醫(yī)療廢物處理的技術(shù)選擇與發(fā)展趨勢(shì)分析

白云鶴 范洪波

(東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 523808)

醫(yī)療廢物［1］(Medical Wastes)，是指醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健以及其他相關(guān)活動(dòng)中產(chǎn)生的具有直接或者間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。醫(yī)療廢物具有極強(qiáng)的傳染性、生物毒性和腐蝕性，未經(jīng)處理或處理不徹底的醫(yī)療廢物任意堆放，極易造成對(duì)水體、土壤和空氣的污染，對(duì)人體產(chǎn)生直接危害。因此，加強(qiáng)對(duì)醫(yī)療廢物規(guī)范化的管理和無害化處理，無論是從保護(hù)環(huán)境還是從疾病預(yù)防和控制來講都具有極其重要的意義。

目前，針對(duì)醫(yī)療廢物的處理方法主要有高溫蒸汽法、微波處理法、化學(xué)消毒法、高溫焚燒法、高溫?zé)峤夥?、等離子體法、超臨界氧化技術(shù)、輻射法等。這些技術(shù)各有其特定的優(yōu)勢(shì)，但也存在著一定的局限性。對(duì)于醫(yī)療廢物的處理，其關(guān)鍵問題是如何實(shí)現(xiàn)良好的處理效果與較低的投資和運(yùn)行費(fèi)用之間的統(tǒng)一，以及操作過程的簡(jiǎn)單易行。所以，通過技術(shù)創(chuàng)新或者不同技術(shù)之間的優(yōu)化組合，尋求一種既有良好的處理效果，又節(jié)省投資與運(yùn)行費(fèi)用，簡(jiǎn)便易行的醫(yī)療廢物處理方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。以下，從醫(yī)療廢物處理的技術(shù)選擇和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，力求為技術(shù)創(chuàng)新或技術(shù)優(yōu)化組合提供有意的研究開發(fā)線索。

1 醫(yī)療廢物處理的技術(shù)選擇分析

目前，針對(duì)醫(yī)療廢物的處理方法主要有高溫蒸汽法［2－3，5］、化學(xué)消毒法［2－3，6］、微波處理技術(shù)［2－3，7］、高溫焚燒法［3－4，8］、高溫?zé)峤夥ǎ?，4，9］、等離子體法［10－13］、超臨界水氧化法 (SCWO)［10，14，17］、輻照技術(shù)［4，10，15－16］、光催化分解法［18］等。這些技術(shù)在處理醫(yī)療廢物各有其特定的優(yōu)勢(shì)，但也均存在著一定的局限性。

高溫蒸汽法、化學(xué)消毒法、微波處理法是相對(duì)比較成熟的非焚燒醫(yī)療廢物處理技術(shù)，國內(nèi)已頒布相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范。高溫蒸汽法是將醫(yī)療廢物置于金屬壓力容器中，并以一定的方式利用過熱的蒸汽殺滅醫(yī)療廢物中致病微生物的過程。該法具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、滅菌迅速等特點(diǎn)，但也存在減容率低，處理過程中易產(chǎn)生有毒的揮發(fā)性有機(jī)物和廢液，處理對(duì)象具有選擇性等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)消毒法是將破碎后的醫(yī)療廢物與一定濃度的消毒劑 (次氯酸鈉、臭氧等)均勻混合，停留足夠的時(shí)間，保證相互充分接觸，在消毒過程中分解有機(jī)物和殺滅微生物。該法工藝設(shè)備和操作比較簡(jiǎn)單、一次性投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、場(chǎng)地選擇方便、可移動(dòng)處理等優(yōu)點(diǎn)，但也存在如干式消毒對(duì)破碎系統(tǒng)和pH值監(jiān)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度要求較高，濕式消毒產(chǎn)生廢液和廢氣，大多數(shù)消毒液對(duì)人體有害等問題。微波處理法是利用一定頻率和波長(zhǎng)的微波激發(fā)預(yù)先破碎且濕潤的醫(yī)療廢物以產(chǎn)生熱量并釋放出蒸汽殺滅微生物，達(dá)到無害化處理的目的。該法具有節(jié)能、快速、高效等特點(diǎn);無需化學(xué)藥劑，不產(chǎn)生酸性氣體和二噁英;其不足是微波的滅菌效果受多種參數(shù)影響，需優(yōu)化選擇;醫(yī)療廢物需預(yù)處理 (分揀、破碎);操作人員受電磁波的危害，易產(chǎn)生職業(yè)病等缺點(diǎn)。目前全國非焚燒處理技術(shù)應(yīng)用來看，采用高溫蒸汽處理技術(shù)的單位主要為天津、揚(yáng)州等少數(shù)幾個(gè)城市，采用微波技術(shù)的僅為天津，采用化學(xué)處理的僅有鞍山和丹東等幾個(gè)城市。上述三種方法處理醫(yī)療廢物時(shí)具有選擇性、減容率低、需要二次處理等問題;但是針對(duì)特殊醫(yī)療廢物的應(yīng)急用模塊化、移動(dòng)式處理裝置的制造，具有良好的發(fā)展前景。

高溫焚燒法、高溫?zé)峤夥贌?、等離子體法是醫(yī)療廢物高熱處理過程中新興的處理技術(shù)，溫度范圍一般在530℃到8300℃或更高。高溫焚燒法是指在高溫火焰的作用下，醫(yī)療廢物經(jīng)過烘干、引燃、焚燒三個(gè)階段被轉(zhuǎn)化成殘?jiān)蜌怏w，破壞醫(yī)療廢物中的微生物和有害物質(zhì)。該方法適合于所有類型醫(yī)療廢物及大規(guī)模應(yīng)用，該法具有體積和重量顯著減少、消毒滅菌及污染物去除效果好，潛在熱能可回收利用，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)比較成熟等優(yōu)點(diǎn)，但不足之處是投資與運(yùn)行成本高;易產(chǎn)生二噁英、多環(huán)芳香烴等有害物質(zhì)，需要配置完善的尾氣凈化系統(tǒng)等問題。高溫?zé)峤夥贌ㄊ欠謨刹竭M(jìn)行的，第一步是將醫(yī)療廢物的有機(jī)成分在無氧或缺氧的條件下加熱到300～600℃低溫?zé)峤?，第二步是以熱分解氣體為燃料在1300℃以上高溫焚燒。該方法空氣過剩系數(shù)較低，排氣量少，煙氣凈化裝置相對(duì)較小，熱分解氣體作為燃料焚燒，能耗低，建設(shè)成本和運(yùn)行成本都低于高溫焚燒法，在缺氧和除氯等還原性氣氛下熱分解，高溫熔融狀態(tài)下燃燒，降低和抑制了二噁英的產(chǎn)生。等離子體法是在等離子體電弧爐產(chǎn)生的1650－11600℃高溫下，醫(yī)療廢物的有機(jī)成分被迅速脫水、熱解、裂解產(chǎn)生可燃的混合氣體，再經(jīng)過二次燃燒達(dá)到減容、減量和無害化的目的。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是低滲出、高減容、處置效率高，可處理任何形式的醫(yī)療廢物，無有害物質(zhì)的排放，潛在熱能可回收利用;但其缺點(diǎn)是建設(shè)和運(yùn)行成本很高，系統(tǒng)穩(wěn)定性易受影響，可靠性有待驗(yàn)證與提高。目前國內(nèi)僅有深圳應(yīng)用。上述三種方法無需預(yù)處理，直接投入爐內(nèi)即可，對(duì)醫(yī)療廢物無明顯的選擇性，減容率大，便于集中處理等優(yōu)點(diǎn)，但也存在移位運(yùn)輸、二次污染、投資與運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)。

超臨界水氧化法、輻照技術(shù)，光催化分解法則是幾種發(fā)展中的非焚燒醫(yī)療廢物處理技術(shù)，這些技術(shù)體現(xiàn)了良好的發(fā)展前景，但也存在著技術(shù)成熟性低，設(shè)備無定型等缺點(diǎn)。超臨界水氧化法是利用超臨界水的特性，使有機(jī)物與空氣、氧氣等氧化劑在超臨界水中發(fā)生均相氧化反應(yīng)，從而將有機(jī)物去除。該方法能使有機(jī)物完全分解、去除率高，反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備體積小，操作方便，尾氣產(chǎn)生量很少，且無毒等優(yōu)點(diǎn)，但也存在反應(yīng)條件的優(yōu)化，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、防止材料腐蝕等技術(shù)問題。輻照技術(shù)是用電子束照射醫(yī)療廢物，利用電子與醫(yī)療廢物的分子結(jié)構(gòu)中電子發(fā)生相互作用，所積累的能量破壞有機(jī)化合物的化學(xué)鍵，從而將微生物加以裂解破壞。該法的優(yōu)點(diǎn)是無需蒸汽或化學(xué)藥劑，無臭氣和廢液排放，自動(dòng)化程度高，處理時(shí)間短，適于固定點(diǎn)小型處理單元，不足之處是需要輻射防護(hù)裝置和措施，對(duì)操作要求高，還需加強(qiáng)操作人員的防護(hù)等安全問題。光催化分解法是利用特定的催化劑，在一定的波長(zhǎng)光照下，對(duì)醫(yī)療廢物中有機(jī)成分進(jìn)行降解。該法具有工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，操作簡(jiǎn)便，使用過的催化劑可用物理和化學(xué)方法再生后循環(huán)使用;但存在處理速度慢，相關(guān)技術(shù)不成熟，設(shè)備無定型，工業(yè)應(yīng)用實(shí)例少等缺點(diǎn)。上述三種方法向低成本、小型化的原位處理設(shè)備方向發(fā)展，具有良好的前景，但也需要解決相關(guān)的技術(shù)與安全問題。

近年來，催化燃燒技術(shù)［19］分解處理有機(jī)物的研究進(jìn)展迅速，它所體現(xiàn)出的諸多優(yōu)勢(shì)已經(jīng)引起了業(yè)界的關(guān)注。催化燃燒法是指有機(jī)物在催化劑的作用下發(fā)生完全氧化反應(yīng)。借助催化作用，有機(jī)物可在較低溫度下進(jìn)行燃燒。催化燃燒技術(shù)相對(duì)于熱焚燒處理技術(shù)，具有起燃溫度低、適用范圍廣、處理效率高、基本無二次污染等優(yōu)點(diǎn)［19－20］。此技術(shù)的關(guān)鍵問題就是開發(fā)低成本、高活性的催化劑。貴金屬催化劑憑借其良好的低溫活性占有了大部分的市場(chǎng)份額，但其面臨嚴(yán)峻的高成本問題［21］。目前，研究發(fā)現(xiàn)金屬氧化物催化劑活性并不比貴金屬差，且最重要的是它具有低成本的優(yōu)勢(shì)［22］。最近，科研工作者［23］進(jìn)一步研究指出，被廣泛應(yīng)用于光催化的TiO2不但具有光催化活性，還具有熱催化活性，是一種非常有效的熱催化劑。

圖1 熱催化原理圖

TiO2的熱催化原理［23－24］如圖1所示，首先通過高溫?zé)崮芗ぐl(fā)TiO2價(jià)帶上的電子越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴，這樣就產(chǎn)生了電子－空穴對(duì)，這樣的一個(gè)電子－空穴對(duì)就是一個(gè)反應(yīng)活性位，具有非常強(qiáng)的氧化性;電子會(huì)與催化劑表面吸附的氧分子反應(yīng)生成非?；顫姷某蹼x子自由基，它是氧化性很強(qiáng)的活潑自由基，與光生空穴一起幾乎能將所有的大分子有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)，最后徹底氧化成CO2和H2O。

二氧化鈦的熱催化分解技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用需解決如下問題:1)反應(yīng)器應(yīng)具備催化劑中毒防止功能和再生功能;2)反應(yīng)器應(yīng)具備加熱保溫功能，保證二氧化鈦的熱催化活性;3)納米級(jí)二氧化鈦工藝控制困難，極易發(fā)生隨風(fēng)損失問題;4)增加接觸面積，提高循環(huán)接觸率，調(diào)整反應(yīng)速度;5)優(yōu)化工藝組合，小型化、原位處理裝置，降低成本，達(dá)標(biāo)排放?；谝陨嫌^點(diǎn)，目前劉媛等［26］提出循環(huán)流動(dòng)床與顆粒狀二氧化鈦耦合熱催化分解醫(yī)療廢物的技術(shù)并開展基礎(chǔ)研究。

2 醫(yī)療廢物處理的發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著人口的增長(zhǎng)、醫(yī)院數(shù)量和規(guī)模日益增大以及一次性醫(yī)療用品的廣泛使用，醫(yī)療廢物的數(shù)量也在逐年增加，人們也越來越重視醫(yī)療廢物的無害處理。但是，國內(nèi)各大城市處理設(shè)施的不足、填埋場(chǎng)地的枯竭等，醫(yī)療廢物安全處理問題現(xiàn)已成為一個(gè)社會(huì)問題。國內(nèi)外在“誰污染誰治理”的原則和“污染物零排放”等先進(jìn)的環(huán)境管理理念的引導(dǎo)下，人們開始對(duì)集中焚燒處理產(chǎn)生的環(huán)境影響產(chǎn)生質(zhì)疑，逐步對(duì)非焚燒技術(shù)原位 (院內(nèi))分散處理方式表示關(guān)注。

目前，國際上應(yīng)用較多的醫(yī)療廢物處理方法首推高溫焚燒法，而國內(nèi)的高溫焚燒技術(shù)還比較落后，非焚燒處理技術(shù)還處于剛剛起步的階段。同時(shí)，關(guān)于持久性有機(jī)污染物 (POPs)的斯德哥爾摩公約［5］已于2004年11月11日對(duì)我國正式生效，該公約要求簽約國減少二噁英等副產(chǎn)品的產(chǎn)生，并嚴(yán)格限制了各種二次污染物的排放量，這無疑是對(duì)我國醫(yī)療廢物處理工作的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

另外，2003年5月全球環(huán)境基金 (GEF)理事會(huì)批準(zhǔn)了非焚燒技術(shù)示范全球項(xiàng)目第三階段的工作選在中國［5］，這又是我國難得的機(jī)遇。國務(wù)院批復(fù)實(shí)施的《全國危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》第二章技術(shù)要求中指出［17］:“小于10 t/d的醫(yī)療廢物處置設(shè)施，也可以采用其他技術(shù)，但必須做到殺菌、滅活、毀形和無害化，防治二次污染。積極發(fā)展和鼓勵(lì)其他新技術(shù)的發(fā)展和示范?！备鶕?jù)這一規(guī)定，非焚燒處理技術(shù)可以作為中國醫(yī)療廢物的技術(shù)選擇。

通過以上背景分析可知，在國內(nèi)政策的支持、技術(shù)開發(fā)的投入、市場(chǎng)需求的增大以及國際資金與技術(shù)的援助下，我國醫(yī)療廢物的處理技術(shù)與市場(chǎng)將迎來快速的發(fā)展階段。

隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的重視，對(duì)環(huán)境監(jiān)管力度的加大，醫(yī)療廢物安全處理工作必將更嚴(yán)格、更規(guī)范，相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生兩部分的醫(yī)療廢物的處理工程市場(chǎng):一種是醫(yī)療廢物處理設(shè)備的大型化與集中處置(以焚燒技術(shù)為主)，這種技術(shù)一定程度上解決醫(yī)療廢物的處置問題，但隨環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有處理設(shè)施需投資改造，集中處理的成本將會(huì)增加，增加的成本肯定轉(zhuǎn)嫁到醫(yī)院方，自負(fù)盈虧的醫(yī)院將面臨運(yùn)營壓力，可能產(chǎn)生拒絕處理現(xiàn)象，環(huán)境意識(shí)的提高和醫(yī)療廢物的分類排出，醫(yī)療廢物的產(chǎn)生趨勢(shì)是總量減少，盲目實(shí)施集中大處理，將帶來潛在的隱患，焚燒爐不能正常運(yùn)行 (間歇運(yùn)行)，這將無法保證尾氣達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)也是一種資源的浪費(fèi);另一種是醫(yī)療廢物處理設(shè)備的小型化與各大醫(yī)院分散原位處理(以非焚燒技術(shù)為主)，在“誰污染誰治理”和“零排放”等環(huán)保理念下，醫(yī)院方將自行處理醫(yī)療廢物，這將推動(dòng)占地面積少、全自動(dòng)化、滿足環(huán)保要求、節(jié)省投資和運(yùn)行成本的小型化設(shè)備需求的增加;也促進(jìn)非焚燒技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。

今后，國內(nèi)外醫(yī)療廢物處理市場(chǎng)的總體發(fā)展趨勢(shì)特征為首先是集中處理和分布 (原位)處理的并存時(shí)期，之后醫(yī)療廢物的非焚燒處理將成為主流處理技術(shù)。因此，當(dāng)前我國應(yīng)加強(qiáng)非焚燒處理技術(shù)的研究和裝置開發(fā)，如催化燃燒技術(shù)、超臨界水氧化法等應(yīng)用技術(shù)研究。

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