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負(fù)離子垃圾熱解實驗研究

孔維芳/蘇州北控環(huán)保科技有限公司

負(fù)離子垃圾熱解裝置是以一般產(chǎn)業(yè)廢棄物中有機物作為對象，熱分解的方法生成可回收利用無機物和木醋酸（碳化氫油）的裝置。本研究通過對負(fù)離子垃圾熱解裝置處理醫(yī)療廢棄物進行監(jiān)測，結(jié)果得到熱解產(chǎn)物中液體含量65％，固體含量18％，氣體含量17％，經(jīng)檢測污染物的排放濃度均符合排放標(biāo)準(zhǔn)，提高了醫(yī)療廢棄物處理減量化、無害化和資源化水平，具有良好的經(jīng)濟效益。

負(fù)離子垃圾熱解裝置；醫(yī)療廢棄物；污染物

前言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，醫(yī)療水平不斷提高，隨著產(chǎn)生的醫(yī)療垃圾也日漸增多，醫(yī)療垃圾若管理不嚴(yán)或處置不當(dāng)，會對環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，為疾病的滋生和蔓延埋下了重大隱患，如何有效地處理醫(yī)療垃圾受到了廣泛的關(guān)注。目前高溫國內(nèi)處理醫(yī)療垃圾的技術(shù)主要有高溫焚燒法、高溫蒸汽消毒法、化學(xué)消毒法、微波滅菌法、等離子法、負(fù)離子熱解法等。高溫焚燒法產(chǎn)生二噁英等劇毒產(chǎn)物、PAN（多環(huán)芳香族化合物）、PCB（多氯聯(lián)苯）及有害氣體（如HCl,HF,SO2等），二次污染嚴(yán)重[1]；消毒法處理規(guī)模小，過程產(chǎn)生的廢液處理復(fù)雜，處理后仍存在安全隱患[2]；新型的微波滅菌、等離子體法處理等在國內(nèi)尚很少采用，在國外也屬于不成熟技術(shù)，難以施行[3]。而負(fù)離子熱解法相對來說適用范圍廣、技術(shù)比較成熟、熱解回收率高、產(chǎn)生二噁英等污染少，具有較好的經(jīng)濟效益。本研究將負(fù)離子爐應(yīng)用于醫(yī)療廢棄物處理，并檢測熱解產(chǎn)物含量和氣體成分，為醫(yī)療廢棄物的處理提供依據(jù)。

一、材料與方法

（一）實驗材料

人工配置的醫(yī)療垃圾(原料分別為為野菜、豬肉、魚以及醫(yī)療垃圾)，木炭，木屑。

（二）實驗裝置

1. 負(fù)離子爐結(jié)構(gòu).

負(fù)離子熱解裝置規(guī)格尺寸：500mm*500mm*1200mm；材質(zhì)要求：要求材料耐高溫，裝置的溫度可能會達到500℃以上；頂部蓋子要求能打開，用于投放垃圾；裝置一個側(cè)面設(shè)置一個玻璃面，便于觀察裝置內(nèi)部垃圾的熱解情況，如下圖所示；進氣管道距離裝置底150mm，進氣管直徑DN40，分為兩支，做變徑，保護管內(nèi)徑20mm，伸入箱內(nèi)20mm，箱體外190mm；底部留有出渣口，L*H=300mm*200mm；頂部距離裝置頂部100mm留有煙氣導(dǎo)出管，管子向上500mm，相當(dāng)于一個煙筒，管徑DN50；溫度測量位置2個，一個是在底部，距離底板200mm，一個在上部，距離底板900mm，溫度深入內(nèi)部需接一節(jié)短管對溫度計的探頭進行保護，保護管要求：內(nèi)徑20mm，管長5 0mm。

圖1 負(fù)離子爐圖

圖2 分解室斷面構(gòu)造

2. 原理.

將負(fù)離子送入裝置內(nèi)形成還原霧團氣，由于負(fù)離子的作用防止熱運動，裝置內(nèi)部達不到高溫，底部加熱區(qū)域正常運行；由于陶瓷內(nèi)發(fā)生的輻射熱，負(fù)離子有助于加熱運行，維持加熱領(lǐng)域的局部高溫；碳化有機物是原子、分子的共同結(jié)合，被輻射熱激發(fā)后有機物分解。熱解后的殘渣物作為陶瓷無機物剩下，還有干餾氣被送到下面的冷卻槽內(nèi)，作為無害化木醋酸（碳化氫油）提取。

（三）實驗方法

將木炭鋪于陶瓷層上方加熱至500℃左右，待其在爐內(nèi)穩(wěn)定后投入醫(yī)療廢棄物，密封進、出料口。一個小時取樣一次，測試產(chǎn)氣量、產(chǎn)生的陶瓷粉末量和冷凝液量，并測試熱解氣體成分。

實驗分析方法：

本實驗分別采用氣相色譜儀、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用GC-MS和元素分析儀分析熱解氣成分、液體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物。

二、實驗結(jié)果

（一） 熱解產(chǎn)物含量及分析

醫(yī)療垃圾在負(fù)離子垃圾熱解裝置中得到的產(chǎn)物中，液體產(chǎn)物含量66％，固體產(chǎn)物含量18％，氣體產(chǎn)物含量17％。液體產(chǎn)物上層的焦油類液體可作為燃料，下層是木醋液，可用于防蟲或消毒；固體產(chǎn)物為陶瓷粉末，可回收利用無機物，用于工業(yè)領(lǐng)域。

（二） 氣體成分

熱解反應(yīng)后各氣體成分如表2所示，排放氣體成分均遠(yuǎn)低于國家的有關(guān)規(guī)定。其中氣體排出平均溫度為27℃，平均流速為3.7m/s

表1 各氣體組分

三、結(jié)束語

通過使用負(fù)離子垃圾熱解裝置對野菜、豬肉、魚以及醫(yī)療垃圾進行熱解處理，通過分析實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)垃圾熱解效果好，適合熱解利用；負(fù)離子垃圾熱解裝置可以使裂解反應(yīng)完全，適合連續(xù)生產(chǎn)并大規(guī)模推廣應(yīng)用，實現(xiàn)了能源的高效利用；產(chǎn)物附加值高；有害氣體的絕對排放量大大低于其他焚燒設(shè)備；負(fù)離子垃圾熱解工藝不僅解決了環(huán)境污染問題，也提供了一條變廢為寶的良性發(fā)展路線，具有一定的工業(yè)可行性。

[1] 張穎.我國北方醫(yī)療垃圾處理現(xiàn)狀及對策研究[J].臨床醫(yī)藥文獻雜志, 2015.

[2] 劉鋒, 馬海斌. 醫(yī)療廢物處理技術(shù)研究[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2004, 2(5): 57-59．

[3] 王宏坤. 醫(yī)療垃圾高溫蒸汽氣化實驗及熱力學(xué)研究[D]. 內(nèi)蒙古: 內(nèi)蒙古科技大學(xué), 2015.