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等离子体技术处理医疗垃圾的工艺及特点研究

作者:优质期刊论文发表网  来源:www.yzqkw.com  发布时间:2020/11/19 13:21:27  

摘要:当前,我国等离子体技术还不够成熟,需要进一步完善,运用等离子体技术处理医疗垃圾还处于研发阶段。(1)建议有关政府部门、科研机构和企业加大对等离子体技术研发的投入,开发具有自主知识产权的核心技术。(2)等离子体技术研发要注重设备的小型化、模块化及低能耗,从而降低等离子体技术设备的投资和运行成本。(3)建议做好医疗垃圾的分类回收,进一步为等离子体技术处理医疗垃圾创造条件。(4)建议等离子体技术处理医疗垃圾采用多工艺协同处理方案,回收利用热解产生烟气的热量,同时研发残渣应用相关技术,将玻璃体化固体残渣变废为宝,避免造成二次污染。(5)建议政府制定相关税收、补贴以及贷款利率等方面的优惠经济政策,鼓励企业采用等离子体技术处理医疗垃圾,推动我国等离子体技术处理医疗垃圾尽早实现产业化应用。

关键词:等离子体; 医疗垃圾; 等离子体反应器;

0 引言

随着社会经济的发展,医疗垃圾的种类越来越多,既包括使用完的医疗及防护器具,如医用口罩、手套、防护服、鞋套以及一次性的医疗器具等,还包括试剂瓶、药品包装袋、过期药品、生物组织等。医疗垃圾产生数量逐年增多,尤其是对于疫情流行时期,所产生的医疗垃圾数量规模更是十分巨大,处理不及时会占用较多的储存空间,给管理带来一定的安全风险。

医疗垃圾中通常含有细菌、病毒以及化学成分,具有较强的传染性和毒性,若处理不当会导致土壤、水源污染,进而造成动物和人体的感染或中毒,严重时直接威胁人的生命健康。基于医疗垃圾的上述危险性,因此,应该对医疗垃圾进行妥善回收与处理,以免对环境和人类的生存造成危害。

1 医疗垃圾的处理方法

医疗垃圾的主要成分是塑料制品、橡胶制品和玻璃制品等,并有少量金属制品,这些物质不会自然降解,因此需要采取一定措施进行处理。

传统的消毒填埋法虽然首先对医疗垃圾采取了消毒处理的措施,但往往处理不够彻底,填埋后占用较多的地下空间,随着时间的推移这些医疗垃圾中的有害物质仍然可能泄露出来,因此消毒填埋法的垃圾处理方式仍然存在造成土壤和水源污染的风险。

焚烧法是将医疗垃圾放置在焚烧炉中,在大量氧气存在的条件下进行燃烧,虽然减少了医疗垃圾的体积,但因存在大量氧气,可燃医疗垃圾焚烧形成大量的有害烟气,烟气里面含有大量的SO2、NOx、HCl及多环芳香族化合物等,焚烧飞灰中含有较多重金属和二噁英,后续需要采取一定手段如水泥固化、熔融技术、焙烧法、分步浮选法等[1]进行飞灰的处理,处理代价很大。

二噁英的危害性极大,对其进行处理本身具有一定的风险,因此在医疗垃圾处理过程中减少和避免二噁英的产生才是唯一正确的选择。

此外,对于医疗垃圾焚烧后的烟气需要采取一定的烟气净化措施,以免对环境造成二次污染,但相应增加了处理成本和处理不彻底的风险。

热解法处理医疗垃圾[2],是在无氧气或氧气含量极低的条件下进行的,将有机医疗垃圾加热到一定的温度使其分解转变为可燃的小分子气体,但对于无机医疗垃圾等无法处理。

综上所述,传统的消毒填埋法、焚烧法、热解法已经不能满足环境保护的需求。因此,研究和开发一种彻底、高效、经济的处理医疗垃圾的技术手段显得尤为迫切。近年来出现的等离子体技术是一项可以把医疗垃圾进行无害化、减量化、资源化处理的新技术,该技术受到很多研究者的关注和探索。

2 等离子体技术处理医疗垃圾的原理

等离子体技术处理医疗垃圾是指将医疗垃圾经过初步处理后加入等离子反应器中,在高压下使空气、N2、Ar或其他载气发生电离,产生1650~11600℃的高温,有机医疗垃圾分解形成可燃气体如H2、CO、CH4等,不可燃的医疗垃圾转变为无害残渣,如玻璃体化固体残渣等。同时,医疗垃圾中的各种病毒、微生物、有毒化学药剂等被彻底消灭,进而实现医疗垃圾的无害化和减量化[3,4]。

3 等离子体技术处理医疗垃圾的优势

医疗垃圾的危害性巨大,已经被列入《国家危险废物名录》,对其进行无害化处理是一项必须要做的环保任务,也是实现经济和社会可持续发展的需要,等离子体技术作为一种环境友好的新技术,可以实现医疗垃圾的无害化处理。

等离子体技术处理医疗垃圾是现阶段最为可行且最具开发潜力的新技术,其将医疗垃圾高温分解,进而实现减量化。通过等离子体技术处理系统的合理化配置,将尾气进一步净化处理,避免环境污染。

等离子体技术处理医疗垃圾所形成玻璃体化固体残渣可以回收利用,进而实现医疗垃圾的资源化,并产生一定的经济效益。

4 等离子体技术处理医疗垃圾的工艺及特点

等离子体技术处理医疗垃圾系统主要包括预处理系统、等离子体反应器系统、尾气净化处理系统、余热回收系统、残渣应用系统等[5]。

4.1 预处理系统

医疗垃圾种类繁多,既有固态,又有液态,应该分类处理。对于固态医疗垃圾首先应该进行预热干燥,然后破碎到一定的粒径,储存在料仓中,经称重给料机定量均匀加入到等离子反应器进料口。此外,可以在等离子反应器中加入其他组分如焦炭、玻璃、石灰石等进行配料,以使医疗垃圾燃烧过程更加充分。

4.2 等离子体反应器系统

等离子体反应器是等离子体技术的核心设备,其一般采用上部进料,底部排渣的方式。等离子体反应器的结构设计至关重要,所选用的内保温耐火材料要经得起长时间高温工况运行的考验。目前现有等离子体的电极寿命普遍只有300~500h[6],电极需要定期更换,导致系统不能长周期稳定运行,同时使用成本较高,严重制约等离子体技术的大规模商业化应用。因此,研究和开发长寿命的电极对于生产需求十分迫切。等离子体反应器有固定床式、移动床式、多级式、多炬式等。

4.3 尾气净化处理系统

等离子体技术处理医疗垃圾时,由于等离子体反应器中温度极高,二噁英被高温分解,尾气中几乎不含二噁英[7,8]。

除酸性气体:经等离子体技术处理医疗垃圾的尾气中含有少量的SO2、H2S等有害气体,需要进一步经碱洗塔脱除酸性气体。

除NOx:对于尾气中的极少量NOx,可采用SCR、SNCR或活性焦等工艺脱除。

除尘:可以采用旋风除尘器、袋式除尘器除尘,从而实现尾气近零排放。

4.4 余热回收系统

经等离子体技术处理医疗垃圾产生的尾气主要成分是H2、CO、CH4等,作为合成气[9],可以在等离子体反应器后续引入有机合成工艺,将这些气体合成乙烯、丙烯、甲醇等其他下游化学产品,从而实现尾气的资源化利用。

此外,还可以采取“等离子体反应器+二燃室+余热锅炉”联合处理工艺,将尾气中的H2、CO、CH4等在二燃室中进行二次燃烧,利用余热锅炉产生蒸汽和热水,从而实现热量的回收与利用。

4.5 残渣应用系统

在等离子体反应器中,不可燃的医疗垃圾转变为无害残渣,如玻璃体化固体残渣和少量的金属粒,绝大部分的重金属被固化下来,不会挥发到尾气中,不会造成二次污染。这些残渣经过处理后没有危险性,可以作为混凝土的骨料用于建筑材料,也可以与沥青一起铺路,金属则可以安全回收利用,进而实现变废为宝[10,11]。

5 结语

当前,我国等离子体技术还不够成熟,需要进一步完善,运用等离子体技术处理医疗垃圾还处于研发阶段。(1)建议有关政府部门、科研机构和企业加大对等离子体技术研发的投入,开发具有自主知识产权的核心技术。(2)等离子体技术研发要注重设备的小型化、模块化及低能耗,从而降低等离子体技术设备的投资和运行成本。(3)建议做好医疗垃圾的分类回收,进一步为等离子体技术处理医疗垃圾创造条件。(4)建议等离子体技术处理医疗垃圾采用多工艺协同处理方案,回收利用热解产生烟气的热量,同时研发残渣应用相关技术,将玻璃体化固体残渣变废为宝,避免造成二次污染。(5)建议政府制定相关税收、补贴以及贷款利率等方面的优惠经济政策,鼓励企业采用等离子体技术处理医疗垃圾,推动我国等离子体技术处理医疗垃圾尽早实现产业化应用。

参考文献

[1] 魏国侠,刘汉桥,徐仙,等.医疗垃圾焚烧飞灰处理研究进展[J].现代化工,2014,34(11):46-50.

[2] 茹改霞.医疗垃圾处理技术的研究进展[J].广东化工,2017,44(359):140,135.

[3] 杜长明.等离子体处理固体废弃物技术[M].北京:化学工业出版社,2017:152-153.

[4] 聂永丰.固体废物处理工程技术手册[K].北京:化学工业出版社,2013:516.

[5] 郝思佳.等离子体处理医疗垃圾的技术经济性分析[J].应用化工,2018,47(10):2192-2195.

[6] 杜长明,蔡晓伟,余振棠,等.热等离子体处理危险废物近零排放技术[J].高电压技术,2019,45(9):2999-3012.

[7] CHERNETS O V,KORZHYK V M,MARYNSKY G S,et al.Electric arc steam plasma conversion of medicine waste and carbon containing materials[C]//17th International Conference on Gas Discharges and Their Applications.[S.l.]:IEEE,2008.

[8] 王建伟,杨建,李荣先,等.采用热等离子体系统处理医疗垃圾[J].锅炉技术,2006,37(1):63-66.

[9] 王梦龙.二氧化碳热等离子体技术处理医疗废物典型组分的研究[D].杭州:浙江大学,2019.

[10] 张璐,严建华,杜长明,等.热等离子体熔融固化模拟医疗废物的研究[J].环境科学,2012,33(6):2104-2109.

[11] 柴寿明,王建伟,陈立波,等.热等离子体危险垃圾处理技术研究进展[J].现代制造技术与装备,2016 (10):4-10.

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