热解式医疗废弃物处理车的研制

吴丽华，王　政，韩俊淑，张文昌，武　超,孙晓军，崔向东，徐长忠

热解式医疗废弃物处理车的研制

吴丽华，王政，韩俊淑，张文昌，武超,孙晓军，崔向东，徐长忠

目的：研制一种热解处理医疗废弃物的车辆，用于野战医院、偏远分散乡镇医院以及突发事件产生医疗废弃物的及时无害化、减量化处置。方法：综合运用结构设计、热力学原理，人机工程、自动控制技术设计试制敞开式车厢、车载热解炉及烟气控制系统、热解炉控制和监测系统。结果：热解式医疗废弃物处理车通过了7 000 km可靠性试验、高低温试验、烟气排放监测和部队试用等试验。结论：热解式医疗废弃物处理车是一种先进实用、排放达标、经济和社会效益显著、应用前景广泛的新型卫生技术车辆。

热解技术；医疗垃圾处理；热解式医疗垃圾处理车

编者按：医疗废弃物（医疗垃圾）是一种危害性极大的特殊废弃物，其中含有大量的细菌和病毒等有害致病菌，具有高污染性、高危险性、高传染性等特点，处理不当会直接威胁着人体健康，更会对环境造成严重危害。特别是在抗震救灾等医学救援过程中，医疗垃圾处理问题更是突显出来。军事医学科学院卫生装备研究所相继开展了适宜野战医院、基层医院、灾害救治机动单元、乡镇卫生院等卫生机构的热解式医疗废弃物处理车及关键技术研究，并取得了很好的效果。本期我刊特邀军事医学科学院卫生装备研究所吴丽华高级工程师担任栏目主编，组织有关专家就这一问题展开论述。

0　引言

医疗废弃物是一种危害性极大的特殊废弃物，其中含有大量的细菌和病毒等有害致病菌，其所含的病菌是普通生活废弃物的几十倍甚至上千倍；不仅易滋生苍蝇、蚊虫，引发疾病传播，同时因其腐败过程中释放大量的有害物质及恶臭气体，传染性极强。处理不当，会成为潜在的污染源，直接威胁人体健康，同样其也是医院交叉感染的主要因素，对社会、环境会造成严重危害。相关研究表明，致癌物质二噁英主要生成来源是医疗废弃物焚烧处置不当[1]。

近年来，随着我军机动卫生装备系列化、模块化发展，大型野战医院在医疗救治体系中渐成规模。随着这类大型机动医院的使用，医疗废弃物及生活废弃物处理问题凸显出来。这主要是因为野战医院随时机动，无法依赖地方某一级的医疗废弃物处理机构，长期滞留救治场所，极易造成对环境的污染。如2008年5月发生在四川汶川的特大地震，我军研制的2套战役卫勤支援系统奔赴绵阳和绵竹地区执行紧急救治任务，其产生的大量医疗废弃物不能自行处理，需依赖地方原有的医疗废弃物处理设施，有的甚至直接掩埋，造成长期安全隐患。因此，研制能够遂行机动、快速高效、适应野战医院勤务、适应突发事件和边远地区使用的医疗废弃物处理车迫在眉睫，以减少医疗废弃物堆放、收集、运输环节，用最快速度进行无害化处理，将其危害降至最小，减少环境污染。

1　国内医疗废弃物处理现状

国内医疗废物处理设备生产厂家约有10余家，其所用炉型种类繁多，按原理分类有普通焚烧炉、热解炉、高温等离子炉、电炉等；按炉型分类有回转窑式、立式和卧式等。

目前，我国一些大型医院医疗废弃物主要是依托所在城市垃圾专业机构进行处理。国内已建有医疗废弃物集中处理场（站）的城市有上海、石家庄、沈阳、广州、杭州、福州、南京、苏州、南宁、西宁等，另外天津、深圳、长沙、北京等城市也正在筹建集中处理站。医院产生的医疗废弃物处理大致分为3个渠道：一是临床医疗废弃物装入废弃物袋暂存于医院角落，然后经废弃物运输车运送至专用医疗废弃物处理机构集中处理；二是一次性注射器、输液器等先进行初步毁形和消毒，收集后集中处理；三是患者的排泄物进入医院下水道，由医院的水处理站集中消毒后排放。建立垃圾处理的城市其医疗废物集中处理设施主要以高温焚烧炉为主，采用高温热解炉的较少，因高温等离子炉技术尚不成熟，装备数量也不多[2]。

乡镇卫生院和大部分偏远不具备集中处置医疗废物条件的地区，由于医疗废弃物的分类收集和集中处理十分不完善，一般采取自行就地处置。基本做法是：将使用后的一次性医疗器具和容易致人损伤的医疗废物消毒并作毁形处理，能焚烧的，及时焚烧；不能焚烧的，消毒后集中填埋。

对于突发事件,如急性和恶性传染病（禽流感、非典疫情和埃博拉病毒）事件后的医疗废弃物、水灾和地震救治过程产生的医疗废弃物以及留下的大量动植物残余物，目前尚无明确的处理措施，一般由机动救治团体自行处置。由于这些地区地理位置的不确定性，平时根本无法投资建设固定医疗废弃物处理设施，故而需要野战医院内部自身具有医疗废弃物的处置能力。而小型快速机动处理设备或医疗废弃物处理车成为其最佳选择。

2　研制技术要求

2.1勤务定位

垃圾处理车研制主要定位在：（1）用于野战条件下，医疗机构产生的医用废弃物和生活废弃物等的高温热解处理。（2）用于师旅救护所建制单位，伴随野战医院完成医疗废弃物处置；也可前伸至团（旅）救护所执行医疗废弃物处置任务；可配至集团军医院、战区基地医院和战略后方医院。（3）平时可作为机动医疗废物处理站，对中小型医院、乡镇卫生院或突发事件医用废弃物进行处理。

2.2功能定位

主要用于热解处理医疗废弃物或生活废弃物。依据国家医疗废物分类目录，可处置其中的4类14种，包括感染性废物、病理性废物及部分药物性废物3类11种，以及毁形和消毒损伤性废物3种。不对化学性废物（化学试剂和化学消毒剂等）和液体药物性废弃物（主要指废弃的疫苗、血液制品等）进行处置。

2.3作业能力

每日处理量为0.5～1.5 t。指标的设定主要是基于野战医院伤员通过量200～300名/d，比照每张床位每日约产生医疗废物0.8～1.2 kg，全院每日约产生医疗废物160～360 kg；考虑兼顾生活废弃物处理，故确定每日处理量为0.5～1.5 t。

2.4作业效果

减重率≥95%。燃烧效率、焚毁去除率、残渣热灼减率以及污染物控制限值符合GB 18484—2001相关要求。

2.5环保

（1）大气污染物排放限值符合GB 18484—2001的相关要求。

（2）对作业所产生的残渣、污水及车厢内清洗污水应能集中收集、排放。

3　技术设计

研究一种能够遂行机动，基于热解技术的厢式医疗废弃物处理车辆。主要包括：底盘改装、车厢设计、车载热解处理炉结构和质量优化设计、烟气排放环境适应性设计。

3.1底盘和车厢

（1）采用东风EQ2102平头6×6柴油越野3.5 t级汽车底盘。改装时，在车架纵梁上增加副车架，连接炉体和车厢。在车底盘前端增加轴带发电机系统，用于无外接电源时，车辆自供电。

（2）鉴于车载废弃物处理设备以一个大型炉体为主，质量大（约为3100 kg），载荷相对集中，车厢设计中应保证散热良好，设计为半敞开式大板结构车厢，如图1所示。

图1　车厢结构示意图

车厢左右结构对称，为瓦楞铝板上翻门结构，在可靠散热的同时，可遮阳和挡雨。前端左侧用作控制系统门；右侧为水箱维修操作门，用于烟气净化系统水箱上水和维护保养；中部上翻门左侧用作观察燃烧孔工作状态和上料程度，右侧用于操作各气路截门，同时可靠散热；后部左侧上料口门，方便上料和点火操作，右侧维修门，用于各电机维修保养；后壁上翻维修门，用于推料系统伸缩空间和推料系统维护。车厢总质量约为1 100 kg。

顶壁前端通孔用于烟囱收放，同时保证维修孔方便操作并可靠散热；中部为维修口；后部为上料口。

该车厢主要特点是收拢状态可靠，防雨密封；工作状态尽可能敞开，散热性能良好。充分利用上翻门特点，局部遮挡防雨。

3.2热解式车载医疗废弃物处理炉

（1）热解技术原理。

热解技术是在无氧或缺氧条件下，医疗废弃物经800～1 000℃高温加热蒸馏裂解，最终形成废弃物残渣和可燃气；可燃气经二次回收入炉燃烧，为后续废弃物热解提供所需热能。可燃气燃烧后产生的废烟气经降温、除尘、降氯，排入大气。

热解炉每次引火启动约需要20 L柴油（亦可采用其他燃料）。进入正常产热后，热解炉利用废弃物自身产生的可燃气体供给后续的热解，实现了能量循环。该方法大大地降低了运行成本，有效节约了能源，同时避免了携带燃烧辅助燃料。

（2）热解炉结构。

热解炉由进料机构、热解炉体、出渣机构、点火与燃气回用机构、烟气净化系统和控制系统等构成。结构原理如图2所示。

图2　热解炉总体构成

进料机构：由车厢底面将袋装医用废弃物提升至车顶进料口端，再由推杆将医疗废弃物推挤入锥形料筒口的热解室中。由于医用废弃物的挤压，将进料口堵塞，使其与外界隔离，保证了进料时炉内腔与外界环境的相对隔离。

点火系统：采用燃烧器自动点火，火焰可自行调节，自行合理配风。

燃气回用系统是提升热解炉燃烧效率的关键结构。燃气导引管道将炉体反应室的燃气引入燃气混合装置，引风机为燃气配风，后经烧嘴喷出在炉膛内燃烧。

热解炉的核心结构为热解炉体——热解系统，主要包括燃烧室、热解室、反应室和熔融室等。结构原理如图3所示。

图3　热解炉体结构

医用废弃物进入热解室后，在下部燃烧室热能的作用下，开始初步热裂解。随着后续废弃物的进入，一部分没完全热解的有机废物和有机物残渣被推入立式反应室，随后剩余残渣进入熔融室，经过进一步热解后经螺旋推杆除渣排出。热解过程产生的气体，经燃气回用管路净化配风送入燃烧室燃烧，为后续热解提供热能；若热解产生气体过剩，可提高烟气风机转速，使烟气外排加快；同时，由喷淋水箱带入盘管内的气体湿度加大，消耗部分燃烧室热能，使炉温保持正常。

热解医用废弃物技术处理后的残渣（剩全部入炉废弃物的3%～5%）经过热解室、反应室，最后进入熔融室，并在高温环境停留一定时间，能够被可靠的消毒灭菌，从而确保了医用废弃物处理无害化。

热解产生的烟气是可燃气在燃烧室燃烧后排出的，其净化装置主要是依据二噁英3T（time,temperature，turbulence）控制原理[3]进行结构设计的。工作流程为：燃气在燃烧室内燃烧后产生废烟气，经燃气风机，将其从燃烧室通过烟气引管吸入水箱喷淋段进行降温、除尘、除氯，再通过增压打入炉膛内盘管升温至850℃并停留2 s以上，最后经过水箱急冷段降温，避开了二噁英低温再合成（温度300～400℃[4]），直接降至200℃以下后，经烟囱排入大气。

3.3总布置设计

炉体布置在整个车厢中间位置。车厢前端右侧布置烟气净化水箱，左侧设置控制箱；后部为进料、推料、物料提升机构；炉体下部为出渣机构，除渣口设在车辆底盘下部；点火机构位于医用废弃物处理车后端部。在进料机构附近还设置有手动进料控制盒等。其布局如图4所示。

图4　医疗废弃物处理车总布置图

3.4电气控制和监测系统

电气控制和监测系统分为整车电气系统和热解炉过程监测系统2个部分，二者采取集成化设计。

整车电气系统采用市电、车载轴带发电机系统或电站拖车3种供电方式。随车配置了16 kW车载轴带发电机系统。

热解炉控制与监测系统对医用废弃物处理全过程实施控制和监测，实现了连续、自动投料和清渣。其运行工况（温度等）监测采用手动和自动控制相结合的方式。热解医用废弃物处理的过程控制由可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）完成，通过触摸屏显示整个进料、热解、除渣和烟气净化等控制和监视全过程。炉内温度状态信息的监测采用多个温度仪表来实现[5]。

4　试验及分析

重点对该处理车进行了整车技术参数检测，主要包括车辆基本性能、电气系统、车厢密封性、高低温环境适应性、热解炉性能、作业可靠性及烟气排放等40余项检测和试验。

4.1整车基本性能试验及行车可靠性试验

在某汽车试验场进行了整车基本性能测试试验和7 000 km可靠性试验（路况包括高速环路、山区公路、越野路和鱼鳞坑路等）[6]；整车质量、通过性、动力性、燃油消耗性、制动性能等符合战技指标要求；7 000 km行驶可靠。

4.2高低温湿热试验

在某高低温试验室，经-55～70℃高低温湿热贮存和-41～46℃高低温湿热工作试验，设备运行正常。

4.3部队适应性试验

在某部医院进行了试用，主要检测展开撤收时间、热解式医用废弃物处理设备作业能力及保障功效、可操作性和可维修性等。综合评价认为：（1）热解式医用废弃物处理车整车布局设计合理，技术性能优良，操作使用简单快捷，维修保养方便。（2）车上设备、设施配套齐全，功能完善，工作可靠，能够完成科研任务书规定的医疗废弃物处置任务，达到了热解式医用废弃物处理车战术技术指标要求。（3）整车野外作业能力和机动性能较好，野战条件下适应性强，可对医疗废弃物进行无害化处理，保护野战医院和社会环境免受危害，以及医院病员、工作人员身体健康，对减少环境污染具有重要意义。

4.4热解炉作业可靠性试验

经22 d 525 h热解炉连续作业可靠性试验，证明热解炉作业可靠性达到200 h以上。

4.5烟气排放检测

4.5.1二噁英排放检测

先后进行了3次二噁英监测试验和技术改进，最终由中国检科院综合检测中心依据HJ 77.2—2008检测方法[7]，检测烟气排放中二噁英毒性当量为0.21 TEQ ng/m3，符合国家对固定废弃物处理设备二噁英标准（0.5 TEQ ng/m3[8]），接近美国标准[9]。检测结果见表1。

表1　二噁英类检测结果

4.5.2烟气排放综合检测

委托北京某检测技术有限公司进行了烟气排放质量检测，结果见表2。

表2　热解式医用废弃物处理车废气排放检测结果

结果表明：烟气黑度、各种气体和重金属排量均满足国家标准规定[10]的排放要求。

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5　结果与结论

（1）本系统建立了一个可流动的医用废弃物处理工作站，减少了医用废弃物转运、存储的中间环节，为野战医院、医院感染科和分散的边远医疗机构医用废弃物处置提供了一种崭新的模式，对保障大规模军事作业、演习和应对突发事件、重大疫情灾害具有重要的军事和社会意义。

（2）创新应用热解处理技术原理，一次点火，利用自身燃气持续热解，无需携带辅助燃料，实现了对高危有害废弃物的无害化、减量化和资源化处理，解决了车载条件下大量燃料的携带问题。小型化车载化技术解决了炉体内炉膛容积有效匹配、燃烧室耐热材料应用、炉整体质量控制、推料机构密封、烟气及二噁英排放控制、炉体安全性及炉温检测与控制等多个关键问题。

（3）使用本车处理医疗废弃物，节省了医疗废弃物装卸运输成本、燃料成本、存储处理成本等，其处理成本仅为现行医疗废弃物处理成本的七分之一，具有较好的经济效益和市场推广应用前景。

[1]李艺星.医疗废物处理与二恶英类物质[J].中国国防医学会，2002，3（4）:344-345.

[2]韩俊淑，王政，吴丽华，等.医疗废弃物处理技术[J].医疗卫生装备，2006，29（1）:32-34.

[3]周丰，刘永，郭怀成.医疗废物处置过程中关键参数研究[J].环境科学研究，2005，18（3）:24-28.

[4]徐旭.燃烧过程中的二噁英生成及排放特性研究[D].杭州:浙江大学，2002.

[5]张文昌，王政，吴丽华，等.车载式热解炉电气控制系统的设计[J].自动化仪表，2010，31（1）:43-47.

[6]GJB 1777军用专用汽车通用规范[S].

[7]HJ 77.2—2008环境空气和废气二恶英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法[S].

[8]GB 18484—2001危险废物焚烧污染控制标准[S].

[9]盛宏至.废物处理中减少二噁英排放的措施与等离子体技术[EB/OL].[2011-10-05].http://www.imech.ac.cn.

[10]GB 16297—1996中华人民共和国大气污染物综合排放标准[S].

（收稿:2015-02-15修回:2015-04-10）

Development of pyrogenation treatment vehicle of medical wastes

WU Li-hua,WANG Zheng,HAN Jun-shu,ZHANG Wen-chang, WU Chao,SUN Xiao-jun,CUI Xiang-dong,XU Chang-zhong
(Institute of Medical Equipment,Academy of Military and Medical Sciences,Tianjin 300161,China)

Objective To develop a medical wastes pyrolysis vehicle for field hospital,countryside hospital and public emergencies.Methods Configuration design,thermodynamics theory,ergonomics and auto control technology were involved in to manufacture open-type compartment,on-board pyrolysis furnace,smoke control system,and pyrolysis furnace control and monitoring system.Results The vehicle passed 7 000 km reliability test,high-low temperature test,smoke emission test and army trials.Conclusion The vehicle behaves well in performances and environment protection,and gains high economic and social benefits.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：98-101，106]

pyrogenation technology;medical wastes treatment;pyrogenation treatment vehicle of medical wastes

[中国图书资料分类号]R318；R197.38A

1003-8868（2015）05-0098-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.098

本期特邀栏目主编：吴丽华

总后卫生部“十一五”重大项目子项目（06D002）作者简介：吴丽华（1963—），女，高级工程师，主要从事机动医疗平台相关技术及装备研究工作，主持和参加了X线诊断车、消毒灭菌挂车、S95方舱医院、战役卫勤保障系统以及热解式医疗废弃物处理车等军队重大指令性课题；获国家科技进步二等奖2项、科技进步一等奖3项、国家发明专利8项，发表论文30余篇。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（吴丽华，王政，韩俊淑，张文昌，武超，孙晓军，崔向东，徐长忠）

韩俊淑，E-mail:wlh307@163.com