北京市醫療廢物典型可燃組分的物化特性研究

醫療廢物，是指醫療衛生機構在醫療、預防、保健以及其他相關活動中產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。醫療廢物中含有大量的病菌、病毒及化學藥劑，是病源微生物富集和傳播的媒介，對環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。盡管醫療廢物產量相對于普通的生活垃圾產量要低得多，但是醫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，隨著人口和醫療機構的增加，醫療條件的改善，醫療廢物的產生量也在逐年增加。因此，醫療廢物的處理應重點從無害化程度、減容程度、安全、衛生、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毒物，而且還可以最大限度地焚毀和減少醫療廢物的體積和數量，是目前最為有效地醫療廢物處理技術[1]。通過調查或估算確定醫療廢物的物理化學參數，可為探索城市醫療廢物的無害化、減量化、資源化的途徑提供技術支持，是醫療廢物管理和處理處置計劃、決策的首要步驟。
1北京市醫療廢物可燃組分調查結果
近年來，由于醫學科學的迅速發展，高、精、尖的診療儀器的廣泛應用，以及一次性醫療用品的普及，醫療廢物明顯增多。據2006年中國衛生統計提要統計，2005年北京市有醫療機構75715個，醫療機構床位總數是79067張，年產生醫療廢物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院的醫療廢物組成和分類收集情況進行了調查。由于客觀原因，對于病理性廢物未在本次調查范圍之內。玻璃等不可燃成分由于采用銳器收集盒單獨收集，易實現與易燃組分的分離，因此，本試驗只對醫療廢物中的可燃組分進行了分類和重點調查。調查結果顯示，醫療廢物的主要成分中有機物占70%左右，醫療廢物含水率為26%。其中，醫療廢物中有機物可以分為以下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，主要是帶血的衛生巾和紙等；木質類，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、塑料試管和導流管等；橡膠類，主要是醫用乳膠手套等；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醫療廢物的物化特性實驗
對醫療廢物的物化特性進行深入試驗研究，準確掌握醫療廢物物化特性，對制定合理的醫療廢物處理方案、確定適宜的處理方式、選用恰當的運行系統和設備具有重要的指導作用。
醫療廢物需測定的參數有：工業分析參數包括水分、灰分、揮發分和固定碳；元素分析包括碳、氫、氮、氧和硫等；醫療廢物的熱值；工業分析參數、元素分析參數及醫療廢物的熱值[3]。
2.1醫療廢物的工業分析實驗
2.1.1實驗樣品和樣品處理
根據調查結果，選取了幾種能代表醫療廢物典型可燃組分的物品，對它們進行了工業分析。其中用面巾紙代表紙類，醫用紗布和醫用脫脂棉分別代表紗布類和醫用脫脂棉類，醫用棉簽棒代表木質類聚丙烯代表塑料類，醫用乳膠手套代表橡膠類，醫用一次性口罩代表化纖類。試驗中將面巾紙、醫用紗布和醫用脫脂棉、醫用棉簽棒、醫用一次性口罩先剪成3mm左右的小塊，再用萬能粉碎機粉碎到01mm以下；聚丙烯、醫用乳膠手套則剪成2mm左右的小塊。并將各種物品于50℃下在鼓風干燥箱中干燥2h制成樣品的空氣干燥基。
2.1.2實驗設備及實驗方法
采用光學讀數分析天平(精度為0.0001g)完成各組分重量分析；采用鼓風干燥箱和馬弗爐完成對水分、灰分、揮發分和固定碳的測定。
目前，對于固體廢物的工業分析，我國尚無出臺具體的分析方法標準，大家對于固體廢物的工業分析一般參考煤的工業分析方法標準。分析表明這種參考是可取的，并且(GB/T212-2001)《煤的工業分析方法》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分析的規定。故本實驗以(GB/T212-2001)《煤的工業分析方法》為實驗參考標準。采用樣品的空氣干燥基作為分析基準。空氣干燥基是指以去掉外水的物質作為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、揮發分和固定碳。則有：

工業分析實驗中所遵循的原理為熱解重量法，即根據樣品中各組分的不同物理化學性質控制不同的溫度和時間，使其中的某種組分發生分解或完全燃燒，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，關上爐門并使爐門留有15mm左右的縫隙，在不少于30min的時間內將爐溫緩慢升至約500℃，并在此溫度下保持30min，繼續升到(815±10)℃，并在此溫度下灼燒1h，冷卻稱重；而對于揮發分的分析，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
揮發分：Vad=(失重/樣品重)×100-Mad
2.1.3實驗結果
醫療廢物典型可燃組分的工業分析的結果如表1所示。
2.2醫療廢物的元素分析實驗
2.2.1實驗儀器
醫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。氧元素的質量百分數由式：
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100計算得到。
2.2.2實驗結果
醫療廢物典型可燃組分的元素分析的結果如表2所示。
表1醫療廢物典型可燃組分的工業分析(空氣干燥基)

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

注：計算結果采取小數點后兩位數；其中“-”表示無
2.3醫療廢物發熱量的測定
醫療廢物典型可燃組分的高位發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》中規定的氧彈法。測定儀器采用Parr1281型氧彈量熱儀。根據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果如表3所示。
表3醫療廢物典型可燃組分的空氣干燥基低位熱值(單位: kJ /kg)

注：計算結果采取小數點后兩位數
3實驗結果分析
3.1內部水分
從表1可以看出，醫療廢物典型可燃組分的內水含量很少，都低于3%。棉制品及木質醫療用品水分含量在2%左右，而塑料制品及橡膠、化纖類醫療用品則幾乎不含水分。
3.2灰分
從表1可以看出，醫療廢物典型可燃組分的灰分含量都很少，大部分物質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%。這說明醫療廢物中典型可燃物質經過熱處理后只會產生很少量的灰渣，可以達到很好的減容效果。同時，醫療廢物中典型可燃物質的低灰分特性又大大減小了熱處理后續處理的工作量。
3.3揮發分
表1中實驗樣品的揮發分均大于85%，特別是塑料類的揮發分含量幾乎為100%，遠遠高于一般的燃料煤(10%～30%)。這表明醫療廢物典型可燃組分具有高揮發分的顯著特點。揮發分是熱值的重要來源，揮發分越高，物質在熱解時，產氣量越大，熱值越高，越有利于熱解反應的進行。
3.4固定碳
醫療廢物典型可燃組分的固定碳含量很低，其中醫用棉簽棒中固定碳的含量最高，為10.67%；其次為醫用脫脂棉及醫用紗布等棉制品類；而塑料類及橡膠類醫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的進行提供了一部分熱量。
3.5熱值
醫療廢物中有機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40000kJ/kg左右。醫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，主要包括醫用脫脂棉、醫用紗布、棒面巾和紙醫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，主要包括醫用一次性口罩、聚丙烯和醫用乳膠手套，它們的碳、氫和氧3元素含量分別都在84%、12%和2%左右。在醫療廢物典型可燃組分中，第1類物質質量百分含量為38.53%，第2類為61.47%。
同時，從表2和表3的分析結果可以看出，2類物質的熱值差異較大。低碳元素含量物質中碳元素、氫元素含量低氧元素含量高物質熱值低高碳元素含量物質，碳元素、氫元素含量高，氧元素含量低，熱值高。
醫療廢物典型可燃組分的這種分類，對于分類研究醫療廢物的熱處理特性具有重要的指導意義。
4結論和建議
通過對北京市醫療廢物典型可燃組分的物化特性分析，發現醫療廢物典型可燃組分中灰分含量低、揮發分含量高、熱值高，其中，塑料、橡膠、化纖等高熱值、高揮發分含量組分占醫療廢物典型可燃組分的61.47%。而北京市醫療廢物中可燃組分占整個醫療廢物的比例又高達70%[5]，可見北京市醫療廢物特別適合用熱處理方法來處理。醫療廢物熱解處置技術有許多優點，尤其在控制二惡英等二次污染物方面有明顯的優勢，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應用于醫療廢物處理做進一步研究。
參考文獻
[1]盛宏至.醫療廢物高溫熱處理技術.中國環保產業，2004，(增刊)：64～69
[2]吳舜澤，孫寧，周豐，等.中國醫療廢物管理處置現狀與對策.環境保護，2005，(1)：36～38
[3]趙由才，張全，蒲敏主編.醫療廢物管理與污染控制技術.北京：化學工業出版社，2005