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醫療垃圾是指各類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含有大量致病微生物及化學藥劑的醫療廢物，是《國家危險廢物名錄》中列出的一種影響廣泛危害極大的特殊危險廢物。
醫療垃圾處理目的是使醫療垃圾安全化、無害化和減量化。目前醫療垃圾的處理方法主要有：高溫焚燒、化學消毒、高溫高壓蒸汽滅菌、電磁波滅菌、衛生填埋等。在所有可行的醫療垃圾處置技術中，高溫焚燒已成為當今醫療垃圾處理領域的主流技術。高溫焚燒法是破壞傳染性有毒物質、減少體積和重量的最有效的方法之一。特別是2003年爆發“非典”疫情后，國家明確規定醫療垃圾必須進行焚燒處理，以便有效控制病原體的擴散，保障人民身體健康［1］。
2醫療垃圾焚燒煙氣中有害物質的種類及來源
醫療垃圾焚燒是一個十分復雜的化學反應過程，產生的高溫焚燒煙氣中的污染物種類繁多，主要有塵、酸性氣體、重金屬及二惡英類等對人體和環境有害的二次污染物。
2.1煙塵顆粒物
醫療廢物焚燒的煙氣中含有顆粒物，其稱謂甚多，如塵、煙塵、總懸浮微粒（TSP）或顆粒物（PM），這些顆粒物包括以碳為主的微粒，垃圾中不可燃燒的灰分以及未燃盡的凝結成液態、固態的碳氫化合物，其粒經分布較廣，從不足1μm至100μm，其中小于10μm的對人危害較大，稱可吸入顆粒物PM10；其生成過程可分為氣相析出型、液相析出型和殘炭型3類。
2.2氯化氫（HCl）及鹵素化合物
煙氣中HCl主要是醫療衛生垃圾中的含氯有機廢物，如塑料、橡膠、紙張等（特別是聚氯乙烯塑料PVC）燃燒后的產物。氯化氫是無色有刺激性氣味的發煙氣體，刺激眼睛、皮膚和黏膜，毒性較強。除了氯化氫外，煙氣中還可能含有少量的其他鹵素化合物，如氟化氫（HF），氟化物主要是含氟塑料（如聚四氟乙烯等）燃燒后的產物，由于醫療廢物中這類物質極少，產生煙氣中的氟化氫也十分少。
2.3二氧化硫（SO2）
醫療垃圾焚燒后煙氣中的硫氧化物（SOx）主要來自含硫垃圾高溫氧化所致，包括SO2和SO3，主要是SO2，在重金屬催化作用下有少量SO3生成。醫療垃圾中的硫主要以有機硫狀態為主，無機硫甚少；除醫療垃圾中的硫外，硫還來自輔助燃料———柴油。
SO2是比空氣重，具有特殊刺激性氣味的氣體。
2.4氮氧化物（NOx）
垃圾中含氮有機物受熱揮發分解，在燃燒過程中和空氣中的氧生成NOx。垃圾中的氮并不一定全部轉化為NOx，當供氧不足也有一部分轉化為N2。根據國內試驗研究資料，醫療廢物焚燒煙氣中NOx含量低于400mg/m3。
2.5一氧化碳（CO）
一氧化碳主要是不完全燃燒的產物，不完全燃燒可能是由于供氧不足、燃燒溫度不夠高、停留時間不夠長抑或是氣體混合不夠所致。
2.6其他未完全燃燒產生的碳氫化合物
不完全燃燒情況下煙氣中還可能產生其他碳氫化合物，主要有苯并芘（BaP）、多環芳烴（PAHS）和其他有機物（VOC）。燃燒不完全主要是供氧不足、燃燒溫度不高、停留時間較短和混合不充分所致，故其產生量和一氧化碳往往呈正相關。
這些碳氫化合物可能產生惡臭，導致基因變異和致癌等，毒害較大，PAHS是總稱。
2.7二惡英類
二惡英（Dioxin）是指含有一個或二個氧鍵連結二個苯環并被氯取代的高穩定含氯有機化合物。它包括二個氧連結的多氯對二苯并二惡英系列（PCDDS）和一個氧連結的多氯二苯并呋喃系列（PCDFS），由于氯原子在1-9的取代位置不同，前者PCDDS的異構體有75種，后者PCDFS的異構體有135種，總稱二惡英類，共有210種異構體。
二惡英類物質沸點高，熔點高，常溫下是固態，在煙氣中常以氣態、冷凝狀態被吸附在亞微米級的細顆粒物上，溶解度低，化學性質穩定，溫度在750℃以上時破壞分解（從640℃即開始分解）。其可經皮膚、黏膜、呼吸道、消化道進入人體，有致癌、致畸及生殖毒性。二惡英的毒性LD50（半致死劑量）是氰化鉀（KCN）的千分之一，其中17種（2，3，7，8位被氯取代的）被認為對人類和生物危害最嚴重。研究表明，燃燒中二惡英主要是在270～600℃范圍生成，其中350~470℃溫度下出現生成的高峰值。而在640℃即開始破壞分解。在270～600℃范圍內，垃圾中的有機物揮發，燃燒氧化；在不完全燃燒時，以各種碳氫化合物形式存在。另一方面有機氯化物（如PVC）燃燒中產生氯化氫，在氯化銅、氯化鐵等化合物的催化作用下，被進一步氧化為氯，在燃燒中氯與有機物反應即生產氯苯（CB）、氯酚（CP）等二惡英類前提物，并經二聚化反應最終生成二惡英。即使煙氣溫度進一步升高至850℃以上，二惡英被破壞分解，當煙氣溫度再降至600～270℃時，在飛灰中銅等金屬氧化物的催化作用下，吸附于飛灰表面的碳氫化合物進行氣、固反應生成雜環化合物，并最后可能再次合成二惡英。2.8重金屬
汞主要來自醫療廢物中的體溫計、干電池等，其在焚燒時溫度大于356℃時蒸發為氣體，在有氯化氫存在時大部分轉化為氯化汞。汞蒸氣有劇毒，人吸入后和細胞中存在的具有-SH基的各種酶和細胞蛋白結合，破壞這些酶的功能，產生急性中毒。除汞之外，焚燒煙氣中還含有極微量的鎘（Cd）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、鉛（Pb）等重金屬［2］。
3煙氣組成及凈化要求
按《醫療廢物焚燒爐技術要求（試行）》（GB19128-2003）的要求，某引進日本醫療垃圾焚燒項目（0.75t/h，煙氣處理量7500Nm3，處理煙氣溫度600℃）煙氣組成及主要污染物的含量和排放要求見表1、表2［2］。
4煙氣凈化工藝的選擇
在過去的幾十年中，各種各樣的焚燒技術都獲得了成功的工程實踐。近年來，國內外已將問題的焦點轉移到焚燒煙氣凈化技術上，以滿足越來越嚴格的排放標準要求。要選擇適合的煙氣處理技術，首先必須對焚燒煙氣的特性有一個全面的了解。
4.1焚燒煙氣特點
（1）煙氣溫度高且波動大；煙氣含濕量大。
（2）煙氣中酸性氣體含量高，會提高煙氣酸露點溫度，也就增加了對袋式除塵器的使用要求。
（3）煙氣中含有毒性有機物二惡英類及重金屬類；而且焚燒產生的金屬化合物顆粒的粒度也較細，黏度較高。
4.2煙氣凈化措施
焚燒煙氣凈化工藝的選擇，應充分考慮各種污染物的產生量的變化及物理、化學性質的影響；它們各自的凈化原理和采用的技術措施并不相同。需要通過分析比較，采用經濟合理、安全可靠、操作方便的凈化方式。
4.2.1酸性氣體的去除
煙氣中的HCl，HF，SO2，NOx等為酸性氣體，其性質相似。特別是鹵化氫（HCl，HF）和SO2均較活潑，可以合并進行脫除。一般采用堿性藥劑進行中和反應去除之。常用的堿性藥劑為CaO，NaOH等。
按照中和工藝中CaO的含水情況和產物，中和工藝分為干法、半干法和濕法。
濕法常采用消石灰的漿液為吸收劑，吸收煙氣中的SO2，HCI，HF等酸性氣體。該法能夠有效的去除污染物，可以滿足嚴格的排放標準，但工藝流程較復雜，一次性投資（約占總投資的30%）和運行費用高，普遍存在著設備腐蝕結垢、阻塞、風機帶水以及污水需要二次凈化處理等特點。
干法脫除酸性氣體，是利用壓縮空氣將高比表面積的消石灰粉末直接噴入煙氣管道中與酸性廢氣充分接觸和反應進行中和吸收加以去除。工藝簡單，無廢水產生，設備投資少（約占總投資的8%），占地少，但脫除效率較低，藥劑消耗較多。
半干法介于上述干、濕法之間，是用高效霧化噴嘴將配制好的消石灰漿液噴入脫酸塔中與含酸煙氣充分接觸反應加以中和吸收。由于霧化效果好，氣液接觸面積大，噴入的堿性漿液中的水分可在噴霧脫酸塔內完全蒸發，石灰漿同酸性氣體反應生成干粉狀產物，不產生廢水而且可以有效降低煙氣溫度并增濕。二惡英類有機污染物、重金屬等均傾向于與煙氣中顆粒物結合，從而使其附著在飛灰上。該法與布袋除塵配套，對酸性氣體、二惡英類有機物及重金屬具有良好的去除效率，可達90％以上。與濕法相比，具有流程短、設計簡單、耗能低、無腐蝕、無廢水排放、工程投資較低（約占總投資的15%）、運行費用低等優點，凈化效率一般能滿足排放標準要求；但也存在缺點，噴嘴上會結垢或堵塞［3］。表3給出了這3種脫酸方法的對比。
按照《醫療廢物集中焚燒處置工程建設技術要求（試行）》“7.5.2.3應優先采用半干法煙氣凈化方法”建議，本項目采用半干法煙氣處理系統，工藝主要通過吸收劑在脫酸反應塔內高效霧化噴淋，使煙氣中的SO2，HCl等酸性氣體與吸收劑充分接觸，從而大大提高了吸收劑的利用率。
4.2.2脫除二惡英及去除重金屬等的措施
資料表明，高溫煙氣經過冷卻溫度降低后由于均相成核和異相成核作用，幾乎所有的重金屬、二惡英和一些多環芳烴極易吸附在煙氣中的顆粒物上。石灰粉末顆粒附著在袋式除塵器濾布表面，對汞有較強的吸附作用，增加了吸附性能，也提高了除塵效果。活性炭有極大的比表面積，吸附能力強。在袋式除塵器前設活性炭噴入裝置，使活性炭粉末與脫酸后的煙氣在煙道內充分接觸，將有效提高活性炭吸附二惡英、重金屬等各類污染物的能力，再通過布袋除塵加以去除。脫二惡英和除汞效果可達90%～95%以上，含塵量降至10mg/m3以下，相應的二惡英也可望降至0.1ng/m3TEQ以下。
因此選好袋式除塵器，除去顆粒物，特別是細微的顆粒物，降低煙氣中的重金屬、二惡英、PAHs等各種污染物，對煙氣凈化有重大意義。袋式除塵器在凈化垃圾焚燒煙氣方面這種獨特的功能，已經作為環發［2004］15號《醫療廢物集中焚燒處置工程建設技術要求（試行）》中煙氣凈化系統末端應優先選用的除塵設備。
4.3煙氣凈化工藝
綜合考慮上述各種污染物去除的技術措施，確定本項目的煙氣凈化工藝流程組合，見圖1。
圖1煙氣凈化工藝流程
4.3.1煙氣凈化工藝過程簡述
本項目采用回轉窯作為熱解焚燒一燃室（窯尾出口煙氣溫度控制≥850℃）和豎式二燃室（進口配二次環向助燃空氣，使熱解煙氣充分燃燒，出口煙氣溫度控制≥1100℃，煙氣停留時間≥2s）焚燒工藝。焚燒熱煙氣從急冷塔的上部進入，與噴入的霧化急冷水順流接觸，依靠水的迅速汽化，熱煙氣在1s鐘內冷卻到200℃，避開了二惡英類前提物再次生成二惡英的條件。急冷器除降溫外，還有除塵作用。在煙氣急冷的過程中，急冷水全部氣化，使煙氣降溫，體積變小。同時也脫除一部分飛灰從急冷器下部排出，去后續工藝固化處理。
經急冷的煙氣從急冷塔下部進入旋風除塵器脫除掉較大顆粒物，然后進入脫酸塔上部，在塔頂與噴嘴噴灑出的霧化石灰漿進行充分接觸。煙氣與石灰漿霧滴一起向下流動并發生化學反應，完成對煙氣酸性污染物的吸收凈化。其主要反應式為：
2HCl＋Ca（OH）2→CaCl2+2H2O
2HF+Ca（OH）2→CaF2+2H2O
SO2+Ca（OH）2→CaSO3+H2O
在脫酸塔內，石灰漿中的水分在高溫煙氣作用下完全蒸發，無多余的廢水生成，同時也使煙氣溫度降至130℃左右。反應后的生成物呈干態粉末狀。除部分連同飛灰從脫酸塔底部排出至后續工藝固化外，其余隨煙氣從脫酸塔下部排出，經煙道再進入脈沖布袋除塵器。
活性炭的噴射位置在脫酸塔后袋式除塵器前的煙氣管道上。粉狀活性炭從活性炭儲槽流出，借助壓縮空氣進入煙氣管道中，與煙氣強烈混合，利用活性炭具有極大的比表面積和極強的吸附能力特點，對煙氣中的二惡英和重金屬等污染物進行吸附。除塵器除塵的同時亦除去吸附在顆粒中的二惡英和重金屬，進行最終焚燒煙氣除塵凈化。凈化后的氣體已達到排放標準，經由引風機和35m高煙囪排入大氣。為防止布袋損壞，煙氣溫度在過高（>180℃）時除塵器煙氣進口閥自動關閉，旁通閥打開，煙氣不經除塵器而直接從旁通管進入引風機。
排放的煙氣，經環保部門檢測排放濃度符合《醫療廢物焚燒爐技術要求（試行）》（GB19128-2003）中有關規定，見表4。
4.3.2煙氣凈化系統組成
二燃室高溫煙氣通過換熱器和煙道，依次進入尾氣凈化系統的急冷塔、旋風除塵器，煙氣中大顆粒粉塵、飛灰被初步分離，而后進入脫酸塔去除酸性氣體。未反應的中和劑、相對清潔的煙氣進入袋式除塵器，脫除粉塵。活性炭噴射口布置在脫酸塔出口及布袋除塵器進口的煙道上。煙氣凈化系統主要包括急冷塔等部件。
急冷塔：降低煙氣溫度，使之滿足脫除酸性氣體以及布袋除塵入口煙氣溫度的需要。噴嘴采用316L二流體高效霧化噴嘴。
脫酸塔：即中和反應塔，采用316L高效霧化噴嘴使含酸煙氣在此與熟石灰進行中和反應實現酸性氣體的去除。
旋風除塵器：作為布袋除塵器的預處理設備，除去煙氣中的較大顆粒物，減少布袋除塵器的負荷并兼有阻火器作用。
布袋除塵器：選用脈沖袋式除塵器，離線清灰，選用適合垃圾焚燒產生的高溫、高濕及腐蝕性強的濾袋，將煙氣中的粉塵除去（同時除去二惡英類及重金屬），使煙氣達到排放要求。同時，袋式除塵器還具有二次脫酸的效果。
急冷塔附屬設備：儲水罐、水泵、管路及控制閥門、噴射裝置。
熟石灰儲存及制漿、輸送系統：熟石灰倉、下料器、攪拌裝置石灰乳儲槽、泵、管道閥門等。
活性炭儲存及輸送設備：活性炭倉、鼓風機、給料器及輸送噴入系統等。
電氣控制系統。
4.3.3飛灰處置
煙氣凈化系統的飛灰及除塵灰屬危險廢棄物，必須運至固化間內，經合格固化后運至危險廢物填埋場安全填埋。
本系統與一般半干法煙氣處理系統相比較具有以下特點：（1）增加預除塵設備，減小了布袋除塵器的負擔，延長了布袋的使用壽命同時提高了活性炭的吸附效率。（2）兩級降溫系統，滿足變工況要求，調節性能強。獨立的急冷塔設計以及脫酸塔內的二次降溫，不僅降低了煙氣溫度，使之既滿足脫酸的要求，又滿足了布袋除塵器入口溫度的要求，同時減少了脫酸塔黏壁積灰的可能性，增加了系統的可靠性。
5結語
（1）采用煙氣急冷、預除塵、半干法脫酸、活性炭吸附、袋式除塵的煙氣凈化系統，主要煙氣污染物排放符合我國GB19128-2003標準。
（2）配套煙氣在線監測，系統運行管理穩定可靠，維護檢修方便，適宜推廣應用。
（3）選用綜合性能好且價格適宜的濾料及選用優質防腐布袋骨架，是影響布袋除塵器檢修和清灰性能及使用壽命的關鍵，這還有待于進一步的研發性價比較好的濾料。
參考文獻
［1］丁健.醫療固體廢棄物無害化焚燒處理研究［J］.中國環保產業，2004（S1）.
［2］醫療廢物焚燒爐技術要求（試行）GB19128-2003［S］.2003.
［3］王少吾，張運翹.半干法煙氣凈化系統在城市生活垃圾焚燒中的應用［J］.上海電氣技術，2009（4）
