醫療固體廢棄物無害化焚燒處理研究
摘要：通過對目前國際上流行的固體廢物焚燒爐和煙氣凈化工藝的分析和比較，選擇出適合我國醫療固體廢棄物焚燒處理的焚燒爐型和綜合法的凈化工藝。
核工業第二研究設計院在以往垃圾處理經驗的基礎上進一步研究和開發，取得了較大的成效，并且承接了北京醫療固體廢物集中處置中心的設計工作。
一、概述
1.醫療固體廢棄物的來源
（1)醫療過程中產生的廢棄物。如衣物、床單、紗布、棉球、手套、毛巾、擦布、導尿管、一次性注射器、廢棄的手術刀、破碎的溫度計等。
（2)病理性廢物。如人體組織器官、肢體、胎盤等。
(3）隔離廢棄物。指受到患傳染性疾病病人污染的廢棄物。
(4)醫院內日常生活產生的生活垃圾。包括在診室、廚房、洗手間、病房等場所由醫護人員和病人所產生的生活垃圾。
2.醫療固體廢物的危害
醫院和醫療機構是人群和患者集中活動、檢查、治療和生活的場所，因而產生的固體垃圾不僅具有生活垃圾的特征，還具有醫療垃圾的特點，即具有很強的傳染性、生物毒性、腐蝕性和危險性。
3.醫療固體廢物的處理方法
醫療固體廢物的處理目的是使醫療垃圾安定化（有機垃圾無機化）、無害化（有毒有害物質分解去除，細菌病毒殺滅消毒）和減量化。
目前醫療固體廢物的處理方法有：焚燒法、高溫滅菌法、高效堆肥法、破碎壓縮法和衛生填埋法。
醫療固體廢物在焚燒后，不僅可以完全殺滅細菌，還使絕大部分有機物轉變成無機物，垃圾重量減少85％～90％，從而大大減少了最終填埋的費用，是當前比較好的醫療固體廢物處理方法。
二、醫療固體廢棄物無害化焚燒處理工藝研究
1.醫療固體廢物焚燒處理系統組成
根據國內外生活垃圾以及工業垃圾的焚燒處理經驗，結合醫療固體廢棄物焚燒的特點，醫療固體廢棄物的焚燒處理應包括：廢棄物收集和運輸系統、廢棄物暫存系統、給料系統、焚燒系統、煙氣處理系統、灰渣處理系統和余熱利用系統等。
這些系統的重點在垃圾焚燒系統、煙氣處理系統，如果這兩個系統解決得好，會對整個垃圾焚燒廠起到至關重要的作用。
2.廢棄物焚燒系統研究
焚燒系統僅指從垃圾給料裝置至燃燒室出口以及垃圾焚燒爐出渣口。因此包含垃圾的接收、燃燒（干燥、燃燒、燃盡）、出渣、可燃氣體的完全燃燒以及為保證完全燃燒的助燃空氣供應等工藝，其中最最重要是焚燒爐部分。
(1)垃圾焚燒機理及控制要素
①垃圾焚燒過程機理
醫療固體廢物的燃燒過程，本質上是質量傳遞、熱傳遞、動量傳遞、化學反應、結構變化等物理化學反應綜合在一起的一個復雜的過程。從固體燃料燃燒理論的角度分析，作為定性的燃燒階段劃分，垃圾的燃燒過程可以分為預熱、水分蒸發、升溫、揮發份析出、著火和固定碳燃燒等過程。垃圾本身的質量也隨著這些過程逐步減少，直到殘留灰渣。
②垃圾焚燒的控制要素
垃圾焚燒的影響因素主要有停留時間、燃燒溫度、湍流度和過量空氣系數。其中停留時間、燃燒溫度、湍流度，通常被稱為“3T（即time、temperature、turbulence）”要素，它是評價燃燒效果的重要因素。
(2)焚燒爐設備的比選
①焚燒爐爐型分類
目前國際上比較成熟的可以連續運行的焚燒設備可分成以下幾種類型：爐排爐、回轉爐、流化床焚燒爐、分段燃燒焚燒爐、固定床焚燒爐等。
②醫療固體廢棄物焚燒爐的選擇
焚燒爐的選擇經過多方面、綜合情況的比較后才能得出結論。在選擇過程中應綜合下述幾個方面，即結構特點、操作性能、燃燒機理、處理效果、設備和基建投資、運行費用、運行歷史等幾個方面進行比較，這樣才能針對醫療垃圾的特點選擇合適的焚燒爐型。
結構和焚燒機理五種焚燒爐各有特點，都是在成熟的爐型基礎上發展起來的垃圾焚燒爐；
操作性能固定床的熱效率最低，容易產生局部燒結現象，且對于紊流基本不滿足，而回轉爐和流化床爐熱效率最高，對垃圾的適應性也最強；
處理效果流化床爐和回轉爐的灰渣熱灼減率最低，尤其以流化床爐更突出，而其他三種爐型相對比較高，這一點對于危險廢物的焚燒是很重要的。但是流化床爐的煙氣含塵量比較高，對煙氣處理系統造成比較大的影響；
投資和動力消耗回轉爐、固定床爐和分段燃燒爐相對比較低，其他兩種爐型比較高；
運行經驗爐排爐和回轉爐都有比較長的運行歷史，運行業績得到了長期的驗證，其他三種爐型相對較短；
焚燒爐的規模爐排爐和回轉爐都有大容量的機組在世界各地運行，爐排爐更多運行于大型生活垃圾焚燒廠，回轉爐規模從幾十噸到幾百噸都有，而小型爐大多應用于工業垃圾的焚燒，有比較多的經驗。
綜上所述，回轉爐在醫療垃圾焚燒方面具有比較明顯的優勢。
3.煙氣處理系統研究
(1)煙氣成分分析
醫療固體廢物焚燒煙氣中的污染物包括：①酸性氣體（HCl、HF、SOx、NOx等）；②粉塵（惰性金屬鹽類、金屬氧化物等）；③不完全燃燒產物（一氧化碳、炭黑、烴類等）；④重金屬（Hg、Pb、Cr等）；⑤有機劇毒性污染物（如二惡英類等）。
為了防止醫療固體廢物焚燒處理過程對環境造成二次污染，必須采取嚴格的措施，利用煙氣凈化系統控制污染物的排放。
(2)煙氣處理系統的選擇
①酸性氣體的凈化
垃圾焚燒過程中產生的酸性氣體主要是HCl、HF、NOx和SOx，其傳統的凈化方法有濕法、半干法和干法三種。三種酸性氣體凈化工藝可以適用于不同的焚燒工藝上，各有優缺點，下面從幾個方面對這三種工藝進行比較，見表1。
表1酸性氣體凈化方法比較表 |
通過比較，我們認為對于醫療廢棄物的焚燒，任何一種單一的酸性氣體凈化方式都有不同程度的缺陷。因此，除上述三種傳統的煙氣凈化方案外，考慮結合醫療固體廢棄物焚燒處理的特點，采用綜合法的凈化方案。
綜合法的工藝過程：在對煙氣進行處理時，向1000℃或650℃左右的高溫煙氣中噴入含有NaOH的溫堿水，在煙氣降溫的同時，NaOH與煙氣中的酸性氣體發生化學反應，降低了煙氣中的酸性氣體、重金屬和顆粒物的含量，隨后向含水量很高的煙氣噴入消石灰粉末，進一步凈化了煙氣。經過上述工藝處理后的煙氣，可以達到國家規定的排放標準。
綜合法凈化系統主要設備包括：
煙氣洗滌塔、洗滌塔刮灰機構、消石灰儲倉、堿液儲槽、儲水槽、堿液定量泵、冷卻水泵、補水泵、混合室、消石灰注入風機、壓空系統等。見示意圖。
 綜合法凈化工藝示意圖 |
這種工藝流程的優點是：
a)結合了濕法和干法的優點，提高吸收效率，并降低一次性投資；
b)可以使高溫煙氣迅速降溫，大幅度縮短煙氣在500～300℃的二惡英易重新合成溫度區間的停留時間。
②二惡英和重金屬的凈化
為了滿足越來越嚴格的垃圾焚燒煙氣排放標準，確保重金屬和二惡英的排放達標，在煙氣凈化流程中采用活性炭吸附輔助凈化措施。由于活性炭有極大的比表面積，因此，即使是少量的活性炭，只要與煙氣混合均勻，且接觸時間足夠長，就可以達到很高吸附凈化效率。
由于PCDDs和PCDFs二惡英類有機污染物越來越受到國家的重視，我國新頒布的《危險廢物焚燒污染控制標準》中對其排放濃度制定了嚴格的標準。據此，我們還建議采取以下措施從源頭上加以控制：
a)選用合適的焚燒爐型，使垃圾在焚燒爐內得以充分燃燒，監測CO的濃度，并作為燃燒控制的參數，調節送風量和燃燒器的運行。
b)控制爐膛和二燃室的溫度不低于850℃，并且煙氣在二次爐內的停留時間不小于2秒，使二惡英徹底分解。
C）高溫煙氣采用急冷措施，使煙氣從850℃快速冷卻至250℃，縮短了煙氣在500～300℃的二惡英易重新合成溫度區間的停留時間，減少了因煙氣溫度降低而導致二惡英重新合成的幾率。
d)選用高效布袋除塵器，并在進入布袋除塵器前的煙道上設置活性炭噴射裝置，進一步吸附二惡英。
③顆粒污染物的凈化
靜電除塵器和袋式除塵器廣泛用于發達國家垃圾焚燒廠對煙氣中顆粒物的凈化，國外的工程實踐表明，靜電除塵器可以使顆粒物的濃度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除塵器可以使顆粒物的濃度控制在更低的水平，同時具有凈化其它污染物的能力（如重金屬、PCDDs等）。因此，袋式除塵器的凈化效果優于靜電除塵器。但是袋式除塵器雖然易受氣體溫度和顆粒物粘性的影響，致使濾料（耐高溫、耐沖擊）的造價增加和對清灰不利，但凈化效率卻不受顆粒物比電阻和原始濃度的影響。而太高或太低的比電阻卻使靜電除塵的凈化效率降低，故二者各有其優缺點。由于袋式除塵器在高效除塵的同時兼有凈化其它污染物的作用，近年來國內外的現代化垃圾焚燒廠大都采用袋式除塵器，見表2。
表2袋式除塵器與靜電除塵器性能比較表 |
④結論
通過對煙氣凈化過程和效果進行比較，我們不難看出：
a)綜合法煙氣凈化工藝流程結合了三種凈化工藝的優點，使用在醫療固體廢物焚燒處理上是適宜的。
b)在顆粒物凈化方面，袋式除塵器比靜電除塵器有顯著的優點。
c）對于去除二惡英和重金屬，最好的辦法還是活性炭吸附。
所以在今后的醫療固體廢棄物焚燒處理廠的設計中，煙氣凈化可以采用綜合法去除酸性氣體、加活性炭吸附以及袋式除塵的工藝組合。
三、總結
通過上述分析和研究，在醫療固體廢棄物處理中應使用目前成熟的、業績良好的、運行穩定的回轉式焚燒爐，煙氣處理系統使用綜合法凈化工藝加布袋除塵器，灰渣處理系統采用水泥固化方案。通過這樣的技術可以使醫療固體廢棄物的處理達到無害化、減量化、安定化的要求，為社會造福。
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