北京市医疗废物典型可燃组分的物化特性研究

医疗废物，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。医疗废物中含有大量的病菌、病毒及化学药剂，是病源微生物富集和传播的媒介，对环境和人体能造成极大危害的废弃物，是一种典型的危险废物。尽管医疗废物产量相对于普通的生活垃圾产量要低得多，但是医疗废物的危害却是普通生活垃圾的上百倍乃至上千倍同时，随着人口和医疗机构的增加，医疗条件的改善，医疗废物的产生量也在逐年增加。因此，医疗废物的处理应重点从无害化程度、减容程度、安全、卫生、运行可靠等方面考虑。热处理法(包括焚烧、热解等)不仅可以完全地消灭有害病毒菌和分解有机毒物，而且还可以最大限度地焚毁和减少医疗废物的体积和数量，是目前最为有效地医疗废物处理技术[1]。通过调查或估算确定医疗废物的物理化学参数，可为探索城市医疗废物的无害化、减量化、资源化的途径提供技术支持，是医疗废物管理和处理处置计划、决策的首要步骤。
1北京市医疗废物可燃组分调查结果
近年来，由于医学科学的迅速发展，高、精、尖的诊疗仪器的广泛应用，以及一次性医疗用品的普及，医疗废物明显增多。据2006年中国卫生统计提要统计，2005年北京市有医疗机构75715个，医疗机构床位总数是79067张，年产生医疗废物1.6万t左右，相比2002年的1.4万t左右[2]，其年增长率为4.55%。
我们对北京市的几家医院的医疗废物组成和分类收集情况进行了调查。由于客观原因，对于病理性废物未在本次调查范围之内。玻璃等不可燃成分由于采用锐器收集盒单独收集，易实现与易燃组分的分离，因此，本试验只对医疗废物中的可燃组分进行了分类和重点调查。调查结果显示，医疗废物的主要成分中有机物占70%左右，医疗废物含水率为26%。其中，医疗废物中有机物可以分为以下7类：棉织类主要是沾污的布单、被套、床垫、废棉签、绷带和纱布等；纸类，主要是带血的卫生巾和纸等；木质类，主要是压舌板和棉签棒等；塑料类，主要是注射器、输液器、输液管、塑料输液瓶、塑料试管和导流管等；橡胶类，主要是医用乳胶手套等；化纤类主要是一次性口罩、一次性帽子、一次性床单和一次性被套等。
2医疗废物的物化特性实验
对医疗废物的物化特性进行深入试验研究，准确掌握医疗废物物化特性，对制定合理的医疗废物处理方案、确定适宜的处理方式、选用恰当的运行系统和设备具有重要的指导作用。
医疗废物需测定的参数有：工业分析参数包括水分、灰分、挥发分和固定碳；元素分析包括碳、氢、氮、氧和硫等；医疗废物的热值；工业分析参数、元素分析参数及医疗废物的热值[3]。
2.1医疗废物的工业分析实验
2.1.1实验样品和样品处理
根据调查结果，选取了几种能代表医疗废物典型可燃组分的物品，对它们进行了工业分析。其中用面巾纸代表纸类，医用纱布和医用脱脂棉分别代表纱布类和医用脱脂棉类，医用棉签棒代表木质类聚丙烯代表塑料类，医用乳胶手套代表橡胶类，医用一次性口罩代表化纤类。试验中将面巾纸、医用纱布和医用脱脂棉、医用棉签棒、医用一次性口罩先剪成3mm左右的小块，再用万能粉碎机粉碎到01mm以下；聚丙烯、医用乳胶手套则剪成2mm左右的小块。并将各种物品于50℃下在鼓风干燥箱中干燥2h制成样品的空气干燥基。
2.1.2实验设备及实验方法
采用光学读数分析天平(精度为0.0001g)完成各组分重量分析；采用鼓风干燥箱和马弗炉完成对水分、灰分、挥发分和固定碳的测定。
目前，对于固体废物的工业分析，我国尚无出台具体的分析方法标准，大家对于固体废物的工业分析一般参考煤的工业分析方法标准。分析表明这种参考是可取的，并且(GB/T212-2001)《煤的工业分析方法》也符合(CJ/T3039-1995)《城市生活垃圾采样和物理分析方法》中对垃圾物理成分和物理性质分析的规定。故本实验以(GB/T212-2001)《煤的工业分析方法》为实验参考标准。采用样品的空气干燥基作为分析基准。空气干燥基是指以去掉外水的物质作为100%的成分。分别以Mad、Aad、Vad和Fcad表示空气干燥基样品中水分、灰分、挥发分和固定碳。则有：

工业分析实验中所遵循的原理为热解重量法，即根据样品中各组分的不同物理化学性质控制不同的温度和时间，使其中的某种组分发生分解或完全燃烧，并以失去的重量占原试样重量的百分比作为该组分的重量百分含量。
实验中，对样品空气干燥基中的水分的测定方法是，将样品置于105～110℃的鼓风干燥箱中干燥至恒重，再称重计算；对样品的灰分的分析采用慢速灰化法，即将样品送入温度不超过100℃的马弗炉中，关上炉门并使炉门留有15mm左右的缝隙，在不少于30min的时间内将炉温缓慢升至约500℃，并在此温度下保持30min，继续升到(815±10)℃，并在此温度下灼烧1h，冷却称重；而对于挥发分的分析，采取将样品放入带盖的瓷坩埚中，置于(900±10)℃的马弗炉中隔绝空气加热7min，冷却后称重，以失重减去水分即为挥发分重量。

上述各组分的计算式为：
水分：Mad=(失重/样品重)×100
灰分：Aad=(灰重/样品重)×100
挥发分：Vad=(失重/样品重)×100-Mad
2.1.3实验结果
医疗废物典型可燃组分的工业分析的结果如表1所示。
2.2医疗废物的元素分析实验
2.2.1实验仪器
医疗废物典型可燃组分元素分析中的碳、氢和氮3种元素的分析用CE440型元素分析仪分析，硫元素用5E28SII型电脑测硫仪分析。氧元素的质量百分数由式：
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100计算得到。
2.2.2实验结果
医疗废物典型可燃组分的元素分析的结果如表2所示。
表1医疗废物典型可燃组分的工业分析(空气干燥基)

注：计算结果采取小数点后2位数；其中“-”表示无
表2医疗废物典型可燃组分的元素分析(空气干燥基)

注：计算结果采取小数点后两位数；其中“-”表示无
2.3医疗废物发热量的测定
医疗废物典型可燃组分的高位发热值的分析方法采用(CJ/T303921995)《城市生活垃圾采样和物理分析方法》中规定的氧弹法。测定仪器采用Parr1281型氧弹量热仪。根据下列公式计算各组分样品的低位热值[4]：

计算各组分样品的空干基低位热值结果如表3所示。
表3医疗废物典型可燃组分的空气干燥基低位热值(单位: kJ /kg)

注：计算结果采取小数点后两位数
3实验结果分析
3.1内部水分
从表1可以看出，医疗废物典型可燃组分的内水含量很少，都低于3%。棉制品及木质医疗用品水分含量在2%左右，而塑料制品及橡胶、化纤类医疗用品则几乎不含水分。
3.2灰分
从表1可以看出，医疗废物典型可燃组分的灰分含量都很少，大部分物质的灰分含量都不高于0.50%，即使含量最高的橡胶类也只有4.08%。这说明医疗废物中典型可燃物质经过热处理后只会产生很少量的灰渣，可以达到很好的减容效果。同时，医疗废物中典型可燃物质的低灰分特性又大大减小了热处理后续处理的工作量。
3.3挥发分
表1中实验样品的挥发分均大于85%，特别是塑料类的挥发分含量几乎为100%，远远高于一般的燃料煤(10%～30%)。这表明医疗废物典型可燃组分具有高挥发分的显著特点。挥发分是热值的重要来源，挥发分越高，物质在热解时，产气量越大，热值越高，越有利于热解反应的进行。
3.4固定碳
医疗废物典型可燃组分的固定碳含量很低，其中医用棉签棒中固定碳的含量最高，为10.67%；其次为医用脱脂棉及医用纱布等棉制品类；而塑料类及橡胶类医疗用品中几乎不含有固定碳。这些少量的固定碳的存在也为反应的进行提供了一部分热量。
3.5热值
医疗废物中有机组分的空干基低位热值都很高。棉制品、纤维素制品的空干基低位热值都在15000kJ/kg左右，塑料制品和乳胶、一次性口罩的空干基低位热值则都高达40000kJ/kg左右。医疗废物典型组分高热值的特性是能对其采用热处理的重要保证。
3.6元素组成
通过对元素组成的分析，将医疗废物典型可燃组分可以分为2大类：第1类低碳元素含量物质，主要包括医用脱脂棉、医用纱布、棒面巾和纸医用棉签等棉制品和木制品。它们在元素组成上相似，碳、氢和氧3元素含量分别都在43%、6%和47%左右；第2类高碳元素含量物质，主要包括医用一次性口罩、聚丙烯和医用乳胶手套，它们的碳、氢和氧3元素含量分别都在84%、12%和2%左右。在医疗废物典型可燃组分中，第1类物质质量百分含量为38.53%，第2类为61.47%。
同时，从表2和表3的分析结果可以看出，2类物质的热值差异较大。低碳元素含量物质中碳元素、氢元素含量低氧元素含量高物质热值低高碳元素含量物质，碳元素、氢元素含量高，氧元素含量低，热值高。
医疗废物典型可燃组分的这种分类，对于分类研究医疗废物的热处理特性具有重要的指导意义。
4结论和建议
通过对北京市医疗废物典型可燃组分的物化特性分析，发现医疗废物典型可燃组分中灰分含量低、挥发分含量高、热值高，其中，塑料、橡胶、化纤等高热值、高挥发分含量组分占医疗废物典型可燃组分的61.47%。而北京市医疗废物中可燃组分占整个医疗废物的比例又高达70%[5]，可见北京市医疗废物特别适合用热处理方法来处理。医疗废物热解处置技术有许多优点，尤其在控制二恶英等二次污染物方面有明显的优势，是热处理方法中的首选[6]。
由于篇幅所限，作者在随后将对热解处理技术应用于医疗废物处理做进一步研究。
参考文献
[1]盛宏至.医疗废物高温热处理技术.中国环保产业，2004，(增刊)：64～69
[2]吴舜泽，孙宁，周丰，等.中国医疗废物管理处置现状与对策.环境保护，2005，(1)：36～38
[3]赵由才，张全，蒲敏主编.医疗废物管理与污染控制技术.北京：化学工业出版社，2005