淺析干法處置廢棄含汞熒光燈

劉曉東

（上海鈦波貿易有限責任公司，上海201206）

淺析干法處置廢棄含汞熒光燈

劉曉東

（上海鈦波貿易有限責任公司，上海201206）

熒光燈給人們帶來便利的同時，內部所含汞也污染著人們的生存環(huán)境，為控制和改善熒光燈汞污染，各國政府及企業(yè)已開展大量工作。重點分析了具有代表性的瑞典MRT公司干法處置廢棄含汞熒光燈工藝。我國作為熒光燈制造大國和使用大國，建立一個系統(tǒng)化、高標準的廢棄熒光燈回收處置體系是非常必要的。

廢棄熒光燈;汞污染;干法處置

日常使用的日光燈和節(jié)能燈都屬于熒光燈，1938年，美國通用電氣公司發(fā)明第一只熒光燈。與傳統(tǒng)白熾燈相比，熒光燈具有明顯優(yōu)勢：節(jié)能，同樣亮度比白熾燈節(jié)能70%；壽命長，是白熾燈8～10倍；更能美化家庭裝飾；熒光燈技術給顯示器行業(yè)帶來革新，當下平板電視與顯示器背光源95%以上是熒光燈。因自身優(yōu)勢，熒光燈產業(yè)在短短77年取得巨大發(fā)展，全球85%熒光燈產自中國，根據監(jiān)測數據：2013年我國熒光燈產量44億只，熒光燈產業(yè)的發(fā)展增加了中國經濟總量。

熒光燈雖具有一系列優(yōu)越性，但熒光燈內含有汞，一種有毒重金屬，汞及其化合物可通過呼吸道、皮膚或消化道等不同途徑侵入人體。熒光燈作為一種氣體放電燈，汞是其必備物料，按照我國目前熒光燈制造技術，異型燈含汞量3～5 mg，直管型燈含汞量5～10 mg。據照明協會統(tǒng)計，2011年照明行業(yè)用汞量57 t，生產和報廢過程汞揮發(fā)高達30 t，熒光燈汞污染已成為當今全球性環(huán)境問題。

1 熒光燈汞污染控制現狀

為減少環(huán)境污染，歐盟規(guī)定，從2013年起緊湊型熒光燈（小于30 W）含汞量不超過2.5 mg；美國要求緊湊型熒光燈（小于25 W）含汞量不超過4 mg；同時，瑞典、德國、日本已建立科學完善廢棄熒光燈回收處置體系；中國政府也邁出了治理熒光燈汞污染步伐[1]，2001年我國發(fā)布了危險廢物污染防治技術政策，鼓勵建立廢棄熒光燈收集體系和資金機制，鼓勵重點城市建設區(qū)域性廢棄熒光燈回收處置設施[2]；2008年我國修訂的《國家危險廢物名錄》規(guī)定廢棄熒光燈為危廢（HW29），鼓勵將工業(yè)、辦公、生活產生的廢棄熒光燈按照危險廢物進行管理[3]，2013年我國逐步降低熒光燈含汞量路線圖發(fā)布。

從廢物資源化利用考慮，眾多企業(yè)已開展大量工作，資源化技術不斷進步，一直以來廢棄熒光燈處置技術主要有濕法工藝和干法工藝。濕法工藝通過洗脫玻璃上熒光粉而回收汞，在熒光燈回收處置的早期工藝中使用較多，汞回收率高，但處置過程中容易產生二次污染，我國濕法處置項目以蘇南固廢處理有限公司為代表。干法工藝主要指通過對各種形狀熒光燈直接破碎、分離、蒸餾回收汞，隨著制燈工藝與干法處置技術的進步，干法工藝變得緊湊、操作簡單，并且有效地控制了二次污染，目前干法工藝已成為潮流，瑞典、美國、德國、日本均有各自干法工藝。

2 干法處置廢棄含汞熒光燈技術

干法處置廢棄熒光燈工藝中最具代表性的是瑞典MRT公司直接破碎、蒸餾汞工藝。MRT公司是世界上最大干法處置廢棄熒光燈設備供應商，包括中國在內的全球主要照明公司及環(huán)保公司均使用該公司干法工藝。

2.1干法處置廢棄含汞熒光燈流程

MRT干法工藝主要有破碎系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、負壓系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)5個主要系統(tǒng)構成，系統(tǒng)之間工作原理如圖1所示。

圖1 破碎、分選、負壓、過濾、蒸餾系統(tǒng)工作原理圖

2.1.1破碎系統(tǒng)

熒光燈可分成直管燈和含塑料組異型燈兩大類，是否合理地對各種燈破碎決定了后續(xù)分選是否徹底。為此工藝設計前后兩級破碎系統(tǒng)。

一級破碎，直管燈被破碎成玻璃、燈絲、燈頭三部分；異型燈被破碎成玻璃、燈絲、塑料組（含PCB、燈頭、塑料件）三部分。

二級破碎，直管燈燈頭經過此系統(tǒng)，不做破碎；異型燈塑料組過此系統(tǒng)被破碎成PCB+燈頭和塑料件兩部分。

一級是螺桿破碎，破碎玻璃；二級是齒輪破碎，破碎異型燈塑料組。兩級破碎對破碎效果是有特定要求的，各種燈經過一級螺桿破碎后，碎玻璃必須似圓形且直徑1.5 cm左右，為此設計螺紋間距17 cm、螺桿總長度320 cm、轉速度30 r/min。

2.1.2分選系統(tǒng)

兩級破碎使燈各組成部分互相脫離，繼而為分選各組成部分創(chuàng)造條件。工藝設計有以下3個分選系統(tǒng)。

（1）滾筒篩選。直管燈經一級破碎而脫離的玻璃、燈絲、燈頭經過滾筒將被分成玻璃與燈絲路徑、燈頭路徑；異型燈經一級破碎而脫離的玻璃、燈絲、塑料組經過滾筒將被分成玻璃與燈絲路徑、塑料組路徑。

（2）磁分選一。任何燈經滾筒后總有一條玻璃與燈絲路徑，根據燈絲磁性特點，對此路徑設計磁分選一，分選出燈絲并剩下純凈玻璃。

（3）磁分選二。經過二級破碎的直管燈燈頭被磁分選二選出；異型燈塑料組經二級破碎產生PCB+燈頭和塑料件兩部分，過磁分選二PCB+燈頭被分選出，并剩下純凈塑料件。

滾筒篩選是磁分選的前提，而滾筒又是滾筒篩選的核心器件，為徹底將玻璃與燈絲篩出，使第二路徑組成部分純凈，根據破碎玻璃形狀、大小，整個滾筒側面設計開孔結構，圓形（直徑2 cm），孔間距2.5 cm，轉速度25 r/min。

2.1.3負壓系統(tǒng)

任何工藝最終目的是要回收汞，那么干法工藝在哪個環(huán)節(jié)有效回收汞呢？

熒光燈玻璃內壁涂有一層白色層，按現在工藝此層為稀土熒光粉；作為氣體放電燈，熒光燈內必定含定量液汞或固汞：部分汞附在熒光粉上，部分汞自由態(tài)存在；熒光粉在玻璃管破碎瞬間或者碎玻璃摩擦過程中，會從玻璃上脫落。所以在破碎及篩選過程中，會產生熒光粉、碎玻璃粉和自由態(tài)汞。

干法工藝設計有負壓通道，通道直接連接破碎和分選系統(tǒng)，在通道內一定負壓前提下，破碎及分選過程一旦產生熒光粉、碎玻璃粉和自由態(tài)汞，它們將被負壓吸走。負壓通道是回收破碎分選過程粉塵及汞的關鍵，需要合理設計氣流方向和各點負壓值，通常為圓形通道（直徑10 cm）負壓值在-2 000～-5 000 Pa。

2.1.4過濾系統(tǒng)

設備工作過程負壓通道內持續(xù)流動著熒光粉、玻璃粉及自由態(tài)汞混合粉，考慮到熒光粉再利用價值，通道內設計兩個過濾系統(tǒng)：旋風過濾和布袋過濾。因為熒光粉和玻璃粉比重有差別，混合粉通過前級旋風過濾玻璃粉首先被沉降、收集，然后熒光粉在后級布袋過濾被吸附、收集。經測試，旋風過濾收集粉95%是玻璃粉，布袋過濾收集粉95%是熒光粉。

“負壓系統(tǒng)”中提到，汞依附在熒光粉和自由態(tài)上存在，經測試搜集粉含汞量可推斷，混合粉被前后過濾、搜集的同時，汞也被搜集摻和在兩種粉中，兩種粉塵中含汞多少取決于燈已照明時間長短和含液汞或固汞。

為高純度并徹底搜集玻璃粉及熒光粉，過濾器設計是關鍵，比如過濾熒光粉選擇32只布袋過濾，每只布袋過濾面積5 m2，濾袋長135 cm。

2.1.5蒸餾系統(tǒng)

汞最后如何被分離出來？汞在常溫、常壓下以液態(tài)存在，沸點356.6℃；而熒光粉和玻璃粉開始熔化溫度至少600℃以上，氣化溫度更高。根據這一特性，MRT公司針對含汞混合物蒸餾系統(tǒng)，以及不同含汞物質特性，蒸餾系統(tǒng)有對應溫度曲線；同時為加快汞揮發(fā)，蒸餾系統(tǒng)內設計震蕩壓力氮氣循環(huán)。比如蒸餾系統(tǒng)內熒光粉或者玻璃粉選擇溫度曲線：最高溫度550℃、總共12 h，設置震蕩壓力50～595 mbar，氮氣循環(huán)可將汞蒸餾出來（如圖2），蒸餾出的汞蒸氣進入一個-6℃環(huán)境轉化成液態(tài)單質汞被收集，被蒸餾過的熒光粉可二次利用。

圖2 蒸餾系統(tǒng)內氮氣壓力、蒸餾溫度曲線參考

2.2系統(tǒng)二次污染控制

2.2.1我國控制二次污染法規(guī)

廢棄熒光燈作為一種危險廢物，對于處置設備的評估既要求能夠將熒光燈合理資源化，更重要的是處置過程不能產生二次污染。我國對于廢棄熒光燈處置工藝有明確標準[4]：衡量產出物的危險廢物鑒別標準GB 5085.3—2007[5]；監(jiān)測工作環(huán)境的職業(yè)衛(wèi)生標準GBZ2.1—2007[6]；監(jiān)測設備大氣排放的大氣污染物綜合排放標準GB16297—1996，從多方面對處置工藝逐一做出衡量。例，國內某干法處置項目環(huán)評數據，產出物浸出液測試含汞標準上限是0.1 mg/L，實際生產中玻璃含汞量是0.001 44 mg/L，燈絲含汞量是0.001 84 mg/L，燈頭含汞量是0.004 4 mg/L，蒸餾后熒光粉含汞量是0.000 21 mg/L；工作環(huán)境含汞及汞化合物標準上限：PC-TWA是0.02 mg/m3，PC-STEL是0.04 mg/m3，實際生產車間：PC-TWA是0.001 mg/m3，PC-STEL是0.003 mg/m3；大氣排放中汞及汞化合物標準上限是0.012 mg/m3，實際排放尾氣中含汞量是0.001 3 mg/m3。比對上述數據發(fā)現，各含汞量數據遠遠安全于對應標準的上限值，干法工藝作為一種處置危廢熒光燈的工藝，各項要求只有在設計時高于標準，才能確保實際運行中對二次污染的有效和長期控制。

2.2.2干法工藝控制二次污染設計

（1）為減少汞蒸氣散發(fā)到工作環(huán)境的可能性，干法工藝通過確保處置設備與裝載熒光燈容器過程中密閉性來實現。裝載熒光燈容器從收集燈管現場關閉到容器準備上設備卸料，整個中間過程無需任何打開動作，裝載容器和設備上料容器是同一個；而且為避免容器在卸料過程中汞蒸氣散出，設備提升容器、開啟容器、卸料、關閉容器與放下容器均是自行完成且過程密閉。通過上述操作流程，工藝避免了汞蒸氣在破碎前及破碎過程散出來的可能性。

（2）系統(tǒng)設計兩道載銀活性炭過濾來凈化尾氣中可能的汞蒸氣。負壓通道內持續(xù)流動著含有自由態(tài)汞的混合粉，因汞的特性在常溫下可蒸發(fā)成汞蒸氣，所以總有極少量汞蒸氣隨氣流透過過濾布袋，據推算蒸氣汞占汞總量百分之一以下。設備為控制汞蒸氣隨尾氣一同排入大氣，在布袋過濾后設計兩道載銀活性炭過濾，確保尾氣達標。

（3）負壓通道合理負壓前提下，熒光燈所含汞隨兩種粉被吸入負壓通道，確保各種產出物含汞量達標。曾擔心玻璃、燈絲等，通過篩選、磁分選到最后搜集，每種物料含汞是否超標？試驗發(fā)現負壓通道負壓值在-2 000～-5 000 Pa，自由態(tài)汞和熒光粉將被吸入負壓通道；同時對玻璃、燈絲等產出物含汞量測試，證實含汞達標，這也是產出物可以直接市場銷售必要前提。

2.3干法處置工藝中的幾個問題

整個工藝流程沒有水或任何溶液的參與，緊扣了干法的設計理念；屬于危廢的熒光燈經過破碎、分選、過濾到最后的汞蒸餾，成為市場上可直接銷售的多種原料，詮釋了廢物資源化的含義，整個過程沒有產生二次污染。

結合實際干法處置項目運行經驗，工藝需要改進以下方面。

（1）塑料組經第二級破碎后的組分經分選，最后的PCB和燈頭是在一起被磁分選出，是否可以通過技術手段將PCB和燈頭分開。

（2）通過對干濕工藝產出物料含汞量測試比對，如玻璃，濕法工藝要更少于干法工藝。

（3）干法工藝為凈化尾氣中混有少量汞蒸氣，使用了載銀活性炭過濾，且目前此處活性炭均不可重復使用，雖然在MRT設備中，載銀活性炭效用為2年更換一次，但在設備壽命周期中需要考慮定期更換，且回收處置。工程師們曾考慮可重復使用活性炭，但由于3～5倍的高成本而望而卻步。

（4）目前歐美干法工藝較成熟，國內引進一條干法處置廢棄熒光燈線，但綜合成本達到上千萬元。

3 我國處置廢棄熒光燈企業(yè)業(yè)的發(fā)展現狀

我國有13億人口，據估算，到2020年熒光燈需求量可達25億只，所以無論從熒光燈制造大國還是使用大國考量，全國各地擁有科學、完善、高效運行廢棄熒光燈處置資源化系統(tǒng)是必要的，我國已經開始廢棄熒光燈回收處置工作。目前，北京、上海、江蘇、浙江、廣州等已開始建立廢棄熒光燈處置資源化中心，比如照明企業(yè)PHILIPS、OSRAM、GE、亞明、雷士、TOPSTAR均建立了干法處置廢棄熒光燈中心，對各企業(yè)每天產生的1～2 t廢棄熒光燈資源化處置。

中國某熒光燈制造基地，自2005年以來，熒光燈產量占我國總產量的三分之一。熒光燈產業(yè)給當地創(chuàng)造巨大經濟總量的同時，因大量廢棄熒光燈所含汞揮發(fā)、流失于環(huán)境，給當地土壤和水資源造成嚴重污染，據不完全統(tǒng)計，自2005年，當地每年廢棄熒光燈總量3 000 t以上。面對嚴峻環(huán)境問題，由政府牽頭、聯合當地規(guī)模企業(yè)共同投資2 800萬元建立了服務于當地照明企業(yè)的干法處置資源化廢棄熒光燈中心，形成年可處置3 000 t含汞廢棄熒光燈規(guī)模。通過3年努力，中心從開始籌建到2014年，處置量達2 800 t，危廢的熒光燈直接轉化成可使用原材料，直接創(chuàng)造經濟價值600萬元，且換來了土壤和水環(huán)境的改善。

近年來各地大型環(huán)保企業(yè)也紛紛加入治理廢棄含汞熒光燈大軍，如深圳龍善集團、上海電子廢棄物交投中心、江蘇蘇南固廢處理有限公司、北京生態(tài)島科技有限責任公司，均建立了熒光燈回收處置線，除蘇南固廢處理有限公司采用濕法工藝外，其余均采用干法工藝。各地照明企業(yè)、國家機關及企事業(yè)單位、機場、車站、商場、運動場館等都是集中產生廢棄熒光燈的地方，借助社會力量進行廢棄熒光燈知識宣傳，回收總量逐年遞增，2014年各自處置量在幾百噸到一兩千噸不等。

[1]危險廢物污染防治技術政策[R].環(huán)發(fā)[2001]199號.

[2]國家危險廢物名錄[S]，2008.

[3]中國逐步降低熒光燈含汞量路線圖[S]，2013.

[4]GB 5085.3-2007.危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別[S].

[5]GBZ 2.1-2007.中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標準[S].

[6]GB16297-1996.大氣污染物綜合排放標準[S].

Analysis of dry disposal technology for waste fluorescent lamp containing mercury

LIU Xiaodong
（Techimport Int'l LLC,Shanghai 201206,China）

Fluorescent lamp brings convenience,at the same time the mercury contained pollutes the living environment.In order to control mercury pollution of fluorescent lamp,many countries and enterprises have done a lot of work.This paper focused on Sweden MRT company dry disposal technology that is representative for disposing waste fluorescent lamp containing mercury.As a main country of fluorescent lamp manufacture and consumption,China is now building systematic and high standard system for recycling and disposing waste fluorescent lamp.

waste fluorescent lamp,mercury pollution,dry disposal

X705

A

1674-0912（2015）04-0035-04

2015-03-02）

劉曉東（1978-），男，江蘇人，學士，工程師，專業(yè)方向：廢棄電器、電子產品資源化處置工藝。