（环境工程专业论文）医疗废物的低温热解研究.pdf

摘要 由于医疗废物是危险废物，医疗废物的“减量化”、“资源化”、“无害化” 的处理已成为当今医疗废物处理的主要趋势。本文对医疗废物进行了简要的概 述，包括国内外的医疗废物处理现状，以及处理处置技术和处理设备的概况。 从能源利用及环境保护的角度考虑，热解技术已被认为是最具潜力的固体废 物处理技术。但目前对医疗废物的低温热解研究非常少，本文从目前医疗废物典 型组分( 塑料，橡胶，生物质类) 的热解研究综述的基础上，对医疗废物典型组 分的低温热解进行了实验研究，并对医疗废物低温热解炉的设计研制进行了描 述，同时对热解实验当中的热解尾气进行了分析与测定。主要包括： 1 对目前的医疗废物典型组分的热解特性研究进行了总结。医疗废物在快速热 解与程序升温的情况下的热解特性有很大差别。混合热解时，某些混合物的 热解反应中，前面的热解反应对后面的热解反应会有影响，特别是前面的反 应放热量较大时，可能使得后面的反应提前完成，甚至合并到前面的反应中。 而有些混合物的热解反应互不影响。 2 医疗废物低温热解实验。实验采取温度范围在2 0 0 3 5 0 c ，升温速率分别为 1 0 、1 5 、2 0 、3 0 m i n ，采用马弗炉加热装置对实验样品进行了研究。最终 得到在3 2 5 ，2 0 m i n 时，固体碳产物最理想。 3 医疗废物低温热解炉的研制进行了介绍，重点叙述了系统的设计流程图、样 机的组成和各设备的作用。并以此为实验台，进行了真实医疗废物的热解实 验。通过对热解尾气的分析及测定，得出在3 2 5 温度下以及2 0 m i n 的升 温速率下，热解产气当中不饱和烃类占到很大的比例为7 5 ，c o 为2 4 4 5 ， c 0 2 为0 4 2 ，c h 4 以及h 2 的含量为0 或是微量。这也说明了c h 4 以及h 2 主要为高温阶段的产物，也是高温热解技术所要得到的产品气。 关键词：医疗废物热解特性低温热解低温热解炉 a b s t r a c t b e c a u s em e d i c a lw a s t ei sh a z a r d o u sw a s t e ，”r e d u c t i o n ”，”r e s o u r c e s a n d ”h a r m l e s s ”i nh a n d l i n gm e d i c a lw a s t eh a sb e c o m eam a j o rd i s p o s a lt r e n d i nt h i s p a p e r , ab r i e fo v e r v i e wo fm e d i c a lw a s t e ，i n c l u d i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ls t a t u s o fm e d i c a lw a s t et r e a t m e n ta n dd i s p o s a lt e c h n o b g ya n dp r o c e s s i n ge q u i p m e n t p r o f i l e s f r o m e n e r g y u s ea n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o np o i n to fv i e w ，p y r o l y s i s t e c h n o l o g yh a sb e e nc o n s i d e r e dt h em o s tp r o m i s i n gs o l i dw a s t et r e a t m e n tt e c h n o l o g y b u tt h er e s e a r c hf o rb w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i so fm e d i c a lw a s t ei sv e r yl i t t l e i nt h i s p a p e r ，b a s e do nr e s e a r c hs u m m a r yo ft y p i c a lc o m p o n e n t so fm e d i c a lw a s t e ( p l a s t i c s ， r u b b e r , a n db i o m a s s ) p y r o l y s i s ，l o wt e m p e r a t u r ep y r o l y s i so ft y p i c a lc o m p o n e n t so f m e d i c a lw a s t ew a ss t u d i e d ，a n db w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i so fm e d i c a lw a s t ef u r n a c e d e s i g na n dd e v e l o p m e n tw e r ed e s c r i b e d a n da n a l y s i sa n dd e t e r m i n a t i o no f p y r o l y s i s t a i lg a sw a sd o n e t h er e s e a r c hi n c l u d e s ： 1 t h er e s e a r c hs i t u a t i o no ft y p i c a l c o m p o n e n t so fm e d i c a lw a s t ep y r o l y s i s c h a r a c t e r i s t i c sw a ss u m m a r i z e d i nc a s eo ff a s t p y r o l y s i sa n dt e m p e r a t u r e p r o g r a m m e dp y r o l y s i s ，t h ep y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c so f m e d i c a lw a s t ea r ed i f f e r e n t t h ep y r o l y s i sr e a c t i o no fs o m em i x t u r e ，f n s ts t a r t e dr e a c t i o nw o u l db ea f f e c t e d t h ep y r o l y s i sr e a c t i o na tt h eb a c ko f t h ef i r s ts t a r t e dr e a c t i o n e s p e c i a l l yw h e nt h e h e a to u t p u to ff i r s ts t a r t e dr e a c t i o nw a sl a r g e ，t h er e a c t i o na l t e rt h ef i r s ts t a r t e d r e a c t i o nm a yb ec o m p l e t e da h e a do fs c h e d u l e ，e v e ni n c o r p o r a t e di n t ot h ef i r s t s t a r t e dr e a c t i o n a n ds o m em i x t u r eo f p y r o l y s i sr e a c t i o nw a sn o ta f f e c t e de a c h o t h e r 2 t h ee x p e r i m e n to fl o wt e m p e r a t u r ep y r o l y s i so fm e d i c a lw a s t e i nc o n d i t i o no f t h et e m p e r a t u r er a n g e2 0 0 - 3 5 0 。c ，h e a t i n gr a t eo f1 0 ，1 5 ，2 0 ，3 0 。c m i n ，a n du s i n g am u f f l ef u r n a c eh e a t i n gd e v i c e ，t h ee x p e r i m e n t a ls a m p l e sw e r es t u d i e d fi n a l l y ， 证t h ec a s eo f3 2 5 。ca n d2 0 。c m i n , t h es o l i dc a r b o np r o d u c tw a st h eb e s t 3 t h ef u r n a c eo fl o wt e m p e r a t u r ep y r o l y s i sf o rt r e a t m e n to fm e d i c a lw a s t ew a s i n t r o d u c e d i tp r e s e n t st h ef l o wc h a r to fs y s t e m 、t h ec o m p o s i n go fp r o t o t y p e m a c h i n e 、t h ef u n c t i o no fe a c he q u i p m e n t b a s e do np r o t o t y p e ，t h ep y r o l y s i s e x p e r i m e n to fr e a lm e d i c a lw a s t ew a sd o n e t h r o u g ha l i a l y s i sa n dd e t e r m i n a t i o n o fp y r o l y s i st a i lg a s ，a t3 2 5 。ca n d2 0 。c m i n , u n s a t u r a t e dh y d r o c a r b o ng a s a c c o u n t sf o ral a r g ep r o p o r t i o no f7 5 。c of o r2 4 4 5 ，c 0 2f o r0 4 2 ，c h 4a n d h ec o n t e n tf o r0o rt r a c e i ta l s os h o w st h a tc i - 1 4a n dh 2w e r et h em a i n l yp m d u c t s f o rh i g h - t e m p e r a t u r es t a g e ，b u ta l s ow e r et h ep r o d u c tg a s e st h a tt h eh i g h t e r n p e r a t u r ep y r o l y s i st e c h n o b g yt og e t k e yw o r d s ：m e d i c a lw a s t e ；p y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c s ；b wt e m p e r a t u r e p y r o r y s i s ；f u r m c ef o rb wt e m p e r a t u r ep y r o l y s i s 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论弟一早三：百v 匕 医疗废物是具有传染性的危险废物，随着生活水平的提高，医学的快速发展 及一次性医疗用品的普及，医疗废物不断增加。虽然医疗废物与其他种类的固体 废物相比，其总量并不大，但由于这类废物中含有大量的病源微生物、寄生虫等 有害物质，是产生各种污染源及病虫害的污染源之一，已经成为医院和社会环境 公害源，引起各国政府的高度重视，w h o 等国际组织也积极倡导各国建立完善 的医疗废物管理系统，以确保人体健康和环境安全。并且各个国家也取得了一定 的进展及成果。 1 2 医疗废物概述 ( 1 ) 定义 根据中华人民共和国传染病防治法和中华人民共和国固体废物污染环 境防治法，2 0 0 3 年6 月2 6 日我国国务院颁布的医疗废物管理条例明确指 出：医疗废物是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的 具有直接或者间接传染性、毒性以及其他危害性的废物。 ( 2 ) 医疗废物的分类 根据医疗废物管理条例，由国务院卫生部和国家环境保护总局共同制定 的医疗废物分类目录，将医疗废物划分为化学性废物、病理性废物、损伤性 废物、药物性废物和感染性废物，如表1 1 所示。其中，需要做出特殊说明的是 医疗废物分类目录中所列的“一次性使用卫生用品”是指使用户及丢弃的、 与人体直接或者间接接触的、并为达到人体生理卫生或卫生保健目的而使用的各 种日常生活用品；“一次性使用医疗用品”是指临床用于病人检查、治疗、护理 用指套、手套、吸痰管、引导窥镜、肛镜、印模托盘、皮肤清洁巾、擦手巾、压 舌板、臀垫、床单等接触完整黏膜、皮肤的各类一次性使用医疗、护理用品。其 他特殊说明的部分在此不再详述。 第一章绪论 ( 3 ) 医疗废物的物化特性 医疗废物的一个显著特性是其复杂的成分，是一种非均质的多样物质的混合 物，不具有自己特定的内部结构和外部特征，故不存在特定的物性，常受各国经 济发展水平、医疗卫生机构服务专业、管理方法等因素影响 1 1 。根据分类收集原 2 第一章绪论 则，医疗废物易实现分类投放，玻璃等不可燃成分由于采用锐器收集盒单独收集， 易实现与易燃组分的分离。王玉如【2 】等对北京市的医疗废物典型组分的物化特性 研究指出，医疗废物的典型可燃组分中挥发分含量高、灰分含量低、热值高，其 中，橡胶、塑料、化纤等高热值、高挥发分含量组分占到医疗废物典型可燃组分 的6 1 4 7 。而北京市产生的医疗废物中可燃组分占整个医疗废物的比例高达 7 0 。 ( 4 ) 医疗废物的产生量 由中国环境统计年鉴( 2 0 0 9 ) ，2 0 0 8 年各地区医疗废物产生量，如图1 1 ， 主要集中在河北，浙江，广东，山东等地。2 0 0 8 年全国的医疗废物产生量为3 0 1 2 7 8 吨，平均日产量为8 2 5 4 吨。 ：；墨罢嚣之壬茸爱建拣j 幕智墓妊最鲁链婚墨翟董三毛翟毫篝誊裂寒 芸定 搿鼍 ：掣二甍凑爿车基 寰器器l 建_ 芝| | 至稆。瓷羞孟疆 蒜 鞣 图1 1各地区医疗废物产生量分布( 2 0 0 8 年) 根据国家卫生部( ( 2 0 0 9 年卫生统计公报数据的测算，2 0 0 9 年全国医院病 床床位为4 4 1 6 万张，病床使用率为8 4 8 ，比上年分别增长了9 4 3 1 3 3 。医 疗废物的产生量一般是按住院部产生量和门诊产生量之和计算的，根据近几十年 来国内外对医疗废物产生的经验估算，住院部每天为o 5 1 o k g 床；门诊部每天 产生量约为l k g 2 0 3 0 人【3 】。按照平均每个床位每天产生医疗废物l k g 计算，2 0 0 9 年全年的医疗废物总量约为1 3 6 7 万t ，比上年增加了2 7 ，与1 9 9 6 年全国医疗 废物总量比较增加了9 8 ，医疗废物数量呈逐年上升趋势【4 1 。在过去的十年中， 随着世界各地医疗机构的增多以及一次性医疗用品的增加，已经造成大量医疗废 物正在产生【5 1 。 第一章绪论 ( 5 ) 医疗废物的污染危害 医疗废物如处置不当，露天堆放或简单掩埋，不仅占用土地，医疗废物中的 有毒物质一旦进入土壤，会降低土壤对污染物的降解能力，破坏生态环境，同时 许多重金属和有毒的有机物会在植物体内积蓄。由于生物积累作用，当在有农作 物或牧草生长的土壤中，会最终在人体内积聚，对肝脏和神经系统造成严重损害， 诱发疾病。当有雨天时，医疗废物中的有害物质会随雨水进入江河湖海，造成水 体的破坏和严重污染，水体一旦被污染便很难恢复。对于含有传染性病原菌的医 疗废物，一旦进入水体，随着生物链的进行，将会引起疾病的快速蔓延，后果将 非常严重，不堪设想。医疗废物在堆放过程中，在水分和温度的作用下，某些有 机物发生分解，生成有害气体；某些医疗废物自身就有大量的易挥发有机物，在 堆放过程中会逐渐挥发出来；还有一些医疗废物具有一定的反应性和可燃性，在 和其他物质反应过程中或自燃时会产生c 0 2 ，s 0 2 等气体，污染环境。扩散到大 气中的粉尘和有害气体不但会使大气质量恶化，而且一旦进入人体和其他生物群 落，这样人类健康和生态平衡就会遭到灾难【1 1 。 综上所述，医疗废物危害性大，易传播疾病和造成污染；成分复杂，有机物 含量和热值都比较高；产生量呈逐年上升趋势。因此，医疗废物的有效、无害化 处理显得尤为重要。 1 3 国内外医疗废物处理现状 1 3 1 国外医疗废物处理现状 在2 0 世纪8 0 年代晚期时，美国政府开始时就医疗废物的管理进行立法，法 案内容涉及医疗废物的定义、处理处置等等。起初，超过9 0 的医疗废物都经焚 烧炉处理。然而由于焚烧不可避免地会产生二噫英，呋喃，以及有毒有害重金属 等危险废物，对生态环境和人体健康产生显著持久性不良影响。焚烧炉中的飞灰 和底灰，也因含有以上有毒有害物质，毒性相当大，如果处置不当，同样对环境 产生短期和长期的危害。为解决这一问题，1 9 9 7 年8 月，美国环境保护署( e p a ) 颁布了监督医疗废物焚烧炉排放的规定，提高了焚烧排放标准。但为了符合这一 标准，焚烧炉的二次污染控制技术投入越来越高，使用成本越来越昂贵。在此背 景下，非焚烧新技术应运而生并逐步实现了工业化应用。e p a 估计，自制订新标 准后，8 0 的医疗废物焚烧炉得到关闭。德国目前仅有3 家商用医疗废物焚烧炉 在运行【6 1 。 第一章绪论 日本的废物管理是按照1 9 7 0 年的废物处置法执行的。在1 9 9 2 年修订的废物 处置法中加入了感染性废弃物的管理规定。2 0 0 4 年的条例修订中涵盖了医疗机 构的感染性废弃物的处理【7 1 。日本对医疗废物的处理有着严格的规定，将医疗废 物按其传染性和可燃性分为四类【8 1 ，见表1 2 。 表1 - 2 日本医疗废物处理方式 英国的医疗废物分类方面很细致，采用焚烧方式处理医疗废物。并且英国政 府一直在寻求推出一系列策略，旨在创建其废物管理政策的可持续发展理念。虽 然重点一直放在生活垃圾上( 在很大程度上得益于欧盟填埋指令) ，但也受到各 界倡议，来鼓励更多废物管理的可持续方法【9 , 1 0 1 。 法国要求医疗废物必须由专业的医疗废物焚烧处理站处理，规定所有医院产 生的废物，即使是办公室废物也不得混入生活垃圾中，按照3 5 k 趴床天) 的产生 量由专业医疗废物焚烧处理站进行集中处理，并根据床位收判1 1 ，1 2 】。 哥伦比亚政府发出决议0 0 5 8 和进一步修订的0 0 8 6 决议建立了垃圾焚烧设施 的排放限值。近年来，很多的法规和准则已在哥伦比亚执行，以提高医疗废物的 管理。虽然焚烧对很多类型的医疗废物来说是一种合适的处理方法，而且有几个 好处( 尤其是体积的减少，病原体和有害的有机物质遭到破坏) ，但它会产生有 害的排放物【1 3 1 。 2 0 0 2 年，克罗地亚批准了医疗废物管理条例。据该指令，每家医疗机构必 须有一个医疗废物管理的5 y 计划。通过调查获得的数据显示，医疗机构每周产 生2 1 0 8 4 0 k g 的废物，每年就是1 0 0 6 4 吨的废物产生量。大量的医疗废物的产生 第一章绪论 造成医疗机构的医疗废物储存过量，这是由于缺乏医疗废物处理以及最终处置设 施【14 1 。 约旦国家历来很少注意妥善处理和处置医疗废物。直到2 0 0 1 年底，卫生部 发出正式的医疗废物处置法规【1 5 】。在埃及，废物的分类不是按照一致的法规和标 准进行的，一些医疗废物混在生活垃圾中进行处理【1 6 。 综上来看，在发达国家，立法和良好的准则界定医疗废物和规定了各种收集、 运输、储存和处置这类废物的可行措施。此外，还运用最先进的技术开发多种合 理处理医疗废物的方案，并且将其对人类的危害降到最低【1 7 1 。发达国家医疗废物 的无害化处理已经形成一套完整的方法、标准和规范，并且在实施细节上日益完 善。在医疗废物的处理上，基本都运用的是焚烧技术，但已经有部分国家开始寻 求新的处理医疗废物的方法。 而在发展中国家，医疗废物没有得到足够的重视。在许多国家，危险废物和 医疗废物仍然与生活垃圾一起处理处置，因此，对城市工人，公众的健康和环境 造成极大的危险【1 8 】。还有，一直没有全面尽力的理解由医院、诊所以及其他医疗 机构产生的医疗废物该怎样去处置。废物管理通常是由低学历的劳动者承担，这 些劳动者进行的活动没有给予正确的指导，他们自身也没有足够的保障【1 9 】。 1 3 2 国内医疗废物处理现状 我国1 9 9 1 年加入巴塞尔公约，推进了医疗废物处理的国际化进程，但由 于对医疗废物的分类、处置不规范，集中处理设施建设滞后等原因，大部分医疗 废物处置处于低水平【4 1 。为了使我国的医疗废物排放与处理管理规范化，截至到 2 0 0 4 年5 月，国家环保总局等部门相继出台了一些与之相关的法律法规、部门 规章、国家标准、国家政策和国家规划等，基本上覆盖了医疗废物的定义、分类、 收集运送、包装标识、贮存和处理处置等管理和处置环节【2 0 1 。但在我国一些环保 法规中，已经涉及医疗废物的管理和处理的内容，但不成系统，缺乏可操作性。 目前，我国大部分医院及医疗机构基本都是自行处理医疗废物，许多带有传染性 的医疗废物只是经过简单的化学消毒处理，有的甚至没有经任何处理直接混入生 活垃圾运走。特别是在农村或是偏远地区散落于村庄周围或沟渠河畔的医疗废物 更为严重。在一些中小城市和乡镇卫生院，即便有废物处理处置设施，往往都比 较简陋并多数为露天焚烧，使周边环境遭到严重污染。众多医疗机构的医疗废物 没有按照技术要求严格实施分类包装，且包装袋较薄，易破，利器盒封闭性能不 好，很容易导致污染物泄漏。运输设备简陋，自动化和专业化程度低，尚有待进 一步规范。 第一章绪论 目前我国医疗废物处理采用灭菌、填埋、焚烧三种方法。灭菌消毒存在一定 的局限性和灭菌彻底性差的缺点；填埋是常用的一种方法，但由于医疗废物中存 在传染病菌，大量易腐性和腐蚀性物质对填埋场土壤造成了污染【4 1 。国内许多医 院自备小型焚烧炉，上海市二级以上医院均自各小型焚烧炉，约有1 2 0 家，深圳 有2 6 家医院备有焚烧炉，焚烧可燃的医疗废物【2 l l 。但实际上焚烧炉的使用情况 不尽如人意，正常运行的状况极少，大多数处于停顿或是半停顿的状况。这跟废 物处理量少，运行费用很高有非常大的关系。各个医院现有的焚烧设施及操作大 都不符合医疗废物焚烧设备技术要求( c j t 3 0 8 3 1 9 9 9 ) ，危险废物焚烧污染 控制标准( g w k b 2 1 9 9 9 ) 和医疗废物焚烧环境卫生标准( c j 3 0 3 6 1 9 9 5 ) ，目 前都采用固定床式或间歇式焚烧炉，没有配置烟气或尾气净化装置。一些医院没 有固定的医疗废物焚烧处理人员，操作人员大都没有经过严格的上岗前培训，操 作均不规范，经常因燃烧不正常而产生黑烟与恶臭，不利于二嚅英污染的控制。 焚烧炉烟囱高度没有达到规定的要求，导致废气的排放对周围空气质量造成较大 的影响，给周边的人民带来不便，威胁人的健康。这与大多数不发达国家在废物 处理的问题上是相类似的，我国的法律和措施都需要进一步的完善和加强。 1 4 医疗废物的处理处置方法 目前，可供选择的医疗废物的处理方法日益增多，各种配套的方法混合运用， 然而主要的方法包括：等离子体技术，微波辐射处理技术，焚烧处理技术，卫生 填埋法，高温高压蒸汽灭菌技术，化学消毒技术，电弧炉处理技术，热解处理技 术等。以下是对这些方法的简要介绍【2 2 - 3 l l 。 ( 1 ) 等离子体技术 等离子体技术处理医疗废物是采用等离子火炬或弧将废物加热至超高温，一 般控制在3 0 0 0 - - 5 0 0 0 ，最高可超过1 0 0 0 0 。c ，此时基本粒子的活动能量远大于 任何分子问化学键的作用，物质的微观运动以原子热运动为主，原有的物质被打 破为原子状态，使其丧失活力，从而将复杂的物质转化为简单的无害物质。由于其 高温和高热密度，等离子技术几乎能将碳基废物中的有机物完全转化成合成气 ( 主要为c o 和h 2 ) ，而无机物则可变成无害灰渣( 玻璃体) 。该方法在美国经 过1 0 余年的研究，已经开始工业化运行，效果十分显著。 等离子体技术的优点是处理效率高，可处理任何种类的医疗废物，极大地减 少处理成本和风险，基本无有害的物质排放，彻底达到无害化，尾气热值高，易 于回收利用。缺点是若废物进料不均匀，系统的稳定性就会受到受影响；由于该 第一章绪论 技术较复杂且相对较新，运行管理要求高；投资及运行费用高。 ( 2 ) 微波辐射处理技术 微波辐射技术，是在3 0 0 3 0 0 0 0 0 m h z 之间的光谱从废物内部加热使微生物 失活。辐射技术是利用射线与物质问的相互作用电离和激发产生的活化原子与活 化分子，使之与物质发生一系列物理化学变化，导致物质的降解、聚合与交联改 性的一种技术。在电磁光谱中，微波的频率介于无线电波和红外线波之间。当使 用微波技术来处置医疗废物时，它们可以促进废物的预破碎并且使其变湿，从而 产生热，温度可以达到9 5 。c 或更高，并释放蒸汽，由此产生的热能可以有效地 处理医疗废物。这一工艺使用经微波预热的蒸汽，在频率2 4 5 0 m h z 和波长 1 2 2 4 c m 的波的作用下，大多数的微生物都能够被杀死。 微波辐射的优点是减少体积容量较明显( 大于8 0 ) 、系统完全封闭自动化， 设备简单，易于操作，占地面积小，环境污染少。缺点是投资高，处理后废物重 量并不减少：可能有气体排放物，会散发臭味；处理的废物类型受限，该法不可 用于血液和危险废物化学物质处理。 ( 3 ) 焚烧处理技术 固体废物的焚烧处理，是一种高温高热的分解和氧化的过程，固体废物中可 的燃成分在充分供氧的条件下，发生燃烧反应，使其氧化分解，转化为气态物质 ( c 0 2 和水蒸汽) 和不可燃的固态残渣，同时焚烧产生的热量在余热锅炉中被回 收利用，用来供热或发电，从而达到固体废物的减量化、无害化和资源化。经过 焚烧，固体废物的体积可减少8 0 - - 9 0 ，新型的焚烧装置可使焚烧后的废物体积 只有原来体积的5 甚至更少。焚烧法处理危险废物是目前世界上应用最广泛最 成熟的一种热处理技术。 焚烧处理的优点：减容量大；回收能源；卫生；不受天气影性，可以全天候 操作，适应多种废物，技术成熟，运行稳定。缺点：建设投资费用大，占用资金 周期长；对于固体废物的热值有一定要求一般不低于3 3 6 0 k j k g 。；焚烧过程会产 生二嗯英等二次污染，净化系统要求严格。 ( 4 ) 卫生填埋法 卫生填埋法是医疗废物的最终处置方法，送到填埋场进行填埋的固体废物是 经过焚烧或其它方法处理处置后的残余物。医疗废物的填埋系统若采取不当的防 渗措施，各种放射性物质、有毒物质、病原体等会随雨水渗入土壤，则有害物质 就会通过食物链进入人体，最终危害人类健康。因此，卫生填埋场需要经过科学 第一章绪论 合理的选址，并且在铺设防渗层时采用粘土、高密度聚乙烯等材料，还必须敷设 填埋气的收集和输出管道，因此在采用填埋处理法时必须非常慎重，一定要按有 关规定对医疗废物进行严格的预处理。 卫生填埋法的优点是投资低、操作简单，不足之处在于存在很大忧患，有害 物质容易泄露，污染环境。 ( 5 ) 高压蒸汽灭菌技术 高压蒸汽灭菌法是在密封的高压灭菌器中通人1 3 0 1 9 0 的蒸汽，使内部产 生1 0 0 - - 5 0 0 k p a 的压强，具体值取决于设备的尺寸和类型，以及废物的组成和湿 度。废物在高压灭菌器中停留3 0 - - 9 0 m i n ，使其被充分穿透，确保病原体被破坏。 新一代的高压蒸汽灭菌技术中加人了浸渍或研磨，确保蒸汽更好地穿透废物，能 取得较好的处理效果。该技术主要用于处理感染性强的医疗废物，如注射器、微 生物培养基、工作服、敷料等。不适宜处理病理性的医疗废物，如动物尸体和人 体组织，对药物和化学性医疗废物的处理效率也不高。 高压蒸汽灭菌技术的优点是低投资、操作费用低，易于进行生物检测、残留 物危险性较低，消毒效果好，处理规模范围广。缺点是可能有空气污染排放物， 易产生臭气，可处理医疗废物的类别有限，不能处理废物中的苯酚、甲醛、汞及 细胞毒素物质等。目前，在美国、澳大利亚和日本等国有几家机构采用该法处理 医疗垃圾。 ( 6 ) 化学消毒技术 化学消毒法适宜处理医疗机构内的些液态废物，如粪便、体液、尿、人血 等，特别是在发生传染病流行的情况下，处理传染病人的排泄物、体液等时比较 有效；这种方法不适合处理病理性废物。对固体医疗废物进行消毒处理时，须首 先将待消毒的废物破碎。 化学消毒技术的优点是操作简单、方便，不会产生燃烧副产物，除臭效果好， 消毒过程可以迅速完成。缺点是高投资；须储藏药剂，高效的消毒剂往往是危险 的物质；对于完整无损的固体废物仅能消毒表面；对药品、化学品和多种传染性 废物消毒力度不够，达不到减量和毁形的目的。 ( 7 ) 热解处理技术 热解处理技术的原理是将医疗废物在缺氧或无氧高温条件下热解，产生可燃 性气体；然后将热解气通入到燃烧室内进行燃烧，并最终将医疗废物转变成高温 烟气和灰渣。与焚烧处理技术相比而言，热解处理技术温度较低，无明火燃烧过 第一章绪论 程，重金属等大都保留下来并且存在残渣中，可回收大量的热能。热解产生的气 体主要有c o 、c h 4 、i - 1 2 、c 0 2 以及其它烃类和挥发性有机物。 热解处理技术的优点是具有二嗯英产生的逆条件，较好的解决了垃圾焚烧处 理技术产生的污染问题，排放污染物很少，重金属等大都保持在固体残渣中，没 有烟灰的污染，对环境友好。对于医疗废物，其本身可燃成分含量高，热值高， 灰分低，适合于采用热解技术。 1 5 医疗废物的处理设备 目前，对医疗垃圾的处理，国内外均采用焚烧的方法。由于焚烧处理具有方 法简单、易于掌握、处理周期短、处理效率高等特点，而被公认为是一种较为理 想的处理方法。因此，市场上主要的医疗废物处理设备便是焚烧炉。热解作为新 型的废物处理技术，高温热解气化焚烧炉也展露了其优越性。 1 5 1 医疗废物的焚烧处理技术设备 3 2 1 在我国，固体废物的焚烧处理其历史也不短，但固体废物焚烧设备的开发才 刚刚起步。我国兴建的大型垃圾焚烧厂如北京和深圳两个垃圾焚烧厂的主要设备 使用的是引进的国外设备。面对市场的需求，我国大中型锅炉厂纷纷引进国外技 术，生产垃圾处理锅炉，以期降低设备成本。 目前，我国自行研制的医院小型焚烧炉技术已经获得了相对充足的发展，并 且有标准化、系列化的成熟产品出炉。近年来，其产品和技术已经从固定炉排焚 烧炉发展到了链条式移动炉排垃圾焚烧炉，其中往复式垃圾焚烧炉正逐渐被一些 公司研究开发并利用。诚然，目前的垃圾焚烧已经取得很大的成绩。但是，上述 垃圾焚烧技术还存在很多不足的地方，比如在烟气或尾气的处理处置和热能回收 利用技术等方面相对较落后，在技术处理上自动化程度也比较低，多数不能满足 危险废物焚烧污染控制标准( g w k b 2 19 9 9 ) 和医疗废物焚烧环境卫生标准 ( c j 3 0 3 6 1 9 9 5 ) 等法律法规的标准要求。鉴于此类问题，一些公司仍然对中国垃圾 处理产业的前景持相对乐观态度，于是一些焚烧厂已相继开发出了低成本的垃圾 焚烧设备系统。在国内，日处理1 0 0 吨的循环流化床垃圾焚烧炉已研制成功。当 然，为达到工业应用的要求，目前系统还需要进一步改进并完善。 第一章绪论 1 5 2 医疗废物焚烧处理典型焚烧炉介绍【3 3 】 ( 1 ) y f l 型医用焚烧炉 原理：采用高温焚烧法，消除有害细菌和病毒生物，使有机废物转变成无机 物质，6 0 0 - - - - 1 0 0 0 。c 下可杀死全部病源微生物，排放的气体符合国家烟气排放标 准。其技术参数如表1 3 所示。 表1 3y f l 5 0 型技术参数 ( 2 ) 悬浮式燃烧炉 技术原理：系统采用了焚烧效率较高的悬浮理论。在一燃室采用高度方向排 列的多层炉排。这种设计充分利用了空问和垃圾焚烧过程中产生的热量和火焰， 具有焚烧效率高、提高处理量的优点。二燃室可以在9 0 0 0 。c 以上高温对烟气进 行二次焚烧处理，二燃室具有旋风除尘的作用。其型号及适用范围如表1 - 4 所示。 表1 4悬浮式焚烧炉型号及适用范围 ( 3 ) f l m 型医疗废物焚烧装置 此装置适用于实验用动物尸体、医疗垃圾的焚烧处理。该装置是用3 支喷油 咀( 炉底、助燃、脱臭) 充分燃烧垃圾，无烟无臭，燃烧产生的微尘由旋风除尘 器防止尘埃飞散。其主要技术参数如表1 5 所示。 第一章绪论 1 5 3 医疗废物处理新工艺高温热解【蚓 目前主流的垃圾焚烧炉的炉型主要有回转窑、机械炉排、流化床和新兴的热 解气化焚烧炉等。作为第三代垃圾处理技术，热解气化炉凭借其先天具备的诸多 优势，在发达国家己呈现出取代流化床炉与炉排炉等传统炉型的趋势。高温热解 技术是近几年来研究开发的一种新型垃圾处理技术。在2 0 世纪9 0 年代初，国外 科学家研究发现垃圾焚烧过程中会产生对人类极其有害的致癌物一二嗯英。因 此，西方发达国家在研究治理焚烧产生二次污染的同时，投巨资开发研究新的垃 圾处理技术。各国环保专家普遍看好垃圾热解技术，并认为这是实现垃圾处理无 害化、减量化和资源化的一条新路。 1 5 4 医疗废物处理的热解气化焚烧炉介绍【3 3 】 ( 1 ) 澳大利亚b e e 系列热解焚烧装置 该装置采用热分解技术，取消了炉排，实行复门送料，是国外焚烧装置中较 有技术特色的产品，有处理量为1 5 0 2 5 0 0 k g h 的各种产品，我国机场、医院、 工厂和i 酌t - ( 澳大利亚、台湾、韩国及东南亚各国) 均有使用该装置的用户并使用 多年，反映较好。其采用半干式尾气处理，效果较高，是集中处理医疗废物的首 选进口产品。其主要技术参数如表1 - 6 所示。 表1 6 b e e - 5 0 0 型主要技术参数 ( 2 ) j y i i i 型热解气化复式旋流医用焚烧炉 原理：采用立式炉体，异形炉排旋流聚集气尘分离法，逆反复式三级焚烧净 化技术，常压高温下进行炉内自动控制。干馏、气化、浓缩气体后的废渣，经异 ，三 第一章绪论 型旋流式炉排自动落下进行二次燃烧，大大减少了辅助燃料及电力的消耗，同时 有效地进行脱臭和控制有害气体及烟尘的排放，确保了排气达到排放标准。 特点：自动化程度高，性能稳定，安全可靠，结构紧凑，占地面积小，耗油 量低，运行费用低，热解气化旋流聚集，逆反复式三级焚烧，灰化彻底灭菌完全， 无臭、无二次污染；电子点火，自动控温，负压保护，余热可用于热供水等。其 主要技术参数列于表1 7 。 表1 7j y i 主要技术参数 1 6 医疗废物典型组分的热解研究综述 医疗废物包括可燃组分( 有机物) 和不可燃组分。可燃组分为：塑料制品， 橡胶制品，生物质制品，合成纤维，药品类，动植物尸体等。不可燃组分为：玻 璃，陶瓷，金属等。而医疗废物中可燃组分占到了大多数，医疗废物热解过程， 就是在隔绝空气的还原性气氛下加热，使垃圾中可燃组分( 或有机组分) 内的水分 蒸发、挥发分析出，留下固体残渣的过程。本文就医疗废物的主要典型组分 塑料，橡胶，生物质，这三类典型的物质进行热解特性分析。生活垃圾中的一些 主要成分与医疗废物的典型组分也有相同之处，因此也有提及生活垃圾的典型组 分热解特性分析。 1 6 1 利用热重法研究医疗废物 热重法就是将试验样品置于热天平上，测量其重量随温度或时间的变化关 系。具体研究是使样品处在线性升温( 即升温速率一定) 和等温环境下这两种条件 下进行的。而研究最多的还是线性升温条件下的热解。 一 线性升温条件下的热解研究 ( 1 ) 塑料类的热解研究 第一章绪论 田原宇【3 5 】等人采用热解红外联用仪考察了p v c 的热解过程，热重实验条件： 将p v c 研磨至1 0 0 2 0 0 目，样品量为8 0 0 1 0 0 0 i t g 。用n 2 作为吹扫气体，采用 2 5 。c m i n 的程序升温方法。结果表明，p v c 在2 0 0 时开始放出h c l ，3 0 0 左 右达到最大。3 5 0 。c 以下主要是c c l 键的断裂；骨架脱出h c l 后生成共轭烯烃， 进一步热解主要是c c 键的断裂，形成多烯碎片，c 键的断裂为无规则断 裂；除了部分多烯碎片无规则断裂形成脂肪烃类物质的挥发分外，还有一部分通 过分子重排、环化形成芳烃结构，其中一部分以芳烃类物质进入挥发分，另一部 分聚合形成稠环芳香族物质，最后变成焦粒。热解产物主要有h c l 、共轭多烯， 脂肪族化合物、芳香族化合物、焦粒和烟。反应结构方程式如图1 - 2 所示。 - + i c l 喝删c 1 _ c 吒c h c l 翻2 c h c l 一一一 “新裂 - c h 枷删h _ 髀啡。3 0 0 c - ( 如i o 片一脂肪烃 - h - - - - - ，- 6 0 0 一l o 、鼢薪焦 图1 - 2p v c 热解反应结构方程式 郑学刚【3 6 】等人采用程序升温热天平仪对p v c 进行热解失重研究。实验条件： p v c 为2 0 0 目以下的粉末，试样用量约为8 m g ，升温速率分别为5 、1 0 、2 0 、3 0 * c m i n ，且分别在氮气、氢气、空气和氧气等气氛中考察p v c 的热解行为。结果 表明：( 1 ) p v c 热解可分为3 个阶段，第一失重阶段( 2 5 0 - - - 3 5 0 ) 、稳定阶段 ( 3 5 0 - - 4 0 0 ) 和第二失重阶段( 4 0 0 - 5 0 0 ) 。( 2 ) 升温速率对p v c 热解的影 响较大，随升温速率的上升，起始热解温度、最终失重温度和最大失重温度相应 增大，但最终失重率不随升温速率而改变。( 3 ) 气氛的影响表现为高温第二阶段 失重率的差异，在氧气和空气中最终失重率明显大于氮气和氢气中的值，此乃含 氧气氛中发生燃烧反应所致。 k i ms1 3 7 对p v c 管进行热重分析。试验样品为2 + 0 1 m g ，升温速率分别采 用5 、l o 、3 0 m i n ，终温为6 5 0 。c ，氮气气氛。d t g 热重曲线上有两个明显的 失重峰：一个在低温区域( 2 0 0 - - - 3 0 0 ) ，一个在中温区域( 4 0 0 ) 。第一段 热解的失重率为5 7 ，这主要是h c i 的脱除使质量降低。由于h c i 的脱除，中 间产物形成以多烯烃为主。而废p v c 管的元素分析得到的h c l 的质量为6 1 6 ， 略高于5 7 。作者认为这是一些h c l 或c l 原子被捕捉在残余的中间产物中。中 第一章绪论 间产物多烯烃的降解在4 0 0 。c 开始产生气体，液体以及固体副产物。 刘义彬【3 8 】等人选取生活垃圾中废塑料聚乙烯( p e ) 、聚丙烯( p p ) 、聚氯乙烯 ( p v c ) 进行热重实验。实验在实验在氮气气氛下进行，温度从室温升到7 0 0 ， 升温速率为1 0 。c m i n 。结果显示，p p 和p e 分别在4 2 2 、3 6 9 * c 出现一个较小热 解吸热峰，此时聚合物大分子主链的薄弱处开始断裂，相对分子质量下降，但产 物中大分子产物占多数，只有少部分小分子挥发性气体产生。随着温度进一步升 高，大分子产物继续热解，p p 、p e 分别在4 4 2 ，4 8 7 处形成了最大热解吸热峰。 二者热解后期均出现一个放热峰，表明此时有热解产物发生二次缩聚反应。可以 看出，p p 、p e 的热解趋势相似。但p p 分子主链上含有较多的甲基侧链，支化 度较高，热稳定性不如p e ，所以p p 的热解特征温度比p e 低。p v c 热解过程主 要分为2 个阶段，即h c i 的受热脱除和残留多烯共轭结构的热解，所以p v c 的 d t a 曲线有2 个吸热峰。 综上所述，p v c 的热解失重大致分为两个阶段。第一个失重阶段热解温度 大致范围在2 0 0 3 5 0 之间，主要是由于h c i 的析出而导致的，s k i m 得出h c l 的失重率为5 7 ，略低于对废p v c 管得元素周期得到的h ci 的化学计量含量 6 1 6 ，作者认为这是一些h c i 或c l 原子被捕捉在了中间产物中。第二阶段热 解大概为4 0 0 以上，主要为残留多烯共轭结构的热解。p p 、p e 的热解趋势相 似，p p 热稳定性不如p e ，所以p p 的热解特征温度比p e 低。而塑料的热解随温 度的不同，升温速率的不同，以及热解气氛环境的不同而表现出不同的热解特性。 ( 2 ) 橡胶类的热解研究 对橡胶的研究大部分是废旧轮胎的研究文献和一些单体橡胶的研究，以及二 者之间进行比较研究。 崔洪【3 9 】等人运用热重差热联用仪研究了4 种废旧轮胎样品及3 种橡胶原料 ( 天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶) 的热解行为。实验条件：将样品盛装在氧化 铝坩埚内，n 2 气氛( 9 0 m l m i n ) 下，以1 0 * c m i n 的升温速率加热样品，直至样品 热解完全。所得结果如下：合成橡胶的解聚和天然橡胶的热解失重促使废旧轮胎 的热解过程呈现放热过程；升温速率明显地改变了轮胎样品的热解过程，但对热 解产物的产率影响很小；轮