................... 167 附圖11 100~102 年北投廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ....................................... 168 附圖12 100~101 年桃園廠重金屬TCLP 及戴奧辛檢測值 ....................................... 169 附圖13 100~101/09 新北市各廠前處理後E 級配灼燒減量檢測值 ........................... 170 附圖14 100 年1~9 月焚化底碴分類產出率............................................................. 171 附圖15 100 年1~9 月后里廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 171 附圖16 100 年1~9 月烏日廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 172 附圖17 100 年1~9 月溪州廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 172 附圖18 100 年1~9 月溪州廠氯離子檢測值............................................................. 173 附圖19 100 年1~9 月嘉義市廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ............................. 173 附圖20 100 年1~9 月鹿草廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 174 附圖21 100 年1~9 月城西廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 174 附圖22 100 年1~9 月永康廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 175 附圖23 100 年1~9 月崁頂廠TCLP、氯離子及戴奧辛檢測值 ................................. 175 表目錄 表2-1 民國96 年各類應回收物品回收率 .................................................................... 8 表2-2 垃圾物理組成分類 ........................................................................................... 9 表2-3 我國歷年廢棄物組成分類表 ........................................................................... 10 表2-4 資源化產品分類及品質標準 ........................................................................... 18 表2-5 美國毒性特性溶出法定限值 ........................................................................... 19 表2-6 日本環境廳46 號溶出試驗標準 ...................................................................... 20 表2-7 德國焚化底碴掩埋標準 .................................................................................. 21 表2-8 DEV S4 程序之溶出液品質標準 ...................................................................... 21 表2-9 都市廢棄物與LAGA 技術參數 ....................................................................... 21 表2-10 荷蘭建築材料管制基準值 ............................................................................. 23 表2-11 荷蘭底碴認證標準 (ABBOTT ET AL., 2003) ..................................................... 25 表2-12 比利時NEN7374 管柱試驗溶出標準 ............................................................ 25 表2-13 丹麥環境部對焚化灰碴再利用化學分析要求(HJELMAR, 1990) ....................... 26 表2-14 底碴淋洗測試結果之分類 ............................................................................. 27 表2-15 我國與各國底碴再利用管理方式及再利用用途彙整 ...................................... 28 表2-16 底碴中各類成分之分佈特性 ......................................................................... 29 表2-17 路面工程含砂當量之比較 ............................................................................. 32 表2-18 焚化底碴物性分析 ....................................................................................... 32 表2-19 各國焚化底碴元素組成 ................................................................................ 34 表2-20 重金屬與其化合物揮發性比較 ...................................................................... 35 表2-21 底碴中重金屬來源 ....................................................................................... 35 表2-22 各國都市垃圾焚化底碴氧化物組成比例與天然粒料之比較 ........................... 37 表2-23 不同粒徑底碴中水溶性氯離子含量 ............................................................... 38 表2-24 焚化底碴水溶性鹽類元素XRF 定性分析 ...................................................... 39 表2-25 底碴熟化物種反應過程 ................................................................................ 45 表2-26 熔碴種類、形成方式與特性 ......................................................................... 49 表2-27 底碴處理技術之比較 .................................................................................... 50 表3-1 潤隆建設各部門工作職掌 ............................................................................... 58 表3-2 進廠底碴分析項目、頻率及數量一覽表 .......................................................... 64 表3-3 E 級配性質分析頻率 ....................................................................................... 65 表3-4 各種物質之電導度(Σ)與密度(Ρ)之比值 ............................................................ 72 表3-5 映誠公司再利用產品品質管制表 .................................................................... 74 表3-6 幸福水泥主要部門所營業務 ........................................................................... 76 表3-7 焚化底碴燒製水泥空氣品質監測 .................................................................... 81 表3-8 底碴燒製環保水泥空氣品質監測 .................................................................... 86 表3-9 AAR 底碴分選產出率 ..................................................................................... 92 表3-10 納什維爾廠1993-2000 年底碴回收處理統計表 ............................................ 92 表3-11 因達爾濕式分選質量平衡與再利用方式 ........................................................ 98 表3-12 NEN7343 或EN12457-3 溶出試驗與VLAREA 限值之比較 .......................... 99 表3-13 水洗前與水洗後底碴水溶性氯離子含量 ...................................................... 100 表3-14 底碴水洗氯鹽試驗結果 .............................................................................. 101 表3-15 底碴水洗TCLP 溶出試驗結果 .................................................................... 102 表3-16 水洗前後底碴重金屬總量分析 .................................................................... 102 表3-17 底碴水洗液TCLP 檢驗分析 ....................................................................... 102 表3-18 底碴異味試驗結果 ..................................................................................... 103 表3-19 底碴水洗前後周界異味試驗結果 ................................................................ 103 表4-1 潤隆公司管溝用CLSM 配比設計 ................................................................. 116 表4-2 垃圾焚化底碴的物理性質 ............................................................................. 121 表4-3 高壓混凝土磚之強度規定 ............................................................................. 122 表5-1 潤隆公司設備保養計畫表 ............................................................................. 139 表5-2 潤隆公司設備維修履歷卡 ............................................................................. 139 表5-3 堆高機每日作業檢點表 ................................................................................ 140 表5-4 放流水排放標準 ........................................................................................... 142 表5-5 營運期間環境監測計畫 ................................................................................ 143 表5-6 E 級配性質分析頻率 ..................................................................................... 144

    1. 行政院環境保護署：一般廢棄物管理政策。2013 年01 月28 日，取自
    http://www.epa.gov.tw/ch/aioshow.aspx?busin=323&path=15554&guid=172191f1-
    7349-4047-973e-61c836783450&lang=zh-tw。
    2. 黃孝信，「我國廢棄物管理與資源回收制度之探討」，財團法人中技社，2008。
    3. 行政院環境保護署：焚化廠營運管理資訊系統。2013 年06 月20 日，取自
    http://ivy4.epa.gov.tw/swims/swims_net/Statistics/Statistics_Year.aspx。
    4. 行政院環境保護署，「垃圾全分類零廢棄群組行動計畫」，2004。
    5. 行政院環境保護署，「100 年度資源回收再利用年報」，2011。
    6. 江康鈺、童翔新、林哲彥、李燊銘，「99 至101 年度(第3 年)一般廢棄物
    最終處置前組成採樣及分析工作委託專案計畫」，行政院環境保護署環
    境督察總隊， 2012。
    7. 行政院環境保護署，2012，「垃圾焚化廠焚化底碴再利用管理方式」，環署廢字第
    1010064463A 號。
    8. 張惠蘭，「國外焚化底碴再利用介紹」，永續產業發展雙月刊，第12 期，第55~64
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