北京市醫(yī)療廢物典型可燃組分的物化特性研究

醫(yī)療廢物，是指醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健以及其他相關(guān)活動中產(chǎn)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(yī)療廢物中含有大量的病菌、病毒及化學(xué)藥劑，是病源微生物富集和傳播的媒介，對環(huán)境和人體能造成極大危害的廢棄物，是一種典型的危險廢物。盡管醫(yī)療廢物產(chǎn)量相對于普通的生活垃圾產(chǎn)量要低得多，但是醫(yī)療廢物的危害卻是普通生活垃圾的上百倍乃至上千倍同時，隨著人口和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的增加，醫(yī)療條件的改善，醫(yī)療廢物的產(chǎn)生量也在逐年增加。因此，醫(yī)療廢物的處理應(yīng)重點從無害化程度、減容程度、安全、衛(wèi)生、運行可靠等方面考慮。熱處理法(包括焚燒、熱解等)不僅可以完全地消滅有害病毒菌和分解有機(jī)毒物，而且還可以最大限度地焚毀和減少醫(yī)療廢物的體積和數(shù)量，是目前最為有效地醫(yī)療廢物處理技術(shù)[1]。通過調(diào)查或估算確定醫(yī)療廢物的物理化學(xué)參數(shù)，可為探索城市醫(yī)療廢物的無害化、減量化、資源化的途徑提供技術(shù)支持，是醫(yī)療廢物管理和處理處置計劃、決策的首要步驟。
1北京市醫(yī)療廢物可燃組分調(diào)查結(jié)果
近年來，由于醫(yī)學(xué)科學(xué)的迅速發(fā)展，高、精、尖的診療儀器的廣泛應(yīng)用，以及一次性醫(yī)療用品的普及，醫(yī)療廢物明顯增多。據(jù)2006年中國衛(wèi)生統(tǒng)計提要統(tǒng)計，2005年北京市有醫(yī)療機(jī)構(gòu)75715個，醫(yī)療機(jī)構(gòu)床位總數(shù)是79067張，年產(chǎn)生醫(yī)療廢物1.6萬t左右，相比2002年的1.4萬t左右[2]，其年增長率為4.55%。
我們對北京市的幾家醫(yī)院的醫(yī)療廢物組成和分類收集情況進(jìn)行了調(diào)查。由于客觀原因，對于病理性廢物未在本次調(diào)查范圍之內(nèi)。玻璃等不可燃成分由于采用銳器收集盒單獨收集，易實現(xiàn)與易燃組分的分離，因此，本試驗只對醫(yī)療廢物中的可燃組分進(jìn)行了分類和重點調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，醫(yī)療廢物的主要成分中有機(jī)物占70%左右，醫(yī)療廢物含水率為26%。其中，醫(yī)療廢物中有機(jī)物可以分為以下7類：棉織類主要是沾污的布單、被套、床墊、廢棉簽、繃帶和紗布等；紙類，主要是帶血的衛(wèi)生巾和紙等；木質(zhì)類，主要是壓舌板和棉簽棒等；塑料類，主要是注射器、輸液器、輸液管、塑料輸液瓶、塑料試管和導(dǎo)流管等；橡膠類，主要是醫(yī)用乳膠手套等；化纖類主要是一次性口罩、一次性帽子、一次性床單和一次性被套等。
2醫(yī)療廢物的物化特性實驗
對醫(yī)療廢物的物化特性進(jìn)行深入試驗研究，準(zhǔn)確掌握醫(yī)療廢物物化特性，對制定合理的醫(yī)療廢物處理方案、確定適宜的處理方式、選用恰當(dāng)?shù)倪\行系統(tǒng)和設(shè)備具有重要的指導(dǎo)作用。
醫(yī)療廢物需測定的參數(shù)有：工業(yè)分析參數(shù)包括水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳；元素分析包括碳、氫、氮、氧和硫等；醫(yī)療廢物的熱值；工業(yè)分析參數(shù)、元素分析參數(shù)及醫(yī)療廢物的熱值[3]。
2.1醫(yī)療廢物的工業(yè)分析實驗
2.1.1實驗樣品和樣品處理
根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選取了幾種能代表醫(yī)療廢物典型可燃組分的物品，對它們進(jìn)行了工業(yè)分析。其中用面巾紙代表紙類，醫(yī)用紗布和醫(yī)用脫脂棉分別代表紗布類和醫(yī)用脫脂棉類，醫(yī)用棉簽棒代表木質(zhì)類聚丙烯代表塑料類，醫(yī)用乳膠手套代表橡膠類，醫(yī)用一次性口罩代表化纖類。試驗中將面巾紙、醫(yī)用紗布和醫(yī)用脫脂棉、醫(yī)用棉簽棒、醫(yī)用一次性口罩先剪成3mm左右的小塊，再用萬能粉碎機(jī)粉碎到01mm以下；聚丙烯、醫(yī)用乳膠手套則剪成2mm左右的小塊。并將各種物品于50℃下在鼓風(fēng)干燥箱中干燥2h制成樣品的空氣干燥基。
2.1.2實驗設(shè)備及實驗方法
采用光學(xué)讀數(shù)分析天平(精度為0.0001g)完成各組分重量分析；采用鼓風(fēng)干燥箱和馬弗爐完成對水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的測定。
目前，對于固體廢物的工業(yè)分析，我國尚無出臺具體的分析方法標(biāo)準(zhǔn)，大家對于固體廢物的工業(yè)分析一般參考煤的工業(yè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)。分析表明這種參考是可取的，并且(GB/T212-2001)《煤的工業(yè)分析方法》也符合(CJ/T3039-1995)《城市生活垃圾采樣和物理分析方法》中對垃圾物理成分和物理性質(zhì)分析的規(guī)定。故本實驗以(GB/T212-2001)《煤的工業(yè)分析方法》為實驗參考標(biāo)準(zhǔn)。采用樣品的空氣干燥基作為分析基準(zhǔn)。空氣干燥基是指以去掉外水的物質(zhì)作為100%的成分。分別以Mad、Aad、Vad和Fcad表示空氣干燥基樣品中水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳。則有：

工業(yè)分析實驗中所遵循的原理為熱解重量法，即根據(jù)樣品中各組分的不同物理化學(xué)性質(zhì)控制不同的溫度和時間，使其中的某種組分發(fā)生分解或完全燃燒，并以失去的重量占原試樣重量的百分比作為該組分的重量百分含量。
實驗中，對樣品空氣干燥基中的水分的測定方法是，將樣品置于105～110℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重，再稱重計算；對樣品的灰分的分析采用慢速灰化法，即將樣品送入溫度不超過100℃的馬弗爐中，關(guān)上爐門并使?fàn)t門留有15mm左右的縫隙，在不少于30min的時間內(nèi)將爐溫緩慢升至約500℃，并在此溫度下保持30min，繼續(xù)升到(815±10)℃，并在此溫度下灼燒1h，冷卻稱重；而對于揮發(fā)分的分析，采取將樣品放入帶蓋的瓷坩堝中，置于(900±10)℃的馬弗爐中隔絕空氣加熱7min，冷卻后稱重，以失重減去水分即為揮發(fā)分重量。

上述各組分的計算式為：
水分：Mad=(失重/樣品重)×100
灰分：Aad=(灰重/樣品重)×100
揮發(fā)分：Vad=(失重/樣品重)×100-Mad
2.1.3實驗結(jié)果
醫(yī)療廢物典型可燃組分的工業(yè)分析的結(jié)果如表1所示。
2.2醫(yī)療廢物的元素分析實驗
2.2.1實驗儀器
醫(yī)療廢物典型可燃組分元素分析中的碳、氫和氮3種元素的分析用CE440型元素分析儀分析，硫元素用5E28SII型電腦測硫儀分析。氧元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由式：
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100計算得到。
2.2.2實驗結(jié)果
醫(yī)療廢物典型可燃組分的元素分析的結(jié)果如表2所示。
表1醫(yī)療廢物典型可燃組分的工業(yè)分析(空氣干燥基)

注：計算結(jié)果采取小數(shù)點后2位數(shù)；其中“-”表示無
表2醫(yī)療廢物典型可燃組分的元素分析(空氣干燥基)

注：計算結(jié)果采取小數(shù)點后兩位數(shù)；其中“-”表示無
2.3醫(yī)療廢物發(fā)熱量的測定
醫(yī)療廢物典型可燃組分的高位發(fā)熱值的分析方法采用(CJ/T303921995)《城市生活垃圾采樣和物理分析方法》中規(guī)定的氧彈法。測定儀器采用Parr1281型氧彈量熱儀。根據(jù)下列公式計算各組分樣品的低位熱值[4]：

計算各組分樣品的空干基低位熱值結(jié)果如表3所示。
表3醫(yī)療廢物典型可燃組分的空氣干燥基低位熱值(單位: kJ /kg)

注：計算結(jié)果采取小數(shù)點后兩位數(shù)
3實驗結(jié)果分析
3.1內(nèi)部水分
從表1可以看出，醫(yī)療廢物典型可燃組分的內(nèi)水含量很少，都低于3%。棉制品及木質(zhì)醫(yī)療用品水分含量在2%左右，而塑料制品及橡膠、化纖類醫(yī)療用品則幾乎不含水分。
3.2灰分
從表1可以看出，醫(yī)療廢物典型可燃組分的灰分含量都很少，大部分物質(zhì)的灰分含量都不高于0.50%，即使含量最高的橡膠類也只有4.08%。這說明醫(yī)療廢物中典型可燃物質(zhì)經(jīng)過熱處理后只會產(chǎn)生很少量的灰渣，可以達(dá)到很好的減容效果。同時，醫(yī)療廢物中典型可燃物質(zhì)的低灰分特性又大大減小了熱處理后續(xù)處理的工作量。
3.3揮發(fā)分
表1中實驗樣品的揮發(fā)分均大于85%，特別是塑料類的揮發(fā)分含量幾乎為100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的燃料煤(10%～30%)。這表明醫(yī)療廢物典型可燃組分具有高揮發(fā)分的顯著特點。揮發(fā)分是熱值的重要來源，揮發(fā)分越高，物質(zhì)在熱解時，產(chǎn)氣量越大，熱值越高，越有利于熱解反應(yīng)的進(jìn)行。
3.4固定碳
醫(yī)療廢物典型可燃組分的固定碳含量很低，其中醫(yī)用棉簽棒中固定碳的含量最高，為10.67%；其次為醫(yī)用脫脂棉及醫(yī)用紗布等棉制品類；而塑料類及橡膠類醫(yī)療用品中幾乎不含有固定碳。這些少量的固定碳的存在也為反應(yīng)的進(jìn)行提供了一部分熱量。
3.5熱值
醫(yī)療廢物中有機(jī)組分的空干基低位熱值都很高。棉制品、纖維素制品的空干基低位熱值都在15000kJ/kg左右，塑料制品和乳膠、一次性口罩的空干基低位熱值則都高達(dá)40000kJ/kg左右。醫(yī)療廢物典型組分高熱值的特性是能對其采用熱處理的重要保證。
3.6元素組成
通過對元素組成的分析，將醫(yī)療廢物典型可燃組分可以分為2大類：第1類低碳元素含量物質(zhì)，主要包括醫(yī)用脫脂棉、醫(yī)用紗布、棒面巾和紙醫(yī)用棉簽等棉制品和木制品。它們在元素組成上相似，碳、氫和氧3元素含量分別都在43%、6%和47%左右；第2類高碳元素含量物質(zhì)，主要包括醫(yī)用一次性口罩、聚丙烯和醫(yī)用乳膠手套，它們的碳、氫和氧3元素含量分別都在84%、12%和2%左右。在醫(yī)療廢物典型可燃組分中，第1類物質(zhì)質(zhì)量百分含量為38.53%，第2類為61.47%。
同時，從表2和表3的分析結(jié)果可以看出，2類物質(zhì)的熱值差異較大。低碳元素含量物質(zhì)中碳元素、氫元素含量低氧元素含量高物質(zhì)熱值低高碳元素含量物質(zhì)，碳元素、氫元素含量高，氧元素含量低，熱值高。
醫(yī)療廢物典型可燃組分的這種分類，對于分類研究醫(yī)療廢物的熱處理特性具有重要的指導(dǎo)意義。
4結(jié)論和建議
通過對北京市醫(yī)療廢物典型可燃組分的物化特性分析，發(fā)現(xiàn)醫(yī)療廢物典型可燃組分中灰分含量低、揮發(fā)分含量高、熱值高，其中，塑料、橡膠、化纖等高熱值、高揮發(fā)分含量組分占醫(yī)療廢物典型可燃組分的61.47%。而北京市醫(yī)療廢物中可燃組分占整個醫(yī)療廢物的比例又高達(dá)70%[5]，可見北京市醫(yī)療廢物特別適合用熱處理方法來處理。醫(yī)療廢物熱解處置技術(shù)有許多優(yōu)點，尤其在控制二惡英等二次污染物方面有明顯的優(yōu)勢，是熱處理方法中的首選[6]。
由于篇幅所限，作者在隨后將對熱解處理技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療廢物處理做進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
[1]盛宏至.醫(yī)療廢物高溫?zé)崽幚砑夹g(shù).中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2004，(增刊)：64～69
[2]吳舜澤，孫寧，周豐，等.中國醫(yī)療廢物管理處置現(xiàn)狀與對策.環(huán)境保護(hù)，2005，(1)：36～38
[3]趙由才，張全，蒲敏主編.醫(yī)療廢物管理與污染控制技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005