（环境工程专业论文）医疗垃圾焚烧炉研究.pdf

四j 走学工程硕士学位论文 _ 一 医疗垃圾焚烧炉研究 工程领域环境工程 研究生黄正丈指导教师李正山 傅自强 医疗垃圾是医院、诊所、卫生防疫、保健、检验等与医疗卫生有关单位排 出垃圾的总称，包括放射性垃圾、非感染性垃圾和感染性垃圾等。医疗垃圾成 分复杂、毒性大、致病传染性强、危险性高，是一种对生态环境和人体健康危 害极其严重、管理和治理难度大的典型危险固体废物，特别是规模小、分布广 的中小医院、卫生院等部门的医疗垃圾无害化处理，一直是人们关注和急需解 决的难题和热点。针对医疗垃圾，特别是规模小、分布广的中小规模医疗垃圾 无害化处理的特点和要求，结合国外先进技术及发展趋势，研究、开发出了 h 1 0 0 8 c 系列医疗垃圾焚烧炉。该技术采用多点混合射流预热供氧、三级微负 压涡轮燃烧、高温旋风再生过滤尾气净化等新技术。已获国家专利，并在河北、 山西、陕磋、江苏、福建、广东等省数十家医院( 包括“非典”医院) 推广应 用，实际运行效果良好，其中焚烧效率i 9 9 9 ，焚毁去除率9 9 9 9 ，灰渣 热灼减率5 ，烟气和灰渣达到了危险废物焚烧污染控制标准 ( 6 8 1 8 4 8 4 - 2 0 0 1 ) 、危险废物焚烧烟气排放标准( 6 w k 8 3 - 2 0 0 0 ) 排放要求。 该技术具有焚烧效果好、燃烧效率高、无害化彻底、无二次污染、对原料适应 性强、经济实用等特点，特别适合于中、小规模医疗垃圾的焚烧处理，对于解 决中、小型医院( 卫生院) 的医疗垃圾问题，具有重要现实意义。 关键词：医疗垃圾焚烧炉负压涡轮燃烧旋风再生过滤 四川太学工程硕士学位论文 s t u d yf o ri n c i n e r a t o ro nm e d i c a lg a r b a g e f i e l d ：e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g s t u d e n t ：h u a n gz h e n g w e n a d v i s o r ：l iz h e n g s h a n f uz i q i a n g m e d i c a lg a r b a g ei so n ek i n do f d a n g e r o u ss o l i dg a r b a g e ，a n dh o wt od i s p o s ei t i n n o c u o u s l yh 嬲r a i s c dt h ea t t e n t i o no ft h ew h o l es o c i e t y a tp r e s e n t ，t h em a i n m e t h o df o rd i s p o s i n gm e d i c a lg a r b a g ei ss e t t i n go nf i r e t h ep a p e rg i v e sab r i e f i n t r o d u c t i o no fm e d i c a lg a r b a g ea n dt h er e s e a r c hd e v e l o p m e n t0 1 1t e c h n i q u e so f d i s p o s ei tb o t hi n s i d ec h i n aa n da b r o a d b ys t u d y i n gt h ea n a l y s i so fs u b s t a n c e b a l a n c ea n dc a l c u l a t i o n o f h e a t e q u a t i o n i n t h e p r o c e s s o f b u r n i n g m e d i c a l g a r b a g e ， a l o n gw i t ht h em 、a i nf a c t o r st h a ti n f l u e n c em cb u r n i n go f m o d i c a lg a r b a g e ，q u o t i n g m e d i c a l i n c i n e r a t o rs e r i e sh 1 0 0 8 ca se x a m p l e s , t h ep a p c h i i i 矗 醐矗汹t h ed e s i g no f m e d i c a li n c i n e r a t o r s ，e s p e c i a l l y e x p a t i a t et h ec a l c u l a t i o no ft h em a i nb u r n i n g 8 。一i 一j 删触b $ 睁一f i 啦n a 。l l y t h ep a p 盯i j p o i n t so u tt h a t t h ep o p u l a r i z a t i o n 以d i s p o s i n g m o d i c a l 。g a t o a g eu s i n gi n c i n e r a t o r s w i l l b r i n g o u r c o u n t r y s e n v i r o n m e n t a l k e y w o r d s ： m e d i c a lg a r b a g e ；i n c i n e r a t o r ；o w ep r e s st u r b i n eb u r n ；w h i r l w i n dr c z l a i s s a n c el e a c h 朋i l 大学f ：程硕l + 学位跄文 1 前言 医疗垃圾是医院、诊所、卫生防疫、保健、检验等与医疗卫生有关的单位 排出垃圾的总称，包括放射性垃圾、非感染性垃圾和感染性垃圾等，分为感染 性、病理性、损伤性、药物性及化学性废物5 大类。医疗垃圾成分复杂、可能 存在传染性病菌、病毒、化学污染物及放射性污染物等有害物质，因而具有极 大的危险性，它所含的病菌是普通生活垃圾的几十倍甚至上千倍。在国外，医 疗垃圾被视为“顶级危险”和“致命杀手”。 随着经济的高速发展和人口的不断增长，各种垃圾产量也日益增加。根据 建设部统计”。，目前全国露天堆放的生活垃圾数量达到一亿吨以上，将固体垃 圾( 包括生活垃圾、工业垃圾、医疗垃圾) 进行简单混合填埋、缺乏必耍垃圾 处理设施的城镇有两百多个。垃圾污染问题十分突出，治理形势仍然非常严峻。 特别是规模小、分布广的中小医院、卫生院等部门的医疗垃圾，由于资金缺乏、 管理复杂、治理难度大，直是人们关注各界关注的焦点和急需解决的难题。 医疗垃圾不能混合收集，更不能和生活垃圾混放，必须于能确保杀菌和避 免环境污染的防渗漏、防锐器穿透的专用包装物或者密闭容器内收集、贮运， 最终进行无害化处理、处置。我国也早已将医疗垃圾列为头号危险废物，明文 规定医疗垃圾必须采用“焚烧法”处理。 根据垃圾成分、技术水平、经济发展、自然条件等不同，垃圾处理目前主 要有填埋、堆肥、焚烧、回收及源头控制等处理方法，世界各国在采用这些方 法时因国情各异差别较大。表1 - 1 列出了部分国家2 0 0 1 年垃圾处理方法的统计 比例，表卜2 是世界主要工业发达城市垃圾处理方式比例”1 。 表卜1部分国家垃圾处理方法统计( ) 网川大学1 程颂。1 学何沦文 从表卜l 可见，目前，填埋处理作为垃圾处理的传统方法之一，在世界各 国垃圾处理中占较大比例，在大部分国家仍处于主导地位，而且对垃圾的最终 处理而言，填埋方法也是唯一的方法，所以这种方法在今后仍会继续存在并得 以发展。 与填埋法相比，堆肥法投资较大，堆肥产品销售困难，因而在国外一般较 少使用。而对于医疗垃圾，由于填埋或堆肥，可能对土壤、地下水引起病菌传 播、疾病流行、重金属污染等，其处理一般不宜采用填埋法或堆肥法。 卫生再生卫生再生 国家年份焚烧国家年份焚烧 填埋利用填埋利用 四川大学工程硕一l 学位论文 自2 0 世纪7 0 年代中期起，焚烧法处理垃圾在经济发达国家得到了较快地 发展。 早在2 0 世纪9 0 年代中期，日本焚烧的垃圾已达到垃圾总量的7 5 。1 3 本 现有大小垃圾焚烧炉已接近1 9 0 0 座，瑞士、比利时、丹麦、法国、卢森堡、瑞 典、新加坡等国家焚烧的比例也都接近或超过填埋。可见，垃圾焚烧方法正逐 步为越来越多的国家所采用，特别是就医疗垃圾而言，高温焚烧法几乎已成为 其不可替代的唯一处理方法。 从表1 - 1 、表卜2 所列出的各国垃圾处理方法的统计数据中，既可以看出 各国垃圾处理的基本情况，也可以看出因垃圾特性、各国国情、经济水平等基 础条件不同，所采用的垃圾处理方式也存在很明显的差别，尤其是发达国家、 中等发达国家和发展中国家之间的差异相当明显。这种状况充分说明，任何一 个国家或城市治理垃圾必须紧密结合本国国情和具体垃圾性质。 发达国家的垃圾焚烧处理率普遍较高，且呈稳步增长趋势。这说明发达国 家垃圾的热值等基本特征和经济、技术水平更适合采用焚烧技术处理。而发展 中国家受经济、技术水平以及垃圾热值较低等因素的制约，垃圾仍以填埋、堆 肥、堆放等处理方式为主。 但是，从世界各国的垃圾处理状况分析，无论是发达国家，还是发展中国 家，垃圾的无害化处理率都在不断增长，且都在围绕减璧化、资源化、无害化 的治理目标实施与展开。尤其是如何采用有效措施确保危险废物( 如医疗垃圾) 的无害化、减量化安全处理，已经受到世界各国的普遍重视。 大量研究表明。2 “2 “2 “，对医疗垃圾进行焚烧处理是目前最有效的技术方 案。尤其是面对当前席卷全球、威胁人类生命安全的s a r s 病毒、禽流感、疯牛 病、口蹄疫等的出现和有关危险废物的增加，发展效果好、实用性强的医疗垃 圾等危险废物的焚烧处理技术及设备是十分必要的。 针对医疗垃圾，特别是分布在各地、市、县及乡、镇的小型医院、卫生院 产生的医疗垃圾，具有量少传播广、分散收集难、储运不安全、不便集中焚烧 处理等问题，本文对医疗垃圾及其焚烧处理进行了理论分析，并研发、开发了 h 1 0 0 8 c 系列医用垃圾焚烧炉。该系列焚烧炉实际运行效果良好，对于解决中、 小规模医疗垃圾和类似危险废物的处理问题，具有重要的现实意义，并可望获 四川大学工程硕：l ：学位论文 得良好的环境效益、经济效益和社会效益。 2 医疗垃圾处理方法 2 1 医疗垃圾 医疗垃圾是指诊断、治疗( 如必要的医疗服务) 人或动物的免疫过程中， 在相关的研究过程中，在生物制品的制备或检测过程中产生的废弃物，包括医 院、诊所、防疫、卫生保健、检验等与医疗卫生有关的单位排出的全部垃圾的 总称。医疗垃圾主要包括三种类别：医院临床废物( 手术残物、敷料、化验废 物、传染性废物、动物实验废物) 、医药废物( 废抗菌药、抗组织胺类药、心血 管药基因类药等) 和废药物、( 废化学试剂、废药品、废药物) 。医疗垃圾主要 来源于手术废弃物、检验标本、一次性注射器等医疗用品、实验动物的尸体和 药物及病人的生活垃圾等。它可能包含纸、塑料、食物、病理性废弃物、动物 肢体、包扎过的绷带、静脉注射器等。 医疗垃圾中含有多种感染的主要病原体，如细菌、病菌、真菌、放线菌、 支原体、螺旋体、衣原体、立克次体等。有的医院垃圾中查出含有大量的乙肝 病毒，甚至爱滋病毒等。 2 2 医疗垃圾的危害 国家环保总局、国家经贸委、外经贸部、公安部于1 9 9 8 年1 月4 日颁布了 国家危险废物名录。3 ，医疗垃圾属于危险废物( 见表2 - 1 ) 。 表2 1 危险废物名录 4 四川大学工程硕：l ：学位论文 得良好的环境效益、经济效益和社会效益。 2 医疗垃圾处理方法 2 1 医疗垃圾 医疗垃圾是指诊断、治疗( 如必要的医疗服务) 人或动物的免疫过程中， 在相关的研究过程中，在生物制品的制备或检测过程中产生的废弃物，包括医 院、诊所、防疫、卫生保健、检验等与医疗卫生有关的单位排出的全部垃圾的 总称。医疗垃圾主要包括三种类别：医院临床废物( 手术残物、敷料、化验废 物、传染性废物、动物实验废物) 、医药废物( 废抗菌药、抗组织胺类药、心血 管药基因类药等) 和废药物、( 废化学试剂、废药品、废药物) 。医疗垃圾主要 来源于手术废弃物、检验标本、一次性注射器等医疗用品、实验动物的尸体和 药物及病人的生活垃圾等。它可能包含纸、塑料、食物、病理性废弃物、动物 肢体、包扎过的绷带、静脉注射器等。 医疗垃圾中含有多种感染的主要病原体，如细菌、病菌、真菌、放线菌、 支原体、螺旋体、衣原体、立克次体等。有的医院垃圾中查出含有大量的乙肝 病毒，甚至爱滋病毒等。 2 2 医疗垃圾的危害 国家环保总局、国家经贸委、外经贸部、公安部于1 9 9 8 年1 月4 日颁布了 国家危险废物名录。3 ，医疗垃圾属于危险废物( 见表2 - 1 ) 。 表2 1 危险废物名录 4 四川大学1 | 程硕：l 学位论文 医疗垃圾的显著特征是它的异质性及危险性。根据国家卫生部门的医疗检 测报告表明，医疗垃圾具有急性传染和潜伏性污染等特征，其病毒、病菌的危 害性是普通生活垃圾的几十、几百倍，如果处理不当，将造成环境的严重污染。 同时医疗垃圾中含有大量的有机物质，它不仅易腐烂发臭，散发出臭味，而且 孳生蚊蝇，造成疾病的传播，严重危害人体的健康。因此，必须采取有效措施， 解决医疗垃圾的污染问题。 2 3 医疗垃圾处理 医疗垃圾的包括医疗垃圾的收集、储运和无害化处理、处置等。 表2 - 2医疗垃圾收集及处理登记表 医疗垃圾的收集和储运属于医疗垃圾的前处理工艺过程。医疗垃圾的前处 理工艺包括医疗垃圾的收集( 装袋或装箱) 、封装登记、运送、储藏以及入炉焚 烧前的装料过程。由于医疗垃圾的病毒病菌污染危害特性，各过程不允许有任 何泄露、扩散、接触感染现象，也不允许在中间打开箱包和手工检验运送。对 于不同性质医疗垃圾必须采用不同的收集包装袋及保护措施收集。 收集是医疗废物处理的最初阶段，由于医疗垃圾中可能含有有害物质、手 术类工具和危险传染病体，物性差异很大，因此收集必须采用不同的废物收集 袋或箱体收集( 见表2 - 2 0 1 ) 。 网川大学工程硕士学能论文 收集过程中必须注意仔细登记和在包装袋和在箱上做仔细说明，注明内装 物的名称、数量、时间及危害特性。例如是否有传染病毒、是否有利器、是否 有散发气体( 有毒) 、能否接触、潮湿、着火等特性；必要时还需注明放置方法 ( 平放、竖放等) 、抗振防震要求和耐热特性等。 在封装过程中，每一医疗垃圾收集袋或箱都有质量和体积的具体规定和限 制，封前装袋检查是否过量；若是，连废物一起放入大一级包装袋或箱，然后 再进行封口和登记；封装时若发现有气包，应该放气后再扎口。不可以用厚袋 直接打钉封装，建议用包装箱或绳结扎后再放入安全袋或箱中，并作好登记和 说明。 登记过程是医疗废物前处理不可缺少的步骤。登记中至少应至少一式三联 做记载、编号，在封装袋上写明其中医疗垃圾名称、有害特性、时间以及数量、 体积等；另外还须签名存封，写明有关名字；最后另有一联到各科室或档案室 备存。登记的过程资料越详细，对后续操作者在工作中的工作就越容易越安全， 登记的一联随运送转移作为清单备查。 运送过程包括从收集点取得废物到装车到仓库以及焚烧炉加料三处之间的 运输或转运，期间必须仔细检查，认真装卸，编号注册，定点存放。 目前，我国医疗垃圾造成的污染和危害，尚未得到有效控制，特别是中小 型医院、卫生院、保健院、卫生防疫、检验机构等，基本没有进行处理或没有 进行有效处理。 绝大部分医院的医疗废物，基本上随城市生活垃圾一同混装处置，约有9 0 采用了填埋方法，由此引发了多起污染事故，而且给我国许多地区的生态环境 带来了长期、潜在的危险。 绝大多数医院对医疗废弃物的处理与卫生及环保法规的要求相去甚远。虽 然少部分医院采用简易焚烧炉的进行焚烧方式处理，但由于处理工艺简单，很 难完全去除有毒有害物质，给环境带来了严重的二次污染。由于传统简易焚烧 炉技术落后、费用太高或医院观念落后、管理不善等原因，相当一部分医院购 买的焚烧炉运行管理不能达到预期目的。 以三峡库区医疗垃圾的现状为例“。重庆三峡库区现有医疗机构1 0 2 4 个， 拥有病床总计1 3 2 9 0 张左右。据初步统计，每天产生的医疗垃圾2 8 6 吨左右， 四川大学工程硕：l 学位论文 并以每年5 的速度递增。从隶属关系来看，1 0 2 4 个医疗机构包括：市卫生局直 属、区、县、乡所属医疗机构；军队、武警医疗机构；民营医疗机构：各部门、 企业所属医疗机构；以及药厂等企业。从专业服务上看，有综合性医院、专业 医院、妇幼保健院( 所) 、各种传染病防治院( 所) 、综合门诊部、社区和农村 卫生院、保健所( 站) 、药厂、检疫站、各类兽医站、宠物医院等。 通过对重庆市三峡库区各区县主城区等地、市的医疗垃圾的调查( 如表2 3 ) 知，医疗垃圾分布较广，产生量也较多。2 0 0 2 年医疗垃圾年产生量约为 1 0 4 3 吨，同时历年来堆存有一定的医疗垃圾。 表2 - 3 三峡库区各区县主城区医疗垃圾 说明： 此数据为各区县主要医院的年医疗垃圾产生量。 目前，三峡库区医疗机构所产生的医疗垃圾，除少数有病床的大医院与生 活垃圾分开，自设不规范的简易焚烧炉之外，绝大部分医疗机构的医疗垃圾混 入生活垃圾排放，造成严重的环境危害，或直接造成疾病的传播。 四川大学j ：程硕士学位论文 2 4 医疗垃圾处理技术发展趋势 2 4 1 卫生埴埋 卫生垃圾填埋技术的发展有一个漫长的过程，早期只是将城市中分散的生 活垃圾集中起来，运送到城市的郊区，将它们放置填埋在天然形成的沟、塘、 洼地或山谷中，不加掩盖和任何措施，也不考虑对土壤、水体、空气的二次污 染。随着时间的推移，这些从城市中收运出来堆置的垃圾的危害逐渐显露出来， 并日益受到人们的重视和关注。 英国最早于1 9 3 0 年，美国在1 9 4 0 年开始采用生活垃圾卫生填埋技术”3 一一 即有控制的生活垃圾填埋技术。发展到今天的生活垃圾填埋技术，简而言之就 是采用工程措施，能将渗沥水和填埋沼气进行有效地控制的生活垃圾填埋方式。 也可定义为在选定的土地处置场内，采用防渗、铺平、压实、覆盖和填埋沼气、 渗沥水治理等环境保护措施的生活垃圾处理方法。 由于垃圾产量的大量增加，而且含有有毒有害物质，因此其造成环境污染 的可能性也大大增加，所以人们对垃圾填埋场的环境影响越来越重视，垃圾填 埋场的污染防治和运行管理也越来越严格。 国外从2 0 世纪8 0 年代开始在垃圾填埋场防渗处理中使用人工合成的材料 作为衬底材料，逐步成为项成熟的技术得到越来越多的应用。通常采用2 m m 左右厚的高密度聚乙烯( h d p e ) 作为衬底材料，其渗透系数可达1 0 。2 1 0 1 3 c m s 目前，人工合成衬底材料已形成了系列产品，并制定了相应设计和施工标准“1 【铂 。 垃圾渗沥水处理技术在近几年也得到了较大的发展。目前常用的处理方法 有：a 、回灌垃圾填埋场以减质减量；b 、经预处理后输送到污水处理厂集中处 理；c 、现场深化处理后达标排放。其中现场处理方法主要有生物处理法和物理 化学处理法等。 垃圾填埋场作业一般由垃圾推土机和垃圾压实机操作，既可提高场地利用 率，又可减少雨水对垃圾的冲刷。现代化大型垃圾卫生填埋场大多采用单元填 埋法，并对垃圾进行分层压实和每日覆盖。 垃圾压实不但可以延长垃圾填埋场的使用寿命，还可以加速垃圾填埋场的 稳定化。覆盖的目的一是防止垃圾中纸张和塑料等轻质物被吹散，二是控制恶 四川大学1 ：程硕j ：学位论文 臭和害虫的产生，三是减少降水进入垃圾填埋场，以减少垃圾渗沥水的产量， 四是改善垃圾填埋场的景观。覆盖可以利用附近的自然土，也可以用建筑渣土、 陈垃圾或化学泡沫材料等。 填埋沼气的主要成分是甲烷c h 。和二氧化碳c 0 ：。甲烷是一种可燃气体，其 低位热值约为3 5 8 2 3 k j m 3 ( 标准状态下) ，在空气中的浓度达到5 一1 5 时， 可能导致火灾和爆炸事故；二氧化碳的主要影响是在水中溶解形成碳酸，从而 溶解矿物质使地下水矿化；另外，由于植物对二氧化碳和甲烷具有一定的敏感 性，如果根部聚集较多的填埋沼气，会导致植物根部缺氧，从而危害其生长。 因此，必须控制填埋沼气的自由转移或扩散，通常采取的方法有：a 、通过石 笼等形式将填埋沼气导排；b 、通过石笼和收集管将填埋沼气导排并使其安全直 燃；c 、通过管网系统收集后经过净化处理作为能源回收利用。 和普通生活垃圾不同，医疗垃圾作为一种危险废物，不能进行卫生填埋， 技术上、法律上均不可：而实际上由于经济、技术、管理等原因，许多医疗垃 圾事实上随同生活垃圾进行填埋。 2 4 2 黼 垃圾堆肥是指利用微生物对生活垃圾中的有机物进行分解腐熟而形成肥料 的生物过程。生活垃圾堆肥方式的起源己经很难考证了，但对堆肥技术进行科 学研究始于2 0 世纪2 0 年代，而高温好氧堆肥技术是从2 0 年代3 0 年代开始采 用的。根据工艺流程和运行状况，高温好氧堆肥处理技术可分为静态好氧堆肥 处理技术、动态好氧堆肥技术和间歇动态好氧堆肥技术三种。进入2 0 世纪9 0 年代以来，动态厌氧堆肥处理技术在一部分国家率先得到了应用。据资料介绍 “”，在2 0 世纪的7 0 - 8 0 年代，许多发达国家曾建设了大批机械化程度较高 的垃圾堆肥厂，不少国家还制定了垃圾堆肥产品的技术标准，并依据相关技术 标准生产了多种用途的堆肥系列产品，以适用不同作物、不同土壤和不同用肥 途径( 如家庭养花、庭院苗圃、园林绿化、农业种植等) 的需求。同时也在提 高垃圾堆肥产品质量，扩大垃圾堆肥产品销售和拓展垃圾堆肥产品使用范围等 方面作了大量工作9 有效地推动了垃圾堆肥技术的推广应用。 但是，随着发达国家对垃圾等在生产卫生标准的日益严格以及人们对环境 四川大学工程硕士学位论文 意识的逐步提高，使各方面更重视垃圾堆肥产品的重金属含量、有毒元素含量 对人体健康的危害和影响。而垃圾堆肥产品中的重金属含量和有毒元素又往往 超过规定的极限标准值，引起了各方面的高度重视，这种状况极大地限制了垃 圾堆肥产品的销售。另外，大型机械化垃圾堆肥厂运营成本较高，垃圾堆肥产 品中的杂质等很难完全去除，这些都限制了垃圾堆肥技术的应用和堆肥设施的 建设，阻碍了垃圾堆肥技术的发展。 2 0 世纪8 0 年代后期，发达国家的生活垃圾堆肥技术应用陷入低潮，有不 少国家的许多规模较大且机械化程度较高的生活垃圾堆肥厂相继倒闭。但即使 在这种形式下，许多国家或城市仍在坚持不断改进垃圾堆肥技术，提高垃圾堆 肥产品质量，稳步发展生活垃圾堆肥技术。 总体而言，目前国外垃圾堆肥厂总体呈下降趋势，但垃圾堆肥技术的发展 并没有停顿。发展较快的有两种方式：一是庭院垃圾堆肥；二是制造有机复合 肥技术。但就医疗垃圾而言，显然不宜采用堆肥法进行处理。 2 4 3 焚烧 垃圾焚烧是指在有控制条件下，通过高温燃烧，使垃圾变成惰性残余物， 并对燃烧余热加以利用的处理方法。 垃圾焚烧技术的发展历史相对较短，大致经历了三个阶段：萌芽阶段、发 展阶段和成熟阶段“。 萌芽阶段是从1 9 世纪8 0 年代开始到2 0 世纪初期。1 8 7 4 年和1 8 8 5 年，英 国诺丁汉和美国纽约先后采用焚烧方法处理生活垃圾。1 8 9 6 年和1 8 9 8 年，德 国汉堡和法国巴黎先后建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂。但是此时因技术 原始和垃圾中可燃物的比例低，在焚烧过程中产生的浓烟和臭味，对环境的二 次污染相当严重，因此这种方法曾一度被人们所抛弃。 在一次世界大战后到二次世界大战期间的2 0 年里，工业发达国家的经济迅 速发展，城市居民的生活水平大幅度提高，垃圾的成分也随之变化，给垃圾焚 烧创造了条件，因此焚烧技术又逐渐发展起来。 二次大战以后，经济发展非常快，城市居民的生活水平进一步提高，垃圾 中的可燃物和易燃物迅速上升，促进了垃圾焚烧技术的应用。特别是在2 0 世纪 四川大学工程硕士学位论文 6 0 年代的电子工业变革后，各种先进技术在垃圾焚烧上得到了应用，使垃圾焚 烧炉得到了进一步的完善。 从2 0 世纪7 0 年代到9 0 年代中期的2 0 多年间，是垃圾焚烧技术发展最快 的时期，几乎所有的发达国家、中等发达国家都建有不同规模、不同数量的垃 圾焚烧厂，发展中国家已建有或正在筹建垃圾焚烧炉的也不在少数，垃圾焚烧 技术的发展方兴未艾。 日本的垃圾焚烧厂遍布全国各地“。1 9 9 3 年日本共有垃圾焚烧厂1 8 5 4 座， 比1 9 9 0 年的1 8 7 0 座略有下降，其下降的主要原因是进入2 0 世纪9 0 年代后， 日本严格了垃圾焚烧厂废气的排放标准，迫使一些达不到排放标准的老厂关闭 或改造。尽管如此，日本的垃圾焚烧总量并没有下降，1 9 9 3 年日均垃圾焚烧总 量为3 7 4 2 万吨，垃圾焚烧率达到7 4 3 ，比1 9 9 1 年的7 2 8 有所上升。 美国1 9 9 g 年有垃圾焚烧厂1 4 7 座“6 “，比1 9 9 4 年的1 6 9 座及1 9 9 5 年的 1 6 2 座有所下降，其主要原因也是严格了废气排放标准，使得一些老厂被淘汰。 美国1 9 9 3 年的垃圾焚烧率为1 1 ，填埋率为7 2 ，资源回收率1 7 。1 9 9 6 年焚 烧率下降到1 0 ，填埋率下降到6 3 ，资源回收率则上升到2 7 。 德国在i 9 9 0 年共有垃圾焚烧厂4 9 座“1 “，年焚烧处理量为9 0 0 万吨，1 9 9 5 年发展到5 6 座，垃圾焚烧率为3 7 ，比1 9 9 0 年的3 0 有所上升，年焚烧处理量 为1 0 8 0 万吨，2 0 0 0 年建设1 3 座垃圾焚烧厂，垃圾焚烧率将上升到4 4 ，年焚 烧处理璧将达到1 3 1 5 万吨。 英国1 9 9 3 年的生活垃圾总量为2 0 0 0 万吨“”1 ，其中垃圾填埋率为8 3 ， 垃圾焚烧率为1 3 ，垃圾回收利用率为4 ，垃圾焚烧率比1 9 9 0 年的1 0 略有上 升。 新加坡因为国土狭小，对于废物减量要求很严格，环境省的政策是以减量 化为主要目标“”1 ，现有的t u a s 垃圾焚烧厂、u l up a n d a n 垃圾焚烧厂和s e n o r o 焚烧厂合计处理能力达到6 0 0 0 t d ，以达到全部生活垃圾减量化9 0 的指标。 除此之外，据不完全统计，1 9 9 5 年的垃圾焚烧厂数量意大利有1 5 0 座，法 国有2 2 9 座，加拿大有6 7 座，瑞典有4 8 座，荷兰有1 2 座，丹麦有3 8 座，西 班牙有2 2 座，匈牙利有i 座，韩国有5 座，澳门有1 座，台北有5 座，巴西有 2 座，尼日利皿有3 座，阿根廷有l 座，印度有l 座，泰国有3 座。 四川大学工程硕士学位论文 自加入w t o 以来，随着世界、中国经济一体化进程加快，经济的发展有力 地促进了环保意识的提高。尤其是2 0 0 3 年爆发的s a r s 非典病毒，敲响了人们 重视医疗垃圾减量化、无害化安全处置，减少病菌感染、防止疾病大规模流行 传播的警钟，所以开发适合中国国情、技术安全可靠的医疗垃圾焚烧炉技术具 有重大的现实意义。 2 4 4 医疗垃圾焚烧技术发展趋势 现阶段日本啪1 的医疗垃圾处理方式有焚烧、高温分解、高压灭菌、干燥灭 菌等方法，其中以焚烧的方式最为普遍。根据2 0 0 0 年1 月1 日的统计结果。“， 有许可证的3 8 2 家中，焚烧为3 6 0 家、高温分解为7 家、高压灭菌为3 家、干 燥灭菌等方法6 家、其余方式的有6 家。以上的处理方式各有利弊，经过国内 外大量研究表明“4 “”“6 “2 ”，医疗垃圾通过焚烧处理后，可以实现较为有 效的有毒有害物质的氧化分解和降解；同时可以最大限度地减少体积和质量， 对医疗垃圾进行焚烧处理是目前最有效的技术方案及最主要的处理方式。 目前，我国对医疗垃圾的处理正处于起步阶段。为此对我国的医疗垃圾处 理建议如下。“：卫生部、环保总局、司法部、公安部联合制定医疗垃圾处理的 相关政策，参照国外的经验，根据中国发展的具体情况，逐步分区域建立医疗 垃圾处理中心，实行集中处理，对医疗卫生单位，从大型综合医院到个体诊所， 建立由专人主管负责的制度，医疗垃圾的处理状况列入医疗卫生单位的评价条 件中。 我们应对医疗垃圾的收集、储运等严格管理，开发医疗垃圾焚烧炉技术、 设备，首先对医疗垃圾通过高温焚烧，然后对其灰烬实行安全填埋，并对尾气 实施有效治理，彻底实现医疗垃圾的无害化、减量化，改变医院“前门治病、 后门放毒”的局面。 3 医疗垃圾焚烧理论分析 3 1 医疗垃圾焚烧 3 1 1 焚烧 通常把具有强烈热效应、有基态和电子激发态的自由基出现并伴有光辐射 网j i i 大学工程硕士学位论文 的化学反应现象称为燃烧。 现代燃烧学认为。从整个焚烧过程来看，医疗垃圾及燃料的燃烧伴随着化 学反应、流动、传热和传质等化学过程及物理过程，是物理化学现象的综合过 程，这些物理化学现象之间互相联系和制约，并以其综合关系决定着燃烧的最 终结果。特别是在医疗垃圾焚烧炉条件下，由于燃烧空间中燃油、医疗垃圾与 空气的混合过程以及反应物质的浓度与温度的分布都和流体介质的速度分布密 切相关，因此，燃烧空闻的气体动力场的结构及其热力条件往往是影响医疗垃 圾整个燃烧过程的主要的、甚至是决定性的因素。基于这一情况，所以在焚烧 炉燃烧技术的研究中，重点放在燃烧的物理过程方面，例如研究有关气流混合 及湍流区形成规律等问题，并在此基础上掌握控制火焰长度、提高火焰稳定性 和强化燃烧过程的手段。 3 1 2 着火条件与着火温度 如果在一定的初始条件( 闭口系统) 或边界条件( 闭口系统) 之下，由于 化学反应的剧烈加速，使反应系统在某个瞬间或空间的某部分达到高温反应态 ( 即燃烧态) ，那么，实现这个过渡的初始条件或边界条件便称为“着火条件”。 着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力参数和流体力学参数的综合 函数。 图3 1 放热曲线与散热曲线t ( ) 四川大学l ：程硕士学位论文 容器内单位体积内混合气在单位时间内反应放出的热量，简称放热速度 q ( g ) 。单位时间内按单位体积平均的混合气向外界环境散发的热量，简称 散热速度 q ( l ) 。着火的本质问题取决于放热速度与散热速度的相互作用及 其随温度增长的程度。放热速率与温度成指数曲线关系，而散热速率与温度成 线性关系。当压力( 或浓度) 不同时，则得如图3 一l 中所示的一组放热曲线 q ( g 1 ) 、q ( g 2 ) 、q ( g 3 ) 。 当改变混合气的初始温度 t ( 初) 时则得到一组平行的散热曲线 q ( l 1 ) 、 q ( l 2 ) 、q ( l 3 ) ；同样改变h f v ( h 为对流换热系数；v 为容器体积) 时，则 得到一组不同斜率的散热曲线 q ( l 1 ) 、q ( l 2 ) 、q ( l 3 ) 。直线q ( l 2 ) 与曲线q ( g 3 ) 相切于点a 。a 点以前放热速率总是大于散热速率，并不需 要外界能量的补充，完全靠反应系统本身的能量积累自动达到a 点。因此a 点 将标志由低温缓慢的反应态到不可能维持这种状况的过渡，点a 为着火点( 热 自燃点) ，t ( a ) 为着火温度( 热自燃温度) 。 3 1 。3 热值 医疗垃圾的热值是指单位质量的医疗垃圾燃烧释放出来的热量。医疗垃圾 的热值又分为高位热值( 粗热值) 和低位热值( 净热值) 。 要使医疗垃圾维持燃烧，就要求其燃烧释放出来的热量足以提供加热垃圾 到达燃烧温度所需要的热量和发生燃烧所必须的活化能。否则，便要添加辅助 燃料才能维持燃烧。 医疗垃圾的热值取决于垃圾中各物质的热化学性质，如生成热、反应热、 燃烧热等。 拉瓦锡一拉普斯定律定律指出：化合物的分解热等于它的生成热，而符号相 反。根据这个定律，我们能够按相反的次序来书写热化学方程，从而可以根据 化合物的生成热来确定化合物的分解热。 基尔霍夫( k i r c h o f f ) 定律指出：反应热随温度的变化速率等于反应物和 生成物的等压比热容。根据基尔霍夫( k i r c h o f f ) 定律定律，可以求得两个温 度间反应热的变化 1 4 四川大学工程硕： ：学位论文 盥矿媚焉：j n 矗f 托c 。一m ，c 。k c 。 式中：a h 。h r 。一分别为温度t 。、t 。的反应热，k j k g ； c 。c 。广分别表示生成物和反应物的摩尔比热容，k j k g ，其值随温 度而变化。 3 1 4 理论燃烧温度 燃烧反应是由许多单个反应组成的复杂的化学过程。它包括氧化反应、气 化反应、离解反应等，在这些单个反应中有放热反应，也有吸热反应。当燃烧 系统处于绝热状态时，反应物在经化学反应生成平衡产物的过程中所释放的热 量全部用来提高系统的温度，系统最终所达到的温度称为理论燃烧温度，即绝 热火焰温度。绝热火焰温度的计算是比较复杂的，因为它会影响平衡成分的组 成，反过来最终产物的平衡成分又会影响理论燃烧温度的高低，它们之间是互 为依赖的关系，故对它只能用渐近法重复计算来求得。 t 口 1口 贫燃料富燃料 图3 2 绝热温度与初始混合物化学当量的关系 绝热温度与初始混合物化学当量比密切相关，图3 - 2 为绝热温度t ( f ) 与初始混合物化学当量比西的关系。这里初始混合物化学当量比定义为：实际 的( 燃料氧化剂) 除以化学当量时的( 燃料氧化剂) 。由图3 2 可知，当初始 四川大学j ：程硕士学位论文 混合物按化学当量比相配合时，绝热火焰温度最高。在富燃料( 由1 ) 或贫燃 料( 由1 ) 时，由于稀释效应，都会使绝热温度降低。实际上，火焰温度最大 值出现在由大于l 的一侧。原因是如果系统中氧化剂稍有不足，将使产物的比 热降低，绝热火焰温度上升。 3 2 焚烧机理 医疗垃圾的焚烧过程比较复杂，通常由垃圾干燥、蒸发、分解、熔融和氧 化还原反应等一系列传热、传质过程、物理变化及化学反应所组成。一般根据 不同可燃物质的种类，有三种不同的燃烧方式：1 ) 蒸发燃烧。垃圾受热熔化 成液体，继而化成蒸汽，与空气扩散混合而燃烧。蜡的燃烧属于这一类：2 ) 分 解燃烧，垃圾受热后首先分解，轻的碳氢化合物挥发，留下固定碳及惰性物， 挥发分与空气扩散混合而燃烧，固定碳的表面与空气接触进行表面燃烧，木材 和纸的燃烧属这一类；3 ) 表面燃烧，如木炭、焦碳等固体受热后不发生融化、 蒸发、和分解等过程，而是在固体表面与空气反应进行燃烧。 医疗垃圾中含有多种有机成分，其焚烧过程是蒸发燃烧、分解燃烧和表面 燃烧的综合过程。同时，由于医疗垃圾有一定的含水率，为了更好地认识医疗 垃圾的焚烧过程，我们在这里将其依次分为干燥、热分解和燃烧三个过程。然 而，在垃圾的实际焚烧过程中，这三个阶段没有明显的界限，只不过在总体上 有时间的先后差异而已。 3 2 i 干燥 医疗垃圾的干燥是利用热能使水分气化，并排出生成水蒸气的过程。按热 量传递的方式，可将干燥分为传导干燥、对流干燥和辐射干燥三种方式。医疗 垃圾在送入焚烧炉前的含水率一般为2 5 3 0 ，因此，干燥过程需要消耗较 多的热能。含水率高低，决定干燥阶段的长短，影响垃圾的整个焚烧过程。 3 2 2 分解燃烧 医疗垃圾的热分解是垃圾中多种可燃物在高温作用下的分解或聚合化学反 应过程，反应的产物包括烃类、固定碳及不完全燃烧物等。针对医疗垃圾的特 四川大学工程硕士学位论文 殊性，需投加辅助燃料强制燃烧。 医疗垃圾中的有机物组成复杂，即使是通常所说的纸张、塑料等组成都不 是单一恒定的，因此，其物性数值只是个范围。 图3 - 3 医疗垃圾组份热解过程失重特性。 ab 图3 - 4 纸张和橡胶热解失重特- 眭曲线【8 有机化学合成物都有较明显的挥发出温度区，在此区间内挥发分大量析 出；而纸张、布、或含纤维质较多的废弃物在不同温度区间的析出较均匀，且 温度区相对较宽。从图3 3 ”3 可看出，如塑料( 曲线8 、9 ) 、泡沫( 曲线9 ) 这 类的有机化学合成物都有较明显的挥发分析出温度区，一般在3 0 0 5 0 0 之 间，挥发分可以大量析出；图3 4 8 示出了橡胶和纸张热解失重特性曲线 图。同时，从所有样品的热解失重曲线可明显看出，当温度在6 0 0 7 0 0 之间时，大多数废弃物的热解析均已完毕，剩余的只是燃尽的灰分，这点可作 为确定焚烧炉的炉膛温度下限的重要依据，它说明炉膛温度至少定在7 0 0 以 四川大学工程硕上学位论文 上，才能保证挥发分的析出与燃烧完全。 表3 1 常见医疗垃圾组份物性 编号名称w ( )a ( )v ( )c ( ) 热值( k j k g ) 1落叶1 9 4 0 33 2 97 3 3 1 84 0 5 2橘子皮7 8 0 1 20 9 0 51 6 7 8 3 4 3 3 竹片1 1 9 3 22 6 1 85 5 8 22 9 6 3 4破布8 7 2 83 1 3 1 8 1 0 8 77 0 5 4 5线手套5 9 7 01 6 4 47 4 3 6 5 1 8 0 2 1 6纸张6 11 4 3 7 8 1 21 4 3 5 7玻璃纸9 5 9 91 8 1 3 6 7 0 1 62 1 5 7 2 8泡沫塑料0 9 6 50 4 7 5 9 8 5 6 9泡沫薄膜0 4 7 10 1 6 4 9 9 3 6 5 4 4 1 0 8 9 6 2 5 5 6 9 1 6 0 2 8 1 6 1 0 2 7 8 1 6 6 2 6 4 5 7 1 2 4 2 3 2 7 5 4 4 7 3 3 9 9 3 6 5 1 0编织袋0 0 1 0 6 0 6 67 9 1 01 4 8 2 42 0 5 0 6 1 l 橡胶 1 2 19 8 28 4 9 83 9 42 6 0 1 8 3 2 3 蒸发燃烧 固体受热熔诧成液体，继而化成蒸气，与空气扩散混合而燃烧，如蜡的燃 烧属于这一类。 3 2 4 表面燃烧 表面燃烧是在固体表面与空气反应进行燃烧。如木炭、焦炭等固体受热后 不发生熔化、蒸发和分解等过程，而是进行表面燃烧。 4 设计原则及依据 4 1 原则 1 严格遵守国家及地方有关法律、法规、标准，确保焚烧烟气、灰渣、安 全、卫生及噪声等指标达到有关标准规定要求。 2 充分考虑医疗垃圾组成复杂、水分高、毒性大、有效热变化大、难处理 1 8 匹l 川大学t 程硕士学位论文 的特点，采用先进工艺技术，在保证无害化处理效果和安全、卫生的前提下， 尽量减少投资、占地和运行费用。 3 充分考虑公司的实际情况，开发设计出能适应不同规模、不同性质医疗 垃圾和运输、安装、运行方便的焚烧炉，避免对医院等单位的工作和管理造成 干扰。 4 焚烧炉要投资省、占地少、经济、实用，运行稳定可靠，日常管理和操 作方便，维护简单，宜于长期使用。 4 2 依据 医疗废弃物焚烧环境卫生标准( g b t 1 8 7 7 3 ) 医疗废弃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 a 一2 0 0 0 ) 船用焚烧炉技术条件( g b l 0 8 3 6 8 9 ) 大气污染物综合排放标准( g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) 锅炉烟尘排放标准( g b l 3 2 7 卜9 1 ) 城市区域环境噪声标准( g b 3 0 9 6 9 3 ) 工业企业厂界噪声标准( 娜螅3 4 妒9 0 ) 恶臭污染物排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别( g b 5 0 8 5 ) 4 3 技术要求 医疗垃圾焚烧处理目的主要是无害化和减量化，一般对余热回收不作要求。 根据我国危险废物焚烧污染标准的规定，为确保焚烧危险废物，在燃 烧过程中必须至少达到以下技术条件。“： 焚烧炉内温度达到8 5 0 一1 1 5 0 ； 烟气在炉内停留时问大于2 s ； 固体在炉内停留时间大于1 5 h ； 燃烧效率大于9 9 9 9 ： 焚毁去除率大于9 9 9 9 ； 1 9 四川大学工程硕士学位论文 灰渣的热灼减率小于5 。 焚烧过程产生的废灰、废渣、废水以及净化处理废物必须按危险废物的规 定条例进行处理，不能随意排放。 5 医疗垃圾焚烧工艺 5 1 医疗垃圾性质 医疗垃圾的成分及热值组分是焚烧处理的基础数据，它决定了焚烧炉设计 及运行参数。医疗垃圾的热值、含水率高低和组成成分、尺寸是影响燃烧的主 要因素。热值越高，燃烧过程越易进行，焚烧效果也就越好。 表5 - 1 某部队医院垃圾成分构成比( ) 医疗垃圾组成成分的尺寸越小，单位质量或体积医疗垃圾的比表面积越大， 医疗垃圾与周围氧气的接触面积也就越大，焚烧过程中的传热和传质效果越好， 燃烧越完全；反之，传质及传热效果较差，易发生不完全燃烧。因此，在医疗 垃圾送入焚烧炉前，对其进行密闭破碎预处理，可增加其表面积，改善焚烧效 果。表5 - 1 是某部队医院垃圾成分构成比( ) “，表5 2 是某医院垃圾渗出液 污染指标分析“”，表5 - 3 列出了医疗垃圾分类及特性”。 四川大学工程硕士学位论文 表5 - 3 医疗垃圾分类及特性 垃圾分缓成份组成 重量 ( k g ) 高热值 ( k j k g ) 堆比重 ( k g l m 3 ) 含水量 ( ) 低热值 ( k j k g ) 实际低 熟值 ( k j k g ) a l ( 红袋) a 2 ( 橙袋) a 3 a ( 黄袋) a 3 b ( 黄袋) 实验室垃 圾 手术切除物 塑料 敷料，吸收棉 酒精消毒棉 全袋 传染性切除物 塑料 玻璃 术前处理弃物 全袋 纱布敷料纸绷带 塑料注射器 手术刀，针头 引流排泄物 酒精消毒棉 全袋 塑料 手术刀 纤维物 引流排泄物