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醫(yī)療廢物焚燒煙氣中酸性氣體來源及形成機理

文檔作者：林志東文檔來源：廣東生活環(huán)境無害化處理中		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月31日
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2014年第9期(總第108期)
缸ijl與予釷
ENERGY AN0 ENERGY CONSERVATION 2014年9月
醫(yī)療廢物焚燒煙氣中酸性氣體來源及形成機理
林志東
(廣東生活環(huán)境無害化處理中心，廣東廣州510405)
摘要： 中國對醫(yī)療廢物采取焚燒處理的方式比較普遍，主要從醫(yī)療廢物成分方面著手，討論了醫(yī)療廢物的特點和處
置現(xiàn)狀，分析了焚燒煙氣里面污染物的來源，并著重對污染物中酸性氣體產生機理、危害及其處理技術作了重點分析，
希望能夠為同行提供一些參考。
關鍵詞： 醫(yī)療廢物；焚燒；酸性氣體
中圖分類號：TE992．3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095—0802-(2014)09—0093-04
Sources and Formation Mechanism of the Acidic Gases in Incineration Flue Gas of Medical
Waste
．LINZhi-dong
(Guangdong Living Environmental Harmless Treatment Center，Guangzhou 51 0405。Guangdong，China)
Abstract：It is relatively common to dispose the medical waste by takmg incineration in China．Discusses the characteristics and
disposal status of the medical waste mainly from the composition of medical waste，the sources of the disposal of the pollutants in
incineration flue gas are analyzed，and the formation mechanism，hazards and disposal techniques of the acidic gases in the
pollutants are mainly are analyzed emphatically，hoping to provide some reference for the peer．
Key words：medical waste；incineration；acidic gases
0引言1醫(yī)療廢物的特點和處置現(xiàn)狀
醫(yī)療廢物是指在醫(yī)療活動和疾病預防過程中產生
的廢棄物。各類醫(yī)療衛(wèi)生機構在進行醫(yī)療教學，科研
和相關活動時，都會直接或間接產生一些醫(yī)療廢物。
醫(yī)療廢物里面含有大量的病毒和細菌，是一種具有感
染性的危險廢物，處置不當將對人類健康和生態(tài)環(huán)境
造成很大的危害。中國早在i998年就將這類醫(yī)療廢物
列入《國家危險廢物名錄》當中。這些有毒有害的醫(yī)
療廢物具有感染性、毒性和腐蝕性。在2003年“SARS”
疫情之后，國家制訂了《醫(yī)療廢物管理條例》，在全
國布點規(guī)劃建設了300多家醫(yī)療廢物集中處置設施，
至今已大部分投產運行。
采取焚燒的方法能夠有效安全處置這些醫(yī)療廢
物，但是焚燒過程中會產生煙氣，其中含有大量的有
毒有害污染物，如：二嗯英、煙塵、重金屬和各種酸
性氣體等，需在排放前進行凈化處理，才能降低對環(huán)
境的影響。
收稿日期：2014—06—20
作者簡介：林志東，1967年生，男，廣東蕉嶺人，1990年畢業(yè)
于廣州暨南大學理工學院環(huán)境生物學專業(yè)，環(huán)保工程師。
-■
醫(yī)療廢物的產生和來源決定了其組分具有與其它
一般生活垃圾不同的特點。
根據(jù)對2012年5月對廣州市醫(yī)療廢物的分類統(tǒng)計，
其組分構成如表l。
表1 醫(yī)療廢物的組分統(tǒng)計表
有機質類(包括紗布、紙塑料、橡膠類、
組分廢玻璃廢金屬
質、生物質、纖維、藥物等) 高分子材料等
占比
60 25 12 3
％
醫(yī)療廢物中的組分比生活垃圾復雜，其中塑料
(PVC)占比遠高于一般生活垃圾。此外，醫(yī)療廢物中
還有大量的含氯消毒劑。醫(yī)療廢物樣品的主要成分和
元素分析見表2剛。
現(xiàn)階段中國醫(yī)療廢物處置技術主要有以下幾類：
a)采用高溫處理，有焚燒法、進行熱解和氣化的
方法。近年來，雖然其它的非焚燒處置技術不斷發(fā)展
應用，但焚燒法仍以可靠的“無害化、減量化”優(yōu)勢
占據(jù)主要地位，全國約有70％左右的醫(yī)療廢物集中處
置設施采用這類技術；
·93·
萬方數(shù)據(jù)
2014年第9期鈺；夏占予鏈2014年9月
表2醫(yī)療廢物樣品的主要成分和元素分析
元素分析
類別序號樣品主要成分
C H 0 N S Cl Si
l 輸液管聚氯乙烯50．87％ 7．06％ 7．56％ NA 0．46％ 34．35％
塑料類2 尿樣盒聚氯乙烯42．81％ 5．95％ 3．12％ NA 0．73％ 47．39％
3 一次性手套低密度聚乙烯86．19％ 13．41％ 0．40 NA NA
4 醫(yī)用手術手套天然橡膠86．06％ 10．27％ 2．04％ 0．42％ 1．04％ 0．17％
橡膠類
5 導尿管天然橡膠和輕質碳酸鈣43．86％ 5．79％ 48．45％ 0．35％ 1．23％ 0．32％
6 棉簽棍纖維素、半纖維素、木質素46．26％ 6．43％ 47．09％ NA 0．22％
生物7 衛(wèi)生紙纖維素、半纖維素、木質素41．63％ 5．7l％ 52．35％ NA 0．31％
質類8 紗布纖維素、半纖維素、木質素42．51．％ 6．35％ 51．01％ NA O．13％
9 脫脂棉纖維素、半纖維素、木質素42．90％ 6．69％ 50．19％ NA 0．22％
蛋白質類10 縫合線膠原蛋白43．16％ 7．60％ 34．85％ 13．59％ O．80％
合成纖維類11 敷料內芯聚乙烯醇54．50％ 5．18％ 40．16％ NA 0．16％
12 醫(yī)療紗布天然橡膠、陶土、中藥、織物
混合類
13 敷料光面紙、合成纖維、棉紗、止血藥物
藥物類14 銀翹解毒片金銀花、連翹、牛蒡子、桔梗、甘草等
b)替代型處理的方法，對廢物進行化學消毒，高
溫高壓蒸汽進行滅菌，干熱進行滅菌，微波處理和安
全填埋法等。這類技術約占25％左右；
C)其它處置技術，如等離子體的技術、放射技術
等，有部分小型集中處置設施采用這類技術，約占5％
左右。
總體而言，焚燒處置技術仍然是現(xiàn)階段中國普遍
采用的主要處置技術。
2醫(yī)療廢物焚燒處置技術
2．1 醫(yī)療廢物焚燒系統(tǒng)
醫(yī)療廢物焚燒處置設施一般包括：進料系統(tǒng)、焚
燒爐、燃燒空氣系統(tǒng)、輔助燃燒裝置、余熱利用系
統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)、儀表與自動控制
系統(tǒng)、應急處理系統(tǒng)及配套設備等部分組成。
焚燒爐系統(tǒng)是整個處置技術的核心，其結構是由
—燃燒室和二燃燒室兩部分組成的。a)燃燒室是燃燒或
熱解作用；b)燃燒室能夠有效實現(xiàn)完全燃燒，要求控
制二燃燒室的煙氣溫度≥850℃，停留時間≥2．0 s。
煙氣凈化處理系統(tǒng)一般應包括以下幾個工藝：急
冷、除酸、吸附和除塵。
其它部分均為這兩系統(tǒng)服務的配套設施。
2．2醫(yī)療廢物焚燒所產生的污染物及其控制技術
2．2．1煙塵
焚燒過程中產生的煙霧和飛灰顆粒物統(tǒng)稱為煙塵。
煙霧一般指焚燒時產生的可見固體顆粒氣溶膠，
它是熔融物質揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質的冷凝物。飛灰
指隨燃燒過程產生的煙氣中排出分散得較細的灰分。
在醫(yī)療廢物焚燒處置系統(tǒng)中，煙塵的去除主要通過布
·94·
袋除塵器過濾實現(xiàn)。
2．2．2酸性氣體
酸性氣體包括HCl、HF、硫氧化物、氮氧化物和
CO等其它的酸性氣態(tài)污染物。
HCI、HF、硫氧化物是由含CI、F、S元素的廢物
在高溫分解時釋放出的氣體。
氮氧化物是垃圾焚燒過程中的N。和O：發(fā)生氧化反
應，另外含氮有機物的燃燒也可以生成NO，。
CO是由于生活垃圾中有機可燃物不完全燃燒產
生的。
酸陛氣體的凈化去除工藝有干法、濕法、半干法
(SDA)等多種形式。通常采用燒堿、生(熟)石灰等
作為吸收劑，可以除去大部分酸。氮氧化物的去除則
多采用SNCR(selective non—catalytic reduction)選擇
性非催化還原脫硝技術來實現(xiàn)。
2．2．3二嗯英類毒性有機物
二嗯英(DIOXIN)8PPoly Chlorinated Dibenzo—P—
Dioxins，縮寫成PCDDs，其化學結構由一個氧原子連
接的稱為多氯二苯并呋喃(PCDFs)，由兩個氧原子連
接的稱為多氯二苯并二嗯英(PCDFs)，由于每個苯環(huán)
上可以取代1個～4個氯原子，所以總共有135種PCDFs
和75種PC—DDs異構體。這兩類統(tǒng)稱為二嗯英(dioxins)
類物質【2】。
在焚燒過程中，二嗯英主要是未完全燃燒的煙氣
中苯環(huán)和cl。1參與下，在一定溫度條件下產生的，主
要存在于飛灰和煙氣中。降低二嗯英排放的主要途徑
是通過燃燒和凈化處置過程的工藝控制，切斷其生成條
件來實現(xiàn)。另外通過活性炭吸附和布袋除塵器的收集工
藝，也可以有效地降低煙氣中二嗯英的排放。
萬方數(shù)據(jù)
2014年第9期林志東：醫(yī)療廢物焚燒煙氣中酸性氣體來源及形成機理2014年9月
2．2．4重金屬
醫(yī)療廢物進行焚燒時，煙氣中還會有一些重金屬
物質存在，包括Hg、As、Cr、Ni、Pb等重金屬物質。
它們主要以各種氧化物和鹽類的形式存在于煙氣、飛
灰中，通過洗滌、吸附和布袋過濾等多種控制技術可
以將其有效地收集下來。
3焚燒煙氣中酸性氣體的形成機理及其危害
3．1 HCl
隨著醫(yī)療活動中一次性醫(yī)療器械(用品)的使用
范圍不斷擴大，在醫(yī)療廢物中PVC塑料等含氯有機材
料的比重也越來越大，醫(yī)療廢物中還有大量的各種含
氯消毒劑、無機氯鹽等，在焚燒過程中都會產生大量
的HCl。
a)塑料PVC、橡膠、皮革等含氯有機物，在高溫
燃燒下充分燃燒時，其中的C1可以全部轉化為HCIm，
其反應式如下：
CIlHmCl巾口O廠睹C02 T+YCO T+ZH20 T+WHCI t
PVC的降解過程主要分為兩個階段。
第一階段是大分子脫除HCl分子形成共軛烯烴的
過程，這個階段主要發(fā)生在200 oC～340 oC的溫度范
圍，幾乎全部的HCl都在這時溢出；
第二階段才是碳碳雙鍵斷裂的分解過程，溫度范
圍發(fā)生在400 oC一500 oC之間。
PVC焚燒時不僅能為HCI的生成提供C1，還有充足
的H，Cl_在高溫下快速地與H+結合生成HCI，幾乎全
部的C1均轉化為HCI釋放；
b)含氯消毒劑，女nclo：、次氯酸鈉(NaOCI)、二氯
異氰尿酸鈉(C3N，0，C12Na)、三氯異氰尿酸(C3N30，c13)
等，分解成HCIO等不穩(wěn)定介質，遇熱與其它物質反應
產生HCl，其反應式如下：
6C102+3H20=5HCl03+HCl T
NaCIO+HzO—'HClO+NaOH
C303N3C12Na+2H20—+(C3H2N2N—03)+2HCIO+(Na+)
HCl0--*[O]+HCl 1I；
c)無機鹽類氯化物NaCI、MgCl：等與其它物質反
應，生成HCl，其反應式如下：
4NaCI+2S02+02+2H20---,2Na2S04+4HCl T
SiC 14+2H20=Si02+4HCI t
HCl氣體本身無腐蝕性，但它溶于水，遇到煙氣
中的水霧后具有強腐蝕性，特別是煙氣結露時，對設
備會造成嚴重損傷。
HClX寸人體的危害，能夠腐蝕人們的皮膚和粘膜，
導致人們的聲音出現(xiàn)嘶啞，鼻粘膜出現(xiàn)潰瘍，肺水腫等
一系列不良現(xiàn)象，嚴重時甚至會使人死亡。
3．2 HF
煙氣中的HF，作為酸性氣體含量的一個組成部
分，在醫(yī)療廢物進行焚燒時產生，氟化物主要由含氟
塑料燃燒分解產生。F與Cl是同族元素，性質也相似，
其生成機理與HCl基本相同。HF的含量主要取決于廢
物中F的含量。
HF是劇毒物質，對人體十分有害。主要通過呼吸
道吸人，這樣就能夠引起F中毒，使得人們的皮膚和
粘膜都會受到刺激，出現(xiàn)一系列不良癥狀，這樣的病
變，嚴重時能夠致人死亡。在空氣中存在過量的HF會
對動物和植物造成一定的傷害，并腐蝕建筑物MI。
3．3硫氧化物
醫(yī)療廢物中的S通常以有機化合物的形式存在，
也有部分是以硫酸鹽或硫化物的形式存在，SO：由含
硫化合物焚燒時氧化產生。在醫(yī)療廢物焚燒的過程
中，燃燒性S轉化為Sq的轉化率為100％。800℃以上
時，SO：是穩(wěn)定的化學形態(tài)；300℃以下時，SO，的
95％以上為二氧化硫(s09形態(tài)存在于煙氣當中。
有機硫和硫化物發(fā)生反應，也會釋放出S0：，其
反應式如下：
H2S04+NaS03=NaS04+H20+S02 t
當空氣中SO：的濃度只有l(wèi) ms／m3時，人們就會有
一種壓迫感。SO對人體的影響主要是對人們的呼吸道
產生一定的刺激，還能使人體的細胞發(fā)生突變作用，對
細胞生長和代謝有一定的抑制作用。在大氣中的SO：可
以形成酸雨，對我們的生活環(huán)境造成危害，及建筑金屬
結構的腐蝕等危害。
3．4氮氧化物
氮氧化物主要是在焚燒煙氣中氮分解出現(xiàn)轉化及
醫(yī)療廢物焚燒而產生的物質。NO危括N20、NO、NO：、
N20，、N20，、N：O。等。其形成機理有兩大方式：
a)外界空氣中的N：在燃燒過程中經過化學反應生
成N晚；
b)廢物中的含氮有機物在燃燒過程中生成N啦。
在燃燒過程中，NO』￡成模式有三種：
a)熱力型NO，。由空氣中N在高溫(1 400 oC以
上)下氧化產生；
3N02+HID_+2HN03+NO
當溫度高于1 500℃時，熱氮產量就會迅速增加；
b)快速型N晚。由于廢物揮發(fā)物中碳氫化合物高
溫分解生成的CH自由基和空氣中N：反應生成HCN和
N，再進一步與O—怍用以極快的速度生成NO；；
c)燃料型Nq，是由廢物中雜環(huán)含氮有機物在高
溫條件下發(fā)生熱分解，并和0結合，氧化生成的NO，。
特點是中間有HCN和NH，形成，它們對NO，生成的總濃
度起著重要作用圈。
通過控制燃燒參數(shù)可以有效控制NO，的排放。
在煙氣處理系統(tǒng)中，NQ的去除技術主要有：催
化還原技術、氨還原技術和煙氣再循環(huán)技術等。
·95·
萬方數(shù)據(jù)
2014年第9期紅；夏與芋釷2014年9月
氮氧化物是一種刺激性氣體，其毒性比較強，刺
激上呼吸道，還能夠使低血紅蛋白轉變成高鐵血紅蛋
白，導致組織出現(xiàn)缺氧，呼吸困難的現(xiàn)象。氮氧化物
對植物也能夠產生有害作用，能抑制植物生長，還對
許多金屬有腐蝕作用。
3．5 CO
CO是含碳燃料燃燒過程中生成的一種中間產物，
最初存在于燃料中的所有碳都將形成CO。
醫(yī)療廢物包含大量的有機質類碳氫化合物，廢物
進入焚燒爐后，當爐溫上升到500 oC～600℃左右，
在高溫輻射作用下，開始進行化學分解，其中部分高
分子烴類和CO等可燃物揮發(fā)出來，它們是燃燒過程中
生成的重要污染物。
CO的形成和破壞過程都是受化學反應動力學機理
所控制，是碳氫燃料燃燒過程中基本反應之一，它的
生成機理為：
RH—+R_RO廠'RCHo斗RCo_+CO
R為碳氫自由基團。反應中的RCO原子團主要通
過熱分解生成CO，也可以氧化碳氫基團R后生成CO。
燃燒過程中CO氧化成CO：的速率要比CO生成速率低，
因此在碳氫化物火焰中CO的基本氧化反應為：
CO+OH--}C02+H2
研究表明，碳氫燃料和空氣的預混燃燒火焰中，
由于CO的生成速率很快，在火焰區(qū)CO濃度迅速上升
到最大值，該最大值通常比反應混合物在絕熱燃燒時
的平衡值要高，隨后CO濃度緩慢地下降到平衡值。因
此，從燃燒設備的排氣中檢測的CO含量要比在燃燒室
中最大值低，但明顯地大于排氣狀態(tài)下的平衡值。這
表明化學反應動力學控制著CO的生成和破壞。CO是
不完全燃燒的產物之一。若能組織良好的燃燒過程，
即具備充足的O：、充分的混合、足夠高的溫度和較長
的滯留時間，中間產物CO最終會燃燒完畢，生成CO：
或H20。因此，控制CO的排放不是企圖抑制它的形
成，而是努力使之完全燃燒。CO通常用來監(jiān)測爐內的
燃燒狀況，其值越小，燃燒越完全。
CO對人體具有很大的危害。當空氣中的溶度達到
200 m咖，時，在2 h～3 h后，人們就會出現(xiàn)輕微頭
痛和乏力。通過呼吸道吸人CO，然后通過肺泡進入到
血液當中，與攜氧血紅蛋白形成一種穩(wěn)定的復合物，
這時就會使人體的身體缺氧，嚴重時能夠使人死亡。
CO還能夠影響人們的神經系統(tǒng)，對人們的心血管系統(tǒng)
造成不良影響。
4結語
目前，在醫(yī)療廢物的處理問題上面，采用焚燒處
置技術能夠起到很好的效果。焚燒過程中會產生大量
的有毒有害物質，酸性氣體是其中之一。通過對煙氣
中各類酸性氣體產生的機理分析研究，弄清其來源和
生成過程，有助于選擇相應的、有效的工藝技術來去
除這些污染物。
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(責任編輯：劉倩倩)
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(上接48頁)
設備，要有明確具體的檢修說明及審批方案；j)對設
備檢修，明確檢驗標準和驗收規(guī)范、標準，且做好檢
修后設備的試運工作；k)在有條件的情況下，應對出
線開關跳閘后機組轉孤網(wǎng)運行的轉換方式及孤網(wǎng)運行
的能力進行試驗，以便確定是否可避免因系統(tǒng)故障而
造成全廠停電的事故發(fā)生；1)各專業(yè)舉一反三，完善
全廠停電事故預案且組織運行人員認真學習，加強事
故預想和反事故演習，提高事故處理的能力。
5結語
針對江蘇國信鹽城生物質發(fā)電有限公司兩機兩
爐、2條出線同桿架設送至110 kV黃尖變，通過747黃
尖線至射陽港電廠220 kV系統(tǒng)上網(wǎng)的運行方式來說，
·96·
因系統(tǒng)故障帶來的全廠廠用電中斷的電網(wǎng)事故是不可
避免的，江蘇國信鹽城生物質發(fā)電有限公司也正在積
極與調度部門溝通，要求盡快查明故障原因，給予解
決方案或完善系統(tǒng)運行方式。同時江蘇國信鹽城生物
質發(fā)電有限公司也在考慮出線同時故障時，能否做到
孤網(wǎng)運行，保住廠用電[31。
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(責任編輯：高志鳳)

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