廢熒光燈管數字化處理工藝及設備的研究

摘要：汞屬于有害物質，熒光燈管破碎后，汞會以汞蒸氣形式進入大氣，易造成水污染和土壤污染，危害人體健康。因此，廢棄后的熒光燈管被列入《國家危險廢物名錄（2025年版）》，按照危險廢物進行管理?？偨Y國內外廢熒光燈管的主要處置技術及其優缺點，在我國“無廢城市”建設和垃圾分類的背景下研發一套數字化、無害化及資源化的廢熒光燈管處理工藝及設備，保證汞達標排放，解決沈陽市乃至遼寧省當前和未來新增廢熒光燈管處置難題，具有重要的示范意義。

關鍵詞：廢熒光燈管；處理工藝；處理設備；汞蒸氣；數字化；無害化；資源化

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-00-04

Research on Digital Processing Technology and Equipment of Waste Fluorescent Lamps

LIN Haifeng， WANG Lijia， MENG Shuang

（Shenyang Lvhuan Solid Resources Comprehensive Utilization Co.， Ltd.， Shenyang 110000， China）

Abstract： Mercury is a harmful substance， after fluorescent lamps are broken， mercury will enter the atmosphere in the form of mercury vapor， which can easily cause water pollution and soil pollution， endangering human health. Therefore， discarded fluorescent lamps are included in the National Hazardous Waste List （2025 Edition） and managed as hazardous waste. This paper summarizes the main disposal technologies for waste fluorescent lamps at home and abroad， as well as their advantages and disadvantages， against the backdrop of China’s “zero-waste city” construction and garbage classification， a digital， harmless， and resourceful waste fluorescent lamp treatment process and equipment have been developed to ensure mercury emissions meet standards and solve the current and future problems of waste fluorescent lamp disposal in Shenyang city and even Liaoning province， which has important demonstration significance.

Keywords： waste fluorescent lamps; processing technology; processing equipment; mercury vapor; digitization; harmless treatment; resource utilization

熒光燈是我國日常使用的照明燈具，主要由電極、鋁蓋、玻璃管、熒光粉、汞、惰性氣體及銅導電材料組成，其發光原理是低氣壓的汞蒸氣在放電過程中釋放紫外線，玻璃內壁的熒光粉在紫外線的照射下產生可見光[1-2]。因含有有害物質汞，熒光燈管廢棄后被列入《國家危險廢物名錄（2025年版）》，屬于“HW29含汞廢物”，按照危險廢物進行管理[3]。熒光燈管廢棄后若隨意丟棄并破碎，汞會以蒸氣形式進入大氣，汞是高毒性物質，易造成水污染和土壤污染，危害人體健康[4]。在國家大力推行“無廢城市”建設和垃圾分類的背景下，廢熒光燈管作為生活垃圾中有害垃圾的典型代表，其安全處置問題不容忽視，因此研發一套操作簡單、安全可靠的廢熒光燈管處理工藝及設備勢在必行。

1 廢熒光燈管無害化處理技術

目前，國內外廢熒光燈管的處理方式主要有加硫填埋法、焚燒法和回收利用法，加硫填埋法和焚燒法均屬于傳統方法，回收利用法是基于3R原則（Reduce，減量化；Reuse，再利用；Recycle，再循環），對廢熒光燈管進行處理，達到減量化、資源化和無害化的目的，廢熒光燈管的不同處理方法如表1所示[5]。

加硫填埋法是在填埋過程中加硫，將不穩定的汞轉化為穩定的硫化汞而被固定下來，降低汞的直接危害[6]；焚燒法是將廢熒光燈管作為生活垃圾直接焚燒[7]。上述兩種方法均不能徹底解決汞污染問題，而回收利用法具有填埋法和焚燒法無可比擬的優勢，不僅可以解除汞的毒性，保護環境，而且能夠實現有價物質的回收利用，是未來技術發展的主流趨勢[8]。

如表2所示，國內外廢熒光燈管回收利用技術主要分為直接破碎技術和切端吹掃分類技術，其中直接破碎技術又分為濕法回收技術和干法回收技術[9]。切端回收技術是先將熒光燈管的燈頭金屬部分切割，用高速氣流吹出含汞的熒光粉，高溫蒸餾熒光粉并采用活性炭凈化吸收尾氣，實現汞和熒光粉的分離回收。該技術能夠實現汞、熒光粉及金屬部件的高效回收，部分熒光燈可回收組件的回收率達到99%，但成本較高[10]。

破碎回收技術是先將廢棄熒光燈管直接破碎，然后根據物質理化性質不同，使用分離設備將汞、熒光粉、玻璃和金屬進行分離回收。干法回收工藝簡單，效率高。濕法回收技術是在液體環境下進行的，汞可以水封保存，但產生含汞廢水，需要增加廢水處理設施。

考慮處理工藝、投資和實際運營情況等多方面因素，本研究采用機械破碎+濕法處理工藝路線，以廢熒光燈管為處置對象，研發制造一套處理費用較低、操作簡便、工藝安全可靠的廢熒光燈管數字化處理設備，在安全處置汞、熒光粉等有毒有害物質的前提下，盡可能實現對廢熒光燈管中質量占比較高的金屬燈頭、碎玻璃等有價物質的分類，以便綜合利用，為類似專項研究提供參考。

2 主要研究內容

本研究主要采用機械破碎+濕法處理工藝路線。破碎部分采用微負壓環境機械破碎，防止汞蒸氣擴散至周圍環境中。濕法處理部分采用兩級化學法吸收，確保汞排放濃度達標，同時配置尾氣汞含量自動檢測及自控系統，在保證汞排放濃度達標的前提下，實現數據實時監控，以達到數字化、無害化及資源化處理目的。

3 材料與方法

3.1 試驗材料

試驗所用廢熒光燈管由社會源產生，主要包括沈陽市機關事業單位、各行政區有害垃圾暫存點及社區環保屋等分類收集的廢熒光燈管。試驗累計使用784.8 kg廢熒光燈管。處理設備研發所用原材料主要包括不銹鋼型材及板材、聚丙烯儲罐、稀酸、填料、塑料管和電纜，所用儀器主要有攝像頭、稱重臺、破碎電機、超聲波發生器、隔膜計量泵、蠕動泵、篩分機、羅茨風機、板框壓濾機、pH計、氧化還原電位計、汞檢測儀等。

3.2 研究方法

3.2.1 設計階段

本研究主體內容包括處理工藝設計、機械集成設計及自控設計3部分。其中，工藝設計先行，主要分為機械破碎、汞蒸氣兩級化學吸收、出料分選和含汞廢水處理4個方面。首先，對現有分類收集的廢熒光燈管進行實地查看，必要時收集常規和特殊規格燈管樣品。同時，應收集現在市場上仍在銷售，或過去3～5年市場上大量銷售的燈管類型，確定是否與收集的樣品有差異。根據燈管的外形、構造特點設計機械破碎裝置，包括入口、破碎機、負壓氣流需求和碎片出口等。根據氣流參數，在選定化學吸收工藝的基礎上，設計尾氣噴淋吸收工藝參數。根據碎片的組成、性質，確定初級分選裝置的工藝條件，將碎玻璃與含金屬部分進行分選。最后，根據樣品試驗結果取得含汞廢水樣品，確定廢水處理工藝。

確定處理工藝和設備參數后，進行設備機械設計，采用與處理工藝相適應的材質，綜合考慮結構簡單、維修維護方便、耐久性能、制造成本等要素，設計一套處理能力為50 t/a的小型連續化處理設備。根據工藝要求，選取關鍵工藝控制點和在線監測設備，以實現對關鍵工藝參數的監控和調整，達成無害化及資源化處理目的。處理設備分為稱重模塊、破碎模塊、淋洗模塊、篩分模塊、尾氣處理模塊、漂洗模塊、廢水處理模塊、監測儀表以及自控系統。

自控設計部分，要開發防剽竊功能，采取檢修門開門報警、分級授權、訪問和導出操作記錄等控制方案，然后根據方案選取、安裝控制設備，同時進行可編程邏輯控制器程序編制。另外，要開發一套遠程訪問系統，并配套遠程通信模塊、手機端應用程序的開發，實現遠程客戶端的登錄，查看設備運行狀態和操作記錄，達成數字化管控目的。廢熒光燈管數字化處理設備如圖1所示。

3.2.2 試驗階段

試驗選用的廢熒光燈管為直管型，它是分類收集社會源廢熒光燈管的主要形態，長短粗細各異，平均質量約為100 g/支。試運行試驗人員定員2人，試驗時間為4 h/d，試驗周期連續8 d。為保證試驗結果的可靠性，試驗期間，在使用處理設備自帶汞檢測儀對設備排氣口汞排放濃度進行自動檢測的同時，委托具有相應資質的專業檢測機構對設備汞排放濃度進行檢測。

4 結果與分析

試驗期間，處理設備試運行情況穩定，試驗數據記錄如表3所示。需要注意的是，計劃試驗時間為4 h/d，受廢熒光燈管貯存容器容量及貯存廢熒光燈管數量限制，實際試驗時間有所浮動。

4.1 處理能力

試驗期間，根據稱重模塊記錄，處理設備累計處理量為784.8 kg，計算得出最大處理量為34.2 kg/h，最小處理量為22.6 kg/h。處理設備設計處理能力為50 t/a，正式投產后計劃每天運行8 h，每年運行300 d，按照試驗期間最小處理量計算，每年最少可處理54.2 t廢熒光燈管，滿足設計處理要求。處理設備進料口設置帶式傳送裝置，將人工投放的廢熒光燈管送入處理設備，試驗期間，隨著人工投放速度逐漸穩定，處理量趨于穩定。實際生產過程中，處理量可通過調整人工投放速度或帶式傳送裝置轉速改變。

4.2 出料情況

試驗期間，根據試驗人員測量結果，處理設備平均出料粒度為3.8～4.5 cm。廢熒光燈管處理后的主要產物（出料）為金屬燈頭和碎玻璃，經處理設備漂洗后屬一般固體廢物。出料區設有2個收集箱，由于金屬燈頭和碎玻璃粒度差異，經篩分機篩分后分別落入不同的收集箱，采用噸袋收集，以便綜合利用。

4.3 用電情況

試驗期間，根據用電統計結果，處理設備使用電壓380 V、頻率50 Hz的交流電源，累計用電量為79.7 kW·h，計算得出最大用電功率為2.7 kW，最小用電功率為2.5 kW。處理設備設計裝機功率為15 kW，由于試驗周期內處理量有限，所產生污水的雜質（固態物）較少，暫未啟用板框壓濾機，故用電統計不包括水處理模塊中板框壓濾機及其專用泵用電。

4.4 自控系統運行情況

試驗期間，自控系統運行正常。防剽竊功能啟用，檢修門開門報警、分級授權、訪問和導出操作記錄等控制功能運行正常，相應控制功能可通過處理設備操作屏幕進行人工設置和查看。遠程訪問功能啟用，通過手機端應用程序可實現遠程客戶端登錄，不僅可查看稱重、防剽竊等功能操作記錄及各模塊運行狀態，還可以遠程操控攝像頭（安裝于處理設備頂端）查看360°全景監控視頻，實時了解廢熒光燈管處理量、處理設備運行及人工操作等情況。

4.5 污染物排放情況

4.5.1 廢氣

廢熒光燈管經過處理設備破碎后，釋放的汞蒸氣在微負壓環境的作用下被吸入兩級化學吸收系統，經過吸收液淋洗、吸收后被凈化，最后達標排放，廢氣主要含有微量的殘余汞蒸氣。試驗期間，根據專業檢測機構出具的檢測報告，處理設備汞排放濃度最大值為0.020 μg/m3。根據處理設備排氣口自帶汞檢測儀自動檢測結果，排氣口內部汞檢測最大值為10.0 μg/m3，上述檢測結果均符合《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）的相關排放限值要求。此外，為保障人工作業安全，防止處理過程造成二次污染，處理設備內部采用獨特密封結構，外部汞檢測儀設有超標排放自動報警功能，從源頭上筑牢安全防線。

4.5.2 廢水

處理設備產生的廢水共有兩種，均來自兩級化學吸收系統，由于兩級化學吸收選用的吸收液成分不同，吸收汞蒸氣后產生的廢水成分也不同。第一級化學吸收的吸收液為稀酸，循環使用，當吸收液汞含量較高，吸收液變黏稠時，要進行化學沉汞處理，沉淀下來的汞以及存在于吸收液中的熒光粉在板框壓濾機的作用下轉移到廢渣中，壓濾產生的廢水調節酸堿度后循環利用，同步補充新吸收液，以保證處理效率。經過第一級化學吸收后，第二級化學吸收處理的汞含量較低，第二級吸收液為氧化劑，循環使用，當吸收液氧化性降低時，在線氧化還原電位計顯示數值低于標準值，需要更換吸收液。更換下來的廢吸收液屬于危險廢物，外委有資質的企業進行處置。

4.5.3 廢渣

廢渣產生于板框壓濾工序，含水率低于60%。廢渣含有汞、熒光粉等有害物質，屬于危險廢物，將由試驗承擔單位自行安全填埋處置。

5 結論

本研究成功研發一套集成連續破碎、洗滌、尾氣吸收的廢熒光燈管數字化處理工藝及設備。試驗結果表明，處理設備處理能力不低于50 t/a，自控系統完善，汞排放濃度達標，為類似設備研究提供設計思路借鑒。本研究試制的廢熒光燈管數字化處理工藝及設備填補遼寧省廢熒光燈管數字化處理領域的空白，具有重要的示范意義。設備的正式投產不僅可以解決沈陽市乃至遼寧省現存廢熒光燈管以及未來新增熒光燈管廢棄后的處置難題，為深化落實國家垃圾分類政策提供堅實可靠的基礎，還可以降低廢熒光燈管中有毒物質汞對自然環境的污染以及對人體健康的危害，從根源上減輕含汞固體廢棄物造成的生態環境問題，以實際行動踐行“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展理念。

參考文獻

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