医疗废物处理技术的综述

医疗废物处理技术的综述黄兆伟1李水清1刘惠永2项光明1(1清华大学2清华同方股份有限公司)摘要：本文首先介绍了国内医疗废物的主要处理技术手段，以及各种技术的应用情况，最后重点对高温焚烧技术的优缺点进行了比较。1前言在医疗废物集中处置设施方面全国各级医疗机构拥有的床位数为317.7万张，其中来自医院、卫生院的床位约294.8万张，县级以上的医院、卫生院床位数约215.5张。按照每张床位每日约产生0.8—1.2公斤医疗废物和医院住院率80%计，每日全国约产生医疗废物1880—2800吨，其中产生于县级以上城市每日产生的医疗废物约为1380—2060吨。目前已经进行医疗废物集中处理的城市有石家庄、沈阳、广州、杭州、福州、南京、苏州、南宁、西宁，另外北京、天津、上海、深圳、长沙等城市正在筹建。“非典”之后，政府对危险废物(尤其是医疗废物)的处置加大了重视力度，各地区和一些人口较多的县级单位都将在两年建成集中处置设施。本文对医疗废物的技术进行详细综述，希望能够对决策者和工程设计人员都有所帮助。1主要处置技术介绍已有的主要医疗废物处置技术包括：卫生填埋法、高压蒸汽灭菌法、化学消毒法、电磁波灭菌法、高温焚烧法（以回转窑、热解焚烧炉、炉排炉以及新型等离子体法等）1.1卫生填埋法优点：投资低、操作简单不足：存在很大后患，有害物质容易泄漏造成环境污染。目前国内规模较小的医院多采用此方法，该方法并不适合直接处理危险废物（如医疗废物），国外甚至有把以往填埋的危险废物挖出重新处理的案例。目前卫生填埋法多用于处理无害废弃物和危险废物处理后的残渣。1.2高温高压蒸气消毒法对感染性废物很有效不能用于处理低放射性的、有机溶剂、化疗的、药理的和病理的废弃物处理规模小处理后废物的安全性仍存在隐患1.3机械-化学消毒法消毒操作简单容易产生二次污染，而且消毒效果难以保证可以处理液体废物和病理方面的废物，但不能处理挥发性有机物，化学药剂、汞和放射剂废弃物在处理过程氯使用有一定危险性,且产生的有毒废液需经过复杂处理才能排放1.4电磁波灭菌法此技术既可用于现场处理，也可用于废物转移处理处理后废物体积减少60%这种方法不适于病理方面的废物处理1.5高温焚烧法(a)基本原理：有毒有害物质在高温下氧化、热解而被破坏(b)特点：同时实现废物无害化、减量化（减量90％～95％）(c)污染物控制：焚烧系统：通过改善燃烧状态，可以抑制二次污染物的产生；尾气净化系统：经过严格尾气净化措施，可确保二恶英、呋喃、重金属、酸性气体、烟尘等有害二次污染物得到高效净化。1.6等离子体法（高温焚烧的新工艺）基本原理：等离子体是一种新型高温热处理技术，它具有高温（1300℃～10000℃）、能量集中、电热转换效率极高的特点废弃物燃烧后的残余物仅剩3%左右，基本无味，无烟排放占地面积小，洁净、安全、卫生工艺系统较复杂，投资成本高于普通焚烧技术3倍目前还没有形成严格标准规范操作要求高，大规模应用还有待时日2各种医疗废物技术的比较表1各种医疗废物处理方法的优缺点比较技术优点缺点高温焚烧＊减容(95%)及减量(90%)效果最佳＊操作正常时消毒彻底＊需要的空间适中＊可控制空气污染物排放＊可处理所有种类医疗废物＊集中处理的规模可大型化＊不可燃物无法减容，例如灰、金属等＊若环境因素会使操作相当复杂＊需要训练有素的操作员＊不可燃物和燃烧后的飞灰可能造成处理上问题＊需要辅助燃料＊运行成本较高化学消毒＊减容80%,但是质量微增＊废弃物的外观及形式将有所改变＊废液中含有高浓度的氯化物＊废液中含有高浓度的金属和有机物质＊排放出的物体易受到环保法规的管制＊磨碎机的噪音大＊高浓度的氯化物会造成职业安全的顾虑＊无法保证完全消毒＊使用的经验极少＊投入资本高，回收成本需要十五年以上＊化学疗法废弃物、放射性废弃物、病理废弃物无法使用本方法高温蒸气消毒＊一般而言需求的空间较小＊操作简单＊运作、维护所需成本较低＊资本较低＊减容80%,但是质量微增＊容量小、处理规模小＊有臭味和排水的问题＊废弃物外观不变＊有可能需要特殊包装和处理＊尖锐物品处理后不改变，仍然有安全顾虑＊将废弃物利用灭菌釜或高压压缩可能会造成灰锐物品割破盛装废弃物的袋子或容器＊病理废弃物、液态废弃物、手术切割物、挥发性化学物质不适用电磁波灭菌＊消毒时可移动或固定＊减容80％，但是质量增加＊无法辨识的废弃物＊系统资料相当有限＊不能完全消毒，只能视为杀菌的过程＊增加的蒸汽会造成重量的增加＊病理废弃物、低放射性废弃物或化学疗法废弃物不适用表1列出了高温焚烧、化学消毒、蒸汽消毒、电磁波灭菌等方法的优缺点，综合各种因素，高温焚烧方法因对废物的破坏最为彻底、减容效果最好而最为有效。表2所列是各种技术对不同种类医疗废物的适应性。高温焚烧的四种主要技术以回转窑和等离子体的适应性最好，而热解焚烧炉适应性仅因炉体结构不同而已，其中对细胞毒类废物适应性不好，对化学药剂也不好。单燃烧室焚烧炉适应条件比较差，基本上被禁止使用。表2各种医疗废物处理方法对废物的适应性技术感染性废物解剖废物锐器药品细胞毒类废物化学药剂废物回转窑焚烧炉ОООООО单燃烧室焚烧炉ООО×××热分解焚烧炉ООО可以处理一小部分×（现代化焚烧厂可以处理）允许一小部分等离子体法ОООООО化学消毒法О×О×××高温灭菌法О×О×××电磁波灭菌法О×О×××卫生填埋法О××可以处理一小部分××注：О表示可以处理，×表示不可以处理。3国际上各种医疗废物技术应用情况表3列出了世界各地处理医疗废物的技术应用情况，可以说目前国际上处理医疗废物的主要方法仍然是焚烧法。以欧洲为例，超过70%的危险废物采用焚烧方法处理。但对于焚烧后的炉渣、飞灰和尾气控制非常严格，必须达到无菌、无毒才能够排放。此外由表3可以知，医疗废物焚烧设施的建设逐渐从就地焚烧炉逐渐转移到集中焚烧处置中心上来，这是一个大的趋势。表3世界各地处理医疗废物的技术应用概况国家应用情况德国（2000.8）1、On-site就地焚烧炉：1984年554台→1987年218台2、Off-site集中处置焚烧炉：3台（基尔、奥格斯堡、比勒费尔德）3、微波灭菌法和高压蒸汽灭菌法的应用数量在减少法国大多数医疗废物采用焚烧法处理1、On-site就地焚烧炉：1台2、Off-site集中处置焚烧炉：3台（约40000t/年）3、市政管辖集中焚烧炉：19台（约90000t/年）4、热处理方法：20台（约22800t/年）希腊（1999）1、On-site就地焚烧炉：数台2、Off-site集中焚烧炉：2×15t/d（雅典，建设中）2×7.5t/d（Thessaloniki，运行中）700kg/d（雅典，运行中）爱尔兰1、化学消毒法的处理厂：一家已经建成，一家即将建成。2、On-site焚烧厂：一家（处理化学消毒法不能处理的医疗废物）英国1、On-site就地焚烧炉：700台→37台2、微波灭菌法：一台3、高压蒸汽灭菌法：一台美国（1997）1.高压蒸汽灭菌法：931台2.化学消毒法：173台3.蒸汽热处理：92台4.电热辐射：5台5.微波法：254台6.等离子体法或照射法：61台7.2400台On-site焚烧炉中50％～80％将被大中型现代化集中处置焚烧炉和采用新兴处理技术的处理厂所替代。澳大利亚1、焚烧炉：7台2、高压灭菌法：2台（昆士兰），1台（新南威尔士）3、化学药剂法：3台（维多利亚，新南威尔士）4、微波法：1台（新南威尔士）菲律宾1999年在马尼拉安装了几套微波灭菌系统来处理医疗废物日本1、焚烧法：360台2、气化法：7台3、蒸汽灭菌法：3台4、干热法：6台5、其它方法：6台台湾33台焚烧炉（on-siteoroff-site），1998年批准使用焚烧法处理医疗废物马来西亚1、On-site就地焚烧炉：7台2、Off-site集中处置焚烧炉：8台新加坡采用高温焚烧炉处理4主要焚烧技术的介绍炉排炉(Grate-type仅限于国内厂家)连续热解焚烧炉(Hearth-type)回转窑焚烧炉等离子体焚烧技术4.1炉排炉（Grate-type）炉排炉从煤燃烧工艺的发展而来，燃料从入口到出口依次经过干燥区，燃烧区，灰渣形成区。停留时间长且较易控制，保证了燃烧的完全。有时候这些炉型都配有再燃室，以保证气体的完全燃烧。事实上，该工艺因为炉排的掉落和烧块问题，一般在欧美很少用于医疗和危险废物的处理，只是在生活垃圾发电方面的应用较多，因而不鼓励国内采用。4.2连续热解焚烧炉(Hearth－type)连续热解焚烧的工作原理：1）以低于理论化学反应计量的空气，送于初次燃烧室的固定炉层上燃烧，使垃圾有机成分分解为可燃性气体，不致因大量过剩空气激起扰流而产生扬灰，故颗粒物排放降低；2)残渣由炉床尾端连续排出，可燃性气体再送至二次燃烧室，并供应充分空气使其完全燃烧。850℃以上高温环境有利于有害有毒成分进行彻底破坏，从而避免因不良燃烧产生二恶英等有毒污染。热解焚烧炉的结构特点：1）初燃室采用成阶梯形分布的炉层床结构，每个阶梯间装有液压输送杆，便于医疗废物和灰渣的移动，从而有利于实现分级送风燃烧，自动程度高。2）这种工艺即欧、美普遍用于医疗废物处理的Hearth-type炉，该工艺与我们国内通常所言的炉排结构，即Grate-type结构不同，该结构特殊性在于其送风由侧墙而非炉底送入的，可以有效的防止医疗废物中的锐器、血液和其它菌体的掉落现象，从而保证燃烧过程的无害化。3）该热解焚烧炉和国内大多数厂家的热解焚烧炉的最大不同在于，其通过三个液压活塞推杆可以实现连续运行。国内热解焚烧炉基本上批量运行，虽然油耗少，但是频繁的启动，二恶英的产量会十分高，不利于环保要求。4.3回转窑焚烧炉(Rotary-kiln)回转窑工艺特征：(1)转动有助于废物在窑内实现自动输送外，更可使废物得到良好的混合，从而提高其焚烧效率；（2）可用于各种废弃物的混合焚烧，是危险废物领域用途最广，也是最适于商业化集中处理中心的焚烧系统。图2回转窑焚烧炉(RotaryKilnIncinerator)图1国外普遍采用的连续热解焚烧炉示意图其优点：用途广泛，适应性好，可以处理各种不同形状及性质的废弃物；窑内气体乱流程度高，气、固体接触良好，反应均匀；窑内固体停留时间可以调整转速以控制；温度可高达摄氏1200度以上，可以有效破坏多数有害物质；给料周期短，从而实现真正的连续给料。缺点为：对于低于6～8t/d处理量规模的中小装置，其投资成本高，投资回收率低；过剩空气需求高于热解焚烧炉，排气中粉尘含量略高；整体焚烧系统的机械性零件复杂，维修费略高。4.4等离子体焚烧技术(Plasma-Technology)图3等离子体处理技术等离子体技术是一种革新性的废弃物处理技术。该技术的核心在于通过等离子体传递能量，使废弃物快速地分解成原子，从而无大分子的中间产物，其产生的气体多数为可燃的，送至二次燃烧室进行完全燃烧，然后经过简单的尾部净化后排入大气。等离子体技术的优点：(1)等离子体系统可产生比传统焚化更快速的热传导速率；(2)有机氯经紫外线（由热等离子体产生）燃烧会产生脱水反应；(3)耗氧少，副产品少，颗粒物排放少，烟气净化系统简单；(4)二恶英的产生量少。缺点：(1)温度高（弧状体中心线约10,000℃），弧状体和耐热物质的持续性不良；(2)弧状体敏感性高（例如电压突然降低），系统操作需高度训练专门人员；(3)初投资约为完善尾部净化的常规焚烧设施（回转窑和热解焚烧炉）的3倍；(4)技术成熟度不是很高，国际上尚没有完善的标准来规范该技术。4.5四种医疗废物焚烧技术的性能指标表4列出了四种主要医疗废物焚烧炉的技术指标。总之，连续热解焚烧炉和回转窑焚烧炉具有适应性好、技术成熟、运行稳定，能实现无害化、减量化、稳定化和彻底毁形的优点，应优先采用。表4四种医疗废物焚烧技术的性能指标编号技术种类成熟度废弃物种类可否医疗废物主反应区温度尾气处理灰渣处理初期投资运行成本处理规模1回转窑最成熟，占处理量的70％最广,适合混