废弃物的处理装置及其方法与流程

1.本技术内容涉及于废弃物的处理装置以及方法，具体而言，涉及使用陶瓷材料生成远红外光，处理废弃物的处理装置以及方法。


背景技术：

2.废弃物组成成分复杂，目前主要经高温(例如至少800℃)焚烧，取得缩小体积的焚烧灰，减少废弃物空间。焚烧灰内含丰富元素，但此些元素往往难以被分解，或是以有毒物质的形态存在，因此目前处理之道主要仍为掩埋场就地掩埋，然而此举将对环境造成长久性的危害。
3.因此，需要提供针对废弃物处理并可回收再利用的方法以及装置。


技术实现要素：

4.本技术内容中提供一种废弃物的处理装置，包含干燥单元、粉碎单元、旋转干燥单元、以及远红外线处理单元。粉碎单元连接干燥单元的一侧。旋转干燥单元连接粉碎单元。远红外线处理单元连接旋转干燥单元。
5.在一些实施方式中，废弃物包含焚烧灰。
6.在一些实施方式中，还包含复数个破碎单元，复数个破碎单元连接于干燥单元的另一侧。
7.在一些实施方式中，还包含磁选单元，磁选单元分离废弃物中的金属，并且磁选单元的两侧分别连接复数个破碎单元的其中一者。
8.在一些实施方式中，还包含存储单元，存储单元连接粉碎单元以及旋转干燥单元。
9.在一些实施方式中，还包含复数个输送单元，复数个输送单元在处理装置中经由特定路径输送废弃物，并且干燥单元、粉碎单元、旋转干燥单元以及远红外线处理单元位于特定路径上。
10.在一些实施方式中，还包含热交换单元，连接远红外线处理单元，热交换单元包含发电组件。
11.在一些实施方式中，远红外线处理单元包含反应区以及设置于反应区侧边的加热组件，其中反应区的内壁贴附陶瓷材料。
12.在一些实施方式中，陶瓷材料包含金属氧化物、金属碳化物、金属硅化物、金属硼化物、金属氮化物、金属元素或其组合。
13.本技术内容中提供一种废弃物的处理方法，包含以下步骤：提供废弃物；干燥与粉碎废弃物；提供催化剂与稳定剂；混合催化剂、稳定剂与经干燥与粉碎后的废弃物，形成混合物；提供远红外线处理单元，远红外线处理单元包含反应区以及设置于反应区侧边的加热组件，其中反应区的内壁贴附陶瓷材料；将混合物移入远红外线处理单元的反应区中；控制反应区内部为减氧条件；以及利用加热组件，在100℃至400℃的温度下加热反应区不超过3小时，使得位于反应区中的混合物分解，获得直径为200微米以下的生成物。
14.在一些实施方式中，干燥与粉碎废弃物包含以高于300℃的温度加热废弃物的方式干燥。
15.在一些实施方式中，干燥与粉碎废弃物的步骤包含以混合吸水剂与废弃物的方式干燥。
16.在一些实施方式中，吸水剂包含金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属磷化物、或其组合。
17.在一些实施方式中，干燥与粉碎废弃物之前，初步破碎废弃物，使废弃物的颗粒直径小于100毫米。
18.在一些实施方式中，初步破碎废弃物的步骤之后，还包含分离废弃物中的金属。
19.在一些实施方式中，干燥废弃物的步骤以及粉碎废弃物的步骤同时进行。
20.在一些实施方式中，干燥与粉碎废弃物步骤包含先干燥废弃物后，再粉碎经干燥后的废弃物。
21.在一些实施方式中，干燥与粉碎废弃物步骤包含先粉碎该废弃物后，再干燥经粉碎后的废弃物。在一些实施方式中，可以回收反应区的热源，用于干燥经粉碎后的废弃物。
22.在一些实施方式中，混合催化剂、稳定剂与废弃物的步骤时，催化剂的重量百分比为3％至5％，稳定剂的重量百分比为10％至30％，以及废弃物的重量百分比为70％至80％。
23.在一些实施方式中，控制具有混合物的反应区内部为减氧条件包含封闭反应区，使反应区不与外界空气流通。
24.在一些实施方式中，生成物的成分包含二氧化硅、二氧化钛、氧化钙、氧化铜、氧化锌、氧化铝、氧化铁、氧化钠、氧化钾、氧化镁、五氧化二磷、三氧化硫、或其组合。
25.应当理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都是示例，并且旨在提供对所要求保护的本技术内容的进一步解释。
附图说明
26.通过阅读以下参考附图对实施方式的详细描述，可以更完整地理解本技术内容。
27.图1示例性地描述根据本技术内容的一些实施方式中废弃物的处理装置的前视图；
28.图2示例性地描述根据本技术内容的一些实施方式中远红外线处理单元的侧视图；
29.图3示例性地描述根据本技术内容的另一些实施方式中废弃物的处理装置的前视图；
30.图4a以及图4b分别为本技术内容的一些实施方式中，添加生成物与否下的南瓜(图4a)以及稻米(图4b)的栽种效果。
具体实施方式
31.可以理解的是，下述内容提供的不同实施方式或实施例可实施本揭露的目标不同特征。特定构件与排列的实施例用以简化本揭露而非局限本揭露。当然，这些仅是实施例，并且不旨在限制。举例来说，以下所述的第一特征形成于第二特征上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外特征而非直接接触。此外，本揭露在多个实施例中可重复参
考数字及/或符号。这样的重复是为了简化和清楚，而并不代表所讨论的各实施例及/或配置之间的关系。
32.本说明书中所用的术语一般在本领域以及所使用的上下文中具有通常性的意义。本说明书中所使用的实施例，包括本文中所讨论的任何术语的例子仅是说明性的，而不限制本技术内容或任何示例性术语的范围和意义。同样地，本技术内容不限于本说明书中所提供的一些实施方式。
33.将理解的是，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种组件，但是这些组件不应受到这些术语的限制。这些术语用于区分一个组件和另一个组件。举例来说，在不脱离本实施方式的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，并且类似地，第二组件可以被称为第一组件。
34.于本文中，术语“和/或”包含一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
35.于本文中，术语“包含”、“包括”、“具有”等应理解为开放式，即，意指包括但不限于。
36.首先，请见图1。图1例示本技术内容的一些实施方式中的废弃物的处理装置100，内部依序设置有第一破碎单元112、磁选单元120、第二破碎单元114、干燥单元130、粉碎单元116、存储单元140、旋转干燥单元150、远红外线处理单元160、以及集合单元180，其中远红外线处理单元160并未与集合单元180相连的一侧，连接热交换单元170，其中输送单元190a至输送单元190g、以及输送单元190j中的任一者可以在处理装置中经由特定路径输送废弃物，第一破碎单元112、磁选单元120、第二破碎单元114、干燥单元130、粉碎单元116、存储单元140、旋转干燥单元150、远红外线处理单元160、以及集合单元180位于特定路径上。在一些实施方式中，输送单元190a介于第一破碎单元112以及磁选单元120之间、输送单元190b介于磁选单元120以及第二破碎单元114之间、输送单元190c介于第二破碎单元114以及干燥单元130之间、输送单元190d介于干燥单元130以及粉碎单元116之间、输送单元190e介于粉碎单元116以及存储单元140之间、输送单元190f介于存储单元140以及旋转干燥单元150之间、输送单元190g介于旋转干燥单元150以及远红外线处理单元160之间、输送单元190h介于远红外线处理单元160以及热交换单元170之间、输送单元190i介于热交换单元170以及发电组件172之间、以及输送单元190j介于集合单元180以及远红外线处理单元160之间。
37.以下通过图1，说明如何利用废弃物的处理装置100处理废弃物，从而取得高营养价值的成品粉末。
38.首先，将废弃物送入第一破碎单元112中，将废弃物初步破碎，以提升废弃物的接触表面积，提升后续还原反应的效率。在一些实施方式中，废弃物包括但不限于纤维制品、厨余、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、或是物品经焚烧碳化后的焚烧灰。在一实施方式中，针对第一破碎单元112可以使用双轴破碎机，将废弃物的颗粒直径缩小到小于100毫米。
39.在一些实施方式中，输送单元190a至输送单元190j可包括但不限于皮带式输送。可以理解的是，由于水分的存在会干扰后续高温加热时的分解反应效率，因此，可选择在输送单元190a至输送单元190j上任一片段添加吸水剂(例如金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属磷化物、或其组合)与废弃物混合，初步吸收废弃物的水分，并同时除去废弃物的臭味，以提升后续高温下的还原分解反应的效率。在一些实施方式中，吸水
剂与废弃物混合时，吸水剂的重量百分比可以为1％至5％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％或前述任意点值之间，过低则吸水效果不佳。在一些实施方式中，将吸水剂添加于输送单元190a至190j的任一片段，例如将废弃物由磁选单元120送至第二破碎单元114的输送单元190b片段，提升吸水效果。在一些实施方式中，也可以在将废弃物投入第一破碎单元112前，将废弃物与吸水剂初步混合。
40.接着，将初步破碎的废弃物送至磁选单元120。磁选单元120两侧分别连接第一破碎单元112以及第二破碎单元114。磁选单元120分离废弃物中的金属，并移除铁，以回收废弃物中可直接再利用的资源，提升资源回收的效率。
41.下一步，将废弃物送至第二破碎单元114，进一步的粉碎。在一些实施方式中，考虑到废弃物已经初步破碎，因此第二破碎单元114可以使用单轴破碎机，将废弃物的颗粒直径进一步缩小到小于5毫米(例如平均为2毫米至3毫米)。
42.接着，将废弃物送至干燥单元130中，进一步的干燥。在一些实施方式中，干燥废弃物可以高于300℃(包括但不限于350℃、400℃、450℃、或前述任意点值之间)的温度加热废弃物。
43.接下来，将废弃物送至粉碎单元中116中，进一步的粉碎处理，将废弃物的颗粒直径进一步缩小到小于150微米，例如100微米、120微米、130微米、140微米或前述任意点值之间。在一些实施方式中，可将吸水剂添加至粉碎单元中116中，使得废弃物中水的重量百分比少于5％，例如1％、2％、3％、4％或前述任意点值之间，提升后续反应效率。
44.接着，将经过干燥以及粉碎处理过的废弃物，送入存储单元140中保存。待欲进行后续反应时，将废弃物由存储单元140送至旋转干燥单元150。
45.旋转干燥单元150可以高于300℃(包括但不限于350℃、400℃、450℃、或前述任意点值之间)的温度加热废弃物，以干燥废弃物。
46.在一些实施方式中，为提升后续还原反应效率，旋转干燥单元150中除了废弃物的进出口外，还可在上方设置投入口152，以利添加其他添加物，例如催化剂以及稳定剂。催化剂以及稳定剂的作用在于，当高温、电磁场或两者同时作用下，催化剂可催化废弃物分子进行还原反应，至于稳定剂，则可与废弃物的分子反应，生成性质稳定并无害的物质。在一些实施方式中，旋转干燥单元150内部的旋转组件使得废弃物与催化剂以及稳定剂均匀混合，形成混合物，同时，旋转干燥单元150以高于300℃(包括但不限于350℃、400℃、450℃、或前述任意点值之间)的温度加热混合物，使得催化剂以及稳定剂可与废弃物预先混合并初步反应。在一些实施方式中，催化剂包含金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫酸盐、金属硫化物、金属磷化物、或其组合，例如氧化铁(fe3o4)、氧化钾(k2o)氧化铝(al2o3)、氧化钙(cao)、二氧化硅(sio2)、氧化镁(mgo)或其组合。在一些实施方式中，稳定剂包含硫化物或其他可与废弃物分子形成稳定且安全的化合物的物质。在一些实施方式中，混合物中的催化剂、稳定剂与废弃物中，催化剂的重量百分比为3％至5％，稳定剂的重量百分比为10％至30％，以及废弃物的重量百分比为70％至80％。
47.接着，将混合物由旋转干燥单元150送至远红外线处理单元160，进行远红外线以及加热处理。在一些实施方式中，可以连续式的将混合物输入远红外线处理单元160中，使得混合物经过分解还原处理。
48.远红外线处理单元160的配置请同时参考图2，包含内壁贴附陶瓷材料的反应区
162以及设置于反应区162侧边的加热组件165，其中反应区162以及加热组件165可以分别由第一支架166以及第二支架168支撑，以稳固结构。
49.反应区162包含第一投入口161、侧壁的第二投入口163以及位于反应区162最下方的排出口164，其中还可设置连通道167，以供人员走近第二投入口163投入临时性或是小量的废弃物。在一些实施方式中，反应区162的内壁贴附陶瓷材料，其中陶瓷材料包含金属氧化物、金属碳化物、金属硅化物、金属硼化物、金属氮化物、金属元素(例如铝)或其组合。在一些实施方式中，陶瓷材料可以选择精细陶瓷，例如氧化铝或是锆是金属，其中，由于氧化铝(特别是α-氧化铝)，具有较佳耐热性以及抗腐蚀性，可以做为较稳定的陶瓷材料。
50.在一些实施方式中，加热组件165也可以直接设置于反应区162的下方。然而，相较于将加热组件165直接设于反应区162下方，将加热组件165设置在反应区162侧边时，不仅可以提高反应区162的加热高度，提升远红外线的实际反应体积，并通过反应区162与加热组件165的分离设置，提升反应区162的可持续运作时间。
51.在一些实施方式中，远红外线处理单元160的高度可以高于4公尺，例如4、5、6、7、8、9、10公尺或前述任一区间的数值。在一实施方式中，反应区162的长与宽可以至少为1公尺，例如1、2、3、4、5、6公尺或前述任一区间的数值，反应区162的高可以至少为2公尺，例如2、3、4、5、6公尺或前述任一区间的数值，然而，并不以此为限。
52.废弃物或是混合物首先可由第一投入口161连续性投入反应区162，接着使用加热组件165加热反应区162，并控制反应区162的温度不高于400℃，可以是100℃至400℃(例如100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃、250℃、275℃、300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、或前述任意区间的数值)，并借由例如封闭反应区162或是封闭反应区162，避免外界空气流通，控制反应区162为减氧条件，减少氧气的供给，提升分解反应的效率。在一些实施方式中，可以在反应区162的顶部设置气体排放口(图未示)，以调节内部气压，并排放生成气体。在一些实施方式中，也可以选择在反应区162内部预先投入催化剂以及稳定剂，或是将催化剂以及稳定剂涂覆于反应区162侧面，待废弃物进入反应区162后再均匀混合，而不先在旋转干燥单元150预先混合废弃物、催化剂与及稳定剂。
53.当反应区162经由加热组件165加热时，反应区162内壁的陶瓷释放波长2.5μm至30μm的远红外线。远红外线为一种电磁波，可以激活分子震动碰撞，产生热能，进而使得废弃物进行干馏碳化反应，于此同时，催化剂协同催化废弃物分子加速还原反应。值得一提的是，当废弃物发生还原反应时，稳定剂可与废弃物反应，与废弃物的分子共同生成稳定无害的物质(例如金属硫化物)。此外，陶瓷放出电磁波，在反应区162生成电磁场，电磁场作用下也同时促进废弃物中的有机物进行干馏碳化反应，被分解为无机物。在这样连锁加成的还原反应下，废弃物分子可在至多3个小时内(例如1小时或2小时)进行干馏碳化反应并分解或重新合成直径为200微米以下(例如100微米至150微米)的生成物。此外，当反应区162内部干馏碳化反应发生后，新送入的废弃物可在几秒钟即进行干馏碳化反应，随着时间提升，反应速度加快。值得一提的是，反应区162的热能还可被回收至旋转干燥单元150，干燥废弃物。
54.在一些实施方式中，热交换单元170可以接收远红外线处理单元160反应所释放的热能，通过发电组件172，将热能转变为电能，提供电能的生成与应用。
55.在一些实施方式中，反应完成后可输送至集合单元180保存，待需要时由输出口
182输出利用。
56.可以理解的是，前述废弃物的粉碎以及干燥步骤，旨在提升废弃物分子与催化剂以及稳定剂在后续还原反应时的接触表面积，提升作用效率，并避免有害物质的生成。因此本领域技术人员可以根据废弃物种类以及状态，针对干燥以及粉碎的实施原理、步骤顺序、次数、器材等反应参数进行常规调整或变更。此外，图1中磁选单元120的目的在于金属的分选，因此，可视废弃物的材料来源以及生成物需求，而予以保留或是省略。
57.举例而言，请见本技术内容图3，例示本技术内容的一些实施方式中的废弃物的处理装置200，相较于图1废弃物的处理装置100，废弃物的处理装置200省略原第一破碎单元112、磁选单元120、第二破碎单元114的作用，内部依序包含干燥单元210、粉碎单元220、存储单元230、旋转干燥单元240以及投入口242、远红外线处理单元250、集合单元270及输出口272、热交换单元260、发电组件262、以及输送单元280a至输送单元280g，应理解的是，废弃物的处理装置200中各组件的设置及其功能可以相同或近似于废弃物的处理装置100的各组件，此处不再赘述。同样可以理解的是，本领域具有通常知识者能基于废弃物种类以及所欲达成的粉碎粒径，选择合适的粉碎机种，而本文中的“第一破碎单元112”、“第二破碎单元114”、“粉碎单元116”以及“粉碎单元220”彼此间可以相同或是不同。
58.在一些实施方式中，欲经由废弃物的处理装置200处理的废弃物，可选择粒径较小的废弃物或是经焚烧处理的焚烧灰，而若使用废弃物的处理装置200处理焚烧灰，即可将焚烧灰进一步还原为粒径较小的小分子或是元素态的生成物，使得生成物体积可缩小为焚烧灰体积的1/3。即，使用包含较少组件的废弃物的处理装置200，即可取得与废弃物的处理装置100相近的反应效果。
59.在一实施方式所取得的生成物，含量经分析如表1所示，此些成分可作为建筑或土木材料、土地改质材料、农业材料(举例而言，土壤改良材料或是肥料，例如p2o5)、还原反应的催化剂(例如金属氧化物)、以及陶瓷材料。
60.表1、生成物的成分组成表
[0061][0062]
图4a以及图4b分别为本技术内容的一些实施方式中，比较添加生成物与否，在南瓜(图4a)以及稻米(图4b)的栽种效果。左方为未添加生成物的控制组别，右方则添加了生成物的实验组。结果可见，若添加本技术内容的生成物，农产品的生长显著较佳。
[0063]
总的来说，本技术内容的一些实施方式中所提供的废弃物的处理装置及其处理方法，利用加热以及陶瓷释出的远红外线，可以将废弃物的体积大幅缩小，并转化为极佳营养及经济价值的生成物，有利的是，反应区162的热能以及生成物还可回收再利用，热能可回收用于处理装置的干燥步骤，而生成物可作为本技术内容中的催化剂以及陶瓷材料。并解决以往废弃物因高温焚烧(一般焚化炉燃烧时的温度为至少800℃)、含水量及含氧量过高，导致焚烧灰的元素结晶被破坏，以及形成许多有害物质(例如与水分或氧气反应生成的物质)，而难以再利用甚至污染环境的缺点。因此，本技术内容的处理装置以及处理方法至少针对环境保育、资源节约、以及再生资源的利用等层面，提供了有利的改良。
[0064]
尽管本技术内容已根据某些实施方式具体描述细节，其他实施方式也是可行的。因此，所附请求项的精神和范围不应限于本文所记载的实施方式。
[0065]
【符号说明】
[0066]
100:废弃物的处理装置
[0067]
112:第一破碎单元
[0068]
114:第二破碎单元
[0069]
116:粉碎单元
[0070]
120:磁选单元
[0071]
130:干燥单元
[0072]
140:存储单元
[0073]
150:旋转干燥单元
[0074]
152:投入口
[0075]
160:远红外线处理单元
[0076]
161:第一投入口
[0077]
162:反应区
[0078]
163:第二投入口
[0079]
164:排出口
[0080]
165:加热组件
[0081]
166:第一支架
[0082]
167:连通道
[0083]
168:第二支架
[0084]
170:热交换单元
[0085]
172:发电组件
[0086]
180:集合单元
[0087]
182:输出口
[0088]
190a、190b、190c、190d、190e、190f、190g、190h、190i、190j:输送单元
[0089]
200:废弃物的处理装置
[0090]
210:干燥单元
[0091]
220:粉碎单元
[0092]
230:存储单元
[0093]
240:旋转干燥单元
[0094]
242:投入口
[0095]
250:远红外线处理单元
[0096]
260:热交换单元
[0097]
262:发电组件
[0098]
270:集合单元
[0099]
272:输出口
[0100]
280a、280b、280c、280d、280e、280f、280g:输送单元。