醫療廢物處理的技術選擇與發展趨勢分析

白云鶴 范洪波

(東莞理工學院 化學與環境工程學院，廣東東莞 523808)

醫療廢物［1］(Medical Wastes)，是指醫療衛生機構在醫療、預防、保健以及其他相關活動中產生的具有直接或者間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物。醫療廢物具有極強的傳染性、生物毒性和腐蝕性，未經處理或處理不徹底的醫療廢物任意堆放，極易造成對水體、土壤和空氣的污染，對人體產生直接危害。因此，加強對醫療廢物規范化的管理和無害化處理，無論是從保護環境還是從疾病預防和控制來講都具有極其重要的意義。

目前，針對醫療廢物的處理方法主要有高溫蒸汽法、微波處理法、化學消毒法、高溫焚燒法、高溫熱解法、等離子體法、超臨界氧化技術、輻射法等。這些技術各有其特定的優勢，但也存在著一定的局限性。對于醫療廢物的處理，其關鍵問題是如何實現良好的處理效果與較低的投資和運行費用之間的統一，以及操作過程的簡單易行。所以，通過技術創新或者不同技術之間的優化組合，尋求一種既有良好的處理效果，又節省投資與運行費用，簡便易行的醫療廢物處理方法具有重要的現實意義。以下，從醫療廢物處理的技術選擇和發展趨勢進行分析，力求為技術創新或技術優化組合提供有意的研究開發線索。

1 醫療廢物處理的技術選擇分析

目前，針對醫療廢物的處理方法主要有高溫蒸汽法［2－3，5］、化學消毒法［2－3，6］、微波處理技術［2－3，7］、高溫焚燒法［3－4，8］、高溫熱解法［2，4，9］、等離子體法［10－13］、超臨界水氧化法 (SCWO)［10，14，17］、輻照技術［4，10，15－16］、光催化分解法［18］等。這些技術在處理醫療廢物各有其特定的優勢，但也均存在著一定的局限性。

高溫蒸汽法、化學消毒法、微波處理法是相對比較成熟的非焚燒醫療廢物處理技術，國內已頒布相關工程技術規范。高溫蒸汽法是將醫療廢物置于金屬壓力容器中，并以一定的方式利用過熱的蒸汽殺滅醫療廢物中致病微生物的過程。該法具有工藝設備簡單、操作方便、滅菌迅速等特點，但也存在減容率低，處理過程中易產生有毒的揮發性有機物和廢液，處理對象具有選擇性等缺點。化學消毒法是將破碎后的醫療廢物與一定濃度的消毒劑 (次氯酸鈉、臭氧等)均勻混合，停留足夠的時間，保證相互充分接觸，在消毒過程中分解有機物和殺滅微生物。該法工藝設備和操作比較簡單、一次性投資少、運行費用低、場地選擇方便、可移動處理等優點，但也存在如干式消毒對破碎系統和pH值監測，對系統的自動化程度要求較高，濕式消毒產生廢液和廢氣，大多數消毒液對人體有害等問題。微波處理法是利用一定頻率和波長的微波激發預先破碎且濕潤的醫療廢物以產生熱量并釋放出蒸汽殺滅微生物，達到無害化處理的目的。該法具有節能、快速、高效等特點;無需化學藥劑，不產生酸性氣體和二噁英;其不足是微波的滅菌效果受多種參數影響，需優化選擇;醫療廢物需預處理 (分揀、破碎);操作人員受電磁波的危害，易產生職業病等缺點。目前全國非焚燒處理技術應用來看，采用高溫蒸汽處理技術的單位主要為天津、揚州等少數幾個城市，采用微波技術的僅為天津，采用化學處理的僅有鞍山和丹東等幾個城市。上述三種方法處理醫療廢物時具有選擇性、減容率低、需要二次處理等問題;但是針對特殊醫療廢物的應急用模塊化、移動式處理裝置的制造，具有良好的發展前景。

高溫焚燒法、高溫熱解焚燒法、等離子體法是醫療廢物高熱處理過程中新興的處理技術，溫度范圍一般在530℃到8300℃或更高。高溫焚燒法是指在高溫火焰的作用下，醫療廢物經過烘干、引燃、焚燒三個階段被轉化成殘渣和氣體，破壞醫療廢物中的微生物和有害物質。該方法適合于所有類型醫療廢物及大規模應用，該法具有體積和重量顯著減少、消毒滅菌及污染物去除效果好，潛在熱能可回收利用，運行穩定，技術比較成熟等優點，但不足之處是投資與運行成本高;易產生二噁英、多環芳香烴等有害物質，需要配置完善的尾氣凈化系統等問題。高溫熱解焚燒法是分兩步進行的，第一步是將醫療廢物的有機成分在無氧或缺氧的條件下加熱到300～600℃低溫熱解，第二步是以熱分解氣體為燃料在1300℃以上高溫焚燒。該方法空氣過剩系數較低，排氣量少，煙氣凈化裝置相對較小，熱分解氣體作為燃料焚燒，能耗低，建設成本和運行成本都低于高溫焚燒法，在缺氧和除氯等還原性氣氛下熱分解，高溫熔融狀態下燃燒，降低和抑制了二噁英的產生。等離子體法是在等離子體電弧爐產生的1650－11600℃高溫下，醫療廢物的有機成分被迅速脫水、熱解、裂解產生可燃的混合氣體，再經過二次燃燒達到減容、減量和無害化的目的。該技術的優點是低滲出、高減容、處置效率高，可處理任何形式的醫療廢物，無有害物質的排放，潛在熱能可回收利用;但其缺點是建設和運行成本很高，系統穩定性易受影響，可靠性有待驗證與提高。目前國內僅有深圳應用。上述三種方法無需預處理，直接投入爐內即可，對醫療廢物無明顯的選擇性，減容率大，便于集中處理等優點，但也存在移位運輸、二次污染、投資與運行成本高的缺點。

超臨界水氧化法、輻照技術，光催化分解法則是幾種發展中的非焚燒醫療廢物處理技術，這些技術體現了良好的發展前景，但也存在著技術成熟性低，設備無定型等缺點。超臨界水氧化法是利用超臨界水的特性，使有機物與空氣、氧氣等氧化劑在超臨界水中發生均相氧化反應，從而將有機物去除。該方法能使有機物完全分解、去除率高，反應時間短，設備體積小，操作方便，尾氣產生量很少，且無毒等優點，但也存在反應條件的優化，反應器的優化設計、防止材料腐蝕等技術問題。輻照技術是用電子束照射醫療廢物，利用電子與醫療廢物的分子結構中電子發生相互作用，所積累的能量破壞有機化合物的化學鍵，從而將微生物加以裂解破壞。該法的優點是無需蒸汽或化學藥劑，無臭氣和廢液排放，自動化程度高，處理時間短，適于固定點小型處理單元，不足之處是需要輻射防護裝置和措施，對操作要求高，還需加強操作人員的防護等安全問題。光催化分解法是利用特定的催化劑，在一定的波長光照下，對醫療廢物中有機成分進行降解。該法具有工藝流程簡單，能耗低，操作簡便，使用過的催化劑可用物理和化學方法再生后循環使用;但存在處理速度慢，相關技術不成熟，設備無定型，工業應用實例少等缺點。上述三種方法向低成本、小型化的原位處理設備方向發展，具有良好的前景，但也需要解決相關的技術與安全問題。

近年來，催化燃燒技術［19］分解處理有機物的研究進展迅速，它所體現出的諸多優勢已經引起了業界的關注。催化燃燒法是指有機物在催化劑的作用下發生完全氧化反應。借助催化作用，有機物可在較低溫度下進行燃燒。催化燃燒技術相對于熱焚燒處理技術，具有起燃溫度低、適用范圍廣、處理效率高、基本無二次污染等優點［19－20］。此技術的關鍵問題就是開發低成本、高活性的催化劑。貴金屬催化劑憑借其良好的低溫活性占有了大部分的市場份額，但其面臨嚴峻的高成本問題［21］。目前，研究發現金屬氧化物催化劑活性并不比貴金屬差，且最重要的是它具有低成本的優勢［22］。最近，科研工作者［23］進一步研究指出，被廣泛應用于光催化的TiO2不但具有光催化活性，還具有熱催化活性，是一種非常有效的熱催化劑。

圖1 熱催化原理圖

TiO2的熱催化原理［23－24］如圖1所示，首先通過高溫熱能激發TiO2價帶上的電子越過禁帶進入導帶，同時在價帶上產生相應的空穴，這樣就產生了電子－空穴對，這樣的一個電子－空穴對就是一個反應活性位，具有非常強的氧化性;電子會與催化劑表面吸附的氧分子反應生成非常活潑的超氧離子自由基，它是氧化性很強的活潑自由基，與光生空穴一起幾乎能將所有的大分子有機物分解成小分子物質，最后徹底氧化成CO2和H2O。

二氧化鈦的熱催化分解技術實現工業化應用需解決如下問題:1)反應器應具備催化劑中毒防止功能和再生功能;2)反應器應具備加熱保溫功能，保證二氧化鈦的熱催化活性;3)納米級二氧化鈦工藝控制困難，極易發生隨風損失問題;4)增加接觸面積，提高循環接觸率，調整反應速度;5)優化工藝組合，小型化、原位處理裝置，降低成本，達標排放。基于以上觀點，目前劉媛等［26］提出循環流動床與顆粒狀二氧化鈦耦合熱催化分解醫療廢物的技術并開展基礎研究。

2 醫療廢物處理的發展趨勢分析

隨著人口的增長、醫院數量和規模日益增大以及一次性醫療用品的廣泛使用，醫療廢物的數量也在逐年增加，人們也越來越重視醫療廢物的無害處理。但是，國內各大城市處理設施的不足、填埋場地的枯竭等，醫療廢物安全處理問題現已成為一個社會問題。國內外在“誰污染誰治理”的原則和“污染物零排放”等先進的環境管理理念的引導下，人們開始對集中焚燒處理產生的環境影響產生質疑，逐步對非焚燒技術原位 (院內)分散處理方式表示關注。

目前，國際上應用較多的醫療廢物處理方法首推高溫焚燒法，而國內的高溫焚燒技術還比較落后，非焚燒處理技術還處于剛剛起步的階段。同時，關于持久性有機污染物 (POPs)的斯德哥爾摩公約［5］已于2004年11月11日對我國正式生效，該公約要求簽約國減少二噁英等副產品的產生，并嚴格限制了各種二次污染物的排放量，這無疑是對我國醫療廢物處理工作的嚴峻考驗。

另外，2003年5月全球環境基金 (GEF)理事會批準了非焚燒技術示范全球項目第三階段的工作選在中國［5］，這又是我國難得的機遇。國務院批復實施的《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》第二章技術要求中指出［17］:“小于10 t/d的醫療廢物處置設施，也可以采用其他技術，但必須做到殺菌、滅活、毀形和無害化，防治二次污染。積極發展和鼓勵其他新技術的發展和示范。”根據這一規定，非焚燒處理技術可以作為中國醫療廢物的技術選擇。

通過以上背景分析可知，在國內政策的支持、技術開發的投入、市場需求的增大以及國際資金與技術的援助下，我國醫療廢物的處理技術與市場將迎來快速的發展階段。

隨著國家對環境保護工作的重視，對環境監管力度的加大，醫療廢物安全處理工作必將更嚴格、更規范，相應的會產生兩部分的醫療廢物的處理工程市場:一種是醫療廢物處理設備的大型化與集中處置(以焚燒技術為主)，這種技術一定程度上解決醫療廢物的處置問題，但隨環保標準的提高，現有處理設施需投資改造，集中處理的成本將會增加，增加的成本肯定轉嫁到醫院方，自負盈虧的醫院將面臨運營壓力，可能產生拒絕處理現象，環境意識的提高和醫療廢物的分類排出，醫療廢物的產生趨勢是總量減少，盲目實施集中大處理，將帶來潛在的隱患，焚燒爐不能正常運行 (間歇運行)，這將無法保證尾氣達標排放，同時也是一種資源的浪費;另一種是醫療廢物處理設備的小型化與各大醫院分散原位處理(以非焚燒技術為主)，在“誰污染誰治理”和“零排放”等環保理念下，醫院方將自行處理醫療廢物，這將推動占地面積少、全自動化、滿足環保要求、節省投資和運行成本的小型化設備需求的增加;也促進非焚燒技術的研發與應用。

今后，國內外醫療廢物處理市場的總體發展趨勢特征為首先是集中處理和分布 (原位)處理的并存時期，之后醫療廢物的非焚燒處理將成為主流處理技術。因此，當前我國應加強非焚燒處理技術的研究和裝置開發，如催化燃燒技術、超臨界水氧化法等應用技術研究。

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