（工程热物理专业论文）典型医疗废物组分的热解及气化特性研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 医疗废物是头号危险废物，随着近年来医疗技术的快速发展及一次性医疗用 品的普及，医疗废物不断的增加，已经成为医疗感染和社会环境的公害源。现世 界各国都在积极寻求有效的医疗废物处理技术。焚烧技术虽可实现医疗废物的减 容、减量、高温灭菌，但它在处理过程中容易造成二次污染。而热解、气化技术 不仪具有以上焚烧的优点，还能节约能源，易于控n - 次污染的产生而被认为是 一种新型、有效的处理技术。现各种医疗废物的处理技术与设备层出不穷，但大 多是借鉴生活垃圾的处理设备进行改造，对医疗废物处理的基础研究甚少。 本文依托国家自然科学基金项目( n o 5 0 2 7 6 0 5 5 ) ，展开了医疗废物有机组分 热解、气化特性的基础研究，为进一步的深入研究奠定基础，同时为医疗废物回 转窑炉的设计提供一定的实验依据。 第一部分，首先，根据我国医疗废物的特性，分析和比较各热处理设备的特 点，认为回转窑二段焚烧系统非常适合处理医疗废物。其次，分析了回转窑内物 料的运动特性及各影响因素，及回转窑的传热机理和热主要传输途径。 第二部分，采用热天平研究了医疗废物中的典型有机组分的热解气化动力学 特性，得出八种有机质组分的热解气化失重特性，以及动力学参数；并分析了升 温速率、气氛等对各组分的失重特性影响。在动力学特性的研究基础上，建立了 表观多步热解气化反应模型。本文还从医疗废物总体出发，建立了多组分模型， 解决了以往对混合性废物热解气化模拟的难点。 第三部分，在外热式回转窑实验台上，对医疗废物中的三类有机质( 纤维、 脂肪、高分子) 四种组分进行热解实验研究。分析了对热解产物分布，热解过程 以及产气特性的各种影响因素。热解终温的升高有利于有机质中挥发分的析出， 使热解气产率增加，焦油与残炭产率减少，而水分含量的增加会影响这一变化规 律；另外热解气成分中的烃类组分含量随热解终温升高而增加。 第四部分，对四种组分在回转窑上进行气化实验研究。发现气化反应中，各 组分的热解特性随气化温度升高而变化不一，并分析了出现各变化的影响因素。 另外，本文还对热解与气化两种反应模式进行比较，认为在回转窑反应器中，采 用哪种反应模式对物料的热裂解过程各方面影响不大。 关键词：医疗废物、热解、气化、回转窑、动力学 塑坚奎堂堕圭兰些丝壅 一一 a b s t r a c t m e d i c a lw a s t ei sc o n s i d e r e d a st h en o 1h a z a r d o u sw a s t e ，a c c o r d i n gt ot h e n a t i o n a lh a z a r d o u sw a s t e sl i s t m o r ea n dm o r em e d i c a lw a s t ea r eg e n e r a t e dd u et o t h ed e v e l o p m e n to fm o d e mm e d i c a ls c i e n c e ，a n db e c o m eas o u r c eo fs p r e a d i n g d i s e a s e s n o ws c i e n t i s t st h r o u g h o u tt h ew o r l da r ee n g a g i n gi ns e e k i n g e f f e c t i v e m e d i c a lw a s t eh a n d l i n gm e t h o d s a l t h o u g hi n c i n e r a t i o nc a nr e d u c et h ev o l u m ea n d w e i g h to f m e d i c a lw a s t e ，a n dc a l ls t e r i l i z ei tw i t hh i 【g ht e m p e r a t u r e ，i ti sv e r ye a s yt o c a u s eas e c o n dp o l l u t i o nd u r i n gt r e a t m e n t p y r o l y s i s g a s i f i c a t i o nt e c h n o l o g yn o to n l y h a st h ea d v a n t a g e sm e n t i o n e da b o v eb u ta l s oc a ns a v ee n e r g y ，a n dm u c he a s i e rt o c o n t r o lt h eg e n e r a t i o no fs e c o n dp o l l u t i o n ，w h i c hi sr e g a r d e da sa ne f f e c t i v en e w t r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h e r ea r eal o to ft e c h n o l o g i e sa n de q u i p m e n t sf o rm e d i c a l w a s t et r e a t m e n t ，b u tm o s to ft h e mc o m ef r o mt h em u n i c i p a ls o l i dw a s t et r e a t m e n t f o u n d a t i o n a lr e a c ho nm e d i c a lw a s t eh a sr a r e l yb e e nc a r r i e do u t t h i sp a p e rr e l i e so nn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o nn o 5 0 2 7 6 0 5 5a n d c a r r i e do u tt h ef o u n d a t i o n a lr e s e a r c ho nm e d i c a lw a s t e sp y r o l y s i sa n dg a s i f i c a t i o n ， w h i c hc a ns e tu paf o u n d a t i o nf o rf n r t h e rr e s e a r c ha n do f f e rs o m ee x p e r i m e n t a ld a t a f o rr o t a r yk i l nd e s i g n i n g p a r ti ，f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo fd o m e s t i cm e d i c a lw a s t e ，d i f f e r e n tt y p e s o ft h e r m a lt r e a t m e n te q u i p m e n t sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ，a n df o u n do u tt h a t t w o c h a m b e rr o t a r yk i l ni n c i n e r a t i o ns y s t e mi sv e r ys u i t a b l e f o rm e d i c a lw a s t e t r e a t m e n t s e c o n d l y , w h i l et h em o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fm a t e r i a l si nr o t a r yk i l n a n di t se f f e c tf a c t o rw e r er e s e a r c h e d t h ep a t h sa n dm e c h a n i s m so fb e a tt r a n s f e ri 1 1 r o t a r yk i l n w e r ea n a l y z e d p a r ti i t y p i c a lo r g a n i cc o m p o n e n t s k i n e t i c sc h a r a c t e r i s t i c s o fp y r o l y s i sa n d g a s i f i c a t i o nw a ss t u d i e db yt h e r m o g r a v i m e t e r , a n d s e v e no r g a n i cc o m p o n e n t s w e i g h t l o s sp r o p e r t i e sa n dd y n a m i c sp a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e d e f f e c to ft e m p e r a t u r er i s i n g r a t ea n da t m o s p h e r et oe a c hc o m p o n e n t sw e i g h tl o s sp r o p e r t yw a sa n a l y z e d b a s e d o nt h e d y n a m i c sp r o p e r t y r e s e a r c h r e s u l t s ， a n a p p a r e n tm u l t i s t e p p y r o l y s i s g a s i f i c a t i o n r e a c t i o nm o d a lw a se s t a b l i s h e d t h i sp a p e ra l s os e t u p a m u l t i c o m p o n e n t m o d e lb a s e do nt h ew h o l em e d i c a lw a s t e ，w h i c hs o l v e dt h ed i f f i c u l t y o fs i m u l a t i n gm i x e dw a s t e s p y r o l y s i sa n dg a s i f i c a t i o np r o c e s s p a r t i i i ，p y r o l y s i se x p e r i m e n t s o ff o u r c o m p o n e n t s o ft h r e e o r g a n i c s ( f i b e r ， f a t t i n e s sa n dm a c r o m o l e c u l e ) w e r ec a r r i e do u to na ne x t e r n a l h e a t i n gr o t a r yk i l n d i f i e r e n ta f f e c tf a c t o r so fd i s t r i b u t i n go fp y r o l y s i so u t c o m e s ，p y r o l y s i sp r o c e s sa n d i i 浙江大学硕士学位论文 p r o p e r t yo fg a sp r o d u c i n gw e r ea n a l y z e d t h er i s i n go ff i n a lp y r o l y s i st e m p e r a t u r e f a v o r st h ep r o d u c t i o no fv o l a t i l ei no r g a n i c s ，i n c r e a s e sp y r o l y s i sg a sp r o d u c t i o nr a t e a n dd e c r e a s e st a r & c h a r p r o d u c t i o nr a t ew h i l et h er i s i n go f w a t e rc o n t e n tw i l la f f e c t t h i sr u l ep r o d u c t i o no fh y d r o c a r b o ni np y r o l y s i sg a si n c r e a s e sw h i l ef i n a lp y r o l y s i s t e m p e r a t u r e r i s e s p a r ti v , g a s i f i c a t i o ne x p e r i m e n t so ff o u rc o m p o n e n t si nr o t a r yk i l nw e r es t u d i e d i tc a r r i eo u tt h a t p y r o l y s i sp r o p e r t i e s o fe a c h c o m p o n e n t w e r ed i f f e r e n tw h i l e g a s i f i c a t i o nt e m p e r a t u r er i s e s c o e f f i c i e n t s o ft h e s e c h a n g e sw e r ea n a l y z e d i n a d d i t i o n ，r e a c t i o nt y p eo fp y r o l y s i sa n dg a s i f i c a t i o nw a sc o m p a r e di nt h i sp a p e ra n d f o u n do u tt h a tu s i n gw h i c hr e a c t i o nt y p eh a dl i t t l ea f f e c t i o no nt h ep y r o l y s i sp r o c e s s i nr o t a r yk i l n k e y w o r d s ：m e d i c a lw a s t e ，i y r o l y s i s ，g a s i f i c a t i o n ，r o t a r yk i l n ， k i n e t i c s u i 学号 砷lp 8 ) ) ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得堂望盘茎或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名么1 签字嗍砂蛑月，；曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸婆盘茔有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权澎垄盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 签字日期：7 一中年，月 导师签名 签字日期 篡曷臻端 通讯地址：陬 名、艺夕试肇鲂斥1 秒哆 雠 小- 中年乙月j 电话： 邮编： 1吖日 寥锣7 浙江大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 随着人们医疗卫生意识的提高、医学科学的快速发展及一次性医疗用品的普 及，医疗废物不断的增加，医疗废物已经成为医院感染和社会环境公害源，引起 各国政府的普遍重视【1 l o 】。特别是2 0 0 3 年初非典型肺炎( s a r s ) 在我国的暴 发之后，更是让人们、政府深切的感受到对医疗废物无害化处理的紧迫性。据统 计2 0 0 0 年，全国共有医疗卫生机构3 2 4 ，7 7 1 个，病床3 1 7 7 万张，年诊疗人数 2 1 2 3 亿人次】，产生医疗废物1 0 0 万吨左右，并且医疗废物的产量以每年3 6 的速度递增。 医疗废物是头号危险废物 1 2 1 ，含有大量细菌、病毒，得不到严格的管理和 科学的处置，极易对人们的身体健康和社会环境造成危害。世界各国都制定各类 相应法规加强对医疗废物的管理和处置。联合国环境署1 9 9 8 年制定了控制危 险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约；美国早在1 9 8 8 年就颁布了医疗废物追 踪监督法( m w t a ) ；日本也于1 9 8 9 年提出了医疗废物处理方针，1 9 9 1 年又制 订了医疗废物处理及清扫法规。在我国已把医疗废弃物定为头号危险废物，并颁 布了危险废弃物污染防治技术政策、医疗垃圾焚烧环境卫生标准、医疗废 物管理条例等多部相关法规、标准来加强对医疗废弃物的管理，促进医疗废弃 物无害化处置的进程，并且我国现各类处理技术与设备竞相涌现 1 3 1 6 】。 1 2 医疗废物的定义及分类 1 2 1 医疗废物的定义【9 ，1 2 ，1 7 - 2 1 医疗废物( m e d i c a lw a s t e ) 是固体废物( s o l i dw a s t e ) 中的一种，主要是指 在诊所、医院等医疗机构产生的固体废物和人体或动物产生的排泄、免疫产物， 以及在相关医学研究和生物实验室中产生的废弃物品。 现对医疗废物的还没有一个国际公认的定义标准。主要有以下几种定义。 1 9 8 9 年联合国环境署制定的控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公 约，将“从医院、医疗中心和诊所的医疗服务中产生的临床废物”列为“应加 控制的废物类别”中y 1 组，其危险特性等级为6 2 级，属传染性物质。 美国环境保护署e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a g e n c y ( e p a ) 把医院出来的废物 浙江大学硕士学位论文 分为普通废物( g e n e r a lt r a s h ) 、法定医疗废物或传染性医疗废物( r e g u l a t e d m e d i c a lw a s t e ) 、危险医疗废物( h a z a r d o u sw a s t e ) 和低辐射废物( l o w 1 e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e ) 。普通废弃物( g r ) 是指在医疗单位内收集到的，没有受到过 病菌感染的一般性的生活废弃物，与生活垃圾没有本质的区别。可以与生活垃圾 一起收集、运输和处置。传染性医疗废物( r m w ) 是指那些e p a 医疗废物跟踪 法案( m w l l a ) 所限定的必须受到严密收集、处置的传染性废物，主要可分为七 大类，也就是人们平时所认识的“医疗废物”。危险医疗废物( h w ) 是指从医 疗单位产生的各类有毒，有害的化学试剂、废药物、药品。低辐射废物( l r w ) 是在化疗、放射性疗法中产生的或在医学实验研究中产生的放射性废物，应与其 它废物严格区分收集，由专门的处置机构统一收集、处置。 在我国对医疗废物的收集处置较晚，人们对医疗废物的概念模糊，甚至医疗 单位的医务人员也不是特别清楚。经过多年努力，我国制定了多部法规、标准对 医疗废物进行了定义。 在我国根据国家环保局、国家经贸委、对外贸易经济合作部、公安部联合颁 布的白1 9 9 8 年7 月1 日起实行的国家危险废物名录规定，医疗垃圾包括医 院临床废物和废药物、废药品两大类： 1 t i 0 1 医院临床废物从医院、医疗中心和诊所的医疗服务中产生的临床废 物，包括： 手术、包扎残余物 生物培养、动物试验残余物 化验检查残余物 传染性废物 废水处理污泥 2 h w 0 3 废药物、废药品过期、报废的无标签的及多种混杂的药物、药品( 不 包括h w 0 1 ，h w 0 2 类中的废药品) ，包括： 生产中产生的报废药品( 包括药品废原料和中间体反应物) 使用单位( 科研、监测、学校、医疗单位、化验室等) 积压或报废的药品 ( 物) 经营部门过期的报废药品( 物) 注：h w 0 2 是指从医用药品的生产制作过程中产生的废物，包括兽药产品( 不包含中药类废 物) 。 如2 0 0 3 年试行的医疗废物焚烧炉技术要求( g b l 9 1 2 8 2 0 0 3 ) 中，医疗废 2 浙江夫学硕士学位论文 物是指医院、卫生防疫单位、病员疗养院、医学研究单位等产生的感染性废物， 主要包括七大类： 、 临床感染性废物，包括病人手术或尸解后的废物( 如组织、受污染材料和仪 器等) 以及被血液或人体体液污染的废医疗材料、废医疗仪器以及其它废物( 如 废敷料、废医用手套、废注注射器、废输血器等) ； 医院血透析产生的废物( 如废弃的设备、试管、过滤器、围裙、手套等) ； 临床、教学、研究等医学活动中产生的含有菌落及病原株培养液和保菌液的 废弃物以及感染的动物尸体； 传染病房产生的所有废物( 如排泄物、废敷料、生活垃圾以及病人接触过的 任何其他废设备、废材料) ； 医院产生的废弃锋利物，包括废针头、废皮下注射针、废解剖刀、废手术刀、 废输液器、废手术锯、碎玻璃等； 医院废水处理产生的污泥； 过期的药物性和化学性废物； 1 2 2 医疗废物的分类 医疗废物是一种在医疗诊断过程中产生的废弃物品，因不同的诊断部门或医 疗单位会产生截然不同的废弃物，其成分非常复杂。美国的医疗废物追踪监督法 ( m w l a ) 2 2 把须跟踪与控制的传染性医疗废物分为七大类： 表i i 美国m w a t 分类表 废物分类组成 1 、培养物、繁从医疗、生物实验室产生的培养、繁殖物，生物质废物， 殖物被丢弃的各类疫苗及承载培、放置养繁殖物的各类器皿和设 施； 包括在医疗或解剖时产生的人体组织、器官、肢体及体 2 、病理废物 液，各种体液标本及其它秆1 的承载容器； 3 、人体血液及人体血液、血的产物、沾血物品、在治疗或研究中沾有 相关产物血产物( 血清、血浆等) 物品及血袋； 皮下注射针头、注射器、吸液管、解剖刀片、各类医疗 4 、锐器 中被感染的玻璃器皿； 5 、动物废物 动物尸体，肢体、在动物实验、治疗过程中产生的缚料； 生物废品、被传染性病人或动物的血液、排泻物、分泌 6 、隔离废物 物感染的物品 7 、报费锐器 注射针头、缝合针头、注射器、解剖刀 浙江大学硕士学位论文 我国以北京市为例，根据1 9 9 6 年以来对北京市医疗单位所产生废物的调查 按照国家危险废物名录将医疗废物的组成分为以下1 0 类 i 2 ，2 3 表1 2 北京市医疗垃圾分类表 编号分类组成 i 一次性 包括一次性使用的注射器、输液器、输液管、引流管、导流 塑料用品管、试管、手套、床垫等塑料用品； 2 一次性包括一次性使用的标本盒( 如便盒、痰盒) 、口杯、口罩、帽 纸用品子、纸巾、纸单、妇科和儿科用品等纸用品i 3一次性 包括一次性使用的乳胶手套、乳胶管等橡胶用品： 橡胶用品 4 化验室废物包括废培养基、废溶剂、废酸碱、废药液、废检验样品等： 5 各种 包括妇科手术、人工流产、外科手术中产生的人体组织残物、 手术污物 污血、沾污棉纱、沾污床垫和布单等术后污物； 6动物 在医学研究和试验过程中产生的试验动物尸体和试验动物器 试验标本 官： 7 废水处理医院废水处理设施产生的污泥； 污泥 8 敷料 在门诊、临床、病房、试验室、化验室产生的废棉签、绷带、 纱布等废物； 9过期废药品 药房产生的过期或失效的废西药片剂、针剂、粉剂、油膏等： l o一次性 门诊、病房在医疗活动中使用的各种一次性检查器具等。 检查器 通过对北京市1 9 9 6 年医院废物的组成成分分析，得出它们之间的比例如下 图1 1 北京市医疗垃圾组成比例 从图中可以看出，在各类废物中，各科室手术污物最多，占总产生量的 4 渐江大学硕士学位论文 2 5 2 3 ，其次是废水处理污泥、一次性纸用品和次性塑料用品，此四项占到总 产生量7 38 3 。 1 3 医疗废物的危害 医疗垃圾含大肠杆菌、沙门氏菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌、乙肝表面抗原等有 害细菌和病毒，细菌总数( 8 6 1 3 1 4 0 0 ) x 1 0 4 个c m 3 ，是种有害废弃物，严重污 染环境 3 ，2 4 。从生物致病性危险来看，人体接触污染的医疗垃圾后，有可能感 染下述疾病： 病毒性疾病( 包括乙型肝炎、非甲非乙型肝炎、艾滋病、成人t 细胞自血病、 疱疹病毒感染症、巨细胞病毒感染症、风疹、c r e u t z f e l d j a c o b 病等) ，细菌性感 染( 包括结核、非典型抗酸菌症、梅毒等) ，衣原体，立克次体，及其他疾病。 医疗垃圾对于人们的危害是多方面的。1 9 8 8 年有报道称美国沿缅因到佛罗里 达到东海岸、西海岸、大西洋和海湾地区海滩上有被海水冲上岸的医疗卫生废品， 造成了大量海滩的关闭和这些地区的旅游收入剧减。1 9 8 9 年臼本的三重县医院 职工及清洁工人发生被患者污染过的针头刺伤而感染乙型肝炎的事故。在1 9 8 9 年，美国曾报道有2 0 人被锐利器械损伤而感染上艾滋病 2 5 2 6 。 在国内，医疗垃圾的危害更是不容忽视。吉林市江北地区曾因医疗垃圾处理 不当导致水源污染，引起伤寒流行，4 0 0 人发病，5 人死亡；抚顺市结核病院曾 因医院污水污染水源，使附近居民中3 0 0 多人患结核病。而1 9 8 6 年上海爆发的 甲型肝炎，据国家环保局监测司的位专家曾证实，这是由于食用了医院带病毒 污水污染的毛蚶引起的c 2 7 。 另外，医疗垃圾流入市场的例子也是屡见不鲜，浙江省东阳市夏宅村非法收 购、加工、销售废弃的一次性注射器、输液( 血) 器等医疗用品长达1 0 年历史， 盲至2 0 0 0 年7 月在新闻媒体曝光后才被查处。此后，浙江的宁波镇海区、温州 的瓯海区、台州的玉环县等地也相继查获类似案件 2 8 2 9 。 因此，无论从环境保护角度，还是从大众健康角度来讲，实行医疗垃圾无害 化处理势在必行。 1 4 医疗废物的处理现状 i 4 1 国外医疗废物处理现状 9 ，2 0 ，3 0 从二十世纪六十年代，欧美等发过国家已意识到医疗废物对环境的严重危害 性，卫生环保专家从各方面开始对其无害化处置的研究。1 9 8 6 年美国e p a 提出 浙江大学硕士学位论文 了有关感染性废弃物处理的方针；1 9 8 8 年1 1 月医疗废物追踪条件( m w t a ) 开 始成为法律：日本于1 9 8 9 年也提出医疗废弃物处理方针的通知，1 9 9 1 年制订了医 疗废物处理及清扫法规，通过法制对医疗机构排出的感染性废弃物进行管理。芬 兰首都赫尔辛基市政府1 9 9 3 年决定制订1 9 9 7 2 0 0 1 年垃圾政策大纲。经过数十 年的实践与跟踪调查，西方国家医疗废物无害化处置已经形成一套完整的方法、 标准和规范，很多地方值得我国的借鉴。 1 4 2 国内医疗废物处理现状 3 1 3 7 目前国内医疗垃圾年产量已经接近1 0 0 万吨，而目前只有l o 左右得到了合 理的处理，9 0 左右的医疗垃圾没有科学处理，甚至没有处理。我国几大城市医 疗垃圾的数量已经十分庞大了，下表给出了几个大城市医疗垃圾的产生状况： 表1 3 我国各大城市医疗垃圾产生现状 城市县级以上医院病床数( 张)门诊人数( 万医疗垃圾日产 ( 个)人)量( 吨天) l北京4 5 87 1 2 4 54 5 7 62 64 0 天津1 2 9 3 1 0 3 71 6 2 2 2 4 1 7 上海1 9 85 6 7 0 47 1 0 8 4 83 3 杭州 9 31 5 5 3 06 8 2 7 3 51 4 哈尔滨 4 9 43 2 0 0 01 5 5 3 03 0 沈阳2 7 0 3 0 5 8 75 1 5 3 6 22 0 注：以上数据来自各地统计局，垃圾日产量按照门诊3 0 人次，1 公斤，0 5 公斤，( 床天，计算 由上表可以看出，各大城市的医疗垃圾日产量都在1 0 吨以上，为我们这个 示范性工程的容量设计提供了依据。 目前，这几大城市都已经开始积极寻找医疗垃圾处理的出路。但是，其它大 部分城市的医疗垃圾仍是由医院自建焚烧炉进行焚烧的。这些医用焚烧炉都是小 型焚烧炉，无二次燃烧室，炉温低，排气高度不够，无监控装置和应急处理装置， 无显示和记录焚烧过程、燃烧室温度和炉膛压力的仪器，无尾气净化装置，排放 的尾气中含有二嗯英，对空气造成二次污染。同时许多医院位于人口密集的市区， 焚烧时产生的气体给周围的居民生活产生了很大影响。 更有甚者，有些地区将医疗垃圾和生活垃圾混在一起处理，造成大量有害病 菌流入环境中，危害公众健康。据福州市环卫局的统计数据表明，按医疗垃圾 焚烧设备技术要求( c j t 3 0 8 3 ，1 9 9 9 ) 和危险废弃物焚烧污染控制标准 fg w k 2 。1 9 9 9 ) 来衡量，该市目前尚无完全达到控制标准的医疗垃圾焚烧设备。 总之，我国医疗垃圾总体处置率低( 1 0 左右) ，整体处理水平不高，现有处 理技术和设备尚不能达到环保要求。 6 浙江大学顾 学化论义 1 5 医疗废物处置技术 9 ，a 弘4 5 1 5 1 机械处置法 机械处置法足利用机械设备使医疗废弃物仵各种机械力的作剧下毁型、破 碑，形成混俞均匀、便于处理的废弃物。通常情况下，将固体医疗废弃物放置到 一个密闭的容器- h 用物理方式将其破碎成其它处理方法所要求的小颗粒物质。 容器内保持负压，以更好的防i 卜污染物的外逸。其设备有切碎机、粉碎机、锤磨 机、混合机、搅拌机等。这种处理a 法适合处理1 劁体废弃物，也可处理些流质 的物料。机械处置法通过破碎容器、大块物料等，排出物科内含气体实现物理形 态的减容，而无法做到废弃物的减量。机械处置法本身无法达到杀火医j ，废弃物 - i ，的微生物，但它作为其它处置法的辅助处置方法，对医疗废弃进行预处理提高 了j c 他方法的处置效率。机械法与其他处置技术的比较见表】4 。 表1 4 各种处理技术的比较 减稀毁处处理废弁物范隅技术? 次污染桃械能源 减霞掣置成熟法辅同收 奎 时性助 间 机械6 0 8好短吲体废弁物成熟有抨发性气体 无 处苜0外溅 化学o不k除挥发性、放自十性垃圾、成熟处理后废液，u i需要无 处置能有奄化学废弃物能也产生育毒 产物 微波 0 不k除挥发性有机物、放射件新会骨挥发性物需要无 处置能垃圾、汞及有毒化。学废弃质j “生 物的闻体废齐物 生物0不k =适合液态或流态睃弃物新少需1 要无 处置能 热力0 9 5不较杵发性、- 挥发性有机j j 兑熟彳丁气体排部需蛮部分 处置定娟质、人块的化疗废物，汞 分可能产t 一 及其它危险化学铺、人块恶英等彳毒物 的垃圾o j 绝热垃圾质 焚烧9 0 9好短除汞等重金属、放射性物 成熟 彳烟气排放，控需要订 处置 5 质外所废弃物制不当会冉_ 二 恶英等有毒物 质产生 安全 不 很除汞、放射性物质外所有成熟j “：生分斛气体不需订 填埋能k同体废弃物 浙江大学硕士学位论文 1 5 2 化学处置法 化学处置法是一种传统技术，在医院及其它卫生机构消毒复用器械，工作场 所已有几十年的历史。化学处置是应用消毒剂如二氧化氯溶液、次氯酸钠 ( n a o c l ) 、过氧酸、戊二醛、氢氧化钠( n a o h ) 、臭氧、生石灰等通过氧化、 还原、中和等化学反应来杀灭医疗废弃物中的细菌、病毒等传染性物质，实现医 疗废弃物的无害化处理。化学法处置废弃物过程中，要求化学试剂与废弃物要有 良好的接触、适当浓度和足够的消毒时间以确保消毒的彻底、有效。同时废弃物 的形态、溶液的p h 值，反应温度，其它物质的溶入也会影响消毒的效果。根据 消毒剂中是否含氯c l 元素，可分为含氯处置法和无氯处置法。n a o c l 是含氯处 置法最常用消毒剂，也是医疗废弃物处理中的首选消毒剂，但近年来人们已经关 注到大量使用含氯消毒剂会产生些有毒副产物。而无氯处理避免了有毒含氯副 产物产生，因无氯消毒剂形态不同( 如气态臭氧、液态的n a o h 或k o h 、固态 的c a o ) ，其处理工艺大不相同。化学处理可处置如下废弃物：实验室的培养物 与垃圾( 化学品除外) 、锐器、人或动物身上的体液、血液、隔离区垃圾，外科 室垃圾和辅料( 如纱布，绷带，织制品等) 。同时应避免挥发性、半挥发性有机 物质、化疗产生的垃圾，有毒化学药物，放射性物质混入待处理废弃物中。化学 处理需要机械处置设备对废弃物进行预处理。 化学处置法在场所消毒和临时少量的医疗废弃物处置上有其方便快捷的优 点。但是，在集中处置医疗废弃物时化学消毒剂与废弃物要有一个充分接触、渗 透的过程，很难保证处置彻底有效，并且在处置过程中很可能会产生一些有毒废 液( 特别是含氯处置法) 和废气需进一步处理。化学处置后的医疗废弃物也没有 达到减容减量化，还需送至安全填埋场或垃圾焚烧炉进行最终处置。例如，非典 时期，杭州非典隔离区居民产生的废弃物就是经过化学消毒后，由专用的密闭垃 圾车运到应用浙江大学技术开发的乔司3 0 0 t d 流化床垃圾焚烧炉上进行最终焚 烧处置。所以在医疗废弃物集中处置上很少提倡采用化学处置法。 1 5 3 生物处置法 生物处置是通过细菌或其它微生物的氧化作用和细胞合成分解代谢来稳定、 去除医疗废弃物中的病菌、病原体等有害物质。典型的处理过程是把微生物放置 到待处理的废弃物流中，通过优化微生物生长的环境和调节其它速率控制变量来 加速生物的自然降解过程，最终把废弃物中的有机质分解成二氧化碳和水。根据 微生物的需氧程度可分需氧处置和厌氧处置。对所有的需氧处置过程来说，优化 处理过程的主要控制因素有：控制氧气的供应浓度、增加微生物的营养份( 如氮、 浙江大学硕士学位论文 磷、微量金属) 、微生物的浓度、p h 值、排除有毒物质、温度范围、接触时间和 方式、有机废物的进料浓度、混合充分等。厌氧处置的控制因素与需氧处置相近， 只是不需氧或只需少量氧，但它不能分解长链和芳香族的碳氢化台物。生物处置 过程中碳是所有微生物必不可少的食源。 细c,o菌n结,h构,r物s质,痕conr s 量元素组成代谢置兰：贯量元素少1 、 能 微生物 ( 化学或光) 一 h 2 受体 0 2 ，n o ) 1 ，n 0 2 s 0 4 2 _ ，有机碳 、 絮凝和收得产物 能源a r p j 矗= ： 再循环营养产物 + 篙：塞怔时酵反应，呼吸作i二：i 用，光台作用) c 0 2 ，h 扣，n h 4 + ，n o 】， 热 s 0 4 , s o , h 2 ，n 2 ，h 2 s ，0 2 ，c h 4 ， 有机酸，生物产生的聚台 物 图1 2 生物转化过程 有机杨分解 微生物是依靠酶去催化有机物分解反应，而酶要有水才能保持它的活性，所 以水是生物法处理过程中必不可少的中介物质。生物处理技术主要用来处理含水 量高的有机废弃物。典型的生物转化过程如图1 2 所示 4 6 。 生物处置法在工业废水的处置中是一种较成熟经济的处置方法。但用来处置 医疗废弃物还有许多技术问题有待解决，商业应用不多。 1 5 4 微波处置法 微波在电磁频谱中是一种波长非常短的波，它的频率在超高频( u h f ) 与红 外之间。它是利用电磁波在正负电极间的高速转换，来引起废弃物中水和其它分 子振动。这种高强度的振动产生分子间的摩擦热使水分蒸发加热了废弃物，同时 导致微生物细胞中的蛋白质变质，从而杀灭废弃物中的细菌，病毒等。研究表明 在微波处置过程中，微生物的杀灭不是因为微波场，而是因为热，如果系统中没 有水，微波的消毒杀菌效果会显著下降。微波处置系统主体设备是一个内装产生 微波磁电管( 工业上一般为2 - 6 支 3 9 ) 的处理仓。医疗废弃物装入给料斗，经 内置切碎机破碎，进入主体仓处理，仓内的温度为9 5 1 0 0 。微波处置是一 种正在研制的，便捷的处置技术，现还没有商业应用的实例。此技术本身不能使 浙江大学硕士学位论文 废弃物减容减量化，并会有些臭味气体排出。可处置废弃物如下：实验室的培 养物与垃圾( 化学品除外) 、锐器、受血液或体液污染的物质、隔离区垃圾，外 科室垃圾和辅料( 如纱布，绷带，织制品等) 。处理过程中应避免挥发性、半挥 发性有机物质、大块化学疗法产生垃圾危险化学废弃物，放射性废弃物混入待 处理废弃物中。 1 s 5 热处置法 热处置是通过外部热源来改变废弃物所处的环境工况，达到杀灭废弃物中的 细菌和病原体的目的。根据处理温度的不同可分为低热、中热和高热处置法。低 热处置的操作温度一般控制在9 3 。c 1 7 7 之间，不会使废弃物产生化学裂解反 应、燃烧或热解等化学反应。中热处置的温度在1 7 7 。c 3 7 0 。c 之间，在这一工况 下有机质会产生化学裂解反应。根据这一现象研制了新型的处理方法，如高强度 微波法、高温高压法。高热处理利用电阻丝、天然气或等离子体等产生的高温来 处理废弃物，其操作温度都超过5 4 0 。c ，高的可达1 0 0 0 0 * c 。在这种高温、高热 流的条件下，废弃物中的有机与无机质都迅速发生了相应的物理、化学变化，使 得废弃物总体的减容、减量达9 0 9 5 。下面介绍两种比较有代表性的热处置 法。 1 5 5 1 高温灭菌法 用蒸汽杀菌是医院复用器材消毒的标准方法，现已用来处理医疗废弃物，高 温灭菌就是应用这一方法。高温灭菌器由个金属容器和外面的蒸汽套层组成， 在金属容器上开有密封进料口。蒸汽同时进入到内仓和套层，这种结构可以承受 较高的蒸汽压力，并且减少了蒸汽在内仓壁面的冷凝。在高温灭菌中蒸汽与废弃 物的接触状况直接影响消毒效果，所以废弃物需破碎预处理，在处置过程前还要 求把仓内的空气先驱除干净。驱除空气主要方法有：重力驱除法和抽真空法。抽 真空法比重力法的效果好，但它需要额外的抽气装置。高温灭菌法是一种低热处 理法，可处理各类实验室的培养物与垃圾( 化学品除外) 、锐器、粘有体液或血 液的物质、部分流质垃圾、隔离区垃圾，外科室垃圾和辅料( 如纱布，绷带，织 制品等) 和人体解剖垃圾等。高温灭菌法可有效的杀灭医疗废弃物中的各种细菌、 病毒，并避免形成二恶英等有害焚烧副产品，但不能使废弃物减容减量，反而会 因为注入蒸汽冷凝有一定增重。此技术适合在医院装备处置小批量的医疗废弃 物。现美国的b o n d t e c h 、e t c 、m a r k c o s t e l l o 等公司已开发了各种系列的高温灭 菌器 3 9 。 1 5 5 2 等离子体法 4 7 ，- 4 9 1 这是一种新型的高温处理技术。气体在被电离的状态下，具有导电性，但因 其电阻很大，把电能迅速转换成热能，产生1 6 5 0 。c 1 1 6 0 0 。c 的高温。般用空 1 0 浙江大学硕士学位论文 气或氮气作为载气。载气被电离加热至几千度高温，然后传热给废弃物，使废弃 物在高温的条件下迅速分解或氧化成终级产物c 0 2 与h 2 0 。处理过程中的反应 原理与焚烧法相近，但其高温和高热流抑制了二嗯英等有害物质的形成，减少了 二次污染，反应的残渣还可以做到熔融态。它所能处置的废弃物范围与焚烧法相 近。但此技术的投资成本高，等离子枪与电能的消耗大，目前还没有大规模的应 用。 1 5 6 安全填埋 安全填埋是一种改进的卫生填埋方法，也称安全化学填埋，是其它处理法残 留废弃物的终级处理法。安全填埋主要用来处置有害废弃物。为了防止有毒有害 物质释出，减少对环境的污染，安全填埋场地的设计、建造及操作必须严格符合 有关的技术规范。填埋场必须设置人造或天然衬里，下层土壤或土壤与衬里相结 合渗透率小于1 0 8 c m s ；最下层的土地填埋物要位于地下水位之上；要采取适 当的措旅控制和引出地表水；要配备浸出液收集、处理、及监测系统。场地的设 计和规划中要注意的主要问题有：( 1 ) 废弃物处置前的预处理：( 2 ) 浸出液的收 集及处理；( 3 ) 地下水保护；( 4 ) 场地及其周围地表径流水的控制管理。 医疗废弃物经过各种处置方法杀菌、减容、减量处理后最终都会流向安全填 埋场，所以它是废弃物的终级处置场所。安全填埋场经过严格的设计与规划，可 以有效的避免二次污染的产生。但安全填埋场也有占用大量的土地资源、处理周 期长、投资成本高等特点。如果医疗废弃物直接进入安全填埋场容易滋生各种有 害细菌、病毒并加剧缩短安全填埋场的使用寿命，提高了处理成本。医疗废弃物 般经过焚烧、高温处置后，再将处理残渣送到安全填埋场处置。 1 5 7 焚烧处置法 5 ，9 ，1 3 ，1 4 ，1 6 ，3 4 ，5 0 5 1 高温是杀菌最有效的方法，焚烧产生的高温可以瞬间杀灭所有的有害微生 物。从商业应用来看，焚烧处置法也是医疗废弃物处理中最普遍被采用的方法。 焚烧能够做到废弃物的减量化、稳定化、无害化、能量回收，是一个深度氧化的 化学过程。它把固体的、液体的或气体的可燃物基本上氧化成c 0 2 、水和灰， 废物中所含的硫、氮、金属、卤素和其它元素杂质转化成各种最终产物。它要由 号门的焚烧设备来完成的，要求有高而稳定的炉温、良好的氧气混合、足够的气 体停留时间，深度的尾气净化过程等。在所有可行的医疗废物处置技术中，焚烧 法已被证明是破坏感染性和有毒性物质、减少体积和重量的最有效的方法之一 4 。各国也在不断地完善废物焚烧法规和标准