大規模醫療廢物全自動進料清洗消毒系統研究

〔摘 要〕以某中大型醫療廢物處置中心工程項目為例，介紹一種醫療廢物全自動進料、清洗、消毒系統。該系統由機械手、進料輸送線、投料機、拍打裝置、回箱輸送線、自動清洗系統、疊箱機等模塊組成，可自動完成將醫療廢物暫存區堆放的醫療廢物周轉箱輸送至回轉窯窯頭，并將空周轉箱送回空箱暫存區的全套流程。詳細分析了設備運行期間可能存在的故障以及解決方式。實踐證明，該系統自動化程度高，可以有效解決醫療廢物尤其是涉疫廢物處理過程人員接觸感染的問題。

〔關鍵詞〕醫療廢物；涉疫廢物；自動進料清洗消毒系統

中圖分類號：X799.5" " 文獻標志碼：Ｂ 文章編號：1004-4345（2023）0６-0046-0４

Research of Full Automatic Feeding， Cleaning and Disinfection System

for Large-scale Medical Wastes

DENG Yaqing

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract" Taking a medium to large scale medical waste disposal center project as an example， this paper introduces a full automatic medical waste feeding， cleaning， and disinfection system. The system consists of many modules such as robotic arm， feeding conveyor line， feeding machine， tapping device， return box conveyor line， automatic cleaning system， stacking machine， etc. It can automatically deliver medical waste container stacked in temporary medical waste storage area to the rotary kiln head， thus returning empty container to the temporary empty container storage area. Detailed analysis was conducted on the the potential faults that may exist during equipment operation and the solutions. Practice has proven that the system has a high automation level and can effectively solve the problem of personnel contact and infection during the treatment of medical wastes， especially epidemic-related waste.

Keywords" medical waste; epidemic-related waste; automatic feeding， cleaning and disinfection system

根據《醫療廢物管理條例》[1]，國家推行醫療廢物集中無害化處置，鼓勵有關醫療廢物安全處置技術的研究與開發。縣級以上地方人民政府負責組織建設醫療廢物集中處置設施。目前，國內醫療廢物處置能力大于10 t/d的醫廢處置中心主要采用集中焚燒處置，醫療廢物焚燒處置進料和周轉箱清洗消毒大多采用半自動或人工操作，如楊岳清[2]和于寧波等[3]設計的醫療廢物焚燒自動進料系統，前端需要人工將醫療廢物周轉箱送入輸送線，后端需要人工將清洗后的周轉箱送入暫存區；虢德威等[4]將斗式進料和周轉箱消毒整和在一個設備內，開發了一種醫療廢物自動進料設備，但是需要人工將醫療廢物周轉箱放入提升槽并用倒鉤固定，周轉箱清洗后又需將周轉箱從提升槽內取出；李東生等[5]開發了一種醫療廢物倒完料即可以對周轉箱進行清洗消毒的設備，需人工將醫療廢物送入提升機，提升機將醫療廢物提升至進料口倒料，然后周轉箱返回，在周轉箱返回的過程中對周轉箱進行清洗消毒，最后人工從提升機出口取出周轉箱。上述醫療廢物進料的操作或多或少均需要人為操作及干預，不能完全避免人員與醫療廢物的接觸，對現場工作人員的健康有一定負面影響。尤其在例如新冠肺炎此類急性傳染病爆發期間，大量涉疫廢物的產生將會在給生態環境造成了沉重負擔，給醫廢處置企業帶來了嚴峻的挑戰。此外，醫療廢物投料和周轉箱清洗消毒工作繁瑣，人工操作不僅需要消耗大量人力，而且生產效率低下。因此，如何安全、高效地處置醫療廢物，并在醫療/涉疫廢物進料和周轉箱清洗消毒過程中杜絕人員接觸到醫療/涉疫廢物，提高醫療廢物處置效率，是醫療廢物處置企業亟待解決的一個難題。本文以某大型醫療廢物焚燒處理工程實踐為例，設計了一種能夠在醫療廢物入廠后實現全流程自動化的醫療廢物進料及清洗系統。

1" "自動進料清洗消毒系統的構成

某大型醫療廢物焚燒處理項目在新冠肺炎疫情期間立項，根據當地當時的疫情防控情況，設計醫療廢物處理量為100 t/d，涉疫廢物處理量約為30 t/d，輸送能力要求達到120 L醫廢周轉箱約7 000個/d，240 L周轉箱4 000個/d，且兩種規格周轉箱可共線處理。

根據上述設計要求，本工程所采用的醫療廢物自動進料系統由機械手、進料輸送線、投料機及拍打裝置、回箱輸送線、自動清洗系統、疊箱機等6個模塊組成。控制系統采用PLC控制柜，PLC控制柜上能完整地顯示整個自動進料和清洗系統圖像，可以實時調整每個設備的運行參數。而且一旦設備發生故障，PLC顯示屏上能夠精確顯示發生故障的位置和故障類型，以便操作人員迅速響應進行處理。通過上述6個模塊的串聯組合，醫療廢物無害化處置中的進料階段實現了無人操作，不僅有效避免了操作人員因接觸醫廢而發生感染的風險，減少了工人勞動強度，同時還大大提高了醫療廢物的處置效率。該自動進料系統結構示意見圖1。

具體模塊分析如下。

1）機械手。機械手位于進料輸送線前端醫廢暫存區上方，可以自由移動至醫廢暫存區任何地方，通過AI系統自主識別、自動定位實現自動化抓取作業方式，將醫療廢物抓起放置在進料輸送線前端。

2）進料輸送線。進料輸送線的作用是將醫療廢物和涉疫廢物從卸料平臺連續輸送至投料機前端。該模塊由若干個滾筒輸送機、旋轉輸送機、連續垂直輸送機相互串聯而成，其中滾筒輸送機用于線路的直線輸送，旋轉輸送機用于不同線路之間的連通，連續垂直輸送機用于線路垂直的輸送。每個滾動輸送機、旋轉輸送機、連續垂直輸送機末端均裝有1個漫反射式紅外光電開關進行周轉箱到位檢測，并輸出信號控制輸送機啟停。滾筒輸送機、旋轉輸送機、連續垂直輸送機均采用變頻調速，速度根據進料要求確定，并可頻繁啟停。在進料輸送線的前端分別設置高度識別裝置和稱重計量裝置，用于自動識別兩種規格的周轉箱，對其進行稱重計量。稱重計量裝置具有自動累計功能，可將累計值顯示和儲存，方便定量統計醫療廢物處置量。

3）投料機及拍打裝置。投料機設置有限位裝置，用于固定醫療廢物和涉疫廢物周轉箱。投料時，投料機翻轉，傾倒周轉箱中的醫療廢物。其間，位于投料機上方的拍打裝置落下，對周轉箱進行拍打，通過振動促進箱中的醫療廢物或涉疫廢物落入回轉窯窯頭的料斗內。完成投料后，投料機自動翻轉復位，空周轉箱從投料機回到回箱輸送線前端。

4）回箱輸送線。回箱輸送線將空周轉箱輸送至自動清洗系統進行周轉箱清洗消毒。在回箱輸送線和進料輸送線之間設置一條連通的通道，在連通通道之前設置有高度識別裝置和稱重傳感器，用于識別未倒干凈的周轉箱。如遇到倒料不干凈的情況，高度識別裝置會向稱重傳感器發出的信號，稱重傳感器對信號數據自動分析后，發出超重信號，這時連通通道打開，未倒干凈的周轉箱轉入連通通道，重新回到進料輸送線上進行二次倒料，直至倒料干凈。

5）自動清洗消毒系統。自動輸送清洗消毒系統包含第一翻轉機、清洗消毒機、第二翻轉機。為方便后期收集整理，本項目為兩種規格的周轉箱分別設置了1套清洗消毒系統。在回箱輸送線和清洗消毒系統之間設置1個高度識別裝置，利用該裝置自動識別周轉箱規格，將兩種規格的周轉箱分別送至對應的清洗消毒系統。空周轉箱到達自動清洗消毒系統前端的第一翻轉機后，翻轉機將空周轉箱翻轉180°，使空周轉箱口朝下進入清洗消毒機。清洗完畢后，空周轉箱從清洗消毒機末端出來，進入第二翻轉機，翻轉機將空周轉箱再翻轉180°，使空周轉箱口朝上進入疊箱機。

1.6" 疊箱機

從自動清洗系統出來的空周轉箱運至疊箱機后，疊箱機自動對空周轉箱進行疊箱操作。120 L的周轉箱每5個疊成一組，240 L的周轉箱每3個疊成一組，疊完后自動送至的空周轉箱暫存區。

2" "系統工作流程

綜上所述，該醫療廢物進料清洗消毒系統是目前國內自動化程度相對較高的系統，也是目前國內唯一的能兼容120 L、240 L轉運箱同時上線的系統。

醫療廢物從醫療廢物暫存區自動輸送至回轉窯窯頭[4]，以及空周轉箱從回轉窯窯頭回到空箱暫存區的流程如下。1）機械抓手將醫療廢物暫存區堆放的醫療廢物周轉箱抓起，放置在進料輸送線的前端的滾筒輸送機上；2）進料輸送線前端滾筒輸送機上的光電感應器感應到醫療廢物周轉箱就位后，滾筒輸送機電機開啟，將醫療廢物周轉箱輸送至連續式垂直輸送機前端，然后由連續式垂直輸送機提升至投料平臺高度，再由連續式垂直輸送機后端的滾筒輸送機送至進料輸送線末端的旋轉輸送機上，再由旋轉輸送機送至投料機；3）投料機將通過限位器將周轉箱固定，然后翻轉，周轉箱箱內的醫療廢物被倒入回轉窯窯頭醫療廢物料斗內，拍打裝置啟動對翻轉的醫療廢物周轉箱進行拍打，拍打完畢后，投料機自動復位，空周轉箱進入到回箱輸送線前端的旋轉輸送機上；4）回箱輸送線前端的旋轉輸送機上的光電感應器感應到空周轉箱就位后，旋轉輸送機自動開啟，空周轉箱由旋轉輸送機進入回箱輸送線上的滾筒輸送機，再進入回箱輸送線上的連續式垂直輸送機前端，然后由連續式垂直輸送機下降至清洗消毒系統高度，再由連續式垂直輸送機后端的滾筒輸送機送至清洗消毒系統內進行清洗消毒；5）在清洗消毒系統內周轉箱空箱先被第一翻轉機翻轉180 °，然后進入清洗消毒機內部。 自動清洗消毒機沿著空周轉箱移動的方向分為兩個區，分別為清洗區、消毒區，空周轉箱先依次經過兩個區，完成清洗消毒操作。含有消毒液的水對空周轉箱進行沖洗消毒，清洗消毒后的周轉箱空箱再由第二翻轉機翻轉180 °，然后由回箱輸送線后端的滾筒輸送機送至疊箱機進行疊箱，疊箱完畢后送至周轉箱空箱暫存區。

可以看到，在進料輸送線和回箱輸送線上設置了多處高度識別裝置和重量傳感器。高度識別裝置可識別出周轉箱和周轉箱空箱的尺寸，并將數據傳輸至計量裝置、重量傳感器以及清洗消毒系統，以便系統后續對不同尺寸周轉箱分別計量，或區分不同尺寸的周轉箱分別進入不同的清洗消毒系統。同時，回箱輸送線上的重量傳感器根據周轉箱空箱的尺寸來判別是否超重。若超重，則重量傳感器會發出超重信號，此時進料輸送線和回箱輸送線之間的連通通道打開，周轉箱重新回到進料輸送線上，再由投料機重新倒料，直至倒料干凈為止。

3" "故障識別和處理

在設備運行期間，不可避免地會出現設備發生故障而導致系統停止工作的現象，所以能及時發現問題并進行處理對整個醫療廢物自動進料清洗系統穩定、可靠的運行至關重要。根據系統性能分析，筆者總結了本工程采用的系統可能存在的故障類型和故障代碼，并提出了處理方法。一旦系統內設備出現故障，現場操作人員可以通過觀察自動控制系統中顯示屏上的故障代碼，迅速判斷故障原因，做出快速響應。故障代碼見表1。

4" "主要設備規格

4.1" 滾筒輸送機

滾筒輸送機具有輸送單件重量大、能承受較大的沖擊載荷、滾筒線之間易于銜接過濾、結構簡單、可靠性高、使用維護方便等諸多優點。其主要由傳動滾筒、機架、支架、驅動等部分組成。具體結構如圖2所示。本工程采用的滾筒輸送機寬度為600 mm，單節滾筒輸送機功率為0.4 kW。

4.2" 旋轉輸送機

本項目采用的旋轉輸送機可以往兩個方向轉動，用于醫療廢物的往兩個方向輸送，直徑為780 mm，功率為0.4 kW。旋轉輸送機結構見圖3。

4.3" 連續垂直輸送機

本項目采用的是Z型連續式垂直輸送機，其規格參數為：提升鏈條節距為25.4 mm，底部進料平臺高度為750 mm，單個繞排最大荷載為100 kg，整機最大荷載為1 000 kg，最大升降速率為36 m/min，最大升降高度為25 m。連續垂直輸送機結構見圖4。

4.4" 清洗消毒機

本工程采用的自動清洗消毒系統由驅動電機、風機、鏈式輸送機、高壓水泵、自動給水泵、自動給液泵、報警裝置、固定裝置及自動控制系統組成。該系統分為清洗室、消毒室兩部分。裝載醫療廢物的周轉箱固定于自動清洗系統的傳送帶上，電機啟動，周轉箱先被自動送入清洗室內[5]，設在清洗室內的噴嘴將清洗液噴灑在周轉箱的外壁和內部，清洗液噴嘴向周轉箱的外壁和內部噴出清洗液進行10～40 s的清洗。清洗結束后，周轉箱進入消毒室進行10～40 s的消毒液消毒。消毒結束后，周轉箱被自動傳送到系統的末端。系統中用于清洗消毒周轉箱的消毒液循環使用，直至當天清洗消毒工作結束后，被最終收集起來排入污水處理系統進行再處理。清洗消毒系統設備尺寸為10 950 mm×1 700 mm×2 400 mm（長×寬×高），總功率為20 kW，每小時可清洗170～200個周轉箱。自動清洗機結構見圖5。

5" "結語

本工程設計的醫療廢物焚燒處置自動進料清洗消毒系統已經正常運行了一年多，累計處理醫療廢物超過200萬箱，重量超過20 kt，實踐證明該系統自動化程度高，醫療廢物進料和空周轉箱清洗消毒均不需要人員操作，杜絕了人員接觸醫療廢物發生感染，同時全機械化操作大大降低了人員的勞動強度，醫療廢物處置效率顯著提升。通過先進的自動控制系統，實現了設備故障快速識別、處理，為醫療廢物無害化處置系統的穩定、可靠運行提供了強有力地保障。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國務院. 醫療廢物管理條例[EB/OL].[2005-08-02]（2023-01-10） https：//www.gov.cn/banshi/2005-08/02/content_ 19238.htm.

[2] 楊岳青.醫療廢物焚燒處理的周轉桶全自動輸送系統設計研究及應用[J].自動化應用，2021（5）：32-35.

[3] 于寧波，郭光玉.醫療垃圾焚燒處理的自動進料和清洗系統[J].環境衛生工程，2009，17（1）：15-17.

[4] 虢德威，甄勝利，于肖肖，等.一種醫療廢物焚燒爐自動進料及垃圾桶清洗裝置：CN212930015U[P].2021-04-09.

[5] 李東生，郭磊，李沖.醫療廢物進料系統自動消毒設施：CN212469201U[P].2021-02-05.