電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置製造方法

2023-05-20 15:20:56

電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置製造方法
【專利摘要】一種電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，包括進氣管、導氣管、以及經該導氣管依次連接的變色矽膠吸附罐、活性炭吸附罐、前端吸附管、汙染物釋放倉、置於冷卻水槽中的蛇形冷卻管、後端吸附管和離心抽氣泵，所述的汙染物釋放倉放置在加熱板上，該加熱板的下部設置溫度控制器。本發明利用三重四級杆氣質聯用儀檢測，具有成本低、高效、結構簡單、無汙染等特點，可實現電子廢棄物在機械破碎與熱預處理過程中揮發性有機物採集，對後續針對汙染物的種類和特性所制定有效地治理手段，提供解決辦法。
【專利說明】電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境保護【技術領域】中的工業廢棄物處理、資源化領域，具體地，涉及電 子廢棄物拆解及加熱預處理階段揮發性有機物等揮發性有機物收集、檢測及評價的方法。

【背景技術】
[0002] 隨著經濟的快速發展，電子信息技術的飛快進步，各種電子產品已經在我們身邊 得到普及，日益成為人類生活不可或缺的一部分。但與此同時，品種繁多並且更新換代速度 日益加快的電子產品也進一步加快了電子廢棄物的產生。根據聯合國的報告，全球每年產 生的電子垃圾多達5000萬噸，增速5-6%，預計2017年將達到6540萬噸。而我國電子廢 棄物的增長速度更高。數據顯示， 2〇13年全國回收拆解廢棄電器電子產品超過1. 1億臺， 同比增長38. 3%。另據報導，美國電子垃圾的80%被轉運至亞洲，其中90%進入了我國大 陸。電子廢棄物已成為我國固體廢棄物的主要來源之一。
[0003] 電子廢棄物，包括廢手機、廢電腦、廢冰箱、廢洗衣機、廢印表機、廢複印機、廢工業 電子器件、廢電子元件、廢電路板餘料等。電子廢棄物種類繁多，成分複雜，含有鉛、鎘、水 銀、六價鉻、聚氯乙烯、溴化阻燃劑等大量有毒有害物質，如果不對其進行妥善的處理將對 環境造成巨大的危害。若僅對這些含有大量有毒有害物質的電子廢棄物進行簡單地棄置、 填埋，甚至直接暴露於環境中，會對環境造成直接汙染。另外，如果這些有害物質通過動植 物而攝入人體，可能會嚴重地危害人體的健康狀況。
[0004]同時，電子廢棄物有極高的循環利用價值。一方面，有一大部分電子廢棄物並未達 到使用壽命，而是由於時尚性、技術更新等原因被淘汰，這些產品依舊可以使用，可以回收 後轉移到偏遠落後的農村地區繼續使用，節約資源。另一方面，電子廢棄物中含有大量的 鋁、銅、鐵、鉛、塑料以及少量的黃金、鈕、鈾、鎳、鋪等貴金屬。有關資料顯示，1噸隨意收集的 早期的電腦板卡中含有l 3〇kg銅、0· 4kg黃金、41kg鐵、272kg塑料、29kg鉛、20kg錫、18kg 鎳、10kg銻、9kg銀和鈀、鉑等貴金屬。並且，電子廢棄物中含有的金屬及貴金屬的品級是天 然礦藏的幾十倍甚至幾百倍，且其回收成本要低於直接開採成本，所以如可合理地提取這 些物質，會帶來明顯的社會效益和經濟效益。
[0005] 因此，電子廢棄物合理有效地回收處置和利用，不僅可以減少電子廢棄物對於環 境和人類的危害，並且對於大力發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會也具有深 遠的意義。目前，電子廢棄物作為"城市礦產"重要的二次資源，作為稀貴金屬及玻璃、塑 料橡膠、纖維等資源回收再利用，電子產品的回收和翻新業務已經在世界各地蔚然成風，歐 洲、亞洲等地區已經開始使用大規模的熔爐從電子垃圾中提煉貴金屬。
[0006]我國，除了少部分電子廢棄物由專門從事電子垃圾拆解的正規企業集中處理，提 取有價值的材料，最後對產生的危險廢棄物進行無害化處理外，大部分電子廢棄物是由私 人回收者回收，然後流向手工作坊式的小型拆解廠，經由他們將這些電子廢物進行手工拆 解。他們將有用的金屬、兀器件等提取後，大量殘餘部分被當作普通生活垃圾扔掉或就地焚 燒。這些小作坊的規模一般較小，多為手工操作，設備簡陋，技術水平低，不僅拆解的效率 低，而且也造成了資源的浪費和環境的汙染。
[0007] 作坊式的拆解處理方法會造成嚴重的環境汙染。由於資金和技術水平的限制，造 成未經處理的廢液嚴重地汙染了地表水體；再者，產生的固體廢物任意露天堆棄，不但佔用 了大量的土地，而且這些堆棄的滲濾液會汙染地表水和地下水；對於沒有再利用價值的廢 棄物進行簡單地焚燒，造成了嚴重的大氣汙染；缺乏先進的處理設備和技術，加大拆解工人 的勞動強度的同時，毫無防護措施的工作環境也對他們的人身健康造成了嚴重的危害。
[0008] 電子廢棄物的回收首先要將廢棄物各部分組件拆解分離，按照其性質及利用價值 進行分類以便後期的資源化處置。目前電子廢棄物的拆解和加熱預處理方法主要是物理 法。機械物理法易實現工程化，但該種方法易將封存在電子廢棄物中的有質暴露於拆解及 預處理的工作環境，例如用於改變電子產品性能的各種添加劑，用於固定的粘結劑等。這 些物質原本被封存在電子產品的表層內對外界無害，當其表層被拆解分離直接暴露於環境 中，當其濃度達到一定限值時可能會產生二次汙染。
[0009] 電子廢棄物拆解過程中產生的大量揮發性有機物包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、等 苯系物，以及負載有大量半揮發性有機物如多環芳烴、二噁英、溴代阻燃劑和中金屬複合汙 染的大氣懸浮顆粒物，這類有機物不但具有非常大的毒害作用，而且多是持久性有機物。能 持久存在於環境中、通過生物食物鏈（網）累積、並對人類健康造成有害影響的化學物質。 它具備四種特性：高毒、持久、生物積累性、親脂憎水性，有研究表明，持久性有機物對人類 的影響會持續幾代，目前持續性有機物對人類生存繁衍和持續發展將構成重大威脅，並對 環境造成了難以恢復的破壞。
[0010] 經檢索，中國發明專利《一種電子廢棄物回收處理過程三廢系統治理的技術及工 藝》（肖國光等，專利號201310662854. 1)，提供了一種電子廢棄物回收處理過程三廢系統治 理的技術及工藝，是在對電子廢棄物的拆解回收過程中，分別通過催化分解、吸收吸附來除 去廢氣，通過重金屬捕獲、重金屬離子浮選來淨化廢水，通過向廢渣中添加材料複合以回收 利用的手段。該方法並沒有針對拆解及預處理階段汙染物產生的收集檢測識別手段，採用 了簡單催化及吸附手段，並不能針對汙染物的種類和特性制定有效地治理手段。
[0011] 中國發明專利《廢舊印刷電路板回收過程中尾氣處理裝置及方法》（王玉琳等，專 利號201310535206. X)提供了一種廢棄印刷電路板回收過程中尾氣處理裝置及方法，將待 處理尾氣首先經過活性炭吸附處理，濾除尾氣中的固體粉塵、重金屬顆粒、部分無機非金屬 氧化物以及部分有機氣體：再將預處理後的尾氣通入噴淋塔，使其與噴淋塔中的淨化液充 分接觸，去除預處理氣中大部分無機非金屬氧化物以及一部分有機氣體：最後將噴淋塔頂 部排出的尾氣通入高溫燃燒設備進行燃燒處理，並經燃燒處理設備排放出無汙染尾氣。該 方法利用通用淨化手段去除固體粉塵、重金屬顆粒、部分無機非金屬氧化物以及部分有機 氣體，由於對尾氣汙染物成分與組成沒有確切檢測結果，常用的處理方式無法徹底清除汙 染物，對環境造成潛在危害。
[0012] 中國發明專利《一種檢測汙泥堆體內揮發性有機汙染物釋放潛力的方法》（何品晶 等，專利號201010273366. 8)提供了一種檢測汙泥堆體內揮發性有機汙染物釋放潛力的方 法，包括汙泥堆體內部樣品的採集、樣品釋放VOCs的收集和釋放VOCs的檢測步驟。該方法 採用套筒裝置採集汙泥堆體內部樣品，然後將採集的汙泥置於容器中收集釋放的VOCs，再 結合預濃縮儀高效氣相色譜從而研究汙泥堆體內部VOCs的釋放潛力。該方法的採樣裝置 無法應用到電子廢棄物樣品採集，電子廢棄物在預破碎等機械處理環節自身溫度與破碎粒 度均對有機汙染物的釋放有關鍵作用，溫度調節在採樣過程中必不可少。
[0013] 在這些文獻的報導中，對電子廢棄物在拆解和機械破碎條件下揮發性有機汙染物 的釋放現象未見報導。由於電子廢棄物在拆解和機械破碎過程中電子廢棄物顆粒溫度隨破 碎顆粒粒度變化，環境模擬和取樣難度較大，在現有技術中均未涉及如本發明所揭示的採 集裝置。


【發明內容】

[0014] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供電子廢棄物機械破碎與熱預處理過 程中揮發性有機物採集裝置，該裝置結構簡單，成本低廉，可實現電子廢棄物資源化過程中 揮發性有機物的高效採集與識別。對後續針對汙染物的種類和特性所制定有效地治理手 段，提供解決辦法。
[0015] 本發明的技術解決方案如下：
[0016] 一種電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其特點在於，包括 進氣管、導氣管、以及經該導氣管依次連接的變色矽膠吸附罐、活性炭吸附罐、前端吸附管、 汙染物釋放倉、置於冷卻水槽中的蛇形冷卻管、後端吸附管和離心抽氣泵，所述的汙染物 釋放倉放置在加熱板上，該加熱板的下部設置溫度控制器。
[0017] 所述變色矽膠吸附罐與活性炭吸附罐具有相同結構，填充料由頂部加入吸附罐 內，吸附罐的頂部設置螺旋密封圈，外殼採用PMMA透明有機玻璃材質，吸附罐內下部設置 有多孔板隔離氣固兩相併導流氣體充分接觸填充材料，吸附罐的外殼一側下方開有進氣 口，另一側上方開有出氣口，在所述的進氣口和出氣口處分別設有快速接頭，用於與所述的 導氣管連接。
[0018] 所述汙染物釋放倉為不鏽鋼材質，內壁做拋光處理，待檢測電子廢棄物由頂部加 入汙染物釋放倉中，汙染物釋放倉的頂部設置有密封蓋，防止揮發性有機物外洩，密封蓋上 方設有電機，該電機與穿過密封蓋的可調速金屬風扇相連，汙染物釋放倉內部由上至下分 別設置頂端溫度探頭、中部溫度探頭和底部溫度探頭。
[0019] 所述的汙染物釋放倉相連的導氣管均採用不鏽鋼管增加溫度梯度。
[0020] 所述的前端吸附管與後端吸附管採用標準不鏽鋼熱解析管，外部均套有矽膠套 管，便於前端吸附管與後端吸附管的快速更換，適用多組連續採樣。
[0021] 本發明的工作原理： >
[0022] 對電子廢棄物經過簡單機械破碎適當拆解後投入封閉的汙染物釋放空間中、並被 加熱至額定溫度、載氣（空氣或氮氣）由氣路末端的抽氣泵提供動力，經過千燥與淨化處理 後進入前端吸附管採樣，前端吸附管所採汙染物作為參照背景值；淨化過的載氣進入汙染 物釋放空間與電子廢棄物釋放的揮發性有機物混合均勻，混有揮發性有機物的氣體進入後 端吸附管並被收集，以待檢測；前端吸附管與後端吸附管在三重四級杆氣質聯用伩上完成 檢測，得到揮發性有機物的種類與釋放量。 ^
[0023] 為此本發明的技術方案中，首先通過變色矽膠與活性炭對進氣進行乾燥與淨化， 然後調節汙染物釋放倉溫度與倉內氣體對流使載氣與揮發性有機物$速均勻'混合，潔淨的 載氣與攜帶揮發性有機物的載氣分別被不同的吸附管採集。完整的採集過程包括：進氣淨 化、汙染物釋放，汙染物採集三部分。
[0024] 本發明的電子廢棄物資源化過程中揮發性有機物檢測裝置包括進氣淨化區，汙染 物釋放區及前、後兩段樣品採集區。總體結構為進氣管依次連接變色矽膠吸附罐、活性炭吸 附罐、前端吸附管、汙染物釋放倉、冷卻水槽、後端吸附管、離心抽氣慄，汙染物釋放倉下部 設置溫度控制器，進氣管可使用空氣或者氮氣作為載氣。
[0025] 進氣淨化時，載氣（空氣或者氮氣）由變色矽膠吸附罐、活性炭吸附罐底部進入並 經底部多空板分流與分孔板上方的填充料充分接觸完成乾燥與淨化過程。淨化後的載氣由 頂部排出。填充料由頂部加入吸附罐內，頂部設置螺旋密封圈與外界隔絕。吸附罐外殼採用 PMMA透明有機玻璃材質便於觀察填充材料的狀態，進氣口與出氣口分別設置快速接頭方便 與導氣管連接。
[0026] 經過簡單機械破碎適當拆解後的電子廢棄物放置於汙染物釋放倉底部，汙染物釋 放倉為不鏽鋼材質，內壁做拋光處理，頂部設置密封蓋防止揮發性有機物外洩。汙染物釋 放倉底部與加熱板相連並填充導熱膠增強熱量傳遞效率，加熱板由溫度控制器調節溫度在 20-400°C區間可調，以便適用不同電子廢棄物預處理要求，汙染物釋放倉內部分別設置頂 端溫度探頭、中部溫度探頭、底部溫度探頭用於監測汙染物釋放倉內部溫度場分布，令電子 廢棄物加熱溫度精度控制在±1攝氏度。汙染物釋放倉頂部中心設置可調速金屬風扇使由 電子廢棄物釋放的揮發性有機物與載氣形成對流並迅速均勻混合。
[0027] 攜帶揮發性有機物的載氣排出汙染物釋放倉後進入蛇形冷卻管促進混合氣體 (載氣與汙染物）降溫過程，最後由後端吸附管採集。前端吸附管與後端吸附管在三重四級 杆氣質聯用儀上完成檢測，得到揮發性有機物的種類與釋放量。以前端吸附管採集樣品檢 測結果為背景值判定後端吸附管檢測結果，採集及檢測的各項條件可採用《環境空氣苯系 物的測定固體吸附/熱脫附-氣相色譜法》（HJ 584-2010)，並參考美國環保總署發布的標 準方法 T0-17 "Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling Onto Sorbent Tubes"。採集條件為載氣400ml/min,採集時間半小時，也 可根據具體工況進行調節。
[0028] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0029] 本發明以潔淨空氣或氮氣為載氣，可以收集並檢測電子廢棄物機械破碎與熱預處 理過程中揮發性有機物，工藝流程簡單，適用範圍廣，響應濃度限值低，易於工業應用。該裝 置可以收集並準確定性定量地分析檢測汙染物成分，符合國內國際標準。具有成本低、高 效、結構簡單、無汙染等特點。本發明可實現電子廢棄物在拆解及預處理階段揮發性有機汙 染物的收集與檢測，對後續針對汙染物的種類和特性所制定有效地治理手段，提供解決辦 法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、 目的和優點將會變得更明顯：
[0031] 圖1為本發明電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置的結構示 意圖；
[0032] 圖2為本發明中活性炭吸附罐與變色矽膠吸附罐結構示意圖；
[0033] 圖中，1為進氣管、2為氣流流量計、3為導氣管、4為變色矽膠吸附罐、5為多孔板、 6為活性炭吸附罐、7為前端吸附管、8為矽膠套管、10為汙染物釋放倉、11為汙染物釋放倉 密封蓋、12為頂端溫度探頭、13為中部溫度探頭、14為底部溫度探頭、15為溫度控制器、16 為加熱板、17為電機、18為金屬風扇、19為待測電器廢棄物、20為冷卻水槽、21為冷卻液、22 為蛇形冷卻管、23為後端吸附管、24為離心抽氣慄、25為螺紋密封圈、26為快速接頭、27為 吸附罐PMMA外殼、28為吸附罐填充材料。

【具體實施方式】
[0034] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明 的保護範圍。
[0035] 如圖1所示，一種電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，包括 進氣管1、導氣管3、以及經該導氣管3依次連接的變色矽膠吸附罐4、活性炭吸附罐6、前端 吸附管7、汙染物釋放倉10、置於冷卻水槽20中的蛇形冷卻管22、後端吸附管23和離心抽 氣泵24,所述的汙染物釋放倉10放置在加熱板16上，該加熱板16的下部設置溫度控制器 15〇
[0036] 圖2為本發明中活性炭吸附罐與變色矽膠吸附罐結構示意圖，吸附罐外殼27材質 為PMMA透明有機玻璃，頂部由螺紋密封圈25密封，上下各設通氣孔並連接快速接頭26,底 部設置穿孔板5隔離氣固兩相併導流氣體充分接觸填充材料28。
[0037] 工作時，首先電子廢棄物經過簡單拆解與預破碎，將破碎的顆粒19放入汙染物釋 放倉10,密封后由加熱板16加熱至額定溫度，從破碎顆粒19中釋放出的揮發性有機物在汙 染物釋放倉10內與經進氣管1和導氣管3進入的載氣（空氣或氮氣）迅速均勻混合，並由 載氣帶動經由冷卻水槽20降溫後至後端吸附管23進行捕集與採樣，載氣進入汙染物釋放 倉10之前經變色矽膠罐4千燥與活性炭吸附罐6淨化，並由前端吸附管7吸附採樣，載氣 與揮發性有機物混合採用對流方式，前端吸附管7與後端吸附管23中的樣品利用三重四級 杆氣質聯用儀檢測。
[0038] 本發明中汙染物釋放倉10為不鏽鋼材質，內壁做拋光處理，待檢測電子廢棄物19 由頂部加入汙染物釋放倉10,頂部設置密封蓋11防止揮發性有機物外洩，頂部中心設置可 調速金屬風扇18使汙染物與載氣形成對流並迅速均勻混合，汙染物釋放倉10內部分別設 置頂端溫度探頭12、中部溫度探頭13、底部溫度探頭14用於監測汙染物釋放倉10內部溫 度場分布，汙染物釋放倉10進氣管與出氣管均採用不鏽鋼管9增加溫度梯度，提高矽膠套 管8使用壽命。
[0039] 本發明中溫度控制器15頂部設置加熱板16,溫度在20-400°C可調，可適用不同電 子廢棄物預處理要求，電子廢棄物加熱溫度精度控制在±1攝氏度。加熱板16與汙染物釋 放倉10底部填充導熱膠增強熱量傳遞效率。
[0040] 本發明中冷卻水槽20內部設置蛇形冷卻管22促進混合氣體（載氣與汙染物）降 溫過程。
[0041] 本實施例以潔淨空氣或氮氣為載氣，可以收集並檢測電子廢棄物機械破碎與熱預 處理過程中揮發性有機物的種類及濃度。工藝流程簡單，適用範圍廣，響應濃度限值低，易 於工業應用。該方法可以收集並準確定性定量地分析檢測汙染物成分，符合國內國際標準。 本發明所述裝置具有成本低、高效、結構簡單、無汙染等特點。
[0042]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述 特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影 響本發明的實質內容。
【權利要求】
1. 一種電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其特徵在於，包括進 氣管（1)、導氣管（3)、以及經該導氣管（3)依次連接的變色矽膠吸附罐（4)、活性炭吸附罐 (6)、前端吸附管（7)、汙染物釋放倉（10)、置於冷卻水槽（20)中的蛇形冷卻管（22)、後端吸 附管（23)和離心抽氣泵（24)，所述的汙染物釋放倉（10)放置在加熱板（16)上，該加熱板 (16)的下部設置溫度控制器（15)。
2. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其 特徵在於，所述變色矽膠吸附罐（4)與活性炭吸附罐（6)具有相同結構，填充料（28)由頂 部加入吸附罐內，吸附罐的頂部設置螺旋密封圈（25)，外殼（27)採用PMMA透明有機玻璃材 質，吸附罐內下部設置有多孔板（5)隔離氣固兩相併導流氣體充分接觸填充材料，吸附罐 的外殼（27) -側下方開有進氣口，另一側上方開有出氣口，在所述的進氣口和出氣口處分 別設有快速接頭（26)，用於與所述的導氣管（3)連接。
3. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置， 其特徵在於，所述汙染物釋放倉（10)為不鏽鋼材質，內壁做拋光處理，待檢測電子廢棄物 (19)由頂部加入汙染物釋放倉（10)中，汙染物釋放倉（1〇)的頂部設置有密封蓋（11)，防 止揮發性有機物外洩，密封蓋（11)上方設有電機（17)，該電機（Π )連接穿過密封蓋（11) 的可調速金屬風扇（18)，汙染物釋放倉（10)內部由上至下分別設置頂端溫度探頭（12)、中 部溫度探頭（13)和底部溫度探頭（14)。
4. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其 特徵在於，與所述的汙染物釋放倉（10)相連的導氣管（3)均採用不鏽鋼管增加溫度梯度。
5. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其 特徵在於，所述的前端吸附管（7)與後端吸附管（ 23)採用標準不鏽鋼熱解析管，外部均套 有矽膠套管（8)。
6. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其 特徵在於，在所述的進氣管（1)中設有氣流流量計（2)。
7. 根據權利要求1所述的電子廢棄物破碎與熱預處理中揮發性有機物的採集裝置，其 特徵在於，所述的冷卻水槽（20)中充滿冷卻液（21)。
【文檔編號】G01N1/24GK104215477SQ201410455580
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】李佳, 許振明, 王光旭, 田哲毅 申請人:上海交通大學