医疗固体废弃物无害化焚烧处理研究
摘要：通过对目前国际上流行的固体废物焚烧炉和烟气净化工艺的分析和比较，选择出适合我国医疗固体废弃物焚烧处理的焚烧炉型和综合法的净化工艺。
核工业第二研究设计院在以往垃圾处理经验的基础上进一步研究和开发，取得了较大的成效，并且承接了北京医疗固体废物集中处置中心的设计工作。
一、概述
1.医疗固体废弃物的来源
（1)医疗过程中产生的废弃物。如衣物、床单、纱布、棉球、手套、毛巾、擦布、导尿管、一次性注射器、废弃的手术刀、破碎的温度计等。
（2)病理性废物。如人体组织器官、肢体、胎盘等。
(3）隔离废弃物。指受到患传染性疾病病人污染的废弃物。
(4)医院内日常生活产生的生活垃圾。包括在诊室、厨房、洗手间、病房等场所由医护人员和病人所产生的生活垃圾。
2.医疗固体废物的危害
医院和医疗机构是人群和患者集中活动、检查、治疗和生活的场所，因而产生的固体垃圾不仅具有生活垃圾的特征，还具有医疗垃圾的特点，即具有很强的传染性、生物毒性、腐蚀性和危险性。
3.医疗固体废物的处理方法
医疗固体废物的处理目的是使医疗垃圾安定化（有机垃圾无机化）、无害化（有毒有害物质分解去除，细菌病毒杀灭消毒）和减量化。
目前医疗固体废物的处理方法有：焚烧法、高温灭菌法、高效堆肥法、破碎压缩法和卫生填埋法。
医疗固体废物在焚烧后，不仅可以完全杀灭细菌，还使绝大部分有机物转变成无机物，垃圾重量减少85％～90％，从而大大减少了最终填埋的费用，是当前比较好的医疗固体废物处理方法。
二、医疗固体废弃物无害化焚烧处理工艺研究
1.医疗固体废物焚烧处理系统组成
根据国内外生活垃圾以及工业垃圾的焚烧处理经验，结合医疗固体废弃物焚烧的特点，医疗固体废弃物的焚烧处理应包括：废弃物收集和运输系统、废弃物暂存系统、给料系统、焚烧系统、烟气处理系统、灰渣处理系统和余热利用系统等。
这些系统的重点在垃圾焚烧系统、烟气处理系统，如果这两个系统解决得好，会对整个垃圾焚烧厂起到至关重要的作用。
2.废弃物焚烧系统研究
焚烧系统仅指从垃圾给料装置至燃烧室出口以及垃圾焚烧炉出渣口。因此包含垃圾的接收、燃烧（干燥、燃烧、燃尽）、出渣、可燃气体的完全燃烧以及为保证完全燃烧的助燃空气供应等工艺，其中最最重要是焚烧炉部分。
(1)垃圾焚烧机理及控制要素
①垃圾焚烧过程机理
医疗固体废物的燃烧过程，本质上是质量传递、热传递、动量传递、化学反应、结构变化等物理化学反应综合在一起的一个复杂的过程。从固体燃料燃烧理论的角度分析，作为定性的燃烧阶段划分，垃圾的燃烧过程可以分为预热、水分蒸发、升温、挥发份析出、着火和固定碳燃烧等过程。垃圾本身的质量也随着这些过程逐步减少，直到残留灰渣。
②垃圾焚烧的控制要素
垃圾焚烧的影响因素主要有停留时间、燃烧温度、湍流度和过量空气系数。其中停留时间、燃烧温度、湍流度，通常被称为“3T（即time、temperature、turbulence）”要素，它是评价燃烧效果的重要因素。
(2)焚烧炉设备的比选
①焚烧炉炉型分类
目前国际上比较成熟的可以连续运行的焚烧设备可分成以下几种类型：炉排炉、回转炉、流化床焚烧炉、分段燃烧焚烧炉、固定床焚烧炉等。
②医疗固体废弃物焚烧炉的选择
焚烧炉的选择经过多方面、综合情况的比较后才能得出结论。在选择过程中应综合下述几个方面，即结构特点、操作性能、燃烧机理、处理效果、设备和基建投资、运行费用、运行历史等几个方面进行比较，这样才能针对医疗垃圾的特点选择合适的焚烧炉型。
结构和焚烧机理五种焚烧炉各有特点，都是在成熟的炉型基础上发展起来的垃圾焚烧炉；
操作性能固定床的热效率最低，容易产生局部烧结现象，且对于紊流基本不满足，而回转炉和流化床炉热效率最高，对垃圾的适应性也最强；
处理效果流化床炉和回转炉的灰渣热灼减率最低，尤其以流化床炉更突出，而其他三种炉型相对比较高，这一点对于危险废物的焚烧是很重要的。但是流化床炉的烟气含尘量比较高，对烟气处理系统造成比较大的影响；
投资和动力消耗回转炉、固定床炉和分段燃烧炉相对比较低，其他两种炉型比较高；
运行经验炉排炉和回转炉都有比较长的运行历史，运行业绩得到了长期的验证，其他三种炉型相对较短；
焚烧炉的规模炉排炉和回转炉都有大容量的机组在世界各地运行，炉排炉更多运行于大型生活垃圾焚烧厂，回转炉规模从几十吨到几百吨都有，而小型炉大多应用于工业垃圾的焚烧，有比较多的经验。
综上所述，回转炉在医疗垃圾焚烧方面具有比较明显的优势。
3.烟气处理系统研究
(1)烟气成分分析
医疗固体废物焚烧烟气中的污染物包括：①酸性气体（HCl、HF、SOx、NOx等）；②粉尘（惰性金属盐类、金属氧化物等）；③不完全燃烧产物（一氧化碳、炭黑、烃类等）；④重金属（Hg、Pb、Cr等）；⑤有机剧毒性污染物（如二恶英类等）。
为了防止医疗固体废物焚烧处理过程对环境造成二次污染，必须采取严格的措施，利用烟气净化系统控制污染物的排放。
(2)烟气处理系统的选择
①酸性气体的净化
垃圾焚烧过程中产生的酸性气体主要是HCl、HF、NOx和SOx，其传统的净化方法有湿法、半干法和干法三种。三种酸性气体净化工艺可以适用于不同的焚烧工艺上，各有优缺点，下面从几个方面对这三种工艺进行比较，见表1。
表1酸性气体净化方法比较表 |
通过比较，我们认为对于医疗废弃物的焚烧，任何一种单一的酸性气体净化方式都有不同程度的缺陷。因此，除上述三种传统的烟气净化方案外，考虑结合医疗固体废弃物焚烧处理的特点，采用综合法的净化方案。
综合法的工艺过程：在对烟气进行处理时，向1000℃或650℃左右的高温烟气中喷入含有NaOH的温碱水，在烟气降温的同时，NaOH与烟气中的酸性气体发生化学反应，降低了烟气中的酸性气体、重金属和颗粒物的含量，随后向含水量很高的烟气喷入消石灰粉末，进一步净化了烟气。经过上述工艺处理后的烟气，可以达到国家规定的排放标准。
综合法净化系统主要设备包括：
烟气洗涤塔、洗涤塔刮灰机构、消石灰储仓、碱液储槽、储水槽、碱液定量泵、冷却水泵、补水泵、混合室、消石灰注入风机、压空系统等。见示意图。
 综合法净化工艺示意图 |
这种工艺流程的优点是：
a)结合了湿法和干法的优点，提高吸收效率，并降低一次性投资；
b)可以使高温烟气迅速降温，大幅度缩短烟气在500～300℃的二恶英易重新合成温度区间的停留时间。
②二恶英和重金属的净化
为了满足越来越严格的垃圾焚烧烟气排放标准，确保重金属和二恶英的排放达标，在烟气净化流程中采用活性炭吸附辅助净化措施。由于活性炭有极大的比表面积，因此，即使是少量的活性炭，只要与烟气混合均匀，且接触时间足够长，就可以达到很高吸附净化效率。
由于PCDDs和PCDFs二恶英类有机污染物越来越受到国家的重视，我国新颁布的《危险废物焚烧污染控制标准》中对其排放浓度制定了严格的标准。据此，我们还建议采取以下措施从源头上加以控制：
a)选用合适的焚烧炉型，使垃圾在焚烧炉内得以充分燃烧，监测CO的浓度，并作为燃烧控制的参数，调节送风量和燃烧器的运行。
b)控制炉膛和二燃室的温度不低于850℃，并且烟气在二次炉内的停留时间不小于2秒，使二恶英彻底分解。
C）高温烟气采用急冷措施，使烟气从850℃快速冷却至250℃，缩短了烟气在500～300℃的二恶英易重新合成温度区间的停留时间，减少了因烟气温度降低而导致二恶英重新合成的几率。
d)选用高效布袋除尘器，并在进入布袋除尘器前的烟道上设置活性炭喷射装置，进一步吸附二恶英。
③颗粒污染物的净化
静电除尘器和袋式除尘器广泛用于发达国家垃圾焚烧厂对烟气中颗粒物的净化，国外的工程实践表明，静电除尘器可以使颗粒物的浓度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除尘器可以使颗粒物的浓度控制在更低的水平，同时具有净化其它污染物的能力（如重金属、PCDDs等）。因此，袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。但是袋式除尘器虽然易受气体温度和颗粒物粘性的影响，致使滤料（耐高温、耐冲击）的造价增加和对清灰不利，但净化效率却不受颗粒物比电阻和原始浓度的影响。而太高或太低的比电阻却使静电除尘的净化效率降低，故二者各有其优缺点。由于袋式除尘器在高效除尘的同时兼有净化其它污染物的作用，近年来国内外的现代化垃圾焚烧厂大都采用袋式除尘器，见表2。
表2袋式除尘器与静电除尘器性能比较表 |
④结论
通过对烟气净化过程和效果进行比较，我们不难看出：
a)综合法烟气净化工艺流程结合了三种净化工艺的优点，使用在医疗固体废物焚烧处理上是适宜的。
b)在颗粒物净化方面，袋式除尘器比静电除尘器有显著的优点。
c）对于去除二恶英和重金属，最好的办法还是活性炭吸附。
所以在今后的医疗固体废弃物焚烧处理厂的设计中，烟气净化可以采用综合法去除酸性气体、加活性炭吸附以及袋式除尘的工艺组合。
三、总结
通过上述分析和研究，在医疗固体废弃物处理中应使用目前成熟的、业绩良好的、运行稳定的回转式焚烧炉，烟气处理系统使用综合法净化工艺加布袋除尘器，灰渣处理系统采用水泥固化方案。通过这样的技术可以使医疗固体废弃物的处理达到无害化、减量化、安定化的要求，为社会造福。
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