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医疗废物是指具有直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物,在《国家危险废物名录》中明确了医疗废物的各类危险特性[1]。针对医疗废物环境管理,我国先后经历了管理探索、体系完善和制度提升3个阶段[2],逐步形成了现有医疗废物全过程管理体系。“新冠”疫情暴发以来,党中央、国务院、卫健委及生态环境部等均对疫情大环境下的医疗废物安全处置提出了更高的要求。2021年3月,十三届全国人大四次会议通过了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,《纲要》中明确要求“加快建设地级及以上城市医疗废弃物集中处理设施,健全县域医疗废弃物收集转运处置体系”[3]。医疗废物处理处置,正式成为了我国“十四五”期间的重要工作内容。
自“非典”后,在《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》的颁布指导下,我国医疗废物处理处置技术确定了以焚烧为主、非焚烧(消毒)为补充的技术路线[2,4]。伴随着生态环境质量改善要求的日益提高以及履约进程的不断推进,尤其在《危险废物焚烧污染控制标准:GB 18484—2020》和《医疗废物处理处置污染控制标准:GB 39707—2020》均已发布的情况下,更加细致严格的焚烧烟气污染控制要求及运行管理要求[5],令医疗废物的焚烧处置面临了巨大的挑战。为此,消毒处理技术近年来得以快速发展,并逐步与焚烧技术并行。
目前,国内外的主流消毒处理技术包括高温蒸汽、化学消毒、微波消毒及高温干热等四类[6-7],并已形成较为完善的技术及管理政策支撑。其中高温蒸汽消毒技术因其发展历史悠久、消毒效果稳定、处理量大等优势,为当前应用最广的消毒处理技术[8-9]。然而,传统的高温蒸汽消毒由于其湿热消毒作用机理,需要较长消毒处理时间,最新发布的《医疗废物处理处置污染控制标准:GB 39707—2020》附录中明确了高温蒸汽消毒处理时间,要求不少于45 min[10]。此外,在增大废物处理量后,蒸汽穿透能力受限,也会导致消毒效率降低。为此,推动高温蒸汽消毒处理技术创新、提升消毒效率是高温蒸汽消毒领域重要发展方向。本文通过对某旋转式高温蒸汽消毒处理技术的详细分析,阐述新型高温蒸汽消毒处理技术设备的创新及优势,并通过科学客观评价方法及数据,验证新型技术的可行性,为高温蒸汽消毒处理技术发展提供参考。
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为改变传统的箱柜式静态接受高温蒸汽消毒模式,缩短消毒处理时间,提升高温蒸汽消毒效率,技术持有单位设计了圆形球体旋转式高温蒸汽处理设备,医疗废物在处理过程中进行360°翻转,动态接受高温蒸汽,快速均匀受热,在短时间内即可达到消毒的目的。
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技术的消毒原理仍遵循高温蒸汽消毒机理。医疗废物中含有大量致病微生物,在高温受热时,致病微生物蛋白质分子内氢键发生断裂,影响了分子空间构型的重排,从而导致病菌的死亡。基于这个原理,医疗废物旋转式高温蒸汽消毒器处理技术将医疗废物暴露于一定温度的水蒸汽氛围中并停留一定的时间,利用期间水蒸汽释放出的潜热,使医疗废物中的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,达到医疗废物无害化安全处置的目的。
同时,该技术改变传统箱柜式静态消毒模式,采用圆型球体旋转式设计,使医疗废物在处置过程中能够动态均匀接受高温蒸汽消毒,医疗废物在容器内360°无死角翻转,增强了高温蒸汽的穿透力,使医疗废物能够快速均匀受热,在10 min内即可达到消毒的目的,消毒时间短。
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旋转式高温蒸汽消毒技术工艺线主要由高温蒸汽消毒、破碎两部分组成。处理过程包括上料、预真空、消毒、泄压、出料、破碎和清运处置。医疗废物以原形态包装推进高温蒸汽消毒舱内,在系统温度134~145 ℃、蒸汽压力0.31~0.42 MPa、预真空度−0.09 MPa、消毒时间10 min、消毒舱转速0.55 r/min条件下进行消毒。消毒后进行泄压,然后将出料口旋转至指定位置,处理后的医疗废物会落入集料斗内,通过输送带送入破碎机,破碎后的废物落入残渣运输车内,送入生活垃圾处置厂进行最终处置,工艺流程,见图1。
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该技术创新性地设计了球型高温蒸汽消毒舱。传统医疗废物高温蒸汽消毒柜体多为方形或长方形,医疗废物由专用小车从柜体一端推向另一端。为解决传统医疗废物高温蒸汽处理技术消毒柜体静止状态而引起的受热不均、消毒效果不稳定等问题,医疗废物旋转式高温蒸汽消毒器处理技术创新研发球型高温蒸汽消毒舱。医疗废物在球型消毒舱内可实现无死角均匀地与高温蒸汽接触,提高该技术的消毒效果。
此外,创新性地采用了动态旋转高温蒸汽消毒方式。传统医疗废物高温蒸汽消毒方式多为静态,医疗废物静止在消毒柜体内,在消毒过程中会由于受热不均匀存在灭菌死角、效果不稳定等现象。医疗废物旋转式高温蒸汽消毒器处理技术创新使用动态处理方式,消毒舱以0.55 r/min旋转,医疗废物在容器内360°动态翻转无死角。
1.1. 技术原理
1.2. 工艺流程
1.3. 创新性分析
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与传统高温蒸汽消毒处理产生的废气一致,该技术应用时产生的废气主要为消毒舱卸压及出料工序产生的VOCs、Hg、颗粒物和恶臭气体。高温蒸汽消毒结束后,消毒室内的卸压后会排放含VOCs、Hg、颗粒物和恶臭等气体。同时打开消毒室舱门时,也会无组织排放的同类气体。
消毒处理过程中产生废水的主要来源为医疗废物周转箱等的清洗废水,以及有机废气洗涤喷淋废水。废水中主要污染因子为pH值、CODCr、BOD5、SS、Hg、总余氯、氨氮、挥发酚和粪大肠菌群数等。
主要产生的固体废物为经消毒处理的医疗废物。
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该技术设备配备了废气处理系统,收集后气体经洗涤塔洗涤,干燥后再通过低温等离子UV光氧机进行尾气处理,后经排气筒室外排放。废气处理工艺,见图2。
污水集中收集进入污水调节池,再经潜水泵提升进入接触氧化池,好氧生物处理后进入二沉池,沉淀后上清液进入消毒接触池,消毒后排放。消毒采用二氧化氯水射器投加在二沉池出水管上,进消毒接触池,经预处理后的废水进入污水处理厂进一步处理。废水处理工艺见图3。
医疗废物经消毒处理后,进入配套破碎机中完成破碎毁形,破碎刀具设计为橄榄形窝状设计的11齿刀具,具有防堵塞功能,破碎效果更加理想。经消毒及破碎毁形的医疗废物,满足进入生活垃圾焚烧厂及填埋场进行最终处置的条件[10],且《国家危险废物名录》对其运输、处置过程予以豁免,可不按危废进行管理[1]。
2.1. 产污节点
2.2. 污控措施
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新技术的可行性评判需要科学、客观的评价手段予以支撑。针对新型医疗废物消毒处理技术,可通过环境技术验证评价(ETV)方式对技术的性能指标、环境绩效、运维状态等进行评价分析,以科学、客观测试数据表征技术的可行性和可靠性,是当前国内外广泛认可的环境技术评价手段[11-12]。
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基于《医疗废物高温蒸汽集中处理工程技术规范:HJ/T 276—2006》要求,以嗜热脂肪杆菌芽孢作为消毒效果的指示菌种,将生物指示剂(嗜热脂肪杆菌芽孢菌片)、染菌的止血钳齿部、带有染菌不锈钢针的输液管同时放入一个布袋中,将布袋置于消毒舱内部固定点位及混于模拟医疗废物中。消毒处理结束后,将染菌载体取出并培养观察,确定指示菌种杀灭情况,以判断消毒效果。
经医疗废物旋转式高温蒸汽消毒处理技术处理后,对人工染菌于止血钳齿部的嗜热脂肪杆菌芽孢平均杀灭对数值均>4.00,对人工染菌于输液管内不锈钢针上的嗜热脂肪杆菌芽孢平均杀灭对数值均>4.00,对生物培养指示剂中嗜热脂肪杆菌芽孢的平均杀灭对数值均>4.00,符合《医疗废物高温蒸汽集中处理工程技术规范》中规定≥4.0的消毒要求。
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依据《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法:GB/T 16157—1996》和《大气污染物无组织排放监测技术导则:HJ/T 55—2000》要求,分别对医疗废物旋转式高温蒸汽消毒器处理技术废气净化系统排气筒排放有组织废气和厂界四周无组织废气进行采样,并以标准方法进行污染物排放分析。
经检测,有组织排放废气中VOCs排放浓度低于《医疗废物处理处置污染控制标准:GB 39707—2020》限值要求,Hg和颗粒物排放限值低于《大气污染物综合排放标准:GB 16297—1996》限值要求,恶臭排放浓度低于《恶臭污染物排放标准:GB 14554—1993》限值要求。
厂界无组织废气VOCs排放浓度低于《大气污染物综合排放标准:GB 16297—1996》中的非甲烷总烃新污染源大气污染物无组织排放浓度限值,无组织恶臭排放浓度低于《恶臭污染物排放标准:GB 14554—1993》中的标准限值。
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依据《水质采样技术指导:HJ 494—2009》在废水总排放口进行采样。水样品的测试参数包括pH、CODCr、BOD5、SS、Hg、总余氯、氨氮、挥发酚和粪大肠菌群数。
经检测,排放废水中CODCr、BOD5、SS、Hg、挥发酚和粪大肠菌群数低于《医疗机构水污染物排放标准:GB 18466—2005》中综合医疗机构和其它医疗机构水污染物排放限值中预处理标准限值要求,pH、总余氯满足《医疗机构水污染物排放标准:GB 18466—2005》中综合医疗机构和其它医疗机构水污染物排放限值中预处理标准限值要求;氨氮低于《污水综合排放标准:GB 9878—1996》中标准限值要求。
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测试期间高温蒸汽消毒系统工艺参数系统温度在134~145 ℃之间,蒸汽压力在0.31~0.42 MPa之间,预真空度稳定达到−0.09 MPa,每批次消毒时间约为10 min。
按照消毒处理设备每天运行时间不少于16 h核算,14 m3规格消毒舱日可处理12批次,医疗废物日处理量约为15.72 t。
此外,经实际运行测试表明,处理1 t医疗废物约产生1.11 t的无害化医疗废物,并产生废水约0.17 t。该技术处理单位重量医疗废物水消耗量为0.93 t/t,耗电量为18.30 kW·h/t,燃料油消耗量为27.42 kg/t,二氧化氯消耗量0.047 kg/t。
3.1. 消毒效果
3.2. 污染物排放
3.2.1. 废气污染物
3.2.2. 废水污染物
3.3. 运维管理
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旋转式医疗废物高温蒸汽消毒处理技术是一种新型医疗废物高温蒸汽消毒处理技术,通过创新性设计的球型消毒舱及动态旋转作用,令消毒舱内部的医疗废物实现360°无死角翻转,增强蒸汽的穿透性能,较现有标准及技术规范提供的消毒时间有大幅度降低,极大地提升了消毒处理效率。同时,通过环境技术验证评价方式,将旋转式高温蒸汽消毒处理技术的消毒效果、污染控制及运维管理情况进行了量化分析,结果表明其各项指标均符合现行相关标准要求,是传统高温蒸汽消毒处理技术的有效改进,也是医疗废物处理处置技术的有力补充,为我国医疗废物环境管理提供了技术储备和支撑。