TWI685386B - 利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備 - Google Patents
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Abstract
一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法包含一個配置步驟、一個定型步驟、一個熔解步驟，及一個凝固步驟。該配置步驟是將廢棄物與含矽鋁的材料混合成一混合物。該定型步驟是使該混合物定型成一定型物。該熔解步驟是依序利用週波及電漿產生的熱，將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化。該凝固步驟是使該流動物冷卻並玻璃化。本發明亦提供一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備包含一個定型裝置、一個包括一個臥式週波爐及一個電漿爐的熔解裝置，及一個凝固裝置。透過利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備，可使得經處理的廢棄物具有較佳的品質及純度。
Description
本發明是有關於一種處理方法及處理設備，特別是指一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備。
一般事業廢棄物，例如經熱處理與焚化處理後的有害灰渣，及具毒害性廢棄物等，因無再利用價值，常以固化方式與掩埋方式等處置。 然而，該固化方式存在有固化後的廢棄物長期穩定性不佳的問題，而該掩埋方式存在有掩埋土地成本高、場址難尋、土地資源浪費，及對環境造成二次污染等問題。因此，有必要尋求其它廢棄物處理的方法。
台灣專利公告第I312703號揭示一種可自動化連續進料操作且可將飛灰完全留在熔爐熔融的焚化爐飛灰進料裝置。該焚化爐飛灰進料裝置包含一個用來將該飛灰造粒成灰錠的打錠單元，及一個用來控制該打錠單元的控制單元。進一步地，將該灰錠送入電漿熔爐熔融。
雖該專利案揭示了如何處理焚化爐飛灰的方法及設備，但由於該電漿爐的加熱方式是由中心加熱，且愈靠近爐壁的溫度越低，而存在有加熱溫度不均的問題，因此使用該專利案的方法及設備所獲得的經處理的飛灰的品質參差不齊，使得後續使用時存在有安全性低及效益低的問題。
因此，本發明的一目的，即在提供一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法。
於是，本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法，包含：一個配置步驟、一個定型步驟、一個熔解步驟，及一個凝固步驟。該配置步驟是將廢棄物與含矽鋁的材料混合成一混合物。該定型步驟是使該混合物定型成一定型物。該熔解步驟是依序利用週波及電漿產生的熱，將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化，其中，該週波產生的熱是利用週波加熱器來提供，且該週波加熱器包括一個界定出一個供該定型物通過的加熱空間的耐高溫管，及一纏繞該耐高溫管的外表面的週波線圈。該凝固步驟是使該流動物冷卻並玻璃化。
本發明的另一目的，即在提供一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備。
本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備，包含：一個定型裝置、一個熔解裝置，及一個凝固裝置。該定型裝置用來將一混合物定型成一定型物，其中，該混合物包含廢棄物及含矽鋁的材料。該熔解裝置用來將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化，且包括一個位於該定型裝置的下游處的臥式週波爐及一個位於該臥式週波爐的下游處的電漿爐，其中，該臥式週波爐包括一個週波加熱器，且該週波加熱器包括一個界定出一個供該定型物通過的加熱空間的耐高溫管，及一纏繞該耐高溫管的外表面的週波線圈。該凝固裝置位於該熔解裝置的下游處，且用來將該流動物冷卻並玻璃化。
本發明的功效在於：相較於未經處理的廢棄物的重量、體積、安定性、污染性、品質及純度，透過本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備，可使得經處理的廢棄物的重量變輕且體積變小，同時，具有高安定性、低污染、高品質及高純度等特性，故本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備具有減量化、減容化及安全化的效果，可作為目前環保科技產業處理廢棄物最終處置方式。再者，本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備可同時處理廢棄物及含矽鋁的材料，且可連續性地處理廢棄物及含矽鋁的材料。
本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法的一實施例，包含一個配置步驟、一個在該配置步驟後的定型步驟、一個在該定型步驟後的熔解步驟，及一個在該熔解步驟後的凝固步驟。
在該配置步驟中，將廢棄物與含矽鋁的材料混合成一混合物。該廢棄物例可單獨一種使用或混合多種使用，且該廢棄物如但不限於灰渣或污泥等。該污泥例如但不限於含水的污泥。該含水的污泥例如來自於製造業所產生的含水的污泥或電鍍業所產生的含水的污泥。當該廢棄物為潮濕污泥時，需進行乾燥及碎化處理。該碎化處理是用來碎化因該潮濕污泥中的黏性物質或纖維產生糾結的情況而形成的成團物或塊狀物。在本實施例中，該廢棄物是來自印染工業所產生的有害集塵飛灰及來自電鍍業所產生的有害污泥。該含矽鋁的材料例如但不限於含矽鋁的玻璃粉。在本實施例中，該含矽鋁的材料是來自於晶圓廠切割晶圓後所產生的含矽鋁的廢矽土。該廢棄物與該含矽鋁的材料的用量依據經處理的廢棄物的應用需求進行調整。該混合是利用一混合裝置來進行。該混合裝置例如但不限於密閉式攪拌槽。
在該定型步驟中，將該混合物定型成一定型物。透過該定型步驟，可避免直接將該混合物進行該熔解步驟時有成塊糾結的情況，繼而影響熔解過程的品質。該定型是利用一定型裝置來進行。該定型裝置例如但不限於壓錠機。該定型物的形狀並無特別限制，可以是粒狀、塊狀或粉末狀。
在該熔解步驟中，先利用週波產生的熱對該定型物進行第一次加熱處理，再利用電漿產生的熱進行第二次加熱處理，使該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化，達到減量化及減容化效果。該有機物例如戴奧辛。此外，在該定型物中除了有機物外，還存在有無機物。該無機物例如非金屬物質、重金屬，或重金屬以外的金屬等。在該熔解步驟中，該無機物中的重金屬或重金屬以外的金屬因受熱產生反應而轉變成安定化的物質，達到安定性效果。同時，透過該含矽鋁的材料，將該重金屬或有害物質被拘限在該流動物內，而不會被溶出，達到安全化效果。在本實施例中，該週波產生的熱的溫度約為1800℃，而該電漿產生的熱的溫度約為1800～1350℃。
在該凝固步驟中，將該流動物導入水中，以使該流動物冷卻，且該流動物因熱脹冷縮因素，會爆裂成玻璃狀的小顆粒。在該凝固步驟中，除將該流動物冷卻並玻璃化外，因該水與該流動物進行熱交換，會使得水轉變成水蒸氣。
本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法還包含一在該凝固步驟後的冷凝步驟，及一在該冷凝步驟後的回收步驟。在該冷凝步驟中，將該水蒸氣冷凝成水。該冷凝是利用一熱交換器來進行。在該回收步驟中，將該冷凝步驟所獲得的水回收並用來作為該凝固步驟中冷卻該流動物的水，使得該冷凝步驟所獲得的水得以循環再利用。
透過本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法所獲得的經處理的廢棄物可用來替代營建資材中的天然砂石。在天然砂石的量是有限的情況下，本發明經處理的廢棄物可永續利用，而具有市場推廣性。
參閱圖1及圖2，本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備的一實施例，包含一個第一儲料槽1、一個第二儲料槽2、一個第三儲料槽3、一個位在該第二儲料槽2的下游處的破碎乾燥裝置4、一個位在該破碎乾燥裝置4、該第一儲料槽1及該第三儲料槽3的下游處的混合裝置5、一個位於該混合裝置5的下游處的儲存槽6、一個位在該儲存槽6的下游處的定型裝置7、一個位在該定型裝置7的下游處的熔解裝置8、一個位在該熔解裝置8的下游處的凝固裝置9、一個輸送裝置10，以及一個控制裝置11。該輸送裝置10包括一個第一輸送單元101、一個第二輸送單元102、一個第三輸送單元103，及一個第四輸送單元104。該廢棄物例如但不限於灰渣或污泥等。該含矽鋁的材料例如但不限於含矽鋁的玻璃粉。在本實施例中，該廢棄物為有害集塵飛灰或有害污泥。該含矽鋁的材料為是來自於晶圓廠切割晶圓後所產生的含矽鋁的廢矽土。
該第一儲料槽1、該第二儲料槽2及該第三儲料槽3分別用來儲存有害集塵飛灰、有害污泥，及含矽鋁的廢矽土。該破碎乾燥裝置4用來將該有害污泥乾燥並碎化以避免存在有糾結的情況。該輸送裝置10的第一輸送單元101位於該破碎乾燥裝置4的下游處，且用來將經乾燥且碎化的有害污泥輸送至該混合裝置5。該第一輸送單元101例如但不限於螺旋輸送機。該輸送裝置10的第二輸送單元102及第三輸送單元103分別位於該第一儲料槽1的下游處及該第三儲料槽3的下游處，且分別用來將該有害集塵飛灰及該含矽鋁的廢矽土輸送至該混合裝置5。該第二輸送單元102及第三輸送單元103例如但不限於真空輸送機。
該混合裝置5用來將該有害集塵飛灰、該有害污泥及該含矽鋁的廢矽土混合成一混合物。該混合裝置5例如但不限於攪拌機。該輸送裝置10的第四輸送單元104位於該混合裝置5的下游處，且用來將該混合物輸送至該儲存槽6中。該第四輸送單元104例如但不限於真空輸送機。
將該混合物由該儲存槽6中釋放至該定型裝置7中。該定型裝置7用來將該混合物定型成一定型物。該定型裝置7例如但不限於壓錠機。
將該定型物自該定型裝置7中輸送至該熔解裝置8中。該熔解裝置8包括一個位於該定型裝置7的下游處的臥式週波爐81及一個位於該臥式週波爐81的下游處的電漿爐82。該熔解裝置8用來將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解及/或氣化。該臥式週波爐81包括一個週波加熱器80及一個套設該週波加熱器80的殼件83。該週波加熱器80包括一個界定出一個供該定型物通過的加熱空間85的耐高溫管84，及一個纏繞該耐高溫管84的外表面的週波線圈86。該耐高溫管例如但不限於碳化矽管。因為該電漿爐82並非本發明主要的技術特徵，且該電漿爐82為本領域技術人員所公知的，為了精簡的因素，故細節在此不多作說明。該臥式週波爐81透過週波線圈86的磁力線關係，使得內部材料有擾流現象，因此加熱較均勻。相較於立式週波爐僅能批次進料來處理該定型物，本發明採用臥式週波爐81可連續式進料來處理該定型物。此外，該電漿爐82是緊連接在該臥式週波爐81的出口端，可使得該流動物在該臥式週波爐81至該電漿爐82的過程中的溫度得以維持並持續加熱，而不會降溫冷卻的問題，而達到品質均勻的目的。再者，因該電漿爐82僅需保持該流動物的溫度，因此不需高功率，而有節能作用。
將該流動物自該熔解裝置8的電漿爐82中輸送至該凝固裝置9中。該凝固裝置9位於該熔解裝置8的電漿爐82下游處，且該凝固裝置9容置有水，透過水，以將該流動物冷卻並玻璃化，同時，因該水與該流動物進行熱交換，使得該水轉變成水蒸氣。
該控制裝置11電連接該第一儲料槽1、該第三儲料槽3及該儲存槽6，且用來控制該有害集塵飛灰、該含矽鋁的廢矽土及該混合物的輸出量。
本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備還包含一個連接該凝固裝置9的冷凝裝置12，及一個連接該冷凝裝置12及該凝固裝置9的回收裝置13。該冷凝裝置12用來將來自該凝固裝置9中的水蒸氣冷凝成水。該冷凝裝置12例如但不限於熱交換器。該回收裝置13用來將來自該冷凝裝置12中的水回收並導入該凝固裝置9中。該回收裝置13例如但不限於輸送管。
綜上所述，相較於未經處理的廢棄物的重量、體積、安定性、污染性、品質及純度，透過本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備，可使得經處理的廢棄物的重量變輕且體積變小，同時，具有較佳的安定性、低污染、高品質及高純度，故本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備具有減量化、減容化及安全化的效果，可作為目前環保科技產業處理廢棄物最終處置方式。再者，本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法及設備可同時處理廢棄物及含矽鋁的材料，且可連續性地處理廢棄物及含矽鋁的材料，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1‧‧‧第一儲料槽2‧‧‧第二儲料槽3‧‧‧第三儲料槽4‧‧‧破碎乾燥裝置5‧‧‧混合裝置6‧‧‧儲存槽7‧‧‧定型裝置8‧‧‧熔解裝置81‧‧‧臥式週波爐80‧‧‧週波加熱器84‧‧‧耐高溫管85‧‧‧加熱空間86‧‧‧週波線圈83‧‧‧殼件82‧‧‧電漿爐9‧‧‧凝固裝置10‧‧‧輸送裝置101‧‧‧第一輸送單元102‧‧‧第二輸送單元103‧‧‧第三輸送單元104‧‧‧第四輸送單元11‧‧‧控制裝置12‧‧‧冷凝裝置13‧‧‧回收裝置
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備的一實施例的一示意圖；及 圖2是該實施例的一個熔解裝置的一個臥式週波爐的一剖視示意圖。
1‧‧‧第一儲料槽
2‧‧‧第二儲料槽
3‧‧‧第三儲料槽
4‧‧‧破碎乾燥裝置
5‧‧‧混合裝置
6‧‧‧儲存槽
7‧‧‧定型裝置
9‧‧‧凝固裝置
10‧‧‧輸送裝置
101‧‧‧第一輸送單元
102‧‧‧第二輸送單元
103‧‧‧第三輸送單元
104‧‧‧第四輸送單元
11‧‧‧控制裝置
8‧‧‧熔解裝置
81‧‧‧臥式週波爐
82‧‧‧電漿爐
12‧‧‧冷凝裝置
13‧‧‧回收裝置
Claims (5)
- 一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法，包含：一個配置步驟，將廢棄物與含矽鋁的材料混合成一混合物；一個定型步驟，使該混合物定型成一定型物；一個熔解步驟，依序利用週波及電漿產生的熱，將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化，其中，該週波產生的熱是利用週波加熱器來提供，且該週波加熱器包括一個界定出一個供該定型物通過的加熱空間的耐高溫管，及一纏繞該耐高溫管的外表面的週波線圈；及一個凝固步驟，使該流動物冷卻並玻璃化。
- 如請求項1所述的利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法，其中，該廢棄物選自於灰渣、污泥，或上述的組合。
- 如請求項1所述的利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理方法，其中，該冷卻是利用與水接觸進行熱交換的方式進行。
- 一種利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備，包含：一個定型裝置，用來將一混合物定型成一定型物，其中，該混合物包含廢棄物及含矽鋁的材料；一個熔解裝置，用來將該定型物熔解成流動物，並使該定型物中的有機物分解或氣化，且包括一個位於該定型裝置的下游處的臥式週波爐及一個位於該臥式週波爐的下游處的電漿爐，其中，該臥式週波爐包括一個週波加熱器，且該週波加熱器包括一個界定出一個供該定型物通過 的加熱空間的耐高溫管，及一纏繞該耐高溫管的外表面的週波線圈；及一個凝固裝置，位於該熔解裝置的下游處，且用來將該流動物冷卻並玻璃化。
- 如請求項4所述的利用週波及電漿的廢棄物玻璃化處理設備，還包含一個位於該定型裝置的上游處的混合裝置，該混合裝置用來將該廢棄物與該含矽鋁的材料混合成該混合物。
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