1.3.1 国外医疗废物处置技术及发展

1.3.1 国外医疗废物处置技术及发展

医疗废物处置技术类型相当宽泛,国外一些机构根据医疗废物处置技术实现医疗废物无害化的机理,将其分为热处理技术、化学处理技术、辐射处理技术以及生物处理技术。但是医疗废物处置技术从总体上可以分为焚烧和非焚烧两大类。

1.3.1.1 医疗废物焚烧处置技术发展

焚烧处置技术一般是把医疗废物送入焚烧室,在高温火焰作用下,医疗废物经过干燥、气化、焚烧三个阶段,使其分解为气体和残渣,并对最终排放的烟气和残渣进行必要的无害化处理。由于焚烧温度高(高于850℃),医疗废物中的有害物质及病菌被完全破坏或消灭,所以焚烧是一种彻底的医疗废物处理方法。焚烧处置技术具有减容减量大、消毒灭菌效果好、稳定安全等优点。在各种焚烧技术中,根据其不同的工作原理和燃烧方式可分为小型单燃烧室焚烧炉、机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉、控气式焚烧炉(CAO)、两段式热解气化焚烧(批式)、立式热解气化焚烧炉、电弧炉法等,或组合技术。按焚烧方式来分,有过氧燃烧方式、热解气化方式等。国内很多学者认为热解气化焚烧是较为适合中国医疗废物处理现状的一种焚烧处理技术,原因在于:

(1)医疗废物在温度为450~600℃的条件下进行热解气化生成易燃烧的可燃气体和裂解焦,然后可燃气体和裂解焦再进入焚烧室进行充分焚烧,焚烧室产生的热量又用于热解炉热解新的垃圾,将热解和焚烧融于一体,有利于焚烧的稳定运行;

(2)热解法是在缺氧和除去氯等酸性气体条件下进行的,可大大抑制二噁英的生成;

(3)热解焚烧法所需的空气系数较小,产生的烟气量大大减少,所需的烟气净化装置也较小,总体费用比常规焚烧法小,可以用于我国的大多数地区。

焚烧处置技术按炉型分有回转窑式、往复炉排炉、链条炉、立式旋转炉等。目前,国内应用较多的炉型包括固定炉床焚烧炉、机械炉排焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉、流化床焚烧炉、分段燃烧焚烧炉等;国外应用最为广泛的为控气式焚烧炉。

医疗废物焚烧设施通常由危险废物进料系统、焚烧系统、烟气净化系统、残渣处理系统等构成。不同的医疗废物处置设施所采取的废物准备和供给、废物焚烧以及空气污染控制设施会有所不同。因此,医疗废物焚烧处置技术呈现出多种不同形式的组合。焚烧技术因其所具有的适用范围广、处置彻底等优点,是世界上应用最广泛、历史最长、最为成熟的医疗废物处置技术。焚烧技术是世界各国最常用的处置技术,其应用已有一百多年的历史,焚烧法能彻底消灭废物中的细菌病毒,无害化程度彻底,残渣性能稳定,且处理后的废物不可辨认,减容减量比较大,具有占地小、投资省、处理彻底等优点,因此曾一度得到广泛的应用。

医疗废物焚烧处置技术缺点主要表现在成本高,空气污染严重,易产生二噁英、多环芳香族化合物、多氯联苯等剧毒物及氯化氢、氟化氢和二氧化硫等有害气体,需要配置完善的尾气净化系统,残渣和飞灰具有危害性。

1.3.1.2 医疗废物非焚烧处理技术发展

医疗废物非焚烧技术是指低温热处理技术、化学处理技术、辐射处理技术以及生物处理技术。低热处理技术一般指湿热(蒸汽)处置和干热处置技术,湿热处理的热媒既可直接借助高温饱和蒸汽,又可间接通过微波产生蒸汽。但是,医疗废物非焚烧处理技术习惯于根据其工艺进行划分,如高温蒸汽、微波、化学消毒、电子辐照、生物处理等不同类型的处理处置技术。从目前国际通用的非焚烧处理技术来看,高温蒸汽、微波、化学三种处置技术是应用最为广泛的非焚烧处理技术。

1)医疗废物高温蒸汽处理技术

该技术是将医疗废物置于金属压力容器(高压釜,有足够的耐压强度)中,并以一定的方式利用过热的蒸汽杀灭其中致病微生物的过程。蒸汽需要与医疗废物进行直接的充分接触,在一定的温度(130~190℃)和压强(100~500 kPa)下持续一段时间从而保证医疗废物中存在的病原微生物被杀灭。其灭菌效果主要取决于温度、蒸汽接触时间和蒸汽的穿透程度。而这些因素与医疗废物的种类、包装、密度以及装载负荷等因素有关。其优点在于需求的空间较小;工艺设备简单;操作方便,无须对操作人员进行特殊训练;灭菌迅速彻底。其缺点在于灭菌效果受到废物表面与蒸汽接触程度、蒸汽温度压力的高低、操作人员的技术水平等诸多方面的影响;对包装物要求较高,往往需要特殊的包装物并经过特殊处理;处理过程中易产生有毒的挥发性的有机化合物和有毒的废液,存在臭味和排水等环境问题;不适用于处理病理废弃物、液态废弃物、手术切割物、挥发性化学物质。

2)医疗废物高温干热处理技术

该技术是将医疗废物碾磨后,暴露在负压高温环境下并停留一定的时间,一般温度在160~200℃,处理时间为20~30 min,利用传导程序使热量高效传导至须处理的医疗废物中,使其所带致病微生物发生蛋白质变性和凝固,进而导致医疗废物中的致病微生物死亡,使医疗废物无害化,达到安全处置的目的。高温干热处理设施的系统配置应包括进料单元、破碎单元、高温干热处理单元、出料单元、加热单元、自动控制单元、废气处理单元和废水/废液处理单元等。就污染物排放而言,该技术具有良好的比较优势,产生的VOCs、恶臭相对较少。在适用范围上与其他非焚烧技术一样,也不适用于处理病理性废物、药物性废物和化学性废物。

3)医疗废物化学处理技术

该技术在消毒和灭菌方面有着较长的历史和较广泛的应用。化学处理技术的工艺过程一般是将破碎后的医疗废物与化学消毒剂(如次氯酸钠、环氧乙烷、戊二醛、石灰粉等)混合均匀,并停留足够的时间,在消毒过程中有机物质被分解、传染性病菌被杀灭或失活。消毒药剂与医疗废物的最大接触是保障处理效果的前提。通常使用旋转式破碎设备提高破碎程度,保证消毒药剂能够将其穿透;在破碎过程中还加入少量水,一方面吸收破碎产生的热量;另一方面水还可作为化学反应的介质。化学消毒过程适合处理液体医疗废物和病理方面的废物,最近也逐步用于那些无法通过加热或润湿进行消毒灭菌的医疗废物的处理。此外,某些新开发的技术将化学消毒与加热灭菌结合起来,以降低处理时间并提高处理效果。化学消毒法一般分为干式化学消毒和湿式化学消毒两种方式。对干式化学消毒而言,一般具有工艺设备和操作比较简单;一次性投资少,运行费用低;废物的减容率高。场地选择方便,可以移动处理;运行简单方便,运行系统可以随时关停,不会产生废液或废水及废气排放,对环境污染很小等优点。但对破碎系统要求较高;对操作过程的p H值监测(自动化水平)要求很高。对湿式化学消毒法而言,一般具有一次性投资少,运行费用低;工艺设备和操作比较简单等优点。但处理过程会有废液和废气生成,大多数消毒液对人体有害,对操作人员要求高,操作人员的劳动强度大等缺点。从总体而言,化学消毒法不适用于处理化学疗法废弃物、放射性废弃物、挥发和半挥发有机化合物等。

4)医疗废物微波处理技术

该技术是指利用一定频率和波长的微波作用将大部分微生物杀灭的原理,通过微波激发预先破碎且润湿的废弃物以产生热量并释放出蒸汽。微波和适量水分是产生热量进行灭菌的两个基本条件。医疗废物的微波处理技术可分以下五个步骤:①将水与废物进行搅拌振动;②装载设施将润湿的废物传送至破碎设备,粉碎成碎片;③注入蒸汽,并将润湿废物转移到已配备微波发生器的辐照室;④将废物在其中照射约20 min,微波将废物中的水分加热到95℃,从而完成对医疗废物的灭菌;⑤将废物在专用容器内进行压缩并送去进行处置(填埋或焚烧)。该技术能较大幅度降低废物体积,在处理过程中不产生酸性气体及二噁英等气体污染物。但是其灭菌的效果受到电磁波的源强、辐射持续时间的长短、废物混合程度、废物含水量多少等多方面因素影响;操作人员可能受到细菌和电磁波的侵害,产生职业危害;工程建设和运行费用较高;不适用于处理病理性废物、药物性废物和化学性废物。

目前,从全世界范围来看,有40多种医疗废物非焚烧处理技术以及70多个设备提供商,遍布于美国、欧洲、中东以及澳大利亚等地区,有些尚在探索、完善之中,还有一些要跟其他方法配合使用。尽管医疗废物非焚烧处理技术的处置能力不同,自动化程度存在着一定的差别,减量化程度也存在着一定的差异,但是这些技术都采用了如下一种或者一种以上方法来实现对医疗废物的处置,可以得出如下结论:①通过微波、高温蒸汽以及其他辅助加热的方式,使废物加热到90~95℃以上,实现消毒处置;②将医疗废物暴露到次氯酸钠、二氧化氯和氧化钙等化学药剂中,实现消毒处置;③将医疗废物暴露于辐射源下,实现医疗废物消毒处置。总之,与焚烧处置技术相比,医疗废物非焚烧处理技术因其所体现出的建设成本和处理成本低、处理达标难度小、公众可接受程度高、无国际公约要求等原因,在世界范围内得到了应用和发展。

1.3.1.3 医疗废物处置技术应用发展趋势

医疗废物处置技术的更新和完善的潜在驱动力涉及技术、环境、经济和社会等方面。然而,从全球的发展趋势来看,医疗废物处置技术呈现出一个不断总结经验和推陈出新的过程,世界各国都在沿着一个类似而又存在不同特点的发展方向前进。在人们没有意识到医疗废物特殊的传染性和污染性之前,填埋是主要的处置技术,这个时期医疗废物常和生活垃圾一起填埋处置。随着人们对医疗废物特殊的传染性和污染性的危害的认识,焚烧技术成为最主流的处置技术。当人们认识到医疗废物的焚烧产生二噁英等剧毒的气体后,非焚烧技术快速发展起来,特别是以高温蒸汽、微波和化学消毒为代表的非焚烧技术的发展应用较快。

在美国,1997年以前主要采用焚烧方法处置医疗废物。1997年,美国环保署颁布了新的焚烧炉标准,提高了二噁英排放标准限值要求。根据该标准,在焚烧炉规模方面,按照<91 kg/h、91~230 kg/h和≥230 kg/h将焚烧炉分为小型、中型和大型三种情况,并执行不同的管理要求。对于大中型焚烧炉应实施试烧检测,而对于小型焚烧炉以及农村用焚烧炉无须进行年度检测以及性能测试。为了推进实施新标准,还要发生一定的成本,如对于新的或者现有的焚烧炉,需要投资或者补充投资15万~25万美元,配备必要的污染控制设施。而对于中型和大型的焚烧炉,需要投资30万~50万美元完成必要的更新改造。在此基础上,根据美国最佳可行技术(MACT)要求,推进建设和运行,以便满足最新的标准要求。另外,焚烧标准的加严也使医疗废物处置成本的大幅度增加,也造成焚烧炉数量大幅度较少。医疗废物处置技术开始转向消毒处理,从1998年开始,大量非焚烧处理设施开始建设,当年就建立了1 516个非焚烧处理设施,其中包括高温蒸汽931个、化学消毒173个、热蒸汽消毒92个、微波处理254个、其他新型技术61个。医疗废物焚烧处置设施由1998年的6 200个减少到100多个。目前,美国正在进一步关闭医疗废物焚烧设施,进一步建设非焚烧处理设施。美国大多数州规定,医疗废物处置之前必须进行前期处理,可以进行现场处理或通过有资质的设施进行。现场处理后通常认为没有传染性,某些情况下可以与普通垃圾混合处理。然而,仍有一些州要求医疗废物必须单独处理。所有州都允许运用恰当的方法现场处理医疗废物。一些州要求处置企业有许可证或处置作计划,而另一些州只需要焚烧设施有大气排放许可证。在美国,对医疗废物处理和处置的主要方法有焚烧、高温蒸汽、机械/化学、微波以及照射技术。根据美国环保署(EPA)报告,90%的医疗废物采用焚烧。不论采用哪种处理/处置方式,经处理后的废水一般可以排入地下或在排入下水道。处理机构可以请私人企业收集、处理与处置医疗废物。

在欧盟,20世纪90年代以前主要采用焚烧方法处置医疗废物。德国过去使用氧化焚烧流程处置医疗废物,1984年德国至少有554个小型焚烧设备在医院使用。德国现在采用的非焚烧技术主要是高温蒸汽技术,目前其国内有500多个医院内部高温蒸汽处理设施,以及4个商业化的医疗废物集中处置中心。英国1980年以前有大约700个医院建有医疗废物焚烧炉,目前非焚烧技术处理的医疗废物量已经超过焚烧技术。在爱尔兰以及北爱尔兰自治区,医疗废物的处置方法采用以蒸汽为基础的非焚烧技术,每年采用消毒技术处置10 000 t的医疗废物。从1995年开始,斯洛文尼亚就采用移动热蒸汽消毒处置医疗废物,目前该国有3台移动热蒸汽消毒处理设施。西班牙96%的医疗废物用杀菌消毒处置(以高温蒸汽为主),仅4%的医疗废物用焚烧处置。波兰也开始限制含PVC塑料医疗废物的焚烧,并建立的新法规促进医疗废物的回收利用,促进焚烧替代技术的应用。尤其是2004年以后,大部分欧盟国家签署了POPs公约,推进采用非焚烧处理技术成果欧盟各国的最适宜的医疗废物处置技术选择。为了推进相关工作的开展,医疗废物无害化组织(HCWH)和WHO正在致力于推进阿根廷、印度、拉脱维亚、黎巴嫩、菲律宾、塞内加尔以及越南七个国家采用非焚烧处理技术,推进二噁英和汞污染物减排,通过该项目的开展,也为其他国家履行POPs公约提供借鉴。

医疗废物是介于城镇废物和危险废物之间,没有对其风险水平或潜在的风险进行规定。在西班牙,对医疗废物的管理包括最终处置在内的分类、收集、包装、室内转运、室内贮存以及室外的收集及转运。最常用的处置方式是焚烧处置,尽管焚烧过程可能对环境产生影响;一些地区提出焚烧替代技术,如高压灭菌、蒸汽灭菌及化学处理法。尽管微波消毒是目前被认为替代焚烧技术的最有经济竞争力的技术,但没有法律规定可替代技术。

在加拿大,医疗废物处理和处置的主要方法如下:①蒸汽处理。高压蒸汽处理方法主要处理微生物实验室废物、人体血液和身体的液体废物、废物锐器和非解剖动物废物。②化学处理。化学处理方法可处理微生物学实验室废物、人体血液和身体的液体废物、废物锐器。③焚烧处置。焚烧是处置解剖和非解剖生物医学废物的主要方法。人体组织、器官和身体部位(但不包括牙齿,头发和指甲)必须进行焚烧处置。④排入下水道。未经处理的血液、排泄物和分泌物可直接排入下水管道。

在日本,根据2000年统计结果显示,在其持证处置医疗废物的厂家中,采用焚烧技术的360家,采用高温焚烧技术的7家,采用高温灭菌技术的3家,采用干燥灭菌技术的6家,采用其他技术的6家。在日本,作为主流的焚烧技术不断进化,多采用热解气化熔融炉,并大量使用选择性催化还原技术去除二噁英。焚烧后医疗废物重量减至1/6,体积减至1/10~1/20,最佳工作条件下基本达到无害化处置。

在印度,目前的主体处置技术仍然是焚烧,并在以焚烧为主体处置技术的基础上,趋向于采用焚烧与非焚烧处理的组合设备处理不同类型的医疗废物,以便解决医疗废物不同处置技术的适用性问题。如细胞毒素、药物性废物采用焚烧,尽量采用聚乙烯材料替代聚氯乙烯材料,减少含氯物质,减少二噁英产生源。印度要求每个综合性医疗废物处理厂配备下列设施:高温蒸汽/微波、焚烧设施、破碎设施、安全填埋设施、利器贮存/回用设施以及废水处理设施等,在此基础上,根据不同技术对废物的适用性采取不同的处置方法;对于消毒和破碎后的塑料类废物要回收利用或者采用卫生填埋方法进行处置;对于消毒后的锐器应采用卫生填埋或者回收利用;对于焚烧飞灰应采用安全填埋处置;对于油及油脂,应采用卫生填埋进行处置;对于处理后的废水,可以进入下水管网或者循环利用。可以说印度在严格医疗机构内部对医疗废物分类体系的基础上,对不同类型的废物采取了不同的处理方法,具有较强的针对性。

从全球医疗废物处置技术的演变及发展历程来看,基本上都经历了从焚烧到高温蒸汽、微波以及化学消毒等非焚烧处理技术逐步变迁的过程。高温蒸汽处理技术、微波处理技术等非焚烧技术得到了广泛的应用,其主要原因体现在以下五个方面:

(1)1990年后,发达国家的卫生和环境科研机构在进行了大量的研究后得出结论,对医疗废物全部采用焚烧的方式处置,将导致严重的环境污染,由于在焚烧设施的操作过程中,缺乏必要的培训以及资金补充等问题,使焚烧设施的运行存在较大的风险。因此也促进了公众进一步关注医疗废物的收集、贮存、运输以及处置过程的安全性,也推进了对新的医疗废物处置方法的研究和应用。

(2)焚烧技术在发达国家已经经历几十年的应用历程,相关的医疗废物焚烧处置设备已经到了更新期,随着非焚烧处理技术的日趋成熟,其建设成本及运行成本与焚烧技术相比体现出了较大的优势。

(3)欧美等国家陆续颁布更加严格的焚烧炉标准,新建以及现有的医疗废物焚烧炉必须达到相应的污染物排放限值要求。

(4)随着POPs公约于2004年5月进入实施阶段,公约要求所有签约国家减少二噁英等副产品的产生,而医疗废物焚烧是以上副产品的重要来源,无疑也是公约所限制的主要内容之一。

(5)公众对焚烧过程所产生的二噁英等尾气的反对倾向日益强烈,虽然非焚烧处理技术也存在着环境问题,但从公众角度来看,其可接受程度与焚烧相比要容易得多。

当然,不论是焚烧技术还是非焚烧处理技术,任何一项处置技术都不是万能的,都有其优点和缺点以及具体的应用范围。因此,如何更好地采用科学的技术应用模式,切实推进技术应用的安全性和时效性,一个与非焚烧处理技术应用相匹配的科学的管理模式是推进医疗废物优化管理的必然选择。但是无论从经济和技术角度,尤其是从二噁英的减排的角度出发,都应该优先选用非焚烧技术处理医疗废物,这一点值得我们反思过去过于重视焚烧技术的思路。