摘要:本文通過對微波技術(shù)的調(diào)查，全面總結(jié)了醫(yī)療廢物微波消毒系統(tǒng)的機(jī)理、設(shè)備組成、影響消毒效果的主要因素、設(shè)備的優(yōu)越性和人體保護(hù)注意事項(xiàng)等。

關(guān)鍵詞:醫(yī)療廢物;微波技術(shù);微波消毒

微波屬于非電離輻射，是一種波長為0.001mm～1m、頻率為300～300000MHz的電磁波。由于其頻率較高，所以又稱超高頻電磁波。微波通常作為一種信息或信息的載體用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。20世紀(jì)70年代以來，微波消毒的研究逐漸深入，微波消毒技術(shù)己逐漸成為一種新型的醫(yī)療廢物處理技術(shù)，但是目前仍僅限于小批量、間隙式的處理醫(yī)療廢物，不能滿足大批量、連續(xù)式處理醫(yī)療廢物的要求。本文提供了一套連續(xù)提升、粉碎、殺菌、干燥、輸送打包一體化的醫(yī)療廢物處理裝置，可避免二次污染，并采用蒸汽-微波聯(lián)合殺菌手段，從而保證了良好的殺菌效果。設(shè)備具有投資低、運(yùn)行操作簡單、安全、有效等優(yōu)點(diǎn)，適用于中小城市醫(yī)療廢物的集中處理及處置。

1 微波殺菌機(jī)理

（1）熱效應(yīng)。微波快速穿透物體并直接使物體分子內(nèi)部摩擦產(chǎn)熱，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

（2）微波的場效應(yīng)。生物體處于微波場中時(shí)，細(xì)胞受到?jīng)_擊和震蕩，細(xì)胞外層結(jié)構(gòu)被破壞，使細(xì)胞通透性增強(qiáng)，破壞了細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)平衡。電鏡下可見到細(xì)胞腫脹，進(jìn)而出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)崩解融合致細(xì)胞死亡。

（3）量子效應(yīng)。微波場中量子效應(yīng)波主要是用于激發(fā)水分子產(chǎn)生H2O2及其他自由基，形成毒殺細(xì)胞的作用。這種作用可使細(xì)胞內(nèi)的各種蛋白、酶、核酸等受到破壞。另外，光子可以增加分子動(dòng)能，促進(jìn)熱反應(yīng)。

綜上所述，微波殺菌是以熱效應(yīng)為主的一系列綜合因素作用的結(jié)果。

2 微波消毒系統(tǒng)

2.1 消毒滅菌微波系統(tǒng)組成（見下圖）。

消毒滅菌微波系統(tǒng)組成示意圖

整個(gè)消毒滅菌微波系統(tǒng)主要由供料機(jī)構(gòu)、消毒烘干機(jī)構(gòu)和尾氣處理裝置、打包裝置四部分組成。

（1）供料機(jī)構(gòu)

1）料斗容量為500～750L，可用于裝載醫(yī)療廢物；

2）提升系統(tǒng)用于醫(yī)療廢物料斗的提升和傾倒；

3）料倉用于接收傾倒下來的醫(yī)療廢物，為粉碎作準(zhǔn)備；

4）空氣抽濾器可使料倉形成負(fù)壓并凈化廢氣；

5）雙軸盤式滾刀破碎機(jī)的生產(chǎn)能力500kg/h、刀間距30mm、出料粒度30×100（mm）、配套電機(jī)30kW。

（2）消毒烘干機(jī)構(gòu)

1）進(jìn)料斗連接粉碎箱和螺旋輸送管，用于接收破碎的廢物；

2）螺旋輸送管為夾套式，夾套內(nèi)走蒸汽，輸送管上面配有8個(gè)微波發(fā)生箱，每個(gè)箱內(nèi)裝有6個(gè)磁控管（輸出功率900W，頻率2455MHz）。

（3）尾氣處理裝置

1）水冷凝器可將廢氣的溫度降低；

2）生物脫臭塔系天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院的專利產(chǎn)品；

3）引風(fēng)機(jī)和煙囪用于造成系統(tǒng)負(fù)壓；

（4）打包裝置

將消毒后的醫(yī)療廢物進(jìn)行擠壓后裝入密封運(yùn)輸箱。

2.2 設(shè)備參數(shù)

設(shè)備占地面積約36m2；螺旋輸送管Φ600mm，長9m，高3.8m。

2.3 工藝流程

醫(yī)療廢物裝入料斗，隨提升系統(tǒng)提升至料倉，倉蓋打開，廢物倒入料倉，而后進(jìn)入粉碎機(jī)，由于配置了空氣過濾器，可避免粉碎機(jī)中的微細(xì)塵粒、氣味污染工作環(huán)境。廢物被刀式粉碎機(jī)破碎后，經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)入螺旋傳送機(jī)。螺旋傳送機(jī)上配有微波發(fā)生器，廢物在傳送過程中不斷被攪拌，在微波的作用下，廢物得到快速、均勻、徹底的消毒殺菌，同時(shí)被干燥。廢物消毒過程產(chǎn)生的廢氣經(jīng)水冷凝器冷凝后，進(jìn)入生物脫臭裝置，而后在抽風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)煙囪排出。處理后的廢物被裝入密封運(yùn)輸箱，再由拖車運(yùn)到衛(wèi)生填埋場處置。

車間配有滅菌劑噴射系統(tǒng)，在設(shè)備運(yùn)行過程中或停止后，可及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行消毒處理。

2.4 運(yùn)行參數(shù)和條件

處理能力為125～250kg/h廢物，處理時(shí)間為40～50min，消毒溫度107℃，整套裝置總功率為90kW, 380V。

3 影響消毒效果的主要因素

影響因素可分為兩類：

（1）微波本身固有特性的影響，如微波的頻率、波長、輸出功率、微波照射時(shí)間、微波電場均勻性等；

（2）被消毒物品的因素，如物品的性質(zhì)、溫度、負(fù)載量、滅菌包裝材料、含濕量、物體大小、協(xié)同劑等。

3.1 微波的波長與頻率影響

一般講，微波頻率高（如2450±50MHz），分子在單位時(shí)間內(nèi)改變方向或轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)多，互相碰撞、摩擦增多，因而物體升溫快、消毒時(shí)間短、殺菌作用強(qiáng)，但穿透能力差，故只適于處理小件或者厚度不大的物品;微波頻率低（如915±25MHz），加熱速度慢，消毒時(shí)間長，但穿透深度大，故可處理大件物品。

3.2 輸出功率與照射時(shí)間的影響

微波殺菌效果與磁控管輸出功率的大小與消毒物品暴露時(shí)間的長短有關(guān)。

在一定的條件下，微波輸出功率越大，作用介質(zhì)的電場越強(qiáng)，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，加熱速度越快，物品升溫速度越快，殺菌作用就越強(qiáng)。

在微波消毒時(shí)，應(yīng)注意功率與消毒物品相匹配。對小量物品使用過高功率，既浪費(fèi)能量，又易損壞磁控管。只有綜合考慮頻率、功率、時(shí)間三者的關(guān)系，才能達(dá)到滿意的消毒效果。

3.3 微波電場均勻性的影響

微波爐中都有冷點(diǎn)位置，在這個(gè)位置上的物品不能接受到如同其它位置的微波輻射，這主要是由于微波爐諧振腔內(nèi)可能存在能量的死角，在滅菌時(shí)就會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻的情況。因此，物品必須在攪拌的作用下進(jìn)行殺菌消毒。

3.4 滅菌材料含濕率的影響

吸收微波是微波殺菌的必要條件，水是吸收微波最好的材料，所以滅菌物品的含水率對滅菌效果的影響明顯。含濕率的影響具有三層意義:

（1）不含水分的材料難以用微波滅菌，細(xì)菌芽孢經(jīng)過脫水處理后，微波照射很難將其殺滅。處于干燥狀態(tài)的大腸桿菌比液體中的細(xì)菌芽孢對微波的抗力還強(qiáng)。

（2）含濕率的最佳范圍因微波輸出功率的大小和照射時(shí)間的長短而不同。

（3）含濕率過高會(huì)使滅菌效果下降。一般情況下，在其他條件不變時(shí)，物品的含濕率過高即負(fù)載量過大，會(huì)使能量分布密度降低，從而導(dǎo)致微波殺菌效果降低。

3.5 溫度

廢物本身的溫度對殺菌作用會(huì)有所影響。溫度低，達(dá)到殺菌溫度所需的熱量就多，因而消耗微波的能量高，照射的時(shí)間長。

3.6 物品的厚度與容量

物品的消毒效果取決于微波對該物品厚度的穿透深度。需要對物品內(nèi)部進(jìn)行消毒時(shí)，其厚度一般不應(yīng)大于微波對物品的穿透深度。在厚度適當(dāng)?shù)臈l件下，物品越多，所需照射的時(shí)間就越長，才能達(dá)到消毒要求。

4 微波殺菌效果

微波殺菌譜廣，可殺滅各種微生物。以9 種菌株進(jìn)行的試驗(yàn)表明，只需照射 l 分鐘即可將其全部殺滅（見下表）。

微波照射對細(xì)菌殺滅效果表

試驗(yàn)證明，微波照射 l min后可殺滅玻璃安瓿中各種細(xì)菌繁殖體（包括真菌）；對巨大桿菌芽孢照射2min，殺滅率為99.90%。

5 微波消毒的特點(diǎn)

（1）節(jié)能

微波加熱具有獨(dú)到之處。其他加熱方式都是先加熱物體表面，然后熱量由表面?zhèn)鞯絻?nèi)部；而微波則可對物體內(nèi)部進(jìn)行直接加熱，且加熱均勻、無能量損失、能量高，處理物品時(shí)，穿透性強(qiáng)，瞬時(shí)即可穿透到物體內(nèi)部。

（2）廢物的選擇性

微波消毒在任何情況下都不能用于處理以下廢物：放射性廢物、厚金屬片、過期藥物、含溶劑的桶罐、銀鹽及X光照片、水銀（溫度表、電池等）及其他放射性物品。

（3）作用溫度低，熱損失較小

在產(chǎn)生等量熱效應(yīng)的前提下，微波作用到物體上的溫度要明顯低于普通加熱。普通加熱殺菌所需溫度在120℃以上，作用20min；而微波殺菌溫度為70℃～105℃，作用1.5～5min。

（4）作用快速

電磁波能量轉(zhuǎn)換過程速度極快，可在9～10s之內(nèi)完成。

（5）對生物體作用無選擇性

微波對所有生物體的作用都相同而無選擇性，其殺菌譜廣，可殺滅各種微生物和原蟲等。

（6）微波消毒占地面積小，無污染

微波消毒所需工作面積小，不會(huì)造成任何環(huán)境危害（無煙、無味、不排放任何污染液、不會(huì)形成高溫污染），消毒后廢物無毒性。

（7）運(yùn)行方便

微波消毒不需連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以根據(jù)廢物量的多少，自由排班，隨時(shí)啟動(dòng)，隨時(shí)關(guān)閉。

（8）處理成本低

處理后的醫(yī)療廢物體積減少，污染度比生活垃圾還低，可以送至衛(wèi)生填埋場處置，大大地降低了醫(yī)療廢物的處理成本。

6 人體保護(hù)注意事項(xiàng)

由于多種原因，微波會(huì)從加熱器中或多或少泄漏出來并向空間輻射，這種輻射能量的泄漏稱為漏能。對于這種漏能，只要懂得保護(hù)知識，采取有效的防護(hù)措施并遵守操作規(guī)程，完全可以避免。為了確保工作人員安全，可采取下列一些防護(hù)措施。

（1）嚴(yán)格設(shè)計(jì)加熱器，減少輻射漏出

為減少微波源漏能輻射，可將微波源裝置裝在箱內(nèi)，利用波導(dǎo)或同軸線，將微波能送到加熱器，以減少微波陰極和燈絲出現(xiàn)的能量泄漏。對于微波管的陰極和燈絲部分可采用專門屏蔽。

（2）設(shè)置屏蔽，阻擋微波擴(kuò)散

目前用于屏蔽的材料有反射性和吸收性材料兩大類。屏蔽可用反射性的，如用金屬纖維與合成纖維混合編制而成的屏蔽;亦可用吸收性的，如木板、有機(jī)硅橡膠、含碳基鐵填料的聚氯乙烯樹脂等制成的屏蔽，可吸收95％左右的微波。亦可將兩種性質(zhì)的屏蔽合用。

（3）提供防護(hù)裝備，加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)

工作人員進(jìn)入微波場區(qū)時(shí)，必須穿戴由金屬絲織成的屏蔽防護(hù)服、帽、手套等，并佩戴涂有二氧化鉛層的防護(hù)眼鏡。

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