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(yī)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(yè)第二研究設(shè)計院在以往垃圾處理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究和開發(fā)，取得了較大的成效，并且承接了北京醫(yī)療固體廢物集中處置中心的設(shè)計工作。

一、概述

1.醫(yī)療固體廢棄物的來源

（1)醫(yī)療過程中產(chǎn)生的廢棄物。如衣物、床單、紗布、棉球、手套、毛巾、擦布、導(dǎo)尿管、一次性注射器、廢棄的手術(shù)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(yī)院內(nèi)日常生活產(chǎn)生的生活垃圾。包括在診室、廚房、洗手間、病房等場所由醫(yī)護(hù)人員和病人所產(chǎn)生的生活垃圾。

2.醫(yī)療固體廢物的危害

醫(yī)院和醫(yī)療機(jī)構(gòu)是人群和患者集中活動、檢查、治療和生活的場所，因而產(chǎn)生的固體垃圾不僅具有生活垃圾的特征，還具有醫(yī)療垃圾的特點(diǎn)，即具有很強(qiáng)的傳染性、生物毒性、腐蝕性和危險性。

3.醫(yī)療固體廢物的處理方法

醫(yī)療固體廢物的處理目的是使醫(yī)療垃圾安定化（有機(jī)垃圾無機(jī)化）、無害化（有毒有害物質(zhì)分解去除，細(xì)菌病毒殺滅消毒）和減量化。

目前醫(yī)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(wèi)生填埋法。

醫(yī)療固體廢物在焚燒后，不僅可以完全殺滅細(xì)菌，還使絕大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)變成無機(jī)物，垃圾重量減少85％～90％，從而大大減少了最終填埋的費(fèi)用，是當(dāng)前比較好的醫(yī)療固體廢物處理方法。

二、醫(yī)療固體廢棄物無害化焚燒處理工藝研究

1.醫(yī)療固體廢物焚燒處理系統(tǒng)組成

根據(jù)國內(nèi)外生活垃圾以及工業(yè)垃圾的焚燒處理經(jīng)驗，結(jié)合醫(yī)療固體廢棄物焚燒的特點(diǎn)，醫(yī)療固體廢棄物的焚燒處理應(yīng)包括：廢棄物收集和運(yùn)輸系統(tǒng)、廢棄物暫存系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)和余熱利用系統(tǒng)等。

這些系統(tǒng)的重點(diǎn)在垃圾焚燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)，如果這兩個系統(tǒng)解決得好，會對整個垃圾焚燒廠起到至關(guān)重要的作用。

2.廢棄物焚燒系統(tǒng)研究

焚燒系統(tǒng)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?xì)怏w的完全燃燒以及為保證完全燃燒的助燃空氣供應(yīng)等工藝，其中最最重要是焚燒爐部分。

(1)垃圾焚燒機(jī)理及控制要素

①垃圾焚燒過程機(jī)理

醫(yī)療固體廢物的燃燒過程，本質(zhì)上是質(zhì)量傳遞、熱傳遞、動量傳遞、化學(xué)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化等物理化學(xué)反應(yīng)綜合在一起的一個復(fù)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(yù)熱、水分蒸發(fā)、升溫、揮發(fā)份析出、著火和固定碳燃燒等過程。垃圾本身的質(zhì)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(shù)。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(shè)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(xù)運(yùn)行的焚燒設(shè)備可分成以下幾種類型：爐排爐、回轉(zhuǎn)爐、流化床焚燒爐、分段燃燒焚燒爐、固定床焚燒爐等。

②醫(yī)療固體廢棄物焚燒爐的選擇

焚燒爐的選擇經(jīng)過多方面、綜合情況的比較后才能得出結(jié)論。在選擇過程中應(yīng)綜合下述幾個方面，即結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、操作性能、燃燒機(jī)理、處理效果、設(shè)備和基建投資、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行歷史等幾個方面進(jìn)行比較，這樣才能針對醫(yī)療垃圾的特點(diǎn)選擇合適的焚燒爐型。

結(jié)構(gòu)和焚燒機(jī)理五種焚燒爐各有特點(diǎn)，都是在成熟的爐型基礎(chǔ)上發(fā)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(chǎn)生局部燒結(jié)現(xiàn)象，且對于紊流基本不滿足，而回轉(zhuǎn)爐和流化床爐熱效率最高，對垃圾的適應(yīng)性也最強(qiáng)；

處理效果流化床爐和回轉(zhuǎn)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(diǎn)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(tǒng)造成比較大的影響；

投資和動力消耗回轉(zhuǎn)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(yùn)行經(jīng)驗爐排爐和回轉(zhuǎn)爐都有比較長的運(yùn)行歷史，運(yùn)行業(yè)績得到了長期的驗證，其他三種爐型相對較短；

焚燒爐的規(guī)模爐排爐和回轉(zhuǎn)爐都有大容量的機(jī)組在世界各地運(yùn)行，爐排爐更多運(yùn)行于大型生活垃圾焚燒廠，回轉(zhuǎn)爐規(guī)模從幾十噸到幾百噸都有，而小型爐大多應(yīng)用于工業(yè)垃圾的焚燒，有比較多的經(jīng)驗。

綜上所述，回轉(zhuǎn)爐在醫(yī)療垃圾焚燒方面具有比較明顯的優(yōu)勢。

3.煙氣處理系統(tǒng)研究

(1)煙氣成分分析

醫(yī)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(chǎn)物（一氧化碳、炭黑、烴類等）；④重金屬（Hg、Pb、Cr等）；⑤有機(jī)劇毒性污染物（如二惡英類等）。

為了防止醫(yī)療固體廢物焚燒處理過程對環(huán)境造成二次污染，必須采取嚴(yán)格的措施，利用煙氣凈化系統(tǒng)控制污染物的排放。

(2)煙氣處理系統(tǒng)的選擇

①酸性氣體的凈化

垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體主要是HCl、HF、NOx和SOx，其傳統(tǒng)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(yōu)缺點(diǎn)，下面從幾個方面對這三種工藝進(jìn)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(rèn)為對于醫(yī)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(tǒng)的煙氣凈化方案外，考慮結(jié)合醫(yī)療固體廢棄物焚燒處理的特點(diǎn)，采用綜合法的凈化方案。

綜合法的工藝過程：在對煙氣進(jìn)行處理時，向1000℃或650℃左右的高溫?zé)煔庵袊娙牒蠳aOH的溫堿水，在煙氣降溫的同時，NaOH與煙氣中的酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(jìn)一步凈化了煙氣。經(jīng)過上述工藝處理后的煙氣，可以達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

綜合法凈化系統(tǒng)主要設(shè)備包括：

煙氣洗滌塔、洗滌塔刮灰機(jī)構(gòu)、消石灰儲倉、堿液儲槽、儲水槽、堿液定量泵、冷卻水泵、補(bǔ)水泵、混合室、消石灰注入風(fēng)機(jī)、壓空系統(tǒng)等。見示意圖。

綜合法凈化工藝示意圖

這種工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是：

a)結(jié)合了濕法和干法的優(yōu)點(diǎn)，提高吸收效率，并降低一次性投資；

b)可以使高溫?zé)煔庋杆俳禍?，大幅度縮短煙氣在500～300℃的二惡英易重新合成溫度區(qū)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(yán)格的垃圾焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，確保重金屬和二惡英的排放達(dá)標(biāo)，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(dá)到很高吸附凈化效率。

由于PCDDs和PCDFs二惡英類有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)》中對其排放濃度制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)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(nèi)得以充分燃燒，監(jiān)測CO的濃度，并作為燃燒控制的參數(shù)，調(diào)節(jié)送風(fēng)量和燃燒器的運(yùn)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(nèi)的停留時間不小于2秒，使二惡英徹底分解。

C）高溫?zé)煔獠捎眉崩浯胧?，使煙氣?50℃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(qū)間的停留時間，減少了因煙氣溫度降低而導(dǎo)致二惡英重新合成的幾率。

d)選用高效布袋除塵器，并在進(jìn)入布袋除塵器前的煙道上設(shè)置活性炭噴射裝置，進(jìn)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(fā)達(dá)國家垃圾焚燒廠對煙氣中顆粒物的凈化，國外的工程實(shí)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(yōu)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(yōu)缺點(diǎn)。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(nèi)外的現(xiàn)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(jié)論

通過對煙氣凈化過程和效果進(jìn)行比較，我們不難看出：

a)綜合法煙氣凈化工藝流程結(jié)合了三種凈化工藝的優(yōu)點(diǎn)，使用在醫(yī)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(yōu)點(diǎn)。

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(yī)療固體廢棄物焚燒處理廠的設(shè)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(jié)

通過上述分析和研究，在醫(yī)療固體廢棄物處理中應(yīng)使用目前成熟的、業(yè)績良好的、運(yùn)行穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)式焚燒爐，煙氣處理系統(tǒng)使用綜合法凈化工藝加布袋除塵器，灰渣處理系統(tǒng)采用水泥固化方案。通過這樣的技術(shù)可以使醫(yī)療固體廢棄物的處理達(dá)到無害化、減量化、安定化的要求，為社會造福。