等離子體處理醫(yī)療垃圾技術(shù)的研究

李新艷 趙紅濤 張盟娟 呂高鋒 竇曉熙(西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，醫(yī)療垃圾的種類越來越多，既包括使用完的醫(yī)療及防護器具，如醫(yī)用口罩、手套、防護服、鞋套以及一次性的醫(yī)療器具等，還包括試劑瓶、藥品包裝袋、過期藥品、生物組織等。醫(yī)療垃圾產(chǎn)生數(shù)量逐年增多，尤其是對于疫情流行時期，所產(chǎn)生的醫(yī)療垃圾數(shù)量規(guī)模更是十分巨大，處理不及時會占用較多的儲存空間，給管理帶來一定的安全風(fēng)險。

醫(yī)療垃圾中通常含有細(xì)菌、病毒以及化學(xué)成分，具有較強的傳染性和毒性,若處理不當(dāng)會導(dǎo)致土壤、水源污染，進而造成動物和人體的感染或中毒，嚴(yán)重時直接威脅人的生命健康?；卺t(yī)療垃圾的上述危險性，因此，應(yīng)該對醫(yī)療垃圾進行妥善回收與處理，以免對環(huán)境和人類的生存造成危害。

1 醫(yī)療垃圾的處理方法

醫(yī)療垃圾的主要成分是塑料制品、橡膠制品和玻璃制品等,并有少量金屬制品，這些物質(zhì)不會自然降解，因此需要采取一定措施進行處理。

傳統(tǒng)的消毒填埋法雖然首先對醫(yī)療垃圾采取了消毒處理的措施，但往往處理不夠徹底，填埋后占用較多的地下空間，隨著時間的推移這些醫(yī)療垃圾中的有害物質(zhì)仍然可能泄露出來，因此消毒填埋法的垃圾處理方式仍然存在造成土壤和水源污染的風(fēng)險。

焚燒法是將醫(yī)療垃圾放置在焚燒爐中，在大量氧氣存在的條件下進行燃燒，雖然減少了醫(yī)療垃圾的體積，但因存在大量氧氣，可燃醫(yī)療垃圾焚燒形成大量的有害煙氣，煙氣里面含有大量的SO2、NOx、HCl 及多環(huán)芳香族化合物等，焚燒飛灰中含有較多重金屬和二噁英，后續(xù)需要采取一定手段如水泥固化、熔融技術(shù)、焙燒法、分步浮選法等[1]進行飛灰的處理，處理代價很大。

二噁英的危害性極大，對其進行處理本身具有一定的風(fēng)險，因此在醫(yī)療垃圾處理過程中減少和避免二噁英的產(chǎn)生才是唯一正確的選擇。

此外，對于醫(yī)療垃圾焚燒后的煙氣需要采取一定的煙氣凈化措施，以免對環(huán)境造成二次污染，但相應(yīng)增加了處理成本和處理不徹底的風(fēng)險。

熱解法處理醫(yī)療垃圾[2]，是在無氧氣或氧氣含量極低的條件下進行的，將有機醫(yī)療垃圾加熱到一定的溫度使其分解轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇嫉男》肿託怏w，但對于無機醫(yī)療垃圾等無法處理。

綜上所述，傳統(tǒng)的消毒填埋法、焚燒法、熱解法已經(jīng)不能滿足環(huán)境保護的需求。因此,研究和開發(fā)一種徹底、高效、經(jīng)濟的處理醫(yī)療垃圾的技術(shù)手段顯得尤為迫切。近年來出現(xiàn)的等離子體技術(shù)是一項可以把醫(yī)療垃圾進行無害化、減量化、資源化處理的新技術(shù),該技術(shù)受到很多研究者的關(guān)注和探索。

2 等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾的原理

等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾是指將醫(yī)療垃圾經(jīng)過初步處理后加入等離子反應(yīng)器中，在高壓下使空氣、N2、Ar 或其他載氣發(fā)生電離，產(chǎn)生1650～11600℃的高溫，有機醫(yī)療垃圾分解形成可燃?xì)怏w如H2、CO、CH4等，不可燃的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害殘渣，如玻璃體化固體殘渣等。同時，醫(yī)療垃圾中的各種病毒、微生物、有毒化學(xué)藥劑等被徹底消滅，進而實現(xiàn)醫(yī)療垃圾的無害化和減量化[3-4]。

3 等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾的優(yōu)勢

醫(yī)療垃圾的危害性巨大，已經(jīng)被列入《國家危險廢物名錄》，對其進行無害化處理是一項必須要做的環(huán)保任務(wù)，也是實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要，等離子體技術(shù)作為一種環(huán)境友好的新技術(shù)，可以實現(xiàn)醫(yī)療垃圾的無害化處理。

等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾是現(xiàn)階段最為可行且最具開發(fā)潛力的新技術(shù)，其將醫(yī)療垃圾高溫分解，進而實現(xiàn)減量化。通過等離子體技術(shù)處理系統(tǒng)的合理化配置，將尾氣進一步凈化處理，避免環(huán)境污染。

等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾所形成玻璃體化固體殘渣可以回收利用，進而實現(xiàn)醫(yī)療垃圾的資源化，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

4 等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾的工藝及特點

等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾系統(tǒng)主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、等離子體反應(yīng)器系統(tǒng)、尾氣凈化處理系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、殘渣應(yīng)用系統(tǒng)等[5]。

4.1 預(yù)處理系統(tǒng)

醫(yī)療垃圾種類繁多，既有固態(tài)，又有液態(tài)，應(yīng)該分類處理。對于固態(tài)醫(yī)療垃圾首先應(yīng)該進行預(yù)熱干燥，然后破碎到一定的粒徑，儲存在料倉中，經(jīng)稱重給料機定量均勻加入到等離子反應(yīng)器進料口。此外，可以在等離子反應(yīng)器中加入其他組分如焦炭、玻璃、石灰石等進行配料，以使醫(yī)療垃圾燃燒過程更加充分。

4.2 等離子體反應(yīng)器系統(tǒng)

等離子體反應(yīng)器是等離子體技術(shù)的核心設(shè)備，其一般采用上部進料，底部排渣的方式。等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要，所選用的內(nèi)保溫耐火材料要經(jīng)得起長時間高溫工況運行的考驗。目前現(xiàn)有等離子體的電極壽命普遍只有300～500h[6]，電極需要定期更換，導(dǎo)致系統(tǒng)不能長周期穩(wěn)定運行，同時使用成本較高，嚴(yán)重制約等離子體技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此，研究和開發(fā)長壽命的電極對于生產(chǎn)需求十分迫切。等離子體反應(yīng)器有固定床式、移動床式、多級式、多炬式等。

4.3 尾氣凈化處理系統(tǒng)

等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾時，由于等離子體反應(yīng)器中溫度極高，二噁英被高溫分解，尾氣中幾乎不含二噁英[7-8]。

除酸性氣體：經(jīng)等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾的尾氣中含有少量的SO2、H2S等有害氣體，需要進一步經(jīng)堿洗塔脫除酸性氣體。

除NOx：對于尾氣中的極少量NOx，可采用SCR、SNCR 或活性焦等工藝脫除。

除塵：可以采用旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器除塵，從而實現(xiàn)尾氣近零排放。

4.4 余熱回收系統(tǒng)

經(jīng)等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾產(chǎn)生的尾氣主要成分是H2、CO、CH4等，作為合成氣[9]，可以在等離子體反應(yīng)器后續(xù)引入有機合成工藝，將這些氣體合成乙烯、丙烯、甲醇等其他下游化學(xué)產(chǎn)品，從而實現(xiàn)尾氣的資源化利用。

此外，還可以采取“等離子體反應(yīng)器+二燃室+余熱鍋爐”聯(lián)合處理工藝，將尾氣中的H2、CO、CH4等在二燃室中進行二次燃燒，利用余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽和熱水，從而實現(xiàn)熱量的回收與利用。

4.5 殘渣應(yīng)用系統(tǒng)

在等離子體反應(yīng)器中，不可燃的醫(yī)療垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害殘渣，如玻璃體化固體殘渣和少量的金屬粒，絕大部分的重金屬被固化下來，不會揮發(fā)到尾氣中，不會造成二次污染。這些殘渣經(jīng)過處理后沒有危險性，可以作為混凝土的骨料用于建筑材料，也可以與瀝青一起鋪路，金屬則可以安全回收利用，進而實現(xiàn)變廢為寶[10-11]。

5 結(jié)語

當(dāng)前，我國等離子體技術(shù)還不夠成熟，需要進一步完善，運用等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾還處于研發(fā)階段。(1)建議有關(guān)政府部門、科研機構(gòu)和企業(yè)加大對等離子體技術(shù)研發(fā)的投入，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。(2)等離子體技術(shù)研發(fā)要注重設(shè)備的小型化、模塊化及低能耗，從而降低等離子體技術(shù)設(shè)備的投資和運行成本。(3)建議做好醫(yī)療垃圾的分類回收，進一步為等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾創(chuàng)造條件。(4)建議等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾采用多工藝協(xié)同處理方案，回收利用熱解產(chǎn)生煙氣的熱量，同時研發(fā)殘渣應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，將玻璃體化固體殘渣變廢為寶，避免造成二次污染。(5)建議政府制定相關(guān)稅收、補貼以及貸款利率等方面的優(yōu)惠經(jīng)濟政策，鼓勵企業(yè)采用等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾，推動我國等離子體技術(shù)處理醫(yī)療垃圾盡早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。