TWM612476U

TWM612476U - 廢棄物的處理裝置

Info

Publication number: TWM612476U
Application number: TW109210256U
Authority: TW
Inventors: 久保田亨
Original assignee: 朱清華
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本揭示內容的一些實施方式涉及一種廢棄物的處理裝置，包含乾燥單元、粉碎單元、旋轉乾燥單元、以及遠紅外線處理單元。粉碎單元連接乾燥單元的一側。旋轉乾燥單元連接粉碎單元。遠紅外線處理單元連接旋轉乾燥單元。

Description

廢棄物的處理裝置

本揭示內容涉及於廢棄物的處理裝置以及方法，具體而言，涉及使用陶瓷材料生成遠紅外光，處理廢棄物的處理裝置以及方法。

廢棄物組成成分複雜，目前主要經高溫(例如至少800°C)焚燒，取得縮小體積的焚燒灰，減少廢棄物空間。焚燒灰內含豐富元素，但此些元素往往難以被分解，或是以有毒物質的形態存在，因此目前處理之道主要仍為掩埋場就地掩埋，然而此舉將對環境造成長久性的危害。

因此，需要提供針對廢棄物處理並可回收再利用的方法以及裝置。

本揭示內容中的一態樣是提供一種廢棄物的處理裝置，包含乾燥單元、粉碎單元、旋轉乾燥單元、以及遠紅外線處理單元。粉碎單元連接乾燥單元的一側。旋轉乾燥單元連接粉碎單元。遠紅外線處理單元連接旋轉乾燥單元。

在一些實施方式中，廢棄物包含焚燒灰。

在一些實施方式中，更包含複數個破碎單元，複數個破碎單元連接於乾燥單元的另一側。

在一些實施方式中，更包含磁選單元，磁選單元分離廢棄物中的金屬，並且磁選單元的兩側分別連接複數個破碎單元的其中一者。

在一些實施方式中，更包含儲存單元，儲存單元連接粉碎單元以及旋轉乾燥單元。

在一些實施方式中，更包含複數個輸送單元，複數個輸送單元在處理裝置中經由特定路徑輸送廢棄物，並且乾燥單元、粉碎單元、旋轉乾燥單元以及遠紅外線處理單元位於特定路徑上。

在一些實施方式中，更包含熱交換單元，連接遠紅外線處理單元，熱交換單元包含發電元件。

在一些實施方式中，遠紅外線處理單元包含反應區以及設置於反應區側邊的加熱元件，其中反應區的內壁貼附陶瓷材料。

在一些實施方式中，陶瓷材料包含金屬氧化物、金屬碳化物、金屬矽化物、金屬硼化物、金屬氮化物、金屬元素或其組合。

本揭示內容中的一態樣是提供一種廢棄物的處理方法，包含以下步驟：提供廢棄物；乾燥與粉碎廢棄物；提供催化劑與穩定劑；混合催化劑、穩定劑與經乾燥與粉碎後的廢棄物，形成混合物；提供遠紅外線處理單元，遠紅外線處理單元包含反應區以及設置於反應區側邊的加熱元件，其中反應區的內壁貼附陶瓷材料；將混合物移入遠紅外線處理單元的反應區中；控制反應區內部為減氧條件；以及利用加熱元件，在100°C至400°C的溫度下加熱反應區不超過3小時，使得位於反應區中的混合物分解，獲得直徑為200微米以下的生成物。

在一些實施方式中，乾燥與粉碎廢棄物包含以高於300°C的溫度加熱廢棄物的方式乾燥。

在一些實施方式中，乾燥與粉碎廢棄物的步驟包含以混合吸水劑與廢棄物的方式乾燥。

在一些實施方式中，吸水劑包含金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽、金屬硫化物、金屬磷化物、或其組合。

在一些實施方式中，乾燥與粉碎廢棄物之前，初步破碎廢棄物，使廢棄物的顆粒直徑小於100毫米。

在一些實施方式中，初步破碎廢棄物的步驟之後，更包含分離廢棄物中的金屬。

在一些實施方式中，乾燥廢棄物的步驟以及粉碎廢棄物的步驟同時進行。

在一些實施方式中，乾燥與粉碎廢棄物步驟包含先乾燥廢棄物後，再粉碎經乾燥後的廢棄物。

在一些實施方式中，乾燥與粉碎廢棄物步驟包含先粉碎該廢棄物後，再乾燥經粉碎後的廢棄物。在一些實施方式中，可以回收反應區的熱源，用於乾燥經粉碎後的廢棄物。

在一些實施方式中，混合催化劑、穩定劑與廢棄物的步驟時，催化劑的重量百分比為3%至5%，穩定劑的重量百分比為10%至30%，以及廢棄物的重量百分比為70%至80%。

在一些實施方式中，控制具有混合物的反應區內部為減氧條件包含封閉反應區，使反應區不與外界空氣流通。

在一些實施方式中，生成物的成分包含二氧化矽、二氧化鈦、氧化鈣、氧化銅、氧化鋅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈉、氧化鉀、氧化鎂、五氧化二磷、三氧化硫、或其組合。

應當理解，前述的一般性描述和下文的詳細描述都是示例，並且旨在提供對所要求保護的本揭示內容的進一步解釋。

可以理解的是，下述內容提供的不同實施方式或實施例可實施本揭露之標的不同特徵。特定構件與排列的實施例係用以簡化本揭露而非侷限本揭露。當然，這些僅是實施例，並且不旨在限制。舉例來說，以下所述之第一特徵形成於第二特徵上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外特徵而非直接接觸。此外，本揭露在多個實施例中可重複參考數字及/或符號。這樣的重複是為了簡化和清楚，而並不代表所討論的各實施例及/或配置之間的關係。

本說明書中所用之術語一般在本領域以及所使用之上下文中具有通常性的意義。本說明書中所使用的實施例，包括本文中所討論的任何術語的例子僅是說明性的，而不限制本揭示內容或任何示例性術語的範圍和意義。同樣地，本揭示內容不限於本說明書中所提供的一些實施方式。

將理解的是，儘管本文可以使用術語第一、第二等來描述各種元件，但是這些元件不應受到這些術語的限制。這些術語用於區分一個元件和另一個元件。舉例來說，在不脫離本實施方式的範圍的情況下，第一元件可以被稱為第二元件，並且類似地，第二元件可以被稱為第一元件。

於本文中，術語“和/或”包含一個或多個相關聯的所列項目的任何和所有組合。

於本文中，術語「包含」、「包括」、「具有」等應理解為開放式，即，意指包括但不限於。

首先，請見第1圖。第1圖例示本揭示內容的一些實施方式中的廢棄物的處理裝置100，內部依序設置有第一破碎單元112、磁選單元120、第二破碎單元 114、乾燥單元130、粉碎單元116、儲存單元140、旋轉乾燥單元150、遠紅外線處理單元160、以及集合單元180，其中遠紅外線處理單元160並未與集合單元180相連的一側，連接熱交換單元170，其中輸送單元190a至輸送單元190g、以及輸送單元190j中的任一者可以在處理裝置中經由特定路徑輸送廢棄物，第一破碎單元112、磁選單元120、第二破碎單元 114、乾燥單元130、粉碎單元116、儲存單元140、旋轉乾燥單元150、遠紅外線處理單元160、以及集合單元180位於特定路徑上。在一些實施方式中，輸送單元190a介於第一破碎單元112以及磁選單元120之間、輸送單元190b介於磁選單元120以及第二破碎單元 114之間、輸送單元190c介於第二破碎單元 114以及乾燥單元130之間、輸送單元190d介於乾燥單元130以及粉碎單元116之間、輸送單元190e介於粉碎單元116以及儲存單元140之間、輸送單元190f介於儲存單元140以及旋轉乾燥單元150之間、輸送單元190g介於旋轉乾燥單元150以及遠紅外線處理單元160之間、輸送單元190h介於遠紅外線處理單元160以及熱交換單元170之間、輸送單元190i介於熱交換單元170以及發電元件172之間、以及輸送單元190j介於集合單元180以及遠紅外線處理單元160之間。

以下透過第1圖，說明如何利用廢棄物的處理裝置100處理廢棄物，從而取得高營養價值之成品粉末。

首先，將廢棄物送入第一破碎單元112中，將廢棄物初步破碎，以提升廢棄物的接觸表面積，提升後續還原反應的效率。在一些實施方式中，廢棄物包括但不限於纖維製品、廚餘、塑膠、橡膠、玻璃、陶瓷、或是物品經焚燒碳化後的焚燒灰。在一實施方式中，針對第一破碎單元112可以使用雙軸破碎機，將廢棄物的顆粒直徑縮小到小於100毫米。

在一些實施方式中，輸送單元190a至輸送單元190j可包括但不限於皮帶式輸送。可以理解的是，由於水分的存在會干擾後續高溫加熱時的分解反應效率，因此，可選擇在輸送單元190a至輸送單元190j上任一片段添加吸水劑(例如金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽、金屬硫化物、金屬磷化物、或其組合)與廢棄物混合，初步吸收廢棄物的水分，並同時除去廢棄物的臭味，以提升後續高溫下的還原分解反應的效率。在一些實施方式中，吸水劑與廢棄物混合時，吸水劑的重量百分比可以為1%至5%，例如1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%或前述任意點值之間，過低則吸水效果不佳。在一些實施方式中，將吸水劑添加於輸送單元190a至190j的任一片段，例如將廢棄物由磁選單元120送至第二破碎單元 114的輸送單元190b片段，提升吸水效果。在一些實施方式中，也可以在將廢棄物投入第一破碎單元112前，將廢棄物與吸水劑初步混合。

接著，將初步破碎的廢棄物送至磁選單元120。磁選單元120兩側分別連接第一破碎單元112以及第二破碎單元 114。磁選單元120分離廢棄物中的金屬，並移除鐵，以回收廢棄物中可直接再利用的資源，提升資源回收的效率。

下一步，將廢棄物送至第二破碎單元 114，進一步的粉碎。在一些實施方式中，考慮到廢棄物已經初步破碎，因此第二破碎單元 114可以使用單軸破碎機，將廢棄物的顆粒直徑進一步縮小到小於5毫米 (例如平均為2毫米至3毫米)。

接著，將廢棄物送至乾燥單元130中，進一步的乾燥。在一些實施方式中，乾燥廢棄物可以高於300°C(包括但不限於350°C、400°C、450°C、或前述任意點值之間)的溫度加熱廢棄物。

接下來，將廢棄物送至粉碎單元中116中，進一步的粉碎處理，將廢棄物的顆粒直徑進一步縮小到小於150微米，例如100微米、120微米、130微米、140微米或前述任意點值之間。在一些實施方式中，可將吸水劑添加至粉碎單元中116中，使得廢棄物中水的重量百分比少於5%，例如1%、2%、3%、4%或前述任意點值之間，提升後續反應效率。

接著，將經過乾燥以及粉碎處理過的廢棄物，送入儲存單元140中保存。待欲進行後續反應時，將廢棄物由儲存單元140送至旋轉乾燥單元150。

旋轉乾燥單元150可以高於300°C(包括但不限於350°C、400°C、450°C、或前述任意點值之間)的溫度加熱廢棄物，以乾燥廢棄物。

在一些實施方式中，為提升後續還原反應效率，旋轉乾燥單元150中除了廢棄物的進出口外，還可在上方設置投入口152，以利添加其他添加物，例如催化劑以及穩定劑。催化劑以及穩定劑的作用在於，當高溫、電磁場或兩者同時作用下，催化劑可催化廢棄物分子進行還原反應，至於穩定劑，則可與廢棄物的分子反應，生成性質穩定並無害的物質。在一些實施方式中，旋轉乾燥單元150內部的旋轉元件使得廢棄物與催化劑以及穩定劑均勻混合，形成混合物，同時，旋轉乾燥單元150以高於300°C(包括但不限於350°C、400°C、450°C、或前述任意點值之間)的溫度加熱混合物，使得催化劑以及穩定劑可與廢棄物預先混合並初步反應。在一些實施方式中，催化劑包含金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫酸鹽、金屬硫化物、金屬磷化物、或其組合，例如氧化鐵（Fe ₃O ₄）、氧化鉀（K ₂O）氧化鋁（Al ₂O ₃）、氧化鈣（CaO）、二氧化矽（SiO ₂）、氧化鎂（MgO）或其組合。在一些實施方式中，穩定劑包含硫化物或其他可與廢棄物分子形成穩定且安全的化合物的物質。在一些實施方式中，混合物中的催化劑、穩定劑與廢棄物中，催化劑的重量百分比為3%至5%，穩定劑的重量百分比為10%至30%，以及廢棄物的重量百分比為70%至80%。

接著，將混合物由旋轉乾燥單元150送至遠紅外線處理單元160，進行遠紅外線以及加熱處理。在一些實施方式中，可以連續式的將混合物輸入遠紅外線處理單元160中，使得混合物經過分解還原處理。

遠紅外線處理單元160的配置請同時參考第2圖，包含內壁貼附陶瓷材料的反應區162以及設置於反應區162側邊的加熱元件165，其中反應區162以及加熱元件165可以分別由第一支架166以及第二支架168支撐，以穩固結構。

反應區162包含第一投入口161、側壁的第二投入口163以及位於反應區162最下方的排出口164，其中還可設置連通道167，以供人員走近第二投入口163投入臨時性或是小量的廢棄物。在一些實施方式中，反應區162的內壁貼附陶瓷材料，其中陶瓷材料包含金屬氧化物、金屬碳化物、金屬矽化物、金屬硼化物、金屬氮化物、金屬元素 (例如鋁)或其組合。在一些實施方式中，陶瓷材料可以選擇精細陶瓷，例如氧化鋁或是鋯系金屬，其中，由於氧化鋁 (特別是 α-氧化鋁)，具有較佳耐熱性以及抗腐蝕性，可以做為較穩定的陶瓷材料。

在一些實施方式中，加熱元件165也可以直接設置於反應區162的下方。然而，相較於將加熱元件165直接設於反應區162下方，將加熱元件165設置在反應區162側邊時，不僅可以提高反應區162的加熱高度，提升遠紅外線的實際反應體積，並透過反應區162與加熱元件165的分離設置，提升反應區162的可持續運作時間。

在一些實施方式中，遠紅外線處理單元160的高度可以高於4公尺，例如4、5、6、7、8、9、10公尺或前述任一區間的數值。在一實施方式中，反應區162的長與寬可以至少為1公尺，例如1、2、3、4、5、6公尺或前述任一區間的數值，反應區162的高可以至少為2公尺，例如2、3、4、5、6公尺或前述任一區間的數值，然而，並不以此為限。

廢棄物或是混合物首先可由第一投入口161連續性投入反應區162，接著使用加熱元件165加熱反應區162，並控制反應區162的溫度不高於400°C，可以是100°C至400°C (例如100°C、125°C 、150°C、175°C、200°C、225°C、250°C、275°C、300°C、325°C、350°C、375°C、400°C、或前述任意區間的數值)，並藉由例如封閉反應區162或是封閉反應區162，避免外界空氣流通，控制反應區162為減氧條件，減少氧氣的供給，提升分解反應的效率。在一些實施方式中，可以在反應區162的頂部設置氣體排放口 (圖未示)，以調節內部氣壓，並排放生成氣體。在一些實施方式中，也可以選擇在反應區162內部預先投入催化劑以及穩定劑，或是將催化劑以及穩定劑塗覆於反應區162側面，待廢棄物進入反應區162後再均勻混合，而不先在旋轉乾燥單元150預先混合廢棄物、催化劑與及穩定劑。

當反應區162經由加熱元件165加熱時，反應區162內壁的陶瓷釋放波長2.5 μm至30 μm的遠紅外線。遠紅外線為一種電磁波，可以激活分子震動碰撞，產生熱能，進而使得廢棄物進行乾餾碳化反應，於此同時，催化劑協同催化廢棄物分子加速還原反應。值得一提的是，當廢棄物發生還原反應時，穩定劑可與廢棄物反應，與廢棄物的分子共同生成穩定無害的物質(例如金屬硫化物)。此外，陶瓷放出電磁波，在反應區162生成電磁場，電磁場作用下也同時促進廢棄物中的有機物進行乾餾碳化反應，被分解為無機物。在這樣連鎖加成的還原反應下，廢棄物分子可在至多3個小時內 (例如1小時或2小時) 進行乾餾碳化反應並分解或重新合成直徑為200微米以下 (例如100微米至150微米)的生成物。此外，當反應區162內部進行乾餾碳化反應後，新送入的廢棄物可在幾秒鐘即進行乾餾碳化反應，隨著時間提升，反應速度加快。值得一提的是，反應區162的熱能還可被回收至旋轉乾燥單元150，乾燥廢棄物。

在一些實施方式中，熱交換單元170可以接收遠紅外線處理單元160反應所釋放的熱能，透過發電元件172，將熱能轉變為電能，提供電能的生成與應用。

在一些實施方式中，反應完成後可輸送至集合單元180保存，待需要時由輸出口182輸出利用。

可以理解的是，前述廢棄物的粉碎以及乾燥步驟，旨在提升廢棄物分子與催化劑以及穩定劑在後續還原反應時的接觸表面積，提升作用效率，並避免有害物質的生成。因此本領域技術人員可以根據廢棄物種類以及狀態，針對乾燥以及粉碎的實施原理、步驟順序、次數、器材等反應參數進行常規調整或變更。此外，第1圖中磁選單元120的目的在於金屬的分選，因此，可視廢棄物的材料來源以及生成物需求，而予以保留或是省略。

舉例而言，請見本揭示內容第3圖，例示本揭示內容的一些實施方式中的廢棄物的處理裝置200，相較於第1圖廢棄物的處理裝置100，廢棄物的處理裝置200省略原第一破碎單元112、磁選單元120、第二破碎單元 114的作用，內部依序包含乾燥單元210、粉碎單元220、儲存單元230、旋轉乾燥單元240以及投入口242、遠紅外線處理單元250、集合單元270及輸出口272、熱交換單元260、發電元件262、以及輸送單元 280a至輸送單元280g，應理解的是，廢棄物的處理裝置200中各元件的設置及其功能可以相同或近似於廢棄物的處理裝置100的各元件，此處不再贅述。同樣可以理解的是，本領域具有通常知識者能基於廢棄物種類以及所欲達成的粉碎粒徑，選擇合適的粉碎機種，而本文中的「第一破碎單元112」、「第二破碎單元 114」、「粉碎單元116」以及「粉碎單元220」彼此間可以相同或是不同。

在一些實施方式中，欲經由廢棄物的處理裝置200處理的廢棄物，可選擇粒徑較小的廢棄物或是經焚燒處理的焚燒灰，而若使用廢棄物的處理裝置200處理焚燒灰，即可將焚燒灰進一步還原為粒徑較小的小分子或是元素態的生成物，使得生成物體積可縮小為焚燒灰體積的1/3。即，使用包含較少元件的廢棄物的處理裝置200，即可取得與廢棄物的處理裝置100相近的反應效果。

在一實施方式所取得的生成物，含量經分析如表1所示，此些成分可作為建築或土木材料、土地改質材料、農業材料 (舉例而言，土壤改良材料或是肥料，例如P ₂O ₅)、還原反應的催化劑 (例如金屬氧化物)、以及陶瓷材料。

表1、生成物的成分組成表

分析項目	成分濃度 (重量百分比 (wt.%))
SiO ₂	35.85
TiO ₂	1.62
CaO	15.64
CuO	0.34
ZnO	0.51
Al ₂O ₃	18.09
Fe ₂O ₃	4.01
Na ₂O	2.13
K ₂O	1.08
MgO	2.69
P ₂O ₅	6.96
SO ₃	9.12
合計	98.04

第4A圖以及第4B圖分別為本揭示內容的一些實施方式中，比較添加生成物與否，在南瓜 (第4A圖)以及稻米(第4B圖)的栽種效果。左方為未添加生成物的控制組別，右方則添加了生成物的實驗組。結果可見，若添加本揭示內容的生成物，農產品的生長顯著較佳。

總的來說，本揭示內容的一些實施方式中所提供的廢棄物的處理裝置及其處理方法，利用加熱以及陶瓷釋出的遠紅外線，可以將廢棄物的體積大幅縮小，並轉化為極佳營養及經濟價值的生成物，有利的是，反應區162的熱能以及生成物還可回收再利用，熱能可回收用於處理裝置的乾燥步驟，而生成物可作為本揭示內容中的催化劑以及陶瓷材料。並解決以往廢棄物因高溫焚燒(一般焚化爐燃燒時的溫度為至少800°C)、含水量及含氧量過高，導致焚燒灰的元素結晶被破壞，以及形成許多有害物質 (例如與水分或氧氣反應生成的物質)，而難以再利用甚至汙染環境的缺點。因此，本揭示內容的處理裝置以及處理方法至少針對環境保育、資源節約、以及再生資源的利用等層面，提供了有利的改良。

儘管本揭示內容已根據某些實施方式具體描述細節，其他實施方式也是可行的。因此，所附請求項的精神和範圍不應限於本文所記載的實施方式。

100:廢棄物的處理裝置 112:第一破碎單元 114:第二破碎單元 116:粉碎單元 120:磁選單元 130:乾燥單元 140:儲存單元 150:旋轉乾燥單元 152:投入口 160:遠紅外線處理單元 161:第一投入口 162:反應區 163:第二投入口 164:排出口 165:加熱元件 166:第一支架 167:連通道 168:第二支架 170:熱交換單元 172:發電元件 180:集合單元 182:輸出口 190a、190b、190c、190d、190e、190f、190g、190h、190i、190j:輸送單元 200:廢棄物的處理裝置 210:乾燥單元 220:粉碎單元 230:儲存單元 240:旋轉乾燥單元 242:投入口 250:遠紅外線處理單元 260:熱交換單元 262:發電元件 270:集合單元 272:輸出口 280a、280b、280c、280d、280e、280f、280g:輸送單元

通過閱讀以下參考附圖對實施方式的詳細描述，可以更完整地理解本揭示內容。第1圖示例性地描述根據本揭示內容的一些實施方式中廢棄物的處理裝置的上視圖；第2圖示例性地描述根據本揭示內容的一些實施方式中遠紅外線處理單元的側視圖；第3圖示例性地描述根據本揭示內容的另一些實施方式中廢棄物的處理裝置的上視圖；第4A圖以及第4B圖分別為本揭示內容的一些實施方式中，添加生成物與否下的南瓜 (第4A圖)以及稻米(第4B圖)的栽種效果。

200:廢棄物的處理裝置

210:乾燥單元

220:粉碎單元

230:儲存單元

240:旋轉乾燥單元

242:投入口

250:遠紅外線處理單元

260:熱交換單元

262:發電元件

270:集合單元

272:輸出口

280a、280b、280c、280d、280e、280f、280g:輸送單元

Claims

一種廢棄物的處理裝置，包含：一乾燥單元；一粉碎單元，連接該乾燥單元的一側；一旋轉乾燥單元，連接該粉碎單元；以及一遠紅外線處理單元，連接該旋轉乾燥單元。
如請求項1所述之處理裝置，其中該廢棄物包含焚燒灰。
如請求項1所述之處理裝置，更包含複數個破碎單元，該複數個破碎單元連接於該乾燥單元的另一側。
如請求項3所述之處理裝置，更包含一磁選單元，該磁選單元分離該廢棄物中的金屬，並且該磁選單元的兩側分別連接該複數個破碎單元的其中一者。
如請求項1所述之處理裝置，更包含一儲存單元，該儲存單元連接該粉碎單元以及該旋轉乾燥單元。
如請求項1所述之處理裝置，更包含複數個輸送單元，該複數個輸送單元在該處理裝置中經由一路徑輸送該廢棄物，並且該乾燥單元、該粉碎單元、該旋轉乾燥單元以及該遠紅外線處理單元位於該路徑上。
如請求項1所述之處理裝置，更包含一熱交換單元，連接該遠紅外線處理單元，該熱交換單元包含一發電元件。
如請求項1所述之處理裝置，其中該遠紅外線處理單元包含一反應區以及設置於該反應區側邊的一加熱元件，其中該反應區的內壁貼附一陶瓷材料。
如請求項8所述之處理裝置，其中該陶瓷材料包含金屬氧化物、金屬碳化物、金屬矽化物、金屬硼化物、金屬氮化物、金屬元素或其組合。