医疗废物处理的技术选择与发展趋势分析

白云鹤 范洪波

(东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东东莞 523808)

医疗废物［1］(Medical Wastes)，是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的废物。医疗废物具有极强的传染性、生物毒性和腐蚀性，未经处理或处理不彻底的医疗废物任意堆放，极易造成对水体、土壤和空气的污染，对人体产生直接危害。因此，加强对医疗废物规范化的管理和无害化处理，无论是从保护环境还是从疾病预防和控制来讲都具有极其重要的意义。

目前，针对医疗废物的处理方法主要有高温蒸汽法、微波处理法、化学消毒法、高温焚烧法、高温热解法、等离子体法、超临界氧化技术、辐射法等。这些技术各有其特定的优势，但也存在着一定的局限性。对于医疗废物的处理，其关键问题是如何实现良好的处理效果与较低的投资和运行费用之间的统一，以及操作过程的简单易行。所以，通过技术创新或者不同技术之间的优化组合，寻求一种既有良好的处理效果，又节省投资与运行费用，简便易行的医疗废物处理方法具有重要的现实意义。以下，从医疗废物处理的技术选择和发展趋势进行分析，力求为技术创新或技术优化组合提供有意的研究开发线索。

1 医疗废物处理的技术选择分析

目前，针对医疗废物的处理方法主要有高温蒸汽法［2－3，5］、化学消毒法［2－3，6］、微波处理技术［2－3，7］、高温焚烧法［3－4，8］、高温热解法［2，4，9］、等离子体法［10－13］、超临界水氧化法 (SCWO)［10，14，17］、辐照技术［4，10，15－16］、光催化分解法［18］等。这些技术在处理医疗废物各有其特定的优势，但也均存在着一定的局限性。

高温蒸汽法、化学消毒法、微波处理法是相对比较成熟的非焚烧医疗废物处理技术，国内已颁布相关工程技术规范。高温蒸汽法是将医疗废物置于金属压力容器中，并以一定的方式利用过热的蒸汽杀灭医疗废物中致病微生物的过程。该法具有工艺设备简单、操作方便、灭菌迅速等特点，但也存在减容率低，处理过程中易产生有毒的挥发性有机物和废液，处理对象具有选择性等缺点。化学消毒法是将破碎后的医疗废物与一定浓度的消毒剂 (次氯酸钠、臭氧等)均匀混合，停留足够的时间，保证相互充分接触，在消毒过程中分解有机物和杀灭微生物。该法工艺设备和操作比较简单、一次性投资少、运行费用低、场地选择方便、可移动处理等优点，但也存在如干式消毒对破碎系统和pH值监测，对系统的自动化程度要求较高，湿式消毒产生废液和废气，大多数消毒液对人体有害等问题。微波处理法是利用一定频率和波长的微波激发预先破碎且湿润的医疗废物以产生热量并释放出蒸汽杀灭微生物，达到无害化处理的目的。该法具有节能、快速、高效等特点;无需化学药剂，不产生酸性气体和二噁英;其不足是微波的灭菌效果受多种参数影响，需优化选择;医疗废物需预处理 (分拣、破碎);操作人员受电磁波的危害，易产生职业病等缺点。目前全国非焚烧处理技术应用来看，采用高温蒸汽处理技术的单位主要为天津、扬州等少数几个城市，采用微波技术的仅为天津，采用化学处理的仅有鞍山和丹东等几个城市。上述三种方法处理医疗废物时具有选择性、减容率低、需要二次处理等问题;但是针对特殊医疗废物的应急用模块化、移动式处理装置的制造，具有良好的发展前景。

高温焚烧法、高温热解焚烧法、等离子体法是医疗废物高热处理过程中新兴的处理技术，温度范围一般在530℃到8300℃或更高。高温焚烧法是指在高温火焰的作用下，医疗废物经过烘干、引燃、焚烧三个阶段被转化成残渣和气体，破坏医疗废物中的微生物和有害物质。该方法适合于所有类型医疗废物及大规模应用，该法具有体积和重量显著减少、消毒灭菌及污染物去除效果好，潜在热能可回收利用，运行稳定，技术比较成熟等优点，但不足之处是投资与运行成本高;易产生二噁英、多环芳香烃等有害物质，需要配置完善的尾气净化系统等问题。高温热解焚烧法是分两步进行的，第一步是将医疗废物的有机成分在无氧或缺氧的条件下加热到300～600℃低温热解，第二步是以热分解气体为燃料在1300℃以上高温焚烧。该方法空气过剩系数较低，排气量少，烟气净化装置相对较小，热分解气体作为燃料焚烧，能耗低，建设成本和运行成本都低于高温焚烧法，在缺氧和除氯等还原性气氛下热分解，高温熔融状态下燃烧，降低和抑制了二噁英的产生。等离子体法是在等离子体电弧炉产生的1650－11600℃高温下，医疗废物的有机成分被迅速脱水、热解、裂解产生可燃的混合气体，再经过二次燃烧达到减容、减量和无害化的目的。该技术的优点是低渗出、高减容、处置效率高，可处理任何形式的医疗废物，无有害物质的排放，潜在热能可回收利用;但其缺点是建设和运行成本很高，系统稳定性易受影响，可靠性有待验证与提高。目前国内仅有深圳应用。上述三种方法无需预处理，直接投入炉内即可，对医疗废物无明显的选择性，减容率大，便于集中处理等优点，但也存在移位运输、二次污染、投资与运行成本高的缺点。

超临界水氧化法、辐照技术，光催化分解法则是几种发展中的非焚烧医疗废物处理技术，这些技术体现了良好的发展前景，但也存在着技术成熟性低，设备无定型等缺点。超临界水氧化法是利用超临界水的特性，使有机物与空气、氧气等氧化剂在超临界水中发生均相氧化反应，从而将有机物去除。该方法能使有机物完全分解、去除率高，反应时间短，设备体积小，操作方便，尾气产生量很少，且无毒等优点，但也存在反应条件的优化，反应器的优化设计、防止材料腐蚀等技术问题。辐照技术是用电子束照射医疗废物，利用电子与医疗废物的分子结构中电子发生相互作用，所积累的能量破坏有机化合物的化学键，从而将微生物加以裂解破坏。该法的优点是无需蒸汽或化学药剂，无臭气和废液排放，自动化程度高，处理时间短，适于固定点小型处理单元，不足之处是需要辐射防护装置和措施，对操作要求高，还需加强操作人员的防护等安全问题。光催化分解法是利用特定的催化剂，在一定的波长光照下，对医疗废物中有机成分进行降解。该法具有工艺流程简单，能耗低，操作简便，使用过的催化剂可用物理和化学方法再生后循环使用;但存在处理速度慢，相关技术不成熟，设备无定型，工业应用实例少等缺点。上述三种方法向低成本、小型化的原位处理设备方向发展，具有良好的前景，但也需要解决相关的技术与安全问题。

近年来，催化燃烧技术［19］分解处理有机物的研究进展迅速，它所体现出的诸多优势已经引起了业界的关注。催化燃烧法是指有机物在催化剂的作用下发生完全氧化反应。借助催化作用，有机物可在较低温度下进行燃烧。催化燃烧技术相对于热焚烧处理技术，具有起燃温度低、适用范围广、处理效率高、基本无二次污染等优点［19－20］。此技术的关键问题就是开发低成本、高活性的催化剂。贵金属催化剂凭借其良好的低温活性占有了大部分的市场份额，但其面临严峻的高成本问题［21］。目前，研究发现金属氧化物催化剂活性并不比贵金属差，且最重要的是它具有低成本的优势［22］。最近，科研工作者［23］进一步研究指出，被广泛应用于光催化的TiO2不但具有光催化活性，还具有热催化活性，是一种非常有效的热催化剂。

图1 热催化原理图

TiO2的热催化原理［23－24］如图1所示，首先通过高温热能激发TiO2价带上的电子越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就产生了电子－空穴对，这样的一个电子－空穴对就是一个反应活性位，具有非常强的氧化性;电子会与催化剂表面吸附的氧分子反应生成非常活泼的超氧离子自由基，它是氧化性很强的活泼自由基，与光生空穴一起几乎能将所有的大分子有机物分解成小分子物质，最后彻底氧化成CO2和H2O。

二氧化钛的热催化分解技术实现工业化应用需解决如下问题:1)反应器应具备催化剂中毒防止功能和再生功能;2)反应器应具备加热保温功能，保证二氧化钛的热催化活性;3)纳米级二氧化钛工艺控制困难，极易发生随风损失问题;4)增加接触面积，提高循环接触率，调整反应速度;5)优化工艺组合，小型化、原位处理装置，降低成本，达标排放。基于以上观点，目前刘媛等［26］提出循环流动床与颗粒状二氧化钛耦合热催化分解医疗废物的技术并开展基础研究。

2 医疗废物处理的发展趋势分析

随着人口的增长、医院数量和规模日益增大以及一次性医疗用品的广泛使用，医疗废物的数量也在逐年增加，人们也越来越重视医疗废物的无害处理。但是，国内各大城市处理设施的不足、填埋场地的枯竭等，医疗废物安全处理问题现已成为一个社会问题。国内外在“谁污染谁治理”的原则和“污染物零排放”等先进的环境管理理念的引导下，人们开始对集中焚烧处理产生的环境影响产生质疑，逐步对非焚烧技术原位 (院内)分散处理方式表示关注。

目前，国际上应用较多的医疗废物处理方法首推高温焚烧法，而国内的高温焚烧技术还比较落后，非焚烧处理技术还处于刚刚起步的阶段。同时，关于持久性有机污染物 (POPs)的斯德哥尔摩公约［5］已于2004年11月11日对我国正式生效，该公约要求签约国减少二噁英等副产品的产生，并严格限制了各种二次污染物的排放量，这无疑是对我国医疗废物处理工作的严峻考验。

另外，2003年5月全球环境基金 (GEF)理事会批准了非焚烧技术示范全球项目第三阶段的工作选在中国［5］，这又是我国难得的机遇。国务院批复实施的《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》第二章技术要求中指出［17］:“小于10 t/d的医疗废物处置设施，也可以采用其他技术，但必须做到杀菌、灭活、毁形和无害化，防治二次污染。积极发展和鼓励其他新技术的发展和示范。”根据这一规定，非焚烧处理技术可以作为中国医疗废物的技术选择。

通过以上背景分析可知，在国内政策的支持、技术开发的投入、市场需求的增大以及国际资金与技术的援助下，我国医疗废物的处理技术与市场将迎来快速的发展阶段。

随着国家对环境保护工作的重视，对环境监管力度的加大，医疗废物安全处理工作必将更严格、更规范，相应的会产生两部分的医疗废物的处理工程市场:一种是医疗废物处理设备的大型化与集中处置(以焚烧技术为主)，这种技术一定程度上解决医疗废物的处置问题，但随环保标准的提高，现有处理设施需投资改造，集中处理的成本将会增加，增加的成本肯定转嫁到医院方，自负盈亏的医院将面临运营压力，可能产生拒绝处理现象，环境意识的提高和医疗废物的分类排出，医疗废物的产生趋势是总量减少，盲目实施集中大处理，将带来潜在的隐患，焚烧炉不能正常运行 (间歇运行)，这将无法保证尾气达标排放，同时也是一种资源的浪费;另一种是医疗废物处理设备的小型化与各大医院分散原位处理(以非焚烧技术为主)，在“谁污染谁治理”和“零排放”等环保理念下，医院方将自行处理医疗废物，这将推动占地面积少、全自动化、满足环保要求、节省投资和运行成本的小型化设备需求的增加;也促进非焚烧技术的研发与应用。

今后，国内外医疗废物处理市场的总体发展趋势特征为首先是集中处理和分布 (原位)处理的并存时期，之后医疗废物的非焚烧处理将成为主流处理技术。因此，当前我国应加强非焚烧处理技术的研究和装置开发，如催化燃烧技术、超临界水氧化法等应用技术研究。

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