負離子垃圾熱解實驗研究

孔維芳

【摘 要】負離子垃圾熱解裝置是以一般產業廢棄物中有機物作為對象，熱分解的方法生成可回收利用無機物和木醋酸（碳化氫油）的裝置。本研究通過對負離子垃圾熱解裝置處理醫療廢棄物進行監測，結果得到熱解產物中液體含量65%，固體含量18%，氣體含量17%，經檢測污染物的排放濃度均符合排放標準，提高了醫療廢棄物處理減量化、無害化和資源化水平，具有良好的經濟效益。

【關鍵詞】負離子垃圾熱解裝置；醫療廢棄物；污染物

前言

隨著國民經濟的發展和城市化進程的加快，醫療水平不斷提高，隨著產生的醫療垃圾也日漸增多，醫療垃圾若管理不嚴或處置不當，會對環境構成嚴重威脅，為疾病的滋生和蔓延埋下了重大隱患，如何有效地處理醫療垃圾受到了廣泛的關注。目前高溫國內處理醫療垃圾的技術主要有高溫焚燒法、高溫蒸汽消毒法、化學消毒法、微波滅菌法、等離子法、負離子熱解法等。高溫焚燒法產生二噁英等劇毒產物、PAN（多環芳香族化合物）、PCB（多氯聯苯）及有害氣體（如HCl，HF，SO2等），二次污染嚴重[1]；消毒法處理規模小，過程產生的廢液處理復雜，處理后仍存在安全隱患[2]；新型的微波滅菌、等離子體法處理等在國內尚很少采用，在國外也屬于不成熟技術，難以施行[3]。而負離子熱解法相對來說適用范圍廣、技術比較成熟、熱解回收率高、產生二噁英等污染少，具有較好的經濟效益。本研究將負離子爐應用于醫療廢棄物處理，并檢測熱解產物含量和氣體成分，為醫療廢棄物的處理提供依據。

一、材料與方法

（一）實驗材料

人工配置的醫療垃圾（原料分別為為野菜、豬肉、魚以及醫療垃圾），木炭，木屑。

（二）實驗裝置

1. 負離子爐結構.

負離子熱解裝置規格尺寸：500mm*500mm*1200mm；材質要求：要求材料耐高溫，裝置的溫度可能會達到500℃以上；頂部蓋子要求能打開，用于投放垃圾；裝置一個側面設置一個玻璃面，便于觀察裝置內部垃圾的熱解情況，如下圖所示；進氣管道距離裝置底150mm，進氣管直徑DN40，分為兩支，做變徑，保護管內徑20mm，伸入箱內20mm，箱體外190mm；底部留有出渣口，L*H=300mm*200mm；頂部距離裝置頂部100mm留有煙氣導出管，管子向上500mm，相當于一個煙筒，管徑DN50；溫度測量位置2個，一個是在底部，距離底板200mm，一個在上部，距離底板900mm，溫度深入內部需接一節短管對溫度計的探頭進行保護，保護管要求：內徑20mm，管長5 0mm。

2. 原理.

將負離子送入裝置內形成還原霧團氣，由于負離子的作用防止熱運動，裝置內部達不到高溫，底部加熱區域正常運行；由于陶瓷內發生的輻射熱，負離子有助于加熱運行，維持加熱領域的局部高溫；碳化有機物是原子、分子的共同結合，被輻射熱激發后有機物分解。熱解后的殘渣物作為陶瓷無機物剩下，還有干餾氣被送到下面的冷卻槽內，作為無害化木醋酸（碳化氫油）提取。

（三）實驗方法

將木炭鋪于陶瓷層上方加熱至500℃左右，待其在爐內穩定后投入醫療廢棄物，密封進、出料口。一個小時取樣一次，測試產氣量、產生的陶瓷粉末量和冷凝液量，并測試熱解氣體成分。

實驗分析方法：

本實驗分別采用氣相色譜儀、色譜-質譜聯用GC-MS和元素分析儀分析熱解氣成分、液體產物和固體產物。

二、實驗結果

（一） 熱解產物含量及分析

醫療垃圾在負離子垃圾熱解裝置中得到的產物中，液體產物含量66%，固體產物含量18%，氣體產物含量17%。液體產物上層的焦油類液體可作為燃料，下層是木醋液，可用于防蟲或消毒；固體產物為陶瓷粉末，可回收利用無機物，用于工業領域。

（二） 氣體成分

熱解反應后各氣體成分如表2所示，排放氣體成分均遠低于國家的有關規定。其中氣體排出平均溫度為27℃，平均流速為3.7m/s

排放濃度均符合《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）

三、結束語

通過使用負離子垃圾熱解裝置對野菜、豬肉、魚以及醫療垃圾進行熱解處理，通過分析實驗結果，發現垃圾熱解效果好，適合熱解利用；負離子垃圾熱解裝置可以使裂解反應完全，適合連續生產并大規模推廣應用，實現了能源的高效利用；產物附加值高；有害氣體的絕對排放量大大低于其他焚燒設備；負離子垃圾熱解工藝不僅解決了環境污染問題，也提供了一條變廢為寶的良性發展路線，具有一定的工業可行性。

參考文獻：

[1] 張穎.我國北方醫療垃圾處理現狀及對策研究[J].臨床醫藥文獻雜志， 2015.

[2] 劉鋒， 馬海斌. 醫療廢物處理技術研究[J]. 中國環保產業， 2004， 2（5）： 57-59.

[3] 王宏坤. 醫療垃圾高溫蒸汽氣化實驗及熱力學研究[D]. 內蒙古： 內蒙古科技大學， 2015.