感染性医疗废物非焚烧处理技术述评——以微波消毒技术为例

罗锦程，李淑媛，周强，郑洋，蒋文博，矫云阳

(生态环境部固体废物与化学品管理技术中心，北京 100029)

1 医疗废物概述

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，通常含有大量的病原微生物、寄生虫和其他有害物质，是引发疾病传播或相关公共卫生问题的重要危险性因素。医疗废物一旦管理或处置不当，不但会对生态环境带来破坏，还会成为疾病传播的源头，甚至可能引发严重的公共卫生事件。医疗废物处置工作与生态环境、疾病防控、科学技术等诸多领域密切相关，事关人民的身体健康和生产生活，是世界各国(地区)环境监管的重点[1]。

医疗废物分为感染性废物、损伤性废物、病理性废物、药物性废物、化学性废物5大类。其中，感染性医疗废物因通常含有病原体，具有引发感染性疾病传播的风险而成为医疗废物管理的重中之重。根据联合国环境署(UNEP)和世界卫生组织(WHO)的相关报告，感染性医疗废物大约占医疗废物比重的10%[2]。

感染性医疗废物包括被病人血液、体液、排泄物污染的物品，病人使用过的一次性医疗用品及一次性医疗器械，如口罩、棉签、纱布等，传染病院医护人员穿戴过的口罩、防护服等防护设备也包含在内[3]。感染性医疗废物因其特殊性，是环境中潜在的污染源，若日常管理不严格、消毒灭菌过程不彻底，将会给医护人员、公众健康乃至生态环境造成巨大威胁[4]。

我国于1990年签署《控制危险废料越境转移及其处置巴塞尔公约》(Basel Convention on the Control of Transboundary Movements of Hazardous Wastes and Their Disposal)(简称《巴塞尔公约》)。作为《巴塞尔公约》的缔约国，为保护生态环境，防止医疗废物对公共卫生造成威胁，根据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》《医疗器械管理条例》等法律法规，我国先后颁布了《医疗废物分类目录(卫医发〔2003〕287 号)》《医疗废物集中处置技术规范(试行)(环发〔2003〕206号)》《医疗废物管理条例》《医疗卫生机构医疗废物管理办法(卫生部令第36号)》以及《医疗机构废弃物综合治理工作方案》。这些规章制度的出台，为我国医疗废物管理事业走上法制化与规范化的道路提供了重要的政策保障。目前，医疗废物已列入《国家危险废物名录(2016版)》，在垃圾分类时需归为危险废物进行投放。

2 医疗废物常用处理技术

医疗废物的处理方法大致可分为两大类，一类是高温焚烧法，另一类是采用高温蒸汽消毒、化学消毒、微波消毒等技术的非焚烧法。本章节将对高温焚烧法、化学消毒法、高温蒸汽消毒法三种常用的医疗废物处理技术进行简要的述评。

2.1 高温焚烧法

高温焚烧法具有运行安全、操作简便、可高效消毒等特点，是当前应用最为广泛的医疗废物处理技术。医疗废物在高温焚烧的过程中，无害化和减量化的效果比较明显，但可能会在焚烧过程中产生二噁英、含重金属飞灰等有害物质，容易对人体健康造成二次伤害，对生态环境造成二次破坏。

2.2 化学消毒法

化学消毒法是一类技术工艺比较成熟的医疗废物处理方法。医疗废物首先需经机械破碎，再将破碎后的医疗废物与次氯酸钠、二氧化氯等化学消毒药剂充分混合均匀，保证足够的消毒时间，使得医疗废物中的病原体彻底分解，传染性病菌被杀灭或灭活。目前，化学消毒法在我国的应用还不够广泛，多以境外引进技术为主，具有较大的发展潜力。

2.3 高温蒸汽消毒法

高温蒸汽消毒法是利用高温蒸汽杀灭传播媒介上所有微生物的湿热处置方法，将医疗废物暴露于一定温度的水蒸气氛围中并停留一定的时间，利用水蒸气释放的潜热，使医疗废物中的致病微生物发生蛋白质变性和凝固，进而安全地实现医疗废物无害化。但高温蒸汽法在运行过程中会产生大量废水，且针对医疗废物的减容率相对较低，在处理过程中易产生有毒的挥发性有机物(VOCs)，不适用于所有种类的医疗废物。

3 微波消毒技术简介

3.1 微波消毒的基本原理

微波是一种具有热效应与场效应的电磁波，微波消毒设备运行时能迅速产生热能，快速穿透病原体并且直接使病原体内部分子摩擦产热，造成病原体内部和外部同时升温，最终导致病原体死亡。当生物细胞处于微波场中时，会受到冲击和震荡，细胞外层结构被破坏，进而出现细胞质崩解融合导致细胞死亡。综上所述，微波消毒灭菌是微波热效应与场效应综合作用的结果[5]。

3.2 微波消毒的技术工艺

3.2.1 微波消毒系统组成

微波消毒系统通常由称重系统、上料机构(可选配)、粉碎机构、灭菌机构、排料机构、尾气处理装置、冷却系统和控制系统等部分组成。

3.2.2 微波消毒工艺流程

一定频率[(2450 ± 50)MHz 或(915 ± 25)MHz]的微波和适量的水分是进行微波消毒的两个核心条件。医疗废物的微波消毒处理通常包括以下五个步骤：(1)将医疗废物与水充分混合并搅拌振动；(2)机械破碎已润湿的医疗废物；(3)注入蒸汽，并将已润湿的医疗废物转移，准备进行微波辐照；(4)微波辐照医疗废物约20分钟，并加热至95℃，完成消毒灭菌步骤；(5)将处理完毕的医疗废物转移至专用容器内，压缩废物并进入下一个处理步骤(填埋或焚烧)[6]。

3.3 微波消毒技术的优缺点

3.3.1 优点

医疗废物的微波消毒技术具有诸多优点。

(1)节能效果理想。传统加热模式通常为先加热物体表面，再使热量由表面经过热传导和辐射到达内部，加热效率通常不高；而微波加热则是直接对物体整体加热，具有受热均匀、加热效率高的特点，且设备运行时不会使周边环境产生高温，能量损失极小，节能环保。

(2)消毒见效速度快。设备的电磁波能量转换过程通常可在10秒内完成，微波瞬时即可穿透到物体内部，消毒菌谱广，能够达到99.99%以上的医疗废物消毒灭菌效果，废物的减容率可达80%，能高效地将感染性医疗废物转化为无害化的、不可辨认的碳化残渣，通常无衍生污染物排放，处理完毕的医疗废物可进入生活垃圾填埋场填埋或生活垃圾焚烧厂焚烧处置。

(3)设备占地面积小。微波消毒设备常采用集成式一体化的处理单元，既可用于医疗废物的现场处理，也可用于医疗废物的转移处理，能够改造为灵活的应急移动式微波消毒设备，场地选择方便，避免了繁琐的土地审批和建厂程序，可省去医疗废物的统一收集和运输环节，降低医疗废物在运输途中发生泄漏的风险，尤其适合医院、诊所等医疗废物的产生场所现场使用。

(4)操作使用便捷。微波消毒设备的自动化程度通常较高，多采用微电脑控制技术，操作人员劳动强度低，设备运行便捷，医疗废物处理完毕后可随时关停。

(5)设备运营维护成本低廉。微波消毒设备通常采用自动化过程控制、操作简单、维护方便，所需的操作人员人数少，人力资源成本显著降低。包含废物运输、填埋成本在内，医疗废物微波处理的成本大约为0.12美元/千克，而采用高温蒸汽法的处理成本则高达1.10美元/千克。微波消毒设备的用户可根据医疗废物的产生量来选择不同规格的产品，在确保医疗废物处理过程符合法律法规规定的同时也能兼顾到经济效益[7]。

3.3.2 缺点

没有任何一种医疗废物的处理技术是万能的，微波消毒技术同样存在其局限之处。

一是在适用的医疗废物种类方面，微波消毒技术具有选择性。微波消毒技术适宜处理《医疗废物分类目录》中的感染性废物、损伤性废物、病理性废物(人体器官和具有传染性的动物尸体等除外)。就实践经验来看，微波法比较适合处理湿性感染性医疗废物，不宜处理具有细胞毒性的以及体积较大的金属质地医疗废物。药物性废物和化学性废物在微波的作用下可能会发生一系列化学反应，向环境中释放成分复杂的有毒有害物质，故微波消毒技术同样不适于处理上述两类医疗废物。

二是微波消毒技术处理医疗废物的效果容易受到多重因素的影响，处理规模比较有限。微波的辐照强度、辐照时间、医疗废物混合程度以及医疗废物本身对微波的吸收能力等因素均会影响最终的消毒效果。目前，微波消毒技术的医疗废物处理量通常较小，且设备的初期投资成本较高，处理能力多局限在10吨/天以下，还有待通过技术创新来进一步扩大处理规模。

三是微波消毒技术存在固有的污染物排放问题。微波消毒设备在运行过程中由于高温蒸汽和微波辐射的叠加效应，可能会产生恶臭并造成挥发性有机物污染。需要引起重视的是，微波作为一种电磁辐射，在工作过程中存在一定的电磁辐射污染风险，可能会对操作人员造成潜在的职业危害，作业时应采取相应的安全防护措施。

4 微波消毒技术的应用与创新

微波消毒技术因其处理效果良好、投资回报率高、公众层面无突出“邻避效应”等特点，在全球各地得到了比较广泛的普及应用。

4.1 国际层面

世界卫生组织(WHO)在其颁布的《医疗废物安全管理蓝皮书》(Safe Management of Wastes from Health-care Activities)中指出，鼓励医疗废物处理遵循就近原则，避免在处理过程中造成二次污染。微波消毒技术则以其独特的优点为医疗废物的就近处理提供了重要选项，并在不断的实践过程中得到了技术革新。

20世纪90年代初，美国便开始利用微波辐照技术对医疗废物进行处理。Sanitec公司是美国境内医疗废物处理设备制造的龙头企业。1990年，该公司制造的第一台医疗废物微波消毒设备在美国纽约一家医院得到成功应用。截至目前，全球各地Sanitec公司产品用户的医疗废物处理量超过每天500吨。Sanitec公司制造的医疗废物微波消毒设备安装调试方便，可实现室内外、全天候运转。环境友好是该设备最大的亮点，设备在运行过程中无需添加化学助剂，无废水排放，内置的排气过滤系统能去除可能产生的恶臭。由于工作温度较低(95℃～100℃)，亦无挥发性有机物(VOCs)排放，医疗废物的减容率可达80%。设备实现了微电脑自动化控制，可实时监控设备运行状态，确保在作业过程中各项指标与参数合格，经过微波消毒无害化后的医疗废物可同市政垃圾一道集中处理[11]。

美国ACT medical公司研发制造的新型医疗废物微波消毒设备在可处理的医疗废物种类方面得到扩充，其适宜处理的医疗废物涵盖血液及血液制品、透析废物、人体组织器官、动物尸体、针头注射器及其它锋利废物、生物培养基等实验室样本、输液用品、口罩防护服等，医疗废物的减容率可达80%，产品获得了美国加利福尼亚州公共卫生局的认证。此外，该微波消毒设备的用户还可选购配套的焚烧装置，实现微波—焚烧消毒技术联用，进而使一些不宜采用微波消毒的化学性废物和药物性废物也能得到妥善处理。预计每吨经微波消毒设备处理完毕的废物焚烧后产生的电能可供一户普通美国家庭使用2周，废弃物转化为能源(Waste-to-Energy)的效率十分可观[12]。

值得关注的是，高温蒸煮与微波消毒的联用技术也在悄然兴起，如意大利ECONOS 公司研发的“微波+高温高压蒸汽”复合强化处理工艺。该技术在医疗废物处置的过程中集成了微波消毒技术与高温蒸汽消毒技术的优点，运行过程中无二噁英排放，实现了医疗废物的安全毁形、减容和无害化，适宜设置在人口密度较大的地区[8，13]。

目前，英国、法国等西方发达国家已成功运用基于微波技术的医疗废物消毒毁形一体化小型设备，实现了医疗废物的就地无害化处置，处理后的残渣可连同普通生活垃圾进行集中处理。随着相关技术的不断成熟，俄罗斯、巴西、罗马尼亚、马来西亚、新加坡、越南等国家也纷纷开始启用小型医疗废物微波处置设备就地或就近处理医疗废物[14]。当前在世界范围内，医疗废物的微波消毒技术正在进入一个快速发展时期，越来越多的国家开始选择微波消毒技术作为焚烧法的替代手段。

4.2 国内层面

利用微波消毒技术处理医疗废物在我国尚处于起步阶段。2006 年，原国家环境保护总局颁布了我国首份医疗废物微波消毒环境保护行业标准《医疗废物微波消毒集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 229—2006)，该标准规范了医疗废物微波消毒处理技术的应用行为、工程建设以及设施运行管理，进一步强化了我国医疗废物的安全管理，为国内医疗废物微波消毒处理工程的规划、设计、施工、验收和运行管理提供了行动指南[15]。

2007年11月，甘肃省平凉市医疗废物微波消毒集中处置中心建成投入运营。该项目日处理医疗废物能力为3吨，采用“微波+高温高压+蒸汽消毒”的复合处理工艺，可处理平凉市6县1区医疗卫生机构产生的感染性、损伤性医疗废物，项目的落成加快了平凉市医疗废物无害化处理步伐，有力地促进了平凉城区及周边各县区的生态环境保护工作[16]。

2012年，原环境保护部和国家发展改革委等四部门下发的《“十二五”危险废物污染防治规划》指出，对确有困难，难以实现统一收集处置的县级市和县(区)医疗废物，要因地制宜，统筹规划，鼓励采取高温蒸汽处理、化学消毒和微波消毒等非焚烧方式，建设县级医疗废物处置设施。

2014年，河南商丘制造出我国首台医疗废物微波消毒设备样机，并获得国家科技成果认证，标志着微波消毒技术作为医疗废物的非焚烧技术正逐步在国内得到推广，进一步推动了我国医疗废物处理方式的多元化进程。

2020年1月，浙江省嘉兴市首个医疗废物处置项目——海宁市绿能环保项目开始试运行，该项目采用了目前较为成熟先进的“高温蒸汽消毒+微波消毒”工艺，配备有自动化处理装置，仅需3名工人进行操作，日均医疗废物处置能力30吨，最大可达45吨。厂区安装有空气负压设备，确保了在作业过程中无异味产生。医疗废物经消毒、破碎后会被运到生活垃圾发电厂进行焚烧，实现了嘉兴全市医疗废物“日产日清”。预计该项目年处置医疗废物将达到1万吨，嘉兴市域医疗废物能够在此兜底处置[19]。

2020年伊始，我国多地发生新型冠状病毒( Corona Virus Disease 2019，COVID-19)感染引发的肺炎疫情，全国各地的医疗废物处理负荷随之上升，疫情较为严重的湖北省武汉市更是处理压力剧增。根据2020年2月11日生态环境部的统计数据，当日武汉全市医疗废物实际处置能力为100.5吨/天，较疫情发生前增加50.5吨/天，全市共收集医疗废物47吨，全部按涉疫情医疗废物处置，当日集中处置57吨(含库存10吨)，平均运行负荷率为57%，医疗废物处置设施总体运行平稳[20]。

实现涉及疫情相关医疗废物安全无害化处理，确保全国医疗废物“应收尽收、应处尽处、日产日清”，有效防范医疗废物可能造成的环境风险，是打赢疫情防控阻击战的关键环节。微波消毒技术作为感染性医疗废物处理的代表性技术，也为疫情期间医疗废物的安全处置做出了突出贡献。2020年2月，河南省利盈环保科技股份有限公司向武汉雷神山医院捐赠的移动式医疗废物微波消毒设备(MDU—5B/G型)开始启用。该微波消毒设备总功率117千瓦，装机质量13000千克，医疗废物日处理量可达5吨，设备运行仅需1名操作人员，可处理感染性、损伤性、病理性医疗废物(人体器官等除外)，完全可以满足雷神山医院医疗废物处置需求，能保障疫情期间医院医疗废物实现就地无害化处置，最大限度地遏制新冠病毒传播蔓延的风险[21]。

4.3 国内外差距简析

4.3.1 医疗废物微波消毒技术普及程度依然有限

在医疗废物微波消毒技术的普及推广方面，相较欧美发达国家，我国仍处于起步阶段，普及率依然很低。当前，医疗废物微波消毒技术在我国的市场化程度还不够成熟，相关的设备厂商数量还相当有限，在技术研发领域仍会遭遇瓶颈，设备的购置费用比较高昂，已投入运营的医疗废物微波消毒设备仍限于小批量、间歇式的医疗废物处理模式，亟须在后续工作中取得突破性进展。

4.3.2 医疗废物微波消毒技术研发力度不足

本文以“医疗废物微波消毒”为关键词在谷歌专利数据库(Google Patents)中进行检索，统计出我国相关专利共21篇，其中最早的专利授权年份为2015年。再以对应英文“Medical Waste Microwave Disinfection”为关键词再次在谷歌专利数据库中进行检索，共检索得到6179篇相关专利，其中不少专利的授权时间集中在20世纪90年代。上述结果表明我国在医疗废物微波消毒技术的自主研发领域，无论是在研发历史上还是在成果产出上，均与世界上一些发达国家存在较大的差距。

4.3.3 医疗废物微波消毒技术相关文件更新滞后

在微波消毒技术相关文件的更新与出台方面，我国仍落后于世界上一些发达国家。例如，美国疾控中心(Centers for Disease Control and Prevention)出台的微波消毒技术相关指南由专家组成员适时更新，并上传至互联网供民众免费下载参考，最新一版技术指南的更新时间为2019年5月[22]。反观我国，目前医疗废物微波消毒的有关技术规范文件仅有1份，仍然为2006年原国家环境保护总局颁布的《医疗废物微波消毒集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 229—2006)，近十五年未对原有的技术规范进行必要的修订，也尚未依据国情实际适时出台新的管理办法，医疗废物微波消毒技术相关文件的修订与出台存在严重滞后的情况，与日俱增的医疗废物和缺乏医疗废物处理配套指导性文件现状之间的矛盾十分突出。

5 前景展望与政策建议

5.1 优化决策，实现医疗废物微波消毒技术科学精细化管理

微波消毒技术作为医疗废物的非焚烧处理技术之一，在推进我国医疗废物处置技术的创新方面具有重要意义，在积极推广应用的同时，也要强化相应的管理工作，做到技术创新与政策制订有序同步推进。尽管微波消毒技术同焚烧技术相比拥有一些独特的优势，但也绝非是适用于一切的“万能技术”，同样有其特定的应用范围，必须按照因地制宜的原则，精准施策，综合考虑拟处理医疗废物的属性、技术的可靠性与潜在风险、设备运行过程中的环境影响、操作人员职业安全与健康等因素。与此同时，也需统筹兼顾相关政策法规、经济投资回报率、服务人口规模、公众的接受程度等因素，做好做实微波消毒技术的可行性研究与顶层设计，并跟进配套的环境影响评价与环境舆情监测等工作，力争做到“一厂一案”，紧密结合实际情况与实践经验来探索医疗废物微波消毒技术的最优应用方案。

5.2 完善体系，及时出台与时代相适应的微波消毒技术指导性文件

近年来，随着医疗卫生事业的快速发展和人民群众对健康以及环境要求的不断增加，有关医疗废物管理的技术规范与管理方法亟须尽快完善。目前我国在医疗废物微波消毒领域的有关文件仅有2006年原国家环境保护总局颁布的《医疗废物微波消毒集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 229—2006)，文件出台进度与时代发展节奏存在明显的脱节现象，与我国打赢污染防治攻坚战的大背景不相适应。建议由生态环境部牵头，以2020年2月国家卫生健康委等10部门印发的《医疗机构废弃物综合治理工作方案》为指导，紧密结合“无废城市”建设等重大项目，遵循“闭环管理、定点定向、全程追溯”的原则，出台一系列与时代发展相适应的医疗废物微波消毒技术规范与管理办法，进一步完善我国医疗废物管理法规体系，扭转当前我国在医疗废物微波消毒技术领域普及应用的被动局面，满足人民日益增长的优美生态环境需要[23]。

5.3 协调联动，促进医疗废物微波消毒行业高质量发展

医疗废物管理是我国生态文明建设中的关键环节，是系统性、专业性、公益性很强的大工程。目前，我国医疗废物的微波消毒行业尚处于起步时期，需要加强国家发展改革委、国家卫生健康委、生态环境部、工业和信息化部、财政部、科技部、国家市场监管总局等有关部委之间的协同合作，进一步加大对医疗废物微波消毒先进技术的自主研发与对外引进力度，加大对医疗废物微波消毒技术的公众宣传教育引导力度，加大对国内医疗废物微波消毒技术市场化的财税支持力度，不断规范微波消毒技术的操作管理流程，引导医疗废物微波消毒处理行业规范健康发展，培养一批连锁化、集团化、规模化的医疗废物微波消毒骨干企业，加快医疗废物微波消毒技术与云计算、物联网、“互联网+”、5G、人工智能、区块链等现代新兴技术的深度融合，实现医疗废物管理相关产业行业高质量发展与生态环境高水平保护。

此外，我国应牢牢把握绿色“一带一路”与“健康丝绸之路”建设等重要国际合作平台，以微波消毒技术处理感染性医疗废物为切入点，结合污染防治攻坚战、疫情防控阻击战的最新战果，加强同世界卫生组织、联合国环境署等国际组织以及国外环境保护与卫生健康政府机构之间的信息沟通，向世界贡献医疗废物管理领域的“中国智慧”与“中国力量”，通过国际生态环境保护交流合作推动构建人类命运共同体。