CN104215477B - 电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置 - Google Patents

Abstract

一种电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，包括进气管、导气管、以及经该导气管依次连接的变色硅胶吸附罐、活性炭吸附罐、前端吸附管、污染物释放仓、置于冷却水槽中的蛇形冷却管、后端吸附管和离心抽气泵,所述的污染物释放仓放置在加热板上，该加热板的下部设置温度控制器。本发明利用三重四级杆气质联用仪检测，具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点，可实现电子废弃物在机械破碎与热预处理过程中挥发性有机物采集，对后续针对污染物的种类和特性所制定有效地治理手段，提供解决办法。

Description

电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域中的工业废弃物处理、资源化领域，具体地，涉及电子废弃物拆解及加热预处理阶段挥发性有机物等挥发性有机物收集、检测及评价的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，电子信息技术的飞快进步，各种电子产品已经在我们身边得到普及，日益成为人类生活不可或缺的一部分。但与此同时，品种繁多并且更新换代速度日益加快的电子产品也进一步加快了电子废弃物的产生。根据联合国的报告，全球每年产生的电子垃圾多达5000万吨，增速5-6％，预计2017年将达到6540万吨。而我国电子废弃物的增长速度更高。数据显示，2013年全国回收拆解废弃电器电子产品超过1.1亿台，同比增长38.3％。另据报道，美国电子垃圾的80％被转运至亚洲，其中90％进入了我国大陆。电子废弃物已成为我国固体废弃物的主要来源之一。

电子废弃物，包括废手机、废电脑、废冰箱、废洗衣机、废打印机、废复印机、废工业电子器件、废电子元件、废电路板余料等。电子废弃物种类繁多，成分复杂，含有铅、镉、水银、六价铬、聚氯乙烯、溴化阻燃剂等大量有毒有害物质，如果不对其进行妥善的处理将对环境造成巨大的危害。若仅对这些含有大量有毒有害物质的电子废弃物进行简单地弃置、填埋，甚至直接暴露于环境中，会对环境造成直接污染。另外，如果这些有害物质通过动植物而摄入人体，可能会严重地危害人体的健康状况。

同时，电子废弃物有极高的循环利用价值。一方面，有一大部分电子废弃物并未达到使用寿命，而是由于时尚性、技术更新等原因被淘汰，这些产品依旧可以使用，可以回收后转移到偏远落后的农村地区继续使用，节约资源。另一方面，电子废弃物中含有大量的铝、铜、铁、铅、塑料以及少量的黄金、钯、铂、镍、锑等贵金属。有关资料显示，1吨随意收集的早期的电脑板卡中含有130kg铜、0.4kg黄金、41kg铁、272kg塑料、29kg铅、20kg锡、18kg镍、10kg锑、9kg银和钯、铂等贵金属。并且，电子废弃物中含有的金属及贵金属的品级是天然矿藏的几十倍甚至几百倍，且其回收成本要低于直接开采成本，所以如可合理地提取这些物质，会带来明显的社会效益和经济效益。

因此，电子废弃物合理有效地回收处置和利用，不仅可以减少电子废弃物对于环境和人类的危害，并且对于大力发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会也具有深远的意义。目前，电子废弃物作为“城市矿产”重要的二次资源，作为稀贵金属及玻璃、塑料橡胶、纤维等资源回收再利用，电子产品的回收和翻新业务已经在世界各地蔚然成风，欧洲、亚洲等地区已经开始使用大规模的熔炉从电子垃圾中提炼贵金属。

我国，除了少部分电子废弃物由专门从事电子垃圾拆解的正规企业集中处理，提取有价值的材料，最后对产生的危险废弃物进行无害化处理外，大部分电子废弃物是由私人回收者回收，然后流向手工作坊式的小型拆解厂，经由他们将这些电子废物进行手工拆解。他们将有用的金属、元器件等提取后，大量残余部分被当作普通生活垃圾扔掉或就地焚烧。这些小作坊的规模一般较小，多为手工操作，设备简陋，技术水平低，不仅拆解的效率低，而且也造成了资源的浪费和环境的污染。

作坊式的拆解处理方法会造成严重的环境污染。由于资金和技术水平的限制，造成未经处理的废液严重地污染了地表水体；再者，产生的固体废物任意露天堆弃，不但占用了大量的土地，而且这些堆弃的渗滤液会污染地表水和地下水；对于没有再利用价值的废弃物进行简单地焚烧，造成了严重的大气污染；缺乏先进的处理设备和技术，加大拆解工人的劳动强度的同时，毫无防护措施的工作环境也对他们的人身健康造成了严重的危害。

电子废弃物的回收首先要将废弃物各部分组件拆解分离，按照其性质及利用价值进行分类以便后期的资源化处置。目前电子废弃物的拆解和加热预处理方法主要是物理法。机械物理法易实现工程化，但该种方法易将封存在电子废弃物中的有质暴露于拆解及预处理的工作环境，例如用于改变电子产品性能的各种添加剂，用于固定的粘结剂等。这些物质原本被封存在电子产品的表层内对外界无害，当其表层被拆解分离直接暴露于环境中，当其浓度达到一定限值时可能会产生二次污染。

电子废弃物拆解过程中产生的大量挥发性有机物包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、等苯系物，以及负载有大量半挥发性有机物如多环芳烃、二噁英、溴代阻燃剂和中金属复合污染的大气悬浮颗粒物，这类有机物不但具有非常大的毒害作用，而且多是持久性有机物。能持久存在于环境中、通过生物食物链(网)累积、并对人类健康造成有害影响的化学物质。它具备四种特性：高毒、持久、生物积累性、亲脂憎水性，有研究表明，持久性有机物对人类的影响会持续几代，目前持续性有机物对人类生存繁衍和持续发展将构成重大威胁，并对环境造成了难以恢复的破坏。

经检索，中国发明专利《一种电子废弃物回收处理过程三废系统治理的技术及工艺》(肖国光等，专利号201310662854.1)，提供了一种电子废弃物回收处理过程三废系统治理的技术及工艺，是在对电子废弃物的拆解回收过程中，分别通过催化分解、吸收吸附来除去废气，通过重金属捕获、重金属离子浮选来净化废水，通过向废渣中添加材料复合以回收利用的手段。该方法并没有针对拆解及预处理阶段污染物产生的收集检测识别手段，采用了简单催化及吸附手段，并不能针对污染物的种类和特性制定有效地治理手段。

中国发明专利《废旧印刷电路板回收过程中尾气处理装置及方法》(王玉琳等，专利号201310535206.x)提供了一种废弃印刷电路板回收过程中尾气处理装置及方法，将待处理尾气首先经过活性炭吸附处理，滤除尾气中的固体粉尘、重金属颗粒、部分无机非金属氧化物以及部分有机气体：再将预处理后的尾气通入喷淋塔，使其与喷淋塔中的净化液充分接触，去除预处理气中大部分无机非金属氧化物以及一部分有机气体:最后将喷淋塔顶部排出的尾气通入高温燃烧设备进行燃烧处理，并经燃烧处理设备排放出无污染尾气。该方法利用通用净化手段去除固体粉尘、重金属颗粒、部分无机非金属氧化物以及部分有机气体，由于对尾气污染物成分与组成没有确切检测结果，常用的处理方式无法彻底清除污染物，对环境造成潜在危害。

中国发明专利《一种检测污泥堆体内挥发性有机污染物释放潜力的方法》(何品晶等，专利号201010273366.8)提供了一种检测污泥堆体内挥发性有机污染物释放潜力的方法，包括污泥堆体内部样品的采集、样品释放VOCs的收集和释放VOCs的检测步骤。该方法采用套筒装置采集污泥堆体内部样品，然后将采集的污泥置于容器中收集释放的VOCs，再结合预浓缩仪高效气相色谱从而研究污泥堆体内部VOCs的释放潜力。该方法的采样装置无法应用到电子废弃物样品采集，电子废弃物在预破碎等机械处理环节自身温度与破碎粒度均对有机污染物的释放有关键作用，温度调节在采样过程中必不可少。

在这些文献的报道中，对电子废弃物在拆解和机械破碎条件下挥发性有机污染物的释放现象未见报道。由于电子废弃物在拆解和机械破碎过程中电子废弃物颗粒温度随破碎颗粒粒度变化，环境模拟和取样难度较大，在现有技术中均未涉及如本发明所揭示的采集装置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供电子废弃物机械破碎与热预处理过程中挥发性有机物采集装置，该装置结构简单，成本低廉，可实现电子废弃物资源化过程中挥发性有机物的高效采集与识别。对后续针对污染物的种类和特性所制定有效地治理手段，提供解决办法。

本发明的技术解决方案如下：

一种电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，其特点在于，包括进气管、导气管、以及经该导气管依次连接的变色硅胶吸附罐、活性炭吸附罐、前端吸附管、污染物释放仓、置于冷却水槽中的蛇形冷却管、后端吸附管和离心抽气泵,所述的污染物释放仓放置在加热板上，该加热板的下部设置温度控制器。

所述变色硅胶吸附罐与活性炭吸附罐具有相同结构，填充料由顶部加入吸附罐内，吸附罐的顶部设置螺旋密封圈，外壳采用PMMA透明有机玻璃材质，吸附罐内下部设置有多孔板隔离气固两相并导流气体充分接触填充材料，吸附罐的外壳一侧下方开有进气口，另一侧上方开有出气口，在所述的进气口和出气口处分别设有快速接头，用于与所述的导气管连接。

所述污染物释放仓为不锈钢材质，内壁做抛光处理，待检测电子废弃物由顶部加入污染物释放仓中，污染物释放仓的顶部设置有密封盖，防止挥发性有机物外泄，密封盖上方设有电机，该电机与穿过密封盖的可调速金属风扇相连，污染物释放仓内部由上至下分别设置顶端温度探头、中部温度探头和底部温度探头。

所述的污染物释放仓相连的导气管均采用不锈钢管增加温度梯度。

所述的前端吸附管与后端吸附管采用标准不锈钢热解析管，外部均套有硅胶套管，便于前端吸附管与后端吸附管的快速更换，适用多组连续采样。

本发明的工作原理：

对电子废弃物经过简单机械破碎适当拆解后投入封闭的污染物释放空间中、并被加热至额定温度、载气(空气或氮气)由气路末端的抽气泵提供动力，经过干燥与净化处理后进入前端吸附管采样，前端吸附管所采污染物作为参照背景值；净化过的载气进入污染物释放空间与电子废弃物释放的挥发性有机物混合均匀，混有挥发性有机物的气体进入后端吸附管并被收集，以待检测；前端吸附管与后端吸附管在三重四级杆气质联用仪上完成检测，得到挥发性有机物的种类与释放量。

为此本发明的技术方案中，首先通过变色硅胶与活性炭对进气进行干燥与净化，然后调节污染物释放仓温度与仓内气体对流使载气与挥发性有机物迅速均匀混合，洁净的载气与携带挥发性有机物的载气分别被不同的吸附管采集。完整的采集过程包括：进气净化、污染物释放，污染物采集三部分。

本发明的电子废弃物资源化过程中挥发性有机物检测装置包括进气净化区，污染物释放区及前、后两段样品采集区。总体结构为进气管依次连接变色硅胶吸附罐、活性炭吸附罐、前端吸附管、污染物释放仓、冷却水槽、后端吸附管、离心抽气泵,污染物释放仓下部设置温度控制器，进气管可使用空气或者氮气作为载气。

进气净化时，载气(空气或者氮气)由变色硅胶吸附罐、活性炭吸附罐底部进入并经底部多空板分流与分孔板上方的填充料充分接触完成干燥与净化过程。净化后的载气由顶部排出。填充料由顶部加入吸附罐内，顶部设置螺旋密封圈与外界隔绝。吸附罐外壳采用PMMA透明有机玻璃材质便于观察填充材料的状态，进气口与出气口分别设置快速接头方便与导气管连接。

经过简单机械破碎适当拆解后的电子废弃物放置于污染物释放仓底部，污染物释放仓为不锈钢材质，内壁做抛光处理，顶部设置密封盖防止挥发性有机物外泄。污染物释放仓底部与加热板相连并填充导热胶增强热量传递效率，加热板由温度控制器调节温度在20-400℃区间可调，以便适用不同电子废弃物预处理要求，污染物释放仓内部分别设置顶端温度探头、中部温度探头、底部温度探头用于监测污染物释放仓内部温度场分布，令电子废弃物加热温度精度控制在±1摄氏度。污染物释放仓顶部中心设置可调速金属风扇使由电子废弃物释放的挥发性有机物与载气形成对流并迅速均匀混合。

携带挥发性有机物的载气排出污染物释放仓后进入蛇形冷却管促进混合气体(载气与污染物)降温过程，最后由后端吸附管采集。前端吸附管与后端吸附管在三重四级杆气质联用仪上完成检测，得到挥发性有机物的种类与释放量。以前端吸附管采集样品检测结果为背景值判定后端吸附管检测结果，采集及检测的各项条件可采用《环境空气苯系物的测定固体吸附/热脱附-气相色谱法》(HJ584-2010)，并参考美国环保总署发布的标准方法TO-17“DeterminationofVolatileOrganicCompoundsinAmbientAirUsingActiveSamplingOntoSorbentTubes”。采集条件为载气400ml/min，采集时间半小时，也可根据具体工况进行调节。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明以洁净空气或氮气为载气，可以收集并检测电子废弃物机械破碎与热预处理过程中挥发性有机物，工艺流程简单，适用范围广，响应浓度限值低，易于工业应用。该装置可以收集并准确定性定量地分析检测污染物成分，符合国内国际标准。具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点。本发明可实现电子废弃物在拆解及预处理阶段挥发性有机污染物的收集与检测，对后续针对污染物的种类和特性所制定有效地治理手段，提供解决办法。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置的结构示意图；

图2为本发明中活性炭吸附罐与变色硅胶吸附罐结构示意图；

图中，1为进气管、2为气流流量计、3为导气管、4为变色硅胶吸附罐、5为多孔板、6为活性炭吸附罐、7为前端吸附管、8为硅胶套管、10为污染物释放仓、11为污染物释放仓密封盖、12为顶端温度探头、13为中部温度探头、14为底部温度探头、15为温度控制器、16为加热板、17为电机、18为金属风扇、19为待测电器废弃物、20为冷却水槽、21为冷却液、22为蛇形冷却管、23为后端吸附管、24为离心抽气泵、25为螺纹密封圈、26为快速接头、27为吸附罐PMMA外壳、28为吸附罐填充材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置,包括进气管1、导气管3、以及经该导气管3依次连接的变色硅胶吸附罐4、活性炭吸附罐6、前端吸附管7、污染物释放仓10、置于冷却水槽20中的蛇形冷却管22、后端吸附管23和离心抽气泵24,所述的污染物释放仓10放置在加热板16上，该加热板16的下部设置温度控制器15。

图2为本发明中活性炭吸附罐与变色硅胶吸附罐结构示意图，吸附罐外壳27材质为PMMA透明有机玻璃，顶部由螺纹密封圈25密封，上下各设通气孔并连接快速接头26，底部设置穿孔板5隔离气固两相并导流气体充分接触填充材料28。

工作时，首先电子废弃物经过简单拆解与预破碎，将破碎的颗粒19放入污染物释放仓10，密封后由加热板16加热至额定温度，从破碎颗粒19中释放出的挥发性有机物在污染物释放仓10内与经进气管1和导气管3进入的载气(空气或氮气)迅速均匀混合，并由载气带动经由冷却水槽20降温后至后端吸附管23进行捕集与采样，载气进入污染物释放仓10之前经变色硅胶罐4干燥与活性炭吸附罐6净化，并由前端吸附管7吸附采样，载气与挥发性有机物混合采用对流方式，前端吸附管7与后端吸附管23中的样品利用三重四级杆气质联用仪检测。

本发明中污染物释放仓10为不锈钢材质，内壁做抛光处理，待检测电子废弃物19由顶部加入污染物释放仓10，顶部设置密封盖11防止挥发性有机物外泄，顶部中心设置可调速金属风扇18使污染物与载气形成对流并迅速均匀混合，污染物释放仓10内部分别设置顶端温度探头12、中部温度探头13、底部温度探头14用于监测污染物释放仓10内部温度场分布，污染物释放仓10进气管与出气管均采用不锈钢管9增加温度梯度，提高硅胶套管8使用寿命。

本发明中温度控制器15顶部设置加热板16，温度在20-400℃可调，可适用不同电子废弃物预处理要求，电子废弃物加热温度精度控制在±1摄氏度。加热板16与污染物释放仓10底部填充导热胶增强热量传递效率。

本发明中冷却水槽20内部设置蛇形冷却管22促进混合气体(载气与污染物)降温过程。

本实施例以洁净空气或氮气为载气，可以收集并检测电子废弃物机械破碎与热预处理过程中挥发性有机物的种类及浓度。工艺流程简单，适用范围广，响应浓度限值低，易于工业应用。该方法可以收集并准确定性定量地分析检测污染物成分，符合国内国际标准。本发明所述装置具有成本低、高效、结构简单、无污染等特点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，包括进气管(1)、导气管(3)、以及经该导气管(3)依次连接的变色硅胶吸附罐(4)、活性炭吸附罐(6)、前端吸附管(7)、污染物释放仓(10)、置于冷却水槽(20)中的蛇形冷却管(22)、后端吸附管(23)和离心抽气泵(24),所述的污染物释放仓(10)放置在加热板(16)上，该加热板(16)的下部设置温度控制器(15)，其特征在于，所述污染物释放仓(10)为不锈钢材质，内壁做抛光处理，待检测电子废弃物(19)由顶部加入污染物释放仓(10)中，污染物释放仓(10)的顶部设置有密封盖(11)，防止挥发性有机物外泄，密封盖(11)上方设有电机(17)，该电机(17)连接穿过密封盖(11)的可调速金属风扇(18)，污染物释放仓(10)内部由上至下分别设置顶端温度探头(12)、中部温度探头(13)和底部温度探头(14)。

2.根据权利要求1所述的电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，其特征在于，所述变色硅胶吸附罐(4)与活性炭吸附罐(6)具有相同结构，填充料(28)由顶部加入吸附罐内，吸附罐的顶部设置螺旋密封圈(25)，外壳(27)采用PMMA透明有机玻璃材质，吸附罐内下部设置有多孔板(5)隔离气固两相并导流气体充分接触填充材料，吸附罐的外壳(27)一侧下方开有进气口，另一侧上方开有出气口，在所述的进气口和出气口处分别设有快速接头(26)，用于与所述的导气管(3)连接。

3.根据权利要求1所述的电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，其特征在于，所述的前端吸附管(7)与后端吸附管(23)采用标准不锈钢热解析管，外部均套有硅胶套管(8)。

4.根据权利要求1所述的电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，其特征在于，在所述的进气管(1)中设有气流流量计(2)。

5.根据权利要求1所述的电子废弃物破碎与热预处理中挥发性有机物的采集装置，其特征在于，所述的冷却水槽(20)中充满冷却液(21)。