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引言
医疗废物具有成分复杂、致病传染性强、水分含量高、热值变化幅度大、粒径不均匀、产量不稳定、物料性质多变、管理和治理难度大等特点。目前对其治理的主要方法有化学消毒、微波消毒、高温蒸汽灭菌和高温焚烧等4种，其中化学消毒、微波消毒、高温蒸汽灭菌方法的共同点是不产生酸性气体和二恶英污染物，但不适合处理病理性、药物性和化学性废物。焚烧法因具有适用范围广、减容减量效果显著、消毒灭菌彻底、焚烧污染控制标准完善、技术规范齐全等优点被广泛采用，已成为日本、美国、中国等诸多国家医疗废物处理的主要方法。2005年通过国家环保总局技术复核的22个医疗废物处置项目中有18个采用热解焚烧，2个采用回转窑焚烧，其余2个采用高温蒸汽灭菌。
在此针对福建某市医疗废物集中处置工程，采用AB型热解两次焚烧（3T控制）和烟气净化处理工艺进行设计。热解两次焚烧法曾在北京大兴医疗废物处理场成功处理千吨以上“非典”医疗废物，2004年为进一步提高处理规模和生产运营能力，通过技术改造采用2套AB型热解焚烧炉，单套处理能力为16t/d，至今运营效果良好。无锡市某固废处理场采用两套AB型热解焚烧炉，一期工程于2001年投入使用，处理能力为5t/d；二期工程于2004年投入使用，处理能力为20t/d；主要承担无锡市工业、医疗废物的焚烧处理任务，至今运行效果良好，投产运营合格率达95％以上。
1设计执行标准规范及技术要求
医疗废物焚烧处置设施的设计主要执行（HJ/T177-2005）《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术规范》、（GB19128-2003）《医疗废物焚烧炉技术要求（试行）》、（GB18484-2001）《危险废物焚烧污染控制标准》的要求。
2主要设计技术参数
(1)日处理医疗废物量:5t/d。
(2)医疗废物密度：135～150kg/m3。
(3)医疗废物平均热值：约10000kJ/kg。
(4)医疗废物平均含水率：约30%。
3焚烧炉性能指标
(1)进出料方式：机械连续进料，自动出渣。
(2)助燃点火方式:0#柴油燃烧机自动点火。
(3)控制方式：动态模糊技术DCS计算机集中和分段控制；PLC智能化仪表及计算机控制。
(4)焚烧炉渣有机质含量：＜0.1％。
(5)耗水：＜1.2m3/t。
(6）耗电：＜400（kW-h)/t。
(7)0＃轻柴油耗量：＜100L/t。
(8)消石灰耗量：＜30kg/t。
（9)活性炭粉耗量：＜2kg/t。
（10）次氯酸钠耗量：＜0.6kg/t。
（11)焚烧系统装机总容量：89.8kW。
（12）焚烧炉使用寿命：＞15a。
（13）燃烧效率：＞99.99％。
（14）焚毁去除率：＞99.99%。
(15）焚烧炉其它性能指标：主燃室烟气温度600～850℃；二次燃烧室烟气温度850～1100℃。烟气停留时间＞2s。炉渣热灼减率≤5%。焚烧炉出口烟气中含氧量6％～10%。
4焚烧处理工艺流程
焚烧工艺流程如图1所示。
图1焚烧工艺流程图
4.1工艺流程说明
4.1.1贮存及清洗消毒
由专用塑料袋包装的医疗废物运到贮存冷藏库，在5℃以下冷藏，最长存放时间为3d。为避免臭气外泄，贮存库采取全封闭、微负压设计，地面和1.2m高墙裙进行防渗处理，渗滤液由暗沟排入污水消毒处理池；贮存库内臭气由风机抽送到焚烧炉进行高温焚烧处理；贮存库设有事故排风扇2台（型号LFF6-4，N=1.5kW），当废气浓度超过限定值时自动进行通风排气，防止火灾爆炸事故的发生。
设计贮存冷藏库（13.0m×9.0m×4.9m）1间，制冷机房（6.0m×3.3m×4.9m）1间，冷藏库按照(GB50072-2001）《冷库设计规范》要求，配置MGM-160全封闭压缩机2台，DD-80冷风机4台，用电总功率N＝18kW。
设计清洗消毒间（13.0m×9.0m×4.9m）1间，作为周转箱、车间转运工具、运输车辆的清洗消毒及晾干。采取机械强制通风，配置LFF-5-4风机2台。
4.1.2自动进料系统
自动进料系统由装料装置、输送装置、提升机构、双闸炉门及故障排除、监视器组成，采用自动投料方式，通过计算机远程控制。
进料时，先由电动机构将炉闸门打开，再通过输送装置将废物投入焚烧炉内。为保证进料和焚烧炉运行过程的气密性，炉闸门为双层设置，两道闸板相互连锁控制，即进料过程始终有一道闸板处于关闭状态。进料完毕自动关闭双闸门。操作人员不直接接触医疗废物，进料过程清洁卫生安全。
4.1.3AB型热解焚烧炉设备系统
焚烧炉主体由2个并联的一次燃烧室（即A、B炉）、二次燃烧室以及辅燃系统组成。在二次燃烧室及A、B炉侧向各设置1台0＃柴油燃烧机。医疗废物由进料装置送入A炉，二次燃烧室先点火预热，待二次燃烧室温度达850℃时，A炉自动点火开始贫氧热解焚烧，A炉燃烧温度控制在600～850℃。为保证贫氧燃烧，必须使助燃空气量低于理论空气量，贫氧燃烧产生的废气中含有大量有害气体，应进入二次燃烧室在850～1100℃高温下进行富氧燃烧。
当A炉焚烧过程接近尾声时，B炉自动点火开始贫氧热解焚烧，这时A炉残余的可燃废气量加上B炉初始燃烧产生的废气量恰好使二次燃烧室温度维持在850～1100℃，即二次燃烧室始终保持在较为恒定的废气量和恒定的温度下富氧燃烧；二次燃烧室设有350角的空气进口及合理的容积，使可燃气体旋转燃烧，激烈湍流，烟气在1100℃停留时间＞2s，满足焚烧“3T”原则。燃烧温度曲线见图2。由图2可见，A、B炉焚烧温度曲线较为平稳。
图2燃烧温度曲线图
焚烧炉膛采用优质AL-80耐火砖非标预制成形，能适应焚烧温度高、波动范围大，耐高温烟气冲刷、耐腐蚀等工况条件。选择耐火材料耐温1500℃，耐压强度58MPa，厚度100mm。为了减少炉体的导热损失，在耐火砖与外壳之间填充厚度为100mm的绝热耐火纤维。
二燃室出口设置一根紧急排放烟囱，当焚烧炉正常运行时，该烟囱处于封闭状态；当故障发生时，气动装置立即将烟囱封盖打开，紧急排放高温烟气，避免布袋除尘器等后续净化系统遭受高温烟气的损坏。
辅助燃烧系统有空气供给系统和供油系统。空气供给系统由鼓风机和空压机组成。
鼓风机提供焚烧炉热解及焚烧过程所需的助燃空气，由一次风、二次风组成。一次风由风机，（N＝2.2kW）将贮存间臭气抽出送入一燃室，既可去除贮存间的臭气，维持贮存间的微负压，又有助于废物的贫氧热解气化；二次风由风机，(N＝7.5kW）将新鲜冷气送换热器预热后进入二燃室，既可使高温烟气降温回收余热达到节能目的，又有助于二燃室的富氧燃烧。
空压机（N＝5.5kW）把压缩空气送入布袋除尘器脉冲装置，用于卸除布袋积灰以及急冷除酸装置喷嘴等部件的吹扫清洁等用途。
供油系统由油箱、过滤器和燃烧机油泵组成。燃烧器为机电仪一体化设置，点火助燃过程可自动控制。型号：UX-40W，油耗：40L/h，工作压力：0.7MPa，功率：N＝0.4kW
4.2烟气净化处理系统
焚烧炉排放烟气温度高达850℃以上，烟气中污染物成分复杂，烟尘浓度在2000mg/Nm3以上，存在HCl、HF、SOx、NOx、粉尘、不完全燃烧物、重金属以及有机剧毒性污染物（如二恶英等），被破解的PCDFs还可能重新合成二恶英。因此，必须采取有效措施对烟气进行净化处理。
烟气净化处理系统是焚烧炉的重要组成部分，由烟气一次冷却（换热器）＋烟气二次急冷＋消石灰半干法中和除酸装置＋活性炭粉喷射吸附系统＋布袋除尘器以及引风机、烟囱等部件组成。
4.2.1酸性气体的净化
焚烧产生的酸性气体主要有HCl、HF、SOx和NOx。本工艺采用国家推荐的急冷＋半干法中和除酸＋活性炭吸附综合处理法，其最大特点是结合了“干法”与“湿法”的优点，构造简单，系统阻力小，能源消耗少，吸收液用量远较“湿法”低，净化效率比“干法”高，可避免“湿法”产生废水二次污染问题，操作温度高于气体饱和温度，尾气中不产生白雾状水蒸气团，可满足达标排放和清洁生产的要求。主要原理如下：
向高温烟气中喷入消石灰乳中和去除SO2、HCl等酸性烟气，并利用石灰乳中水分在高温下迅速蒸发吸收大量热量达到快速降温目的；消石灰乳与烟气中的酸性气体发生化学中和反应时，还可去除烟尘中约30%的重金属和烟尘颗粒物；烟气从650℃迅速降至200℃以下，以满足后续布袋除尘器的性能要求，防止二恶英在500～300℃敏感温度段的重新生成。采用急冷、中和除酸一体化方式，结构紧凑、高效节能。急冷、半干式中和除酸装置外形尺寸：φ4000mm×9000mm，装机总功率N＝22kW，阻力约800Pa。
单独使用消石灰乳时对酸性气体去除率达90%以上，再利用反应药剂在布袋除尘器滤布表面被覆进行二次反应时，对酸性气体的去除效率可达95%以上。
4.2.2二恶英、重金属和氮氧化物的净化措施
对二恶英采用活性炭吸附净化措施，可满足达标排放要求。活性炭比表面积大，吸附净化效率可达99%。此外，还要采取以下措施从源头上加以控制：
(1)选用合适的焚烧炉型，使医疗废物在焚烧炉内得以充分燃烧，配置在线自动监测仪，自动监测主要污染物浓度，作为燃烧控制的技术参数，自动调节送风量和燃烧器的运行，自动控制燃烧室的温度。
(2）控制二燃室温度不低于850℃、烟气停留时间≮2s，保持充分的湍流工况（3T控制），使二恶英彻底分解。
(3)对高温烟气采取急冷措施，使烟气从850℃快速冷却至200℃，控制烟气在500～300℃（二恶英易重新合成的温度敏感区间）的停留时间＜1s，减少二恶英重新合成的几率。
(4）选用优质高效的布袋除尘器，并在布袋除尘器前的烟道里喷入活性炭粉以进一步吸附去除二恶英、重金属和氮氧化物等污染物。
(5)宜选用能去除重金属功能的活性炭、多孔性吸附材料及相关设备，优先考虑通过焚烧过程对温度的控制，从源头上抑制氮氧化物有害气体的产生。
4.2.3除尘器的选择
烟尘净化首选袋式除尘器，它采用耐高温高品质材料制作滤袋，可高效地将烟气中残留的污染物去除。设有布袋除尘器旁路和热风循环系统，保持除尘器内温度高于烟气露点温度20～30℃。滤袋材质具备耐高温、耐高速气流冲刷、耐酸碱腐蚀和耐水解性能，阻燃性好。袋笼材质符合使用温度、防酸碱腐蚀等性能特点，采取外部保温措施。为提高对酸性气体、重金属及二恶英的去除率，使用特殊助剂对滤布表面进行被覆，以延长酸性气体与之接触时间和频率，增加吸附剂的分散与均匀性，避免滤布受到湿废气的影响而阻塞。当粉尘粒径在0.05μm以上时，除尘效率达99%以上。
布袋除尘器外形尺寸：2.5m×2.4m×6.7m，N=1.2kW，过滤通速1m/min，工作温度140～160℃，阻力约1500Pa。附配：自动出灰机构φ2430mm×1000mm，N＝2kW。
4.2.4排烟系统
排烟系统将净化达标烟气通过防腐引风机送往烟囱排放。烟气排放管道采取吸热膨胀及防腐、保温、气密性措施；烟气管道易积灰部位，设有清灰门；在引风机前装有自动调节风阀，风阀由自动控制系统根据炉内压力变化进行自动调节，使炉内操作压力保持在负压状态。
引风机风量的计算应考虑过剩空气条件下的湿烟气量、控制烟温用的补充空气量、往炉内喷水降温时蒸发的蒸汽量、烟气净化系统投入药剂或增湿引起的烟气量的附加量、引风机前漏入系统的空气量。引风机型号：CPE-710D，N＝15kW。
烟囱按国家（GB18484-2001）《危险废物焚烧污染控制标准》和（GB/T16157-1996）《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》的要求，设置永久采样孔，并安装用于采样和监测的附属设施。根据(GB18484-2001）标准取烟囱高度为35m，出口直径为600mm。烟囱设计时应考虑场地台风、雷电等不利气象条件的影响，避雷装置采用双回路。
4.2.5烟气在线监测系统
烟气在线监测系统按（HJ/T177-2005）《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术规范》要求配置，设有CO、SO、O2及烟尘浓度4种成分的测点，可实时在线监测烟气的排放状况，实现地区之间的联网，及时将烟气排放状况反馈到当地环保部门。
烟气黑度、氟化氢、氯化氢、二恶英、重金属及其化合物委托有资质的环境监测部门，每季度采样监测1次。二恶英采样检测频次不少于1次/a。
4.3炉渣和飞灰的处理
医疗废物焚烧处理的最终固体产物是炉渣和飞灰（含有有害物质，如重金属和二恶英类物质）、除尘器收集物。根据本项目15a平均焚烧量为5.34t/d，灰渣量约占医疗废物10%，年产生灰渣量约为149.16t。其中：飞灰为17t，约占灰渣量的11.4%，除尘器收集物主要为中和反应器和活性炭加入装置喷入的消石灰和活性炭污染物（飞灰）。每吨医废消耗消石灰和活性炭平均量分别为44.7、2.98kg，袋式除尘器的去除率为99.5%，则除尘器收集物约75.26t/a。
焚烧炉渣中的重金属离子的浸出毒性依据(GB5085.8-1996）《危险废物鉴别标准－浸出毒性鉴别》进行检测，均能达到标准要求，可运往生活垃圾处理场卫生填埋。
飞灰主要来源于焚烧过程对流时，受面部、尾部重力沉降和布袋振打沉降的飞灰与烟气净化系统中急冷、除酸装置、布袋除尘器、吸附二恶英的消石灰、活性炭等残余物，其主要成分包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸盐、钠盐、钾盐等，还有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金属元素及二恶英等污染物。飞灰处理系统采取机械除灰方式，设有避免飞灰外泄的密封设置，飞灰贮存装置外部采取保温、加热措施以防止灰分板结，在排灰口附近设置水雾除尘设施。飞灰属于危险废物，必须按照国家危险废物管理规定，送往有资质的危险废物处理场集中处置。
4.4废水处理系统
医疗废物按规定分类包装在防渗漏、防锐器穿透的专用包装袋中，绝大部分渗滤液随垃圾进入焚烧炉高温焚烧处理；急冷除酸装置喷淋水在600℃高温状况下以蒸汽的方式消耗。主要废水来自焚烧车间消毒冲洗水、生活污水以及初期雨水。正常生产期间污水产生量约15m3/d，初期雨水最大量为21m3／次，采用消毒和二级生化处理技术（具体设计从略），处理规模为50m3/d，废水排放执行（GB18466-2005）《医疗机构水污染物排放标准》；废水回用执行（GB/T18920-2002）《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》；污水处理系统产生的污泥送入焚烧炉高温焚烧处理。
4.5噪声控制
主要噪声源为鼓风机、引风机、空压机、水泵、燃烧机等，在设计中应选择高品质、低噪音的优质产品，同时采取减振隔声等措施防止噪声污染，执行（GB12348-90）《工业企业厂界噪声标准》。
医疗废物收集、运送、贮存、处置活动全过程符合《医疗废物管理条例》和（HJ/T177-2005）《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术规范》要求。
5治理效果
（1)大气污染物监测结果详见表1。
(2)废水处理排放监测结果详见表2。
(3）场界噪声实测值符合（GB12348-90）中1类标准；昼间≤55dB，夜间≤45dB。
4)炉渣运往生活垃圾处理场卫生填埋。
(5)飞灰（含烟气净化处理设施收集的各种残渣）按照国家危险废物管理规定，运往有资质的危险废物处置场集中处理。
6存在问题与建议
焚烧法与其它方法相比具有诸多突出的优点，但焚烧过程需要消耗柴油等能源，随着能源价格的上涨，焚烧成本和运行费用也相应增加；本设计采用AB型热解两次焚烧法比单炉热解两次焚烧法更为节能，但也相对增加操作控制的难度。建议今后应进一步加强操作控制系统智能化的研究，为该工艺提供更为全面的优化设计。
表1大气污染物排放监测结果
表2废水处理排放监测结果
7结语
（1)设计的AB型热解两次焚烧（3T控制）和烟气净化处理新技术可有效处理医疗废物，运行结果表明，该工艺技术合理可行，处理效果稳定可靠，可实现医疗废物的无害化处置，具有明显的社会、经济和环境效益。
(2）采用AB型热解两次焚烧法其工艺技术符合我国国情，投资和运行费用省，操作简单方便，设备安全可靠，自动化程度高，各项污染物排放指标均能达到国家排放标准要求，并可实现余热及废水回收利用，除害节能。
(3）工程实施过程对环保、卫生、安全、消防、环境监测等各项措施充分落实，可保证处置生产全过程不会对周围环境和操作人员造成不良影响，焚烧炉可实现连续稳定清洁高效的生产运营，焚烧处置设施投产运营合格率达95%以上，值得在实践中进一步推广应用。
（4）该工程项目于2004年列入《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》并于2005年通过相关部门的技术复核。
