夏鑫楠 馬開(kāi)平 李雨樨 莫凡

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（202310307087Z）

*通信作者：馬開(kāi)平（1976-），女，博士，副教授。研究方向?yàn)樯a(chǎn)運(yùn)作管理、工業(yè)工程等。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.15.011

摘? 要：為減少醫(yī)療廢物特別是感染性醫(yī)療廢物在收集處理過(guò)程中其所含病菌對(duì)人群和周?chē)h(huán)境造成的交叉感染危害等問(wèn)題，利用機(jī)械傳動(dòng)、簡(jiǎn)易電路等知識(shí)方法綜合設(shè)計(jì)一種醫(yī)療垃圾桶裝消毒裝置。具體包括腳踏式噴灑消毒裝置和紫外線消毒裝置，可以對(duì)桶內(nèi)醫(yī)療廢物、垃圾桶蓋、醫(yī)療垃圾桶內(nèi)腔及桶蓋開(kāi)閉時(shí)擠壓溢出的有菌空氣進(jìn)行多重消毒，以降低病菌對(duì)人群和周?chē)h(huán)境造成的交叉感染等危害。該醫(yī)療垃圾桶裝消毒裝置具有顯著的消毒殺菌效果，有一定的推廣使用價(jià)值，可以為后疫情時(shí)代醫(yī)療廢物的收集處理提供新技術(shù)和新方法。

關(guān)鍵詞：消毒裝置；醫(yī)療垃圾桶；醫(yī)療廢物；機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)易電路；后疫情時(shí)代

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）15-0050-05

Abstract： In order to reduce the cross-infection harm caused by the bacteria in the process of collection and treatment of medical waste， especially infectious medical waste， a kind of medical garbage bin disinfection device was designed comprehensively by means of mechanical transmission， simple circuit and other knowledge methods. The utility model specifically includes a foot-type spraying disinfection device and an ultraviolet disinfection device， which can carry out multiple disinfection of medical waste in the bucket， the lid of the garbage can， the inner cavity of the medical garbage can and the bacterial air squeezed out when the lid is opened and closed， so as to reduce the harm caused by bacteria to the population and the surrounding environment. The medical garbage bin disinfection device has remarkable disinfection and sterilization effect， has a certain value of popularization and use， and can provide new technologies and methods for the collection and treatment of medical waste in the post-epidemic era.

Keywords： disinfection device; medical trash can; medical waste; mechanical transmission design; simple circuit; post-epidemic era

醫(yī)療廢物是指醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健及其他相關(guān)活動(dòng)中產(chǎn)生的具有直接或者間接感染性、毒性及其他危害性的廢物[1]。主要分為感染性廢物、病理性廢物、損傷性廢物、藥物性廢物和化學(xué)性廢物5種類(lèi)型[2]。在收集醫(yī)療廢物的過(guò)程中，消毒是一個(gè)必不可少的過(guò)程。如何降低醫(yī)療廢物收集處理過(guò)程中交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)是后疫情時(shí)代需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研和查閱資料可知，目前絕大部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)僅采用1～2次外部噴灑消毒水的方式對(duì)醫(yī)療廢物進(jìn)行消毒處理。而在處理感染性較高的醫(yī)療廢物時(shí)，如在新冠病毒流行期間，如果僅通過(guò)外部1～2次消毒的方式處理大量感染性醫(yī)療廢物，將難以達(dá)到徹底消毒殺菌的效果，并且會(huì)有交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，現(xiàn)有的消毒手段一般是依靠人工手動(dòng)噴灑消毒。而人工消毒重點(diǎn)在醫(yī)療廢物上，可能會(huì)忽略垃圾桶內(nèi)部也會(huì)有接觸醫(yī)療廢物所含病菌的情況，同時(shí)在垃圾桶蓋開(kāi)閉時(shí)會(huì)導(dǎo)致與醫(yī)療廢物接觸的有菌空氣擠壓溢出，也極容易造成交叉感染。

基于以上現(xiàn)狀分析，本文主要針對(duì)感染性醫(yī)療廢物設(shè)計(jì)了一種醫(yī)療垃圾桶裝消毒裝置。包括腳踏式噴灑消毒裝置和紫外線消毒裝置，可分別對(duì)桶內(nèi)醫(yī)療廢物、垃圾桶蓋、醫(yī)療垃圾桶內(nèi)腔及桶蓋開(kāi)閉時(shí)擠壓溢出的有菌空氣進(jìn)行多重消毒。其工作模式如圖1所示。

圖1? 醫(yī)療垃圾桶裝消毒裝置工作模式圖

1? 裝置總體設(shè)計(jì)

上述消毒裝置的相關(guān)電子元件、消毒水箱、噴灑裝置的主體部分等若暴露在外會(huì)影響正常工作，也會(huì)加快損壞程度，故不做暴露處理。在醫(yī)療垃圾桶內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了2個(gè)空腔，可根據(jù)情況將相關(guān)裝置安裝在空腔內(nèi)。除安裝在空腔內(nèi)部的裝置外，部分噴灑裝置及上下紫外線消毒燈均暴露在外，安裝在垃圾桶內(nèi)表面，如圖2（a）所示。

同時(shí)因?yàn)閲姙⒀b置會(huì)對(duì)桶內(nèi)醫(yī)療廢物進(jìn)行消毒且安裝在筒壁上，故不可沿用傳統(tǒng)的黃色醫(yī)療垃圾袋套在垃圾桶口上的固定方式。所以本裝置的醫(yī)療垃圾桶在距桶底一定高度的水平面設(shè)計(jì)了針對(duì)醫(yī)療垃圾袋的彈性帶固定裝置。具體為：在四側(cè)筒壁與上述水平面相交的位置上固定4條環(huán)形彈性帶，且均處于張緊狀態(tài)。使用時(shí)，提前將垃圾袋塞進(jìn)張緊環(huán)形彈性帶組成的槽內(nèi)，如圖2（b）陰影部分（這里的A、B兩環(huán)形彈性帶邊處于張緊狀態(tài)應(yīng)無(wú)限靠近，為了表述方便畫(huà)出了空隙），且不會(huì)遮蓋噴灑裝置。具體示意圖如圖2（b）所示。

（a）? 裝置安裝部位示意圖

（b）? 彈性帶安裝示意圖

圖2? 醫(yī)療垃圾桶用消毒裝置總體設(shè)計(jì)圖

2? 腳踏式噴灑消毒裝置

2.1? 腳踏式噴灑消毒原理設(shè)計(jì)

腳踏式噴灑消毒裝置是利用彈簧、齒條齒輪結(jié)構(gòu)、杠桿等機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的。除噴灑頭與部分裝置暴露在外，其余相關(guān)組件均安放在內(nèi)格空腔1中。其動(dòng)力原理結(jié)構(gòu)圖如圖3（a）所示。具體實(shí)施方式為：1為腳踏板；3為連桿1；2為支點(diǎn)1，連桿1和腳踏板可以在施加外力（腳踩力）的作用下繞支點(diǎn)1旋轉(zhuǎn)；4為連桿2，與連桿1相連，可上下升降，上升時(shí)可推開(kāi)桶蓋；5為支點(diǎn)2；6為連桿3；7為直桿，與連桿3相連；5和6組成了杠桿結(jié)構(gòu)，在杠桿結(jié)構(gòu)的作用下，每當(dāng)連桿2上升或下降時(shí)，直桿總是做相反的動(dòng)作；8為活塞1，與直桿的底部相接固定；10為彈簧1，活塞1與其頂部相接觸；9為圓筒1，在直桿上下移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)活塞1在其內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；11為齒條1，安裝在直桿上方；12為小齒輪（主動(dòng)輪），與齒條1嚙合；13為大齒輪（從動(dòng)輪），大齒輪與小齒輪相嚙合；14為齒條2，與大齒輪嚙合，每當(dāng)齒條1滑動(dòng)時(shí)，大小齒輪相向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒條2向相向方向運(yùn)動(dòng)（下-右下/上-左上）；15為推桿；17為噴灑裝置，其內(nèi)部含有壓力閥門(mén)可被推桿推壓，從而使噴灑裝置加壓噴灑出消毒水；18為進(jìn)水管，用于從消毒水箱中吸取消毒水；19、20為第一、二噴水管，斜向上、下各45°，在壓力閥門(mén)的控制下，消毒水從進(jìn)水管被吸入，通過(guò)噴灑裝置加壓，分別從2噴水管?chē)姵?，其中第一噴水管向上?duì)垃圾桶蓋和被擠壓出的有菌空氣消毒，第二噴水管向下對(duì)桶內(nèi)醫(yī)療廢物消毒；16為套筒，推桿可在套筒內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)，用于推壓噴灑裝置的壓力閥門(mén)。圖3（b）是部分結(jié)構(gòu)放大圖。

圖4給出了噴灑消毒裝置噴灑原理示意圖。參見(jiàn)圖4（a）為推桿在下滑時(shí)示意圖。17-2為塑料小球，其大小可以卡住進(jìn)水管；17-1為彈簧2，用于給塑料小球上下移動(dòng)限位；17-3為氣腔，彈簧2和塑料小球均置于其中；17-8為噴頭，安裝在噴水管的最外端；17-9為單向噴嘴，安裝在噴頭上，使流體通過(guò)其只能從管內(nèi)流向外部，而不能從外部流入管內(nèi)。17-5為活塞2，與推桿的頂部相接固定；17-4為彈簧3，活塞2與其底部相接觸；17-6為圓筒2，在推桿移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)活塞2在其內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞2、圓筒2、彈簧3共同構(gòu)成了壓力閥門(mén)；17-7為儲(chǔ)液管，消毒水噴出前暫時(shí)儲(chǔ)存于此。在推桿下滑時(shí)，噴灑裝置內(nèi)部壓強(qiáng)變小，而單向噴嘴使其無(wú)法進(jìn)氣，根據(jù)伯努利原理，氣腔及管內(nèi)壓強(qiáng)變小，迫使塑料小球上移，進(jìn)水管進(jìn)水使內(nèi)部恢復(fù)至大氣壓，消毒水暫時(shí)儲(chǔ)存在儲(chǔ)液管內(nèi)。

（a）? 裝置原理結(jié)構(gòu)圖

（b）? 局部放大圖

圖3? 腳踏式噴灑消毒裝置動(dòng)力原理結(jié)構(gòu)圖

圖4（b）為推桿上移時(shí)示意圖。推桿上移時(shí)會(huì)擠壓儲(chǔ)液管和氣腔，使壓強(qiáng)變小，因此需要排出一部分液體才能使其恢復(fù)至大氣壓。此時(shí)塑料小球抵住進(jìn)水管，使噴灑裝置無(wú)法進(jìn)水，腔內(nèi)消毒水被擠壓出噴水管，通過(guò)2單向噴嘴，呈霧狀噴灑狀態(tài)。

圖5給出了噴灑消毒裝置工作流程示意圖。參見(jiàn)圖5（a），此時(shí)工作人員用腳踩踏踏板，垃圾桶蓋打開(kāi)，推桿受力下滑，不噴灑出消毒水，彈簧1蓄力；參見(jiàn)圖5（b），工作人員松開(kāi)腳，垃圾桶蓋做閉合運(yùn)動(dòng)，推桿受彈簧1回復(fù)力作用上移，推壓噴灑裝置的壓力閥門(mén)，噴灑出消毒水；參見(jiàn)圖5（c），此時(shí)彈簧1回復(fù)力消失，踏板回到原位置，垃圾桶蓋完全閉合，噴灑裝置不工作。

（a）? 推桿下滑示意圖

（b）? 推桿上移示意圖

圖4? 噴灑消毒裝置噴灑原理示意圖

（a）? 踩下踏板? ? ? ? ?（b）? 松開(kāi)踏板? ? （c）? 恢復(fù)原樣

圖5? 噴灑消毒裝置工作流程示意圖

2.2? 噴灑消毒裝置噴嘴設(shè)計(jì)

根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)可知，噴頭在一定工作壓力下，其對(duì)消毒水的霧化效果主要與噴嘴直徑有關(guān)。其中噴嘴直徑越小，霧化效果越好，反之成立；其定量關(guān)系可由經(jīng)驗(yàn)公式（1）給出[3]。

ρd=■，（1）

式中：hp為噴頭工作壓力，bar；d為噴嘴直徑，mm；ρd為霧化效果指標(biāo)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試可知，噴嘴直徑可取0.9 mm，此時(shí)噴灑均勻，密度合理，效果最好，可以使噴射出的霧狀消毒水覆蓋垃圾桶口平面和垃圾桶蓋絕大部分區(qū)域，有效起到消毒效果。

若要更進(jìn)一步優(yōu)化噴嘴設(shè)計(jì)，必須考慮到其他影響因素，下面給出改進(jìn)的噴嘴直徑設(shè)計(jì)公式（2）。

d=■ ， （2）

式中：p為噴射壓力，bar；q為噴射流量，L/min；n為噴嘴個(gè)數(shù)；η為噴嘴效率系數(shù)，范圍是1.05～1.10。

3紫外線消毒裝置

紫外線是通過(guò)破壞微生物機(jī)體的DNA或RNA進(jìn)行消毒的，具有殺菌率高、廣譜性等特點(diǎn)[4]。紫外線消毒燈具體采用UVC3535殺菌紫外線燈珠，其主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1UVC3535殺菌紫外線燈珠參數(shù)

圖6給出了該裝置的電路原理圖。22為整個(gè)電路的總開(kāi)關(guān)，可以用于整個(gè)裝置的啟動(dòng)或關(guān)閉；21為總電源，由上述參數(shù)可知，其設(shè)計(jì)電壓為6 V，采用4節(jié)1.5 V的干電池串聯(lián)組成；26為安裝在垃圾桶蓋內(nèi)側(cè)正中心紫外線消毒燈1；25為接觸擠壓式開(kāi)關(guān)，當(dāng)桶蓋與桶身接觸時(shí)可以實(shí)現(xiàn)該開(kāi)關(guān)閉合，使消毒燈1亮起；27為保護(hù)電阻1，用于保護(hù)消毒燈1所在的支路；28為安裝在垃圾桶內(nèi)底部正中心的紫外線消毒燈2，消毒燈1、2采用并聯(lián)設(shè)計(jì)；23為一個(gè)普通開(kāi)關(guān)，可以用于控制消毒燈2亮滅；29為保護(hù)電阻2，用于保護(hù)消毒燈2所在的支路。24為一個(gè)定時(shí)開(kāi)關(guān)，可以用于設(shè)置2燈消毒時(shí)長(zhǎng)，且不定時(shí)時(shí)可當(dāng)作普通導(dǎo)線。

圖6? 紫外線消毒裝置電路原理圖

圖7是紫外線消毒裝置接觸擠壓式開(kāi)關(guān)工作原理示意圖。30為垃圾桶桶蓋；31為垃圾桶桶蓋外沿邊；25-1為擠壓凸起結(jié)構(gòu)，安裝在垃圾桶蓋外沿邊靠?jī)?nèi)正中位置；25-2為導(dǎo)電壓板；25-7為圓筒3，導(dǎo)電壓板可在其內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；25-6為導(dǎo)線，其透過(guò)圓筒3左外壁的直縫隙與導(dǎo)電壓板相接；25-3為上導(dǎo)電體，連接在導(dǎo)電壓板底部；25-5為下導(dǎo)電體；25-4為彈簧4，在不施加外力的作用下，將上下導(dǎo)電體隔開(kāi)；在總開(kāi)關(guān)閉合的條件下，當(dāng)垃圾桶蓋閉合時(shí)，桶蓋自身重力帶動(dòng)擠壓凸起結(jié)構(gòu)向下按壓導(dǎo)電壓板，使彈簧4形變，上下導(dǎo)電體相連，接觸擠壓式開(kāi)關(guān)閉合，消毒燈1亮起，直至垃圾桶打開(kāi)。

圖7? 紫外線消毒裝置接觸擠壓式開(kāi)關(guān)工作原理示意圖

圖8是桶蓋閉合且桶內(nèi)有垃圾時(shí)的示意圖。此時(shí)總開(kāi)關(guān)閉合；接觸擠壓式開(kāi)關(guān)受到桶蓋自身的重力作用，也處于閉合狀態(tài)；定時(shí)開(kāi)關(guān)此時(shí)未作用，可看作導(dǎo)線；普通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，消毒燈2熄滅；故此時(shí)只有消毒燈1亮起，對(duì)其正下方的桶內(nèi)醫(yī)療廢物進(jìn)行消毒，直至桶蓋被打開(kāi)。

圖8? 桶蓋閉合且桶內(nèi)有垃圾時(shí)示意圖

若垃圾桶蓋打開(kāi)，工作人員繼續(xù)投放醫(yī)療廢物。此時(shí)，接觸擠壓式開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，其余開(kāi)關(guān)也均斷開(kāi)，定時(shí)開(kāi)關(guān)此時(shí)未作用，仍可看作導(dǎo)線；消毒燈1、消毒燈2均熄滅。如圖9所示。

若此時(shí)醫(yī)療廢物收集完畢，工作人員也已清理完桶內(nèi)醫(yī)療廢物，并將對(duì)垃圾桶內(nèi)腔進(jìn)行消毒。此時(shí)總開(kāi)關(guān)、普通開(kāi)關(guān)、擠壓接觸式開(kāi)關(guān)均處于閉合狀態(tài)，定時(shí)開(kāi)關(guān)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定閉合時(shí)長(zhǎng)，如30 min。設(shè)定完成后，消毒燈1、消毒燈2亮起，對(duì)醫(yī)療垃圾桶內(nèi)腔進(jìn)行紫外線消毒，直至30 min后停止。如圖10所示。

4? 結(jié)束語(yǔ)

提高醫(yī)療廢物的高效、規(guī)范、安全收集是有效防止病菌傳播的重要途徑之一，從垃圾桶這一源頭出發(fā)做好醫(yī)療廢物的收集處理工作具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了一種醫(yī)療垃圾桶裝消毒裝置，可分別對(duì)桶內(nèi)醫(yī)療廢物、垃圾桶蓋、醫(yī)療垃圾桶內(nèi)腔及桶蓋開(kāi)閉時(shí)擠壓溢出的有菌空氣進(jìn)行多重消毒。可以為后疫情時(shí)代醫(yī)療廢物的收集處理提供新方法與新技術(shù)，具有一定的推廣使用價(jià)值，為新時(shí)代中國(guó)特色醫(yī)療衛(wèi)生工作注入新鮮力量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮欽忠，楊世童，劉俐媛，等.《醫(yī)療廢物消毒處理設(shè)施運(yùn)行管理技術(shù)規(guī)范》（HJ 1284—2023）解讀及實(shí)施建議[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2023，17（6）：1997-2006.

[2] 羅永彬.微探醫(yī)療廢物處理現(xiàn)狀及對(duì)策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（22）：135-136.

[3] 官洪民，李娟.溫室育苗微噴灌精量控制系統(tǒng)研發(fā)[J].機(jī)電一體化，2021，27（Z1）：55-59.

[4] 吳信蔚，洪藝軍，劉柳.紫外線在醫(yī)療消毒的應(yīng)用[J].中國(guó)照明電器，2023（12）：48-50，63.