CN109663557B - 去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置及方法，其中，微波功率调节装置与微波激励发生装置连接；微波激励发生装置为单模微波反应器提供微波信号；氮气以一定流量进入装有飞灰样品层的石英反应器；石英反应器置于单模微波反应器的反应腔体中，气相污染物在单模微波反应器进行单模微波反应后，随着氮气依次经过石英纤维滤筒架、回流冷凝器、树脂筒、甲苯吸收液、氢氧化钠吸收液、气体干燥管、气体采样探头、便携式气质联用仪。本发明所需的温度低，能耗较低，能源利用率高，反应时间短，二噁英去除率高，克服了传统高温熔融或烧结方式能耗大，处理成本高等缺点，为飞灰脱毒减害处理提供一种新技术和新的处理工艺。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧飞灰的无害化处理技术领域，尤其涉及一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置及方法。
背景技术
随着经济持续高速发展、人们物质生活水平的不断提高和城市化进程快速推进，我国城镇生活垃圾每年产生量超过2.0亿吨，并且以8～10％的速度持续增长，形成“垃圾围城”难题。城镇生活垃圾处理处置是当前环境管理亟需解决的难题之一。
由于焚烧法具有减容、减重、占地面积小、从废弃物中回收能源用于加热和发电等优点，因此成为城市生活垃圾处理处置的首选方法。目前，我国垃圾焚烧厂通常采用“活性炭喷射协同布袋除尘”的处理工艺来确保烟气中二噁英达标排放，同时将二噁英污染物从气相主要转移到固相飞灰中，形成了新的污染治理副产物-垃圾焚烧飞灰。飞灰通常含有高浓度致癌、致畸、致突变的二噁英等剧毒有机物，被我国《国家危险废物名录》列为危险废弃物，不能直接填埋处理。因此，垃圾焚烧飞灰脱毒减害及安全处理及处置，成为亟需解决的环境问题和社会问题。
目前在垃圾焚烧飞灰处理领域，已有相关热解处理技术采用微波技术来处理飞灰，例如：
专利CN101318189B公开了一种微波加热解毒垃圾焚烧飞灰的方法，将飞灰在微波加热温度为850～1200℃、停留时间为10～60min的条件下进行微波加热反应，反应后的飞灰熔融固化体经检测铜、锌、铅、铬和镉五种重金属满足固体废物浸出毒性鉴别标准(GB16889-2008)，二噁英毒性当量低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。
专利CN104291784B公开了一种垃圾焚烧飞灰无害化处理方法，其将飞灰与少量的微波耦合剂混合，经造粒成型并经过5～300kW微波熔融处理5～15分钟，结果飞灰中残留的二噁英为18～21ng I-TEQ/kg，铜、锌、铅、铬、镉五种重金属浸出毒性满足固体废物浸出毒性鉴别标准(GB16889-2008)。
上述专利技术中，均是采用多模微波烧结/熔融技术使垃圾焚烧飞灰进行高温反应(通常大于850℃)的。这种多模微波高温处理垃圾焚烧飞灰技术虽然有助于贵金属形成熔融态降低浸出毒性并实现飞灰二噁英的矿化分解，但是高温氛围会造成部分重金属(如汞和镉等)气化并进一步污染环境。
另外，由于多模微波反应腔体稍大，以及多模微波通过反射等容易在微波腔体中发生复杂的入射微波及多级反射微波相互叠加谐振的现象(如图1所示)，产生的微波场能量密度通常较低、频率杂乱及功率分布不稳定，容易导致多模微波渗透飞灰层的深度有限，因此采用多模微波热解垃圾焚烧飞灰需要采用高温辐射并保存更长的反应时间以解决加热不均匀的问题(微波辐射热能在低温反应氛围下无法彻底穿透飞灰层)，这样无疑会浪费时间，加大热反应能耗及处理成本。
其次，上述专利中的多模微波反应体系通常无法捕捉富集气态污染物，不能清楚地阐明飞灰中的二噁英的归趋反应，即：飞灰中的二噁英究竟是通过热脱附反应挥发到气相中还是通过热降解反应分解矿化。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的技术问题，提供一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置及方法，通过该反应装置和方法能够显著降低垃圾焚烧飞灰脱毒减害反应的能耗，还能控制汞、镉等部分重金属的气化反应污染周围环境介质，从而能够实现飞灰无害化处理；而且本发明能够阐明垃圾焚烧飞灰二噁英主要通过热解矿化反应而非脱附反应去除。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明提供一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置，其包括：
稳压电源、微波功率调节装置、微波激励发生装置、单模微波反应器和气相收集装置；
所述稳压电源为整个单模微波反应装置提供稳定的电力来源；
所述稳压电源连接所述微波功率调节装置；所述微波功率调节装置通过电流输入控制线和控制电压控制线与所述微波激励发生装置连接；所述微波激励发生装置与所述单模微波反应器通过法兰式连接；
所述单模微波反应装置包括终端短路活塞和单模微波反应腔体；所述单模微波反应器通过调节终端短路活塞将所述微波激励发生装置产生的微波脉冲信号反射回去，形成振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波，并和微波激励发生装置产生的微波脉冲辐射入射波在单模微波反应腔体内形成干涉反应；通过调节终端短路活塞的位置在单模微波反应腔体内产生单一且高度均匀的高功率密度能量场；
所述气相收集装置包括氮气筒、质量流量控制器、石英反应器、石英纤维滤筒架、回流冷凝器、树脂筒、甲苯吸收液、氢氧化钠吸收液、气体干燥管、气体采样探头、便携式气质联用仪；
氮气筒中的氮气经气体阀门和质量流量控制器后以一定流量进入石英反应器；装有飞灰样品层的石英反应器置于所述单模微波反应器的反应腔体中，垃圾焚烧飞灰在所述单模微波反应器进行单模微波热解反应后，生成的气相污染物随着氮气依次经过石英纤维滤筒架、回流冷凝器、树脂筒、甲苯吸收液、氢氧化钠吸收液、气体干燥管、气体采样探头，最终进入便携式气质联用仪。
更优选地，所述单模微波反应器还包括：
环行器及水负载、双定向耦合器、三螺钉调配器和垂直波导微波激励腔；
所述环行器及水负载、双定向耦合器、三螺钉调配器、垂直波导微波激励腔彼此之间通过法兰式连接；所述单模微波反应器通过双定向耦合器监测双向传输的微波能量，并通过三螺钉调配器和终端短路活塞调节所述单模微波反应腔体中的微波辐射能量场；所述环行器及水负载吸收所述单模微波反应腔体传输回来的未被吸收的微波。
更优选地，所述单模微波反应器还包括：红外测温仪和计算机；
所述红外测温仪的探头设置在单模微波反应腔体的两侧，红外测温仪与计算机连接实时监测样品的温度随时间的变化。
更优选地，所述的单模微波反应装置还包括：循环冷却水系统Ⅰ；所述循环冷却水系统Ⅰ与所述环行器及水负载并联。
本发明还提供一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其包括：
步骤S101，将垃圾焚烧飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器；
步骤S102，在单模微波反应器中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英，并利用红外测温仪实时监测热解反应过程中石英反应器中的飞灰样品层的温度随时间的变化；
步骤S103，利用气体采样探头从气体干燥管出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪定性分析气体样品中的挥发性有机物；
步骤S104，经单模微波反应器开展中低温热解后，对石英反应器中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品；
步骤S105，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的降解效果进行评价。
更优选地，所述步骤S105包括：
利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，定量分析煅烧后的飞灰样品及所述气体样品中的十七种二噁英单体浓度，并将十七种所述二噁英单体浓度乘以毒性当量因子计算得到二噁英毒性当量浓度；根据监测获得的二噁英毒性当量浓度计算垃圾焚烧飞灰中二噁英的去除效率和分解效率，具体如下：
公式(1)和公式(2)中，C0为原始飞灰中初始的二噁英毒性当量浓度，Cs为煅烧飞灰样品中的二噁英毒性当量浓度，Cg为热解废气中的二噁英毒性当量浓度。
更优选地，所述步骤S101中的微波敏化剂与飞灰的质量比为4:1～9:1；所述的二噁英再合成抑制剂与飞灰的质量比0:1～0.3:1；飞灰脱水后的含水率小于76％。
更优选地，在步骤S102的微波热解前，气相收集装置先通入一段时间的氮气保持惰性氛围。
本发明还提供一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其包括：
步骤S201，将垃圾焚烧飞灰投加到含磷酸根溶液中充分反应后过滤，再将过滤后的湿飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器；
步骤S202，在单模微波反应器中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英的反应，并利用红外测温仪实时监测热解反应过程中石英反应器中的飞灰样品层的温度随时间的变化；
步骤S203，利用气体采样探头从气体干燥管出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪定性分析气体样品中的挥发性有机物；
步骤S204，经单模微波反应器开展中低温热解后，对石英反应器中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品；
步骤S205，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的降解效果进行评价；并且根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法(HJ/T300-2007)》对处理前后的飞灰进行预处理，利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)监测得到十二种重金属离子浓度；
更优选地，所述步骤S201中的微波敏化剂与飞灰的质量比为4:1～9:1；所述的二噁英再合成抑制剂与飞灰的质量比0:1～0.3:1；磷酸根的初始浓度范围为0～1.0g/L；飞灰脱水后的含水率小于76％。
由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
(1)本发明可用于土壤或固废中难降解有机物的分解及其质量平衡分析和气态挥发性有机物的处理及回收，扩大了设备的应用范围。
(2)本发明所需的温度低，能耗较低，能源利用率高，反应时间短，二噁英去除率高(大于98.5％)，克服了现有技术采用多模微波热解垃圾焚烧飞灰过程中消耗能耗大，处理成本高，反应时间长等缺点。
(3)本发明能够实现飞灰无害化和减量化，为飞灰脱毒减害处理提供一种新技术和新的处理工艺。
(4)本发明通过调节终端短路活塞能够实现具有高功率密度能量场的单模微波，相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
(5)本发明通过将垃圾焚烧飞灰投加到含磷酸根溶液中充分反应后过滤，再将过滤后的湿飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器反应，最后得到的垃圾焚烧飞灰中主要重金属监测因子浸出毒性基本满足《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)》。
附图说明
图1为多模微波在反应腔体内的传输状态示意图；
图2为单模微波多用途反应装置示意图；
图3为单模微波在反应腔体内的传输状态示意图；
图4为碳化硅:飞灰＝9:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧至610度的升温-降温变化曲线图；
图5为碳化硅:飞灰＝9:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧至489.5度的升温-降温变化曲线图；
图6为尿素:碳化硅:飞灰＝0.05～0.30:9:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧至大约480度的升温-降温变化曲线图；
图7为硫脲:碳化硅:飞灰＝0.05～0.30:9:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧至大约480度的升温-降温变化曲线图；
图8为碳化硅:飞灰＝8:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧485度的升温-降温变化曲线图；
图9为碳化硅:飞灰＝7:1和5:1条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧过程的升温-降温变化曲线图；
图10为尿素:碳化硅:飞灰＝0.30:9:1且处于空气氛围条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧390度的升温-降温变化曲线图；
图11为碳化硅:湿飞灰＝4:1且湿飞灰含水率为76％条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧306度的升温-降温变化曲线图；
图12为碳化硅:湿飞灰＝4.5:1且湿飞灰含水率为76％条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧409度的升温-降温变化曲线图；
图13为碳化硅:湿飞灰＝5:1且湿飞灰含水率为76％条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧473度的升温-降温变化曲线图；
图14为硫脲：碳化硅：湿飞灰＝0.1：5：1且湿飞灰含水率为76％条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧480度的升温-降温变化曲线图；
图15为硫脲：碳化硅：湿飞灰＝0.25：5：1且湿飞灰(含水率为76％)条件下，垃圾焚烧原始飞灰样品煅烧483度的升温-降温变化曲线图。
附图中：
稳压电源1，微波功率调节装置2、微波激励发生装置3、单模微波反应器4和气相收集装置5；
定时器2.1、温度传感器2.2、阳极电流显示器2.3、灯丝预热器2.4、功率调节器2.5、电源指示灯2.6、电源开关2.7、微波指示灯2.8、微波开关2.9；
低压指示灯3.1、微波指示灯3.2、高压输入端口3.3、控制输入端口3.4、电流输入控制线3.5和控制电压控制线3.6；
环行器及水负载4.1、循环冷却水系统Ⅰ4.2、双定向耦合器4.3、三螺钉调配器4.4、垂直波导微波激励腔4.5、单模微波反应腔体4.6、终端短路活塞4.7、红外测温仪4.8和计算机4.9；
氮气筒5.1、气体阀门5.2、质量流量控制器5.3、石英反应器5.4、石英纤维滤筒架5.5、回流冷凝器5.6、循环冷却水系统Ⅱ5.7、树脂筒5.8、甲苯吸收液5.9、氢氧化钠吸收液5.10、气体干燥管5.11、气体采样探头5.12、便携式气质联用仪5.13。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例一：
本发明提供一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应装置，其结构如图2所示，包括：稳压电源1，微波功率调节装置2、微波激励发生装置3、单模微波反应器4和气相收集装置5；
稳压电源1为整个单模微波反应装置提供稳定的电力；稳压电源1连接微波功率调节装置2；微波功率调节装置2通过电流输入控制线和控制电压控制线与微波激励发生装置3连接，微波激励发生装置3与单模微波反应器4通过法兰式连接，气相收集装置5与单模微波反应器4的反应腔体相连接。
各个部件的功能及其结构具体如下：
稳压电源1：
稳压电源1与微波功率调节装置2相连接，为微波功率调节装置2提供稳定的电力来源。
微波功率调节装置2：
微波功率调节装置2用于调节阳极电流微和波辐射功率，为微波激励发生装置3提供稳定的电流和功率，并提供时间计时以及监测单模微波反应腔体的温度。
该微波功率调节装置2包括定时器2.1、温度传感器2.2、阳极电流显示器2.3、灯丝预热器2.4、功率调节器2.5、电源指示灯2.6、电源开关2.7、微波指示灯2.8、微波开关2.9。
定时器2.1为整个微波功率调节装置2提供时间计时；温度传感器2.2用来监测单模微波反应腔体的温度；灯丝预热器2.4用来稳定灯丝电流。调节功率调节器2.5可以改变阳极电流；阳极电流通过阳极电流显示器2.3呈现给用户；通过该功率调节器2.5可以改变微波辐射功率(0～1kW)，实现不同辐射功率对样品升温过程及单模微波反应的影响；电源指示灯2.6与电源开关2.7相连，微波指示灯2.8与微波开关2.9相连，阳极电流显示器2.3与功率调节器2.5相连。
微波激励发生装置3：
微波激励发生装置3与微波功率调节装置2相连，其根据微波功率调节装置2调节后的电流和功率，产生相应的微波脉冲信号。
微波激励发生装置3与微波功率调节装置2相连，该波激励发生装置3包括低压指示灯3.1、微波指示灯3.2、高压输入端口3.3、控制输入端口3.4、电流输入控制线3.5和控制电压控制线3.6。
电流输入控制线3.5与高压输入端口3.3相连，控制电压控制线3.6与控制输入端口3.4相连。控制输入端口3.4的控制信号连接所述高压输入端口3.3的输出线路的电压；低压指示灯3.1和微波指示灯3.2分别并联在高压输入端口3.3的输出线路上。
上述微波激励发生装置3与微波功率调节装置2之间通过电流输入控制线3.5和控制电压控制线3.6连接。
单模微波反应器4：
单模微波反应器4通过法兰式与微波激励发生装置3连接，通过调节终端活塞将微波激励发生装置3产生的微波脉冲信号反射回去形成振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波，并和微波激励发生装置3产生的微波脉冲辐射入射波在单模微波反应腔体内形成干涉反应(单模微波在反应腔体内的传输状态示意图如图3所示)；通过调节终端活塞的位置，在单模微波反应腔体内产生单一且高度均匀的高功率密度能量场，促进单模微波反应腔体内的石英反应器中的物料进行充分反应，并监测实验中双向传输的微波能量，对单模微波反应腔体反射回来的多余微波能量进行吸收。
单模微波反应器4通过法兰与微波激励发生装置3连接，该单模微波反应器4包括环行器及水负载4.1、循环冷却水系统Ⅰ4.2、双定向耦合器4.3、三螺钉调配器4.4、垂直波导微波激励腔4.5、单模微波反应腔体4.6、终端短路活塞4.7、红外测温仪4.8和计算机4.9。
打开微波功率源并设定阳极电流显示器2.3数值后，经微波激励发生装置3产生的微波脉冲辐射信号形成入射波，先后通过双定向耦合器4.3、三螺钉调配器4.4、垂直波导微波激励腔4.5进入单模微波反应腔体4.6，在终端短路活塞4.7的金属表面反射回来并形成反射波，反射波和入射波能够进一步发生干涉现象；通过调节终端短路活塞4.7的位置，可以使振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波和入射波在单模微波反应腔体4.6内形成驻波，从而保证单模微波反应腔体4.6内微波辐射电磁场密度最大。
单模微波反应模4的各个元器件之间的连接关系如下：
上述环行器及水负载4.1、双定向耦合器4.3、三螺钉调配器4.4、垂直波导微波激励腔4.5、单模微波反应腔体4.6、终端短路活塞4.7，彼此之间通过法兰式连接，可以自由拆卸。
上述环行器及水负载4.1吸收未被单模微波反应腔体4.6吸收而反射回来的微波，避免磁控管温度过高以及老化加快。通过调节环行器及水负载4.1，能够减小反射微波对微波磁控管的影响。循环冷却水系统Ⅰ4.2与上述环行器及水负载4.1并联，为环行器及水负载4.1提供循环冷却水。
双定向耦合器4.3用于监测实验中双向传输的微波能量；三螺钉调配器4.4根据双定向耦合器4.3监测到的微波能量大小，来调节反射电流进而实现调节反射波；
垂直波导微波激励腔4.5用于改变微波的传输方向，使得入射波和反射波，垂直进入单模微波反应腔体4.6内；
单模微波反应腔体4.6用于放置石英反应器并吸收单模微波，由于入射波和反射波可以垂直进入其反应腔体内，所以其反应腔体可以做的较小。
微波激励发生装置3产生的微波脉冲辐射信号达到终端短路活塞4.7后，被终端短路活塞4.7的金属表面反射回去，形成振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波，并和微波激励发生装置3产生的微波脉冲辐射入射波在单模微波反应腔体4.6内形成干涉反应(如图3所示)；通过调节终端活塞4.7的位置，可以使振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波和入射波在单模微波反应腔体4.6内形成驻波，从而保证单模微波反应腔体4.6内微波辐射电磁场密度最大。
红外测温仪4.8的探头设置在单模微波反应腔体4.6的两侧，红外测温仪4.8与计算机4.9连接实时监测样品的温度随时间的变化。
由于上述单模微波反应器4依靠终端短路活塞4.7形成与微波激励发生装置3产生的微波入射波具有相同振幅、频率和电磁场振动方向、传输方向相反的反射波，并通过调节终端短路活塞4.7的位置来调整反射波和入射波在在单模微波反应腔体4.6内形成干涉反应，通过垂直波导微波激励腔4.5来调整微波传输方向，通过三螺钉调配器4.4调节反射波的大小，使振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波和入射波在单模微波反应腔体4.6内形成驻波，产生单一且高度均匀的高功率密度能量场，而且由于单模微波反应腔体4.6的腔体较小，因此单模微波反应腔体4.6内的微波辐射能量密度相对多模微波较大。这就决定了单模微波短时间内容易穿透飞灰层并形成中温反应氛围，在单模微波中温(400～600℃)反应氛围热解垃圾焚烧飞灰，能够显著降低垃圾焚烧飞灰脱毒减害反应的能耗，还能减少汞、镉等部分重金属的气化反应污染周围环境介质。
而且上述单模微波反应器4的反射波和入射波均可以通过相应的器件来调整，其可控性高、加热均匀性好。
气相收集装置5：
气相收集装置5在经单模微波热解反应后采集气相污染物样品；并定性分析气体样品中的挥发性有机物；对经单模微波反应装置4开展中低温热解后的石英反应器5.4中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品。
气相收集装置5包括氮气筒5.1、气体阀门5.2、质量流量控制器5.3、石英反应器5.4、石英纤维滤筒架5.5、回流冷凝器5.6、循环冷却水系统Ⅱ5.7、树脂筒5.8、甲苯吸收液5.9、氢氧化钠吸收液5.10、气体干燥管5.11、气体采样探头5.12、便携式气质联用仪5.13。
气相收集装置5的各个元器件的功能以及这些元器件之间的连接关系如下：
氮气筒5.1充有氮气；氮气筒5.1通过气体阀门5.2与质量流量控制器5.3的输入端相连。质量流量控制器5.3的输出端伸入石英反应器5.4中；石英反应器5.4置于单模微波反应腔体4.6中；石英纤维滤筒架5.5的一端伸入石英反应器5.4中，另一端与回流冷凝器5.6相连；回流冷凝器5.6的输出端依次连接有树脂筒5.8、甲苯吸收液5.9、氢氧化钠吸收液5.10、气体干燥管5.11、气体采样探头5.12和便携式气质联用仪5.13；循环冷却水系统Ⅱ5.7与回流冷凝器5.6并联，以降低气体温度。
氮气筒5.1中的氮气经气体阀门5.2和质量流量控制器5.3后以一定的流量进入石英反应器5.4；石英反应器5.4置于单模微波反应腔体4.6中，经单模微波热解反应后的气相污染物随着氮气依次经过石英纤维滤筒架5.5、回流冷凝器5.6、树脂筒5.8、甲苯吸收液5.9、氢氧化钠吸收液5.10、气体干燥管5.11、气体采样探头5.12后，进入便携式气质联用仪5.13；其中，石英纤维滤筒架5.5用于捕获颗粒物，回流冷凝器5.6和循环冷却水系统Ⅱ5.7用于降低气体温度，树脂筒5.8用于吸附气相有机物，甲苯吸收液5.9用于吸收未被吸附的有机物，氢氧化钠吸收液5.10用于吸收气态酸性污染，气体干燥管5.11用于去除气体的水分，气体采样探头5.12用于采集气体样品，便携式气质联用仪5.13用于定性分析气体中的挥发性有机物。
实施例二：
本发明还提供了一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，具体包括以下步骤：
步骤S101，将垃圾焚烧飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器5.4。
步骤S101中，所述的微波敏化剂为碳化硅，粒径为1.5～1.8mm，该微波敏化剂与原始飞灰的质量比为4:1～9:1；二噁英再合成抑制剂为尿素或硫脲，二噁英再合成抑制剂与飞灰的质量比0:1～0.3:1；飞灰含水率为0％～76％。
步骤S102，在单模微波反应器4中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英，并利用红外测温仪4.8实时监测热解反应过程中石英反应器5.4中的飞灰样品层的温度随时间的变化。
在步骤S102的微波热解前，气相收集装置5先通入氮气一段时间使系统保持惰性氛围，然后保持整个热解反应过程一直通入氮气。
将装有飞灰、微波敏化剂和二噁英再合成抑制剂混合物的石英反应器5.4置于单模微波反应器4中的单模微波反应腔体4.6中进行中低温热解反应。单模微波反应器4的输出功率为345～494W；中低温热解反应的温度范围为480～610℃。
飞灰、微波敏化剂和二噁英再合成抑制剂混合物在单模微波反应器4进行单模微波反应后，形成的气相污染物随着氮气首先经过气相收集装置5的石英纤维滤筒架5.5捕获颗粒物，然后经回流冷凝器5.6和循环冷却水系统Ⅱ5.7使得气体温度降低，接着经树脂筒5.8吸附气相有机物、经甲苯吸收液5.9吸收未被吸附的有机物、氢氧化钠吸收液5.10吸收气态酸性污染，气体干燥管5.11去除气体的水分，得到干燥的挥发性有机物。
步骤S103，利用气体采样探头5.12从气体干燥管5.11出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪5.13定性分析气体样品中的挥发性有机物。
步骤S104，经单模微波反应器4低温热解后，对石英反应器5.4中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品。
过筛分离为过100目的筛孔；微波热解的时间为4.5min～37.5min。
步骤S105，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的降解效果进行评价。
利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，定量分析煅烧飞灰样品及所述气体样品中的挥发性有机物中十七种二噁英单体浓度(GB 18485-2014)，将得到的二噁英单体浓度乘以毒性当量因子计算得到二噁英毒性当量浓度。并基于得到的二噁英毒性当量浓度计算二噁英的去除效率和分解效率，具体如下：
公式(1)和公式(2)中，C0为原始飞灰中初始的二噁英毒性当量浓度，Cs为煅烧飞灰样品中的二噁英毒性当量浓度，Cg为热解废气中的二噁英毒性当量浓度。
计算得到去除效率以及分解效率后，根据二噁英的去除效果得出最优反应条件。
实施例三：
本发明实施例三还提供另一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其包括：
步骤S201，将垃圾焚烧飞灰投加到含磷酸根溶液中充分反应后过滤，再将过滤后的湿飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器；
步骤S201中的微波敏化剂与飞灰的质量比为4:1～9:1；所述的二噁英再合成抑制剂与飞灰的质量比0:1～0.3:1；磷酸根的初始浓度范围为0～1.0g/L；飞灰脱水后的含水率小于76％。
步骤S202，在单模微波反应器中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英的反应，并利用红外测温仪实时监测热解反应过程中石英反应器中的飞灰样品层的温度随时间的变化；
在步骤S202的微波热解前，气相收集装置先通入一段时间的氮气保持惰性氛围。
步骤S203，利用气体采样探头从气体干燥管出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪定性分析气体样品中的挥发性有机物；
步骤S204，经单模微波反应器开展中低温热解后，对石英反应器中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品；
步骤S205，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的降解效果进行评价；并且根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法(HJ/T300-2007)》对处理前后的飞灰进行预处理，利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)监测得到十二种重金属离子浓度，得到的垃圾焚烧飞灰中主要重金属监测因子浸出毒性基本满足《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》。
步骤S205中，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，定量分析煅烧飞灰样品及所述气体样品中的挥发性有机物中17种二噁英单体浓度(GB 18485-2014)，将得到的二噁英单体浓度乘以毒性当量因子计算得到二噁英毒性当量浓度。并基于得到的二噁英毒性当量浓度计算二噁英的去除效率和分解效率，具体如下：
公式(1)和公式(2)中，C0为原始飞灰中初始的二噁英毒性当量浓度，Cs为煅烧飞灰样品中的二噁英毒性当量浓度，Cg为热解废气中的二噁英毒性当量浓度。
计算得到去除效率以及分解效率后，根据二噁英的去除效果得出最优反应条件。
本发明的效果通过如下实验来验证：
实验1
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成见表1：
表1某生活垃圾焚烧飞灰的化学成分(％)、烧失量(％)和二噁英含量
将上述垃圾焚烧原始飞灰与碳化硅按重量比1:9的比例充分混匀之后转移至石英反应器5.4中，再置于如图1所示的单模微波反应装置中，并连续通入氮气情况下进行煅烧，经过37.5分钟煅烧后最高温度可达610℃(升温过程见图4)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过610℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至91.4ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.3％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验2
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表1。
将上述垃圾焚烧原始飞灰与碳化硅按1:9充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过24.5分钟煅烧后最高温度可达489℃(升温过程见图5)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过489℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至69.73ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.4％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验3
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表1。
将尿素与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.30:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过4.5分钟煅烧后最高温度可达482.3℃(升温过程见图6)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过482.3℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至97.7ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.2％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。垃圾焚烧飞灰中典型重金属的去除率显著提升、浸出毒性显著下降(见表2)。
表2某生活垃圾焚烧飞灰经过不同处理工艺后去除率和浸出毒性浓度比较
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验4
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/g，主要元素组成依然如上述表1。
将尿素与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.11:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过15分钟煅烧后最高温度可达484.0℃(升温过程见图6)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过484℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至7.1ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.9％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验5
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/g，主要元素组成依然如上述表1。
将尿素与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.05:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过23分钟煅烧后最高温度可达483.4℃(升温过程见图6)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过483.4℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至54.4ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.6％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验6
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/g，主要元素组成依然如上述表1。
将硫脲与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.30:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过4.8分钟煅烧后最高温度可达489.6℃(升温过程见图7)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过489.6℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至118ng-TEQ/g，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而通过热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验7
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/g，主要元素组成依然如上述表1。
将硫脲与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.11:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过9分钟煅烧后最高温度可达484.1℃(升温过程见图7)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过484.1℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至100ng-TEQ/g，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.2％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验8
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/g，主要元素组成依然如上述表1。
将硫脲与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.05:1:9混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过14.8分钟煅烧后最高温度可达483.3℃(升温过程见图7)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过483.3℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至71.7ng-TEQ/g，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.4％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验9
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表1。
将上述垃圾焚烧原始飞灰与碳化硅按1:8充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过37.1分钟煅烧后最高温度可达486℃(升温过程见图8)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过486℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至56.6ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99.5％，处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验10
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表1。
将上述垃圾焚烧原始飞灰与碳化硅按1:7和1:5充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过长达50分钟煅烧后最高温度仅仅能够升到350℃和252℃(升温过程见图9)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后分别将经过350℃和252℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度分别为7305ng-TEQ/kg和28157ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率分别为40.18％和-130.57％，处理后的飞灰无法满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
实验11
某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为12212±1593ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表1。
将尿素与上述垃圾焚烧原始飞灰和碳化硅按0.3:1:9混匀并转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入空气下进行煅烧，经过3.9分钟煅烧后最高温度可达390℃(升温过程见图10)，停止单模微波辐射并继续通入空气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过390℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至8792.7ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为28.0％，处理后的飞灰无法满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求。此外，热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
实验12
过100目筛后的某生活垃圾焚烧飞灰二噁英含量为1342.8±185.2ng-TEQ/kg，其主要元素组成见表3。
表3过100目筛后的某生活垃圾焚烧飞灰的化学成分(％)和二噁英含量
将上述经磷酸盐稳定化后的湿飞灰(含水率为76％)与碳化硅按1:4充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过19.5分钟煅烧后最高温度可达306℃(升温过程见图11)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过306℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度为2852.4ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为-112.42％。此外，热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％；吸附磷酸根后的垃圾焚烧飞灰中主要重金属监测因子浸出毒性显著下降(详见表4)。
表4某生活垃圾焚烧飞灰吸附磷酸根离子前后的浸出浓度变化
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
实验13
某生活垃圾焚烧飞灰过100目筛后二噁英含量为1342.8±185.2ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表3。
将上述经磷酸盐稳定化后的湿飞灰(含水率为76％)与碳化硅按1:4.5充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过20.7分钟煅烧后最高温度可达409.1℃(升温过程见图12)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过409.1℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至561.1ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为58.2％。处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验14
某生活垃圾焚烧飞灰过100目筛后二噁英含量为1342.8±185.2ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表3。
将上述经磷酸盐稳定化后的湿飞灰(含水率为76％)与碳化硅按1:5充分混匀之后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过17.5分钟煅烧后最高温度可达473.7℃(升温过程见图13)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过473.7℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至285.0ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为78.8％。处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验15
某生活垃圾焚烧飞灰过100目筛后二噁英含量为1342.8±185.2ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表3。
将硫脲与上述经磷酸盐稳定化后的湿飞灰(含水率为76％)和碳化硅按0.1:1:5混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过12.7分钟煅烧后最高温度可达480.7℃(升温过程见图14)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过480.7℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至26.5ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为98％。处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
实验16
某生活垃圾焚烧飞灰过100目筛后二噁英含量为1342.8±185.2ng-TEQ/kg，主要元素组成依然如上述表3。
将硫脲与上述经磷酸盐稳定化后的湿飞灰(含水率为76％)和碳化硅按0.25:1:5混匀后转移至石英反应器，再置于单模微波反应装置(装置见图1)，并连续通入氮气气氛下进行煅烧，经过7.9分钟煅烧后最高温度可达483.2℃(升温过程见图15)，停止单模微波辐射并继续通入氮气，直到飞灰层降温到室温。最后将经过483.2℃煅烧后的飞灰和碳化硅混合物过100目筛孔分离后，取煅烧剩余飞灰经定量分析二噁英浓度降至13.0ng-TEQ/kg，垃圾焚烧飞灰二噁英去除效率为99％。处理后的飞灰满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(国标GB16889-2008)垃圾焚烧飞灰直接安全填埋要求，而且飞灰二噁英毒性当量远低于美日等国土壤中二噁英毒性当量的限值。此外，中温热解反应快速矿化飞灰二噁英的毒性当量，而热解反应脱附到气态的二噁英毒性当量比例不超过3.8％。
将上述样品置于相同微波功率的多模微波辐射腔体内，无法实现飞灰层升温及飞灰二噁英脱毒减害。
由上述对比可见，本发明相对于具有相同微波功率的多模微波辐射腔体的微波反应装置，去除飞灰二噁英的效果更好。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (10)
1.一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于，
所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法采用单模微波反应装置实现，所述单模微波反应装置包括：
稳压电源(1)、微波功率调节装置(2)、微波激励发生装置(3)、单模微波反应器(4)和气相收集装置(5)；
所述稳压电源(1)为整个单模微波反应装置提供稳定的电力来源；
所述稳压电源(1)连接所述微波功率调节装置(2)；所述微波功率调节装置(2)通过电流输入控制线和控制电压控制线与所述微波激励发生装置(3)连接；所述微波激励发生装置(3)与所述单模微波反应器(4)通过法兰式连接；
所述单模微波反应器(4)包括终端短路活塞(4.7)和单模微波反应腔体(4.6)；所述单模微波反应器(4)通过调节终端短路活塞(4.7)将所述微波激励发生装置(3)产生的微波脉冲信号反射回去，形成振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波，并和微波激励发生装置(3)产生的微波脉冲辐射入射波在单模微波反应腔体(4.6)内形成干涉反应；通过调节终端短路活塞(4.7)的位置在单模微波反应腔体(4.6)内产生单一且高度均匀的高功率密度能量场；
所述气相收集装置(5)在经单模微波热解反应后采集气相污染物样品；并定性分析气体样品中的挥发性有机物；
所述气相收集装置(5)包括氮气筒(5.1)、质量流量控制器(5.3)、石英反应器(5.4)、石英纤维滤筒架(5.5)、回流冷凝器(5.6)、树脂筒(5.8)、甲苯吸收液(5.9)、氢氧化钠吸收液(5.10)、气体干燥管(5.11)、气体采样探头(5.12)、便携式气质联用仪(5.13)；
氮气筒(5.1)中的氮气经气体阀门(5.2)和质量流量控制器(5.3)后以一定流量进入石英反应器(5.4)；装有飞灰样品层的石英反应器(5.4)置于所述单模微波反应器(4)的反应腔体中，飞灰样品在所述单模微波反应器(4)进行单模微波热解反应后，生成的气相污染物会随着氮气依次经过石英纤维滤筒架(5.5)、回流冷凝器(5.6)、树脂筒(5.8)、甲苯吸收液(5.9)、氢氧化钠吸收液(5.10)、气体干燥管(5.11)、气体采样探头(5.12)，最终进入便携式气质联用仪(5.13)；气体干燥管(5.11)用于去除气体的水分，气体采样探头(5.12)用于采集气体样品，便携式气质联用仪(5.13)用于定性分析气体中的挥发性有机物；
所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法包括：
步骤S101，将垃圾焚烧飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器(5.4)；
步骤S102，在单模微波反应器(4)中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英，并利用红外测温仪(4.8)实时监测热解反应过程中石英反应器(5.4)中的飞灰样品层的温度随时间的变化；
步骤S103，利用气体采样探头(5.12)从气体干燥管(5.11)出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪(5.13)定性分析气体样品中的挥发性有机物；
步骤S104，经单模微波反应器(4)开展中低温热解后，对石英反应器(5.4)中的样品过筛分离出微波敏化剂后，筛下得到煅烧后的飞灰样品；
步骤S105，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧后的飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的中低温降解效果进行评价。
2.根据权利要求1所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于，所述步骤S105包括：
利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，定量分析煅烧后的飞灰样品及所述气体样品中的十七种二噁英单体浓度，并将十七种二噁英单体浓度乘以毒性当量因子计算得到二噁英毒性当量浓度；根据监测获得的二噁英毒性当量浓度计算垃圾焚烧飞灰中二噁英的去除效率和分解效率，具体如下：
公式(1)和公式(2)中，C0为原始飞灰中初始的二噁英毒性当量浓度，Cs为煅烧飞灰样品中的二噁英毒性当量浓度，Cg为热解废气中的二噁英毒性当量浓度。
3.根据权利要求1所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述步骤S101中的微波敏化剂与飞灰的质量比为4:1～9:1；所述的二噁英再合成抑制剂与飞灰的质量比0:1～0.3:1；飞灰含水率小于76％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
在步骤S102的微波热解前，气相收集装置(5)中先通入一段时间的氮气使系统保持惰性氛围。
5.根据权利要求1所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述单模微波反应器(4)还包括：
环行器及水负载(4.1)、双定向耦合器(4.3)、三螺钉调配器(4.4)和垂直波导微波激励腔(4.5)；
所述环行器及水负载(4.1)、双定向耦合器(4.3)、三螺钉调配器(4.4)、垂直波导微波激励腔(4.5)彼此之间通过法兰式连接；所述单模微波反应器(4)通过双定向耦合器(4.3)监测双向传输的微波能量，并通过三螺钉调配器(4.4)和终端短路活塞(4.7)调节所述单模微波反应腔体(4.6)中的微波辐射能量场；所述环行器及水负载(4.1)吸收所述单模微波反应腔体(4.6)传输回来的未被吸收的微波。
6.根据权利要求5所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述单模微波反应器(4)还包括：红外测温仪(4.8)和计算机(4.9)；
所述红外测温仪(4.8)的探头设置在单模微波反应腔体(4.6)的两侧，红外测温仪(4.8)与计算机(4.9)连接，实时监测样品的温度随时间的变化。
7.根据权利要求6所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述的单模微波反应器(4)还包括：循环冷却水系统Ⅰ(4.2)；
所述循环冷却水系统Ⅰ(4.2)与所述环行器及水负载(4.1)并联，为所述环行器及水负载(4.1)提供循环冷却水。
8.一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法采用单模微波反应装置实现，所述单模微波反应装置包括：
稳压电源(1)、微波功率调节装置(2)、微波激励发生装置(3)、单模微波反应器(4)和气相收集装置(5)；
所述稳压电源(1)为整个单模微波反应装置提供稳定的电力来源；
所述稳压电源(1)连接所述微波功率调节装置(2)；所述微波功率调节装置(2)通过电流输入控制线和控制电压控制线与所述微波激励发生装置(3)连接；所述微波激励发生装置(3)与所述单模微波反应器(4)通过法兰式连接；
所述单模微波反应器(4)包括终端短路活塞(4.7)和单模微波反应腔体(4.6)；所述单模微波反应器(4)通过调节终端短路活塞(4.7)将所述微波激励发生装置(3)产生的微波脉冲信号反射回去，形成振幅、频率和电磁场振动方向均相同、传输方向相反的反射波，并和微波激励发生装置(3)产生的微波脉冲辐射入射波在单模微波反应腔体(4.6)内形成干涉反应；通过调节终端短路活塞(4.7)的位置在单模微波反应腔体(4.6)内产生单一且高度均匀的高功率密度能量场；
所述气相收集装置(5)在经单模微波热解反应后采集气相污染物样品；并定性分析气体样品中的挥发性有机物；
所述气相收集装置(5)包括氮气筒(5.1)、质量流量控制器(5.3)、石英反应器(5.4)、石英纤维滤筒架(5.5)、回流冷凝器(5.6)、树脂筒(5.8)、甲苯吸收液(5.9)、氢氧化钠吸收液(5.10)、气体干燥管(5.11)、气体采样探头(5.12)、便携式气质联用仪(5.13)；
氮气筒(5.1)中的氮气经气体阀门(5.2)和质量流量控制器(5.3)后以一定流量进入石英反应器(5.4)；装有飞灰样品层的石英反应器(5.4)置于所述单模微波反应器(4)的反应腔体中，飞灰样品在所述单模微波反应器(4)进行单模微波热解反应后，生成的气相污染物会随着氮气依次经过石英纤维滤筒架(5.5)、回流冷凝器(5.6)、树脂筒(5.8)、甲苯吸收液(5.9)、氢氧化钠吸收液(5.10)、气体干燥管(5.11)、气体采样探头(5.12)，最终进入便携式气质联用仪(5.13)；气体干燥管(5.11)用于去除气体的水分，气体采样探头(5.12)用于采集气体样品，便携式气质联用仪(5.13)用于定性分析气体中的挥发性有机物；
所述的去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法包括：
步骤S201，将垃圾焚烧飞灰投加到含磷酸根溶液中充分反应后过滤，再将过滤后的湿飞灰和微波敏化剂、二噁英再合成抑制剂充分混合均匀，将混合物转移至石英反应器(5.4)；
步骤S202，在单模微波反应器(4)中，开展中低温热解垃圾焚烧飞灰二噁英的反应，并利用红外测温仪(4.8)监测热解反应过程中石英反应器(5.4)中的飞灰样品层的温度随时间的变化；步骤S203，利用气体采样探头(5.12)从气体干燥管(5.11)出来的气相挥发性有机物中采集气体样品；利用便携式气质联用仪(5.13)定性分析气体样品中的挥发性有机物；
步骤S204，经单模微波反应器(4)开展中低温热解后，对石英反应器(5.4)中的样品过筛分离微波敏化剂后，筛下可以得到煅烧后的飞灰样品；
步骤S205，利用高分辨率气相色谱-高分辨率质谱，基于所述煅烧后的飞灰样品和所述气体样品中的挥发性有机物，对飞灰中有机物二噁英的降解效果进行评价；并且根据《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法(HJ/T300-2007)》对处理前后的飞灰进行预处理，利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)监测得到十二种重金属离子浓度。
9.根据权利要求8所述的一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述单模微波反应器(4)还包括：
环行器及水负载(4.1)、双定向耦合器(4.3)、三螺钉调配器(4.4)和垂直波导微波激励腔(4.5)；
所述环行器及水负载(4.1)、双定向耦合器(4.3)、三螺钉调配器(4.4)、垂直波导微波激励腔(4.5)彼此之间通过法兰式连接；所述单模微波反应器(4)通过双定向耦合器(4.3)监测双向传输的微波能量，并通过三螺钉调配器(4.4)和终端短路活塞(4.7)调节所述单模微波反应腔体(4.6)中的微波辐射能量场；所述环行器及水负载(4.1)吸收所述单模微波反应腔体(4.6)传输回来的未被吸收的微波。
10.根据权利要求9所述的一种去除垃圾焚烧飞灰二噁英的单模微波反应方法，其特征在于：
所述的单模微波反应器(4)还包括：循环冷却水系统Ⅰ(4.2)；
所述循环冷却水系统Ⅰ(4.2)与所述环行器及水负载(4.1)并联，为所述环行器及水负载(4.1)提供循环冷却水。
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