等離子體處理醫療垃圾技術的研究

李新艷 趙紅濤 張盟娟 呂高鋒 竇曉熙(西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710100)

0 引言

隨著社會經濟的發展，醫療垃圾的種類越來越多，既包括使用完的醫療及防護器具，如醫用口罩、手套、防護服、鞋套以及一次性的醫療器具等，還包括試劑瓶、藥品包裝袋、過期藥品、生物組織等。醫療垃圾產生數量逐年增多，尤其是對于疫情流行時期，所產生的醫療垃圾數量規模更是十分巨大，處理不及時會占用較多的儲存空間，給管理帶來一定的安全風險。

醫療垃圾中通常含有細菌、病毒以及化學成分，具有較強的傳染性和毒性,若處理不當會導致土壤、水源污染，進而造成動物和人體的感染或中毒，嚴重時直接威脅人的生命健康。基于醫療垃圾的上述危險性，因此，應該對醫療垃圾進行妥善回收與處理，以免對環境和人類的生存造成危害。

1 醫療垃圾的處理方法

醫療垃圾的主要成分是塑料制品、橡膠制品和玻璃制品等,并有少量金屬制品，這些物質不會自然降解，因此需要采取一定措施進行處理。

傳統的消毒填埋法雖然首先對醫療垃圾采取了消毒處理的措施，但往往處理不夠徹底，填埋后占用較多的地下空間，隨著時間的推移這些醫療垃圾中的有害物質仍然可能泄露出來，因此消毒填埋法的垃圾處理方式仍然存在造成土壤和水源污染的風險。

焚燒法是將醫療垃圾放置在焚燒爐中，在大量氧氣存在的條件下進行燃燒，雖然減少了醫療垃圾的體積，但因存在大量氧氣，可燃醫療垃圾焚燒形成大量的有害煙氣，煙氣里面含有大量的SO2、NOx、HCl 及多環芳香族化合物等，焚燒飛灰中含有較多重金屬和二噁英，后續需要采取一定手段如水泥固化、熔融技術、焙燒法、分步浮選法等[1]進行飛灰的處理，處理代價很大。

二噁英的危害性極大，對其進行處理本身具有一定的風險，因此在醫療垃圾處理過程中減少和避免二噁英的產生才是唯一正確的選擇。

此外，對于醫療垃圾焚燒后的煙氣需要采取一定的煙氣凈化措施，以免對環境造成二次污染，但相應增加了處理成本和處理不徹底的風險。

熱解法處理醫療垃圾[2]，是在無氧氣或氧氣含量極低的條件下進行的，將有機醫療垃圾加熱到一定的溫度使其分解轉變為可燃的小分子氣體，但對于無機醫療垃圾等無法處理。

綜上所述，傳統的消毒填埋法、焚燒法、熱解法已經不能滿足環境保護的需求。因此,研究和開發一種徹底、高效、經濟的處理醫療垃圾的技術手段顯得尤為迫切。近年來出現的等離子體技術是一項可以把醫療垃圾進行無害化、減量化、資源化處理的新技術,該技術受到很多研究者的關注和探索。

2 等離子體技術處理醫療垃圾的原理

等離子體技術處理醫療垃圾是指將醫療垃圾經過初步處理后加入等離子反應器中，在高壓下使空氣、N2、Ar 或其他載氣發生電離，產生1650～11600℃的高溫，有機醫療垃圾分解形成可燃氣體如H2、CO、CH4等，不可燃的醫療垃圾轉變為無害殘渣，如玻璃體化固體殘渣等。同時，醫療垃圾中的各種病毒、微生物、有毒化學藥劑等被徹底消滅，進而實現醫療垃圾的無害化和減量化[3-4]。

3 等離子體技術處理醫療垃圾的優勢

醫療垃圾的危害性巨大，已經被列入《國家危險廢物名錄》，對其進行無害化處理是一項必須要做的環保任務，也是實現經濟和社會可持續發展的需要，等離子體技術作為一種環境友好的新技術，可以實現醫療垃圾的無害化處理。

等離子體技術處理醫療垃圾是現階段最為可行且最具開發潛力的新技術，其將醫療垃圾高溫分解，進而實現減量化。通過等離子體技術處理系統的合理化配置，將尾氣進一步凈化處理，避免環境污染。

等離子體技術處理醫療垃圾所形成玻璃體化固體殘渣可以回收利用，進而實現醫療垃圾的資源化，并產生一定的經濟效益。

4 等離子體技術處理醫療垃圾的工藝及特點

等離子體技術處理醫療垃圾系統主要包括預處理系統、等離子體反應器系統、尾氣凈化處理系統、余熱回收系統、殘渣應用系統等[5]。

4.1 預處理系統

醫療垃圾種類繁多，既有固態，又有液態，應該分類處理。對于固態醫療垃圾首先應該進行預熱干燥，然后破碎到一定的粒徑，儲存在料倉中，經稱重給料機定量均勻加入到等離子反應器進料口。此外，可以在等離子反應器中加入其他組分如焦炭、玻璃、石灰石等進行配料，以使醫療垃圾燃燒過程更加充分。

4.2 等離子體反應器系統

等離子體反應器是等離子體技術的核心設備，其一般采用上部進料，底部排渣的方式。等離子體反應器的結構設計至關重要，所選用的內保溫耐火材料要經得起長時間高溫工況運行的考驗。目前現有等離子體的電極壽命普遍只有300～500h[6]，電極需要定期更換，導致系統不能長周期穩定運行，同時使用成本較高，嚴重制約等離子體技術的大規模商業化應用。因此，研究和開發長壽命的電極對于生產需求十分迫切。等離子體反應器有固定床式、移動床式、多級式、多炬式等。

4.3 尾氣凈化處理系統

等離子體技術處理醫療垃圾時，由于等離子體反應器中溫度極高，二噁英被高溫分解，尾氣中幾乎不含二噁英[7-8]。

除酸性氣體：經等離子體技術處理醫療垃圾的尾氣中含有少量的SO2、H2S等有害氣體，需要進一步經堿洗塔脫除酸性氣體。

除NOx：對于尾氣中的極少量NOx，可采用SCR、SNCR 或活性焦等工藝脫除。

除塵：可以采用旋風除塵器、袋式除塵器除塵，從而實現尾氣近零排放。

4.4 余熱回收系統

經等離子體技術處理醫療垃圾產生的尾氣主要成分是H2、CO、CH4等，作為合成氣[9]，可以在等離子體反應器后續引入有機合成工藝，將這些氣體合成乙烯、丙烯、甲醇等其他下游化學產品，從而實現尾氣的資源化利用。

此外，還可以采取“等離子體反應器+二燃室+余熱鍋爐”聯合處理工藝，將尾氣中的H2、CO、CH4等在二燃室中進行二次燃燒，利用余熱鍋爐產生蒸汽和熱水，從而實現熱量的回收與利用。

4.5 殘渣應用系統

在等離子體反應器中，不可燃的醫療垃圾轉變為無害殘渣，如玻璃體化固體殘渣和少量的金屬粒，絕大部分的重金屬被固化下來，不會揮發到尾氣中，不會造成二次污染。這些殘渣經過處理后沒有危險性，可以作為混凝土的骨料用于建筑材料，也可以與瀝青一起鋪路，金屬則可以安全回收利用，進而實現變廢為寶[10-11]。

5 結語

當前，我國等離子體技術還不夠成熟，需要進一步完善，運用等離子體技術處理醫療垃圾還處于研發階段。(1)建議有關政府部門、科研機構和企業加大對等離子體技術研發的投入，開發具有自主知識產權的核心技術。(2)等離子體技術研發要注重設備的小型化、模塊化及低能耗，從而降低等離子體技術設備的投資和運行成本。(3)建議做好醫療垃圾的分類回收，進一步為等離子體技術處理醫療垃圾創造條件。(4)建議等離子體技術處理醫療垃圾采用多工藝協同處理方案，回收利用熱解產生煙氣的熱量，同時研發殘渣應用相關技術，將玻璃體化固體殘渣變廢為寶，避免造成二次污染。(5)建議政府制定相關稅收、補貼以及貸款利率等方面的優惠經濟政策，鼓勵企業采用等離子體技術處理醫療垃圾，推動我國等離子體技術處理醫療垃圾盡早實現產業化應用。