医疗废物焚烧烟气污染控制可行技术
张静 康宁
摘要：以焚烧方式处置医疗废物推广的关键在于有效治理焚烧烟气所含污染物。本文根据医疗废物焚烧烟气污染物主要成分，归纳了可行治理技术，指出了工艺路线的关联性。
关键词：医疗废物；焚烧；酸性气体；二噁英
中图分类号：X799.5 文献标志码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0249-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.149
Abstract：Incineration of medical waste is widely applied in China.The key is how to dispose pollutants in incineration gas.The main pollutants of medical waste incineration gas was analysed ，available techniques were introduced and the association among the process was emphasized.
Key words：Medical waste；Incineration；Acid gas；Dioxins
作为一种特殊的危险废物，医疗废物的危害包括传播疾病和污染环境 [1]。焚烧法与非焚烧法是现阶段医疗废物处置的两大类方式。焚烧法适用于多种医疗废物，工艺设备相对成熟，应用最广。化学或微波消毒、高温蒸煮等属于非焚烧法，虽然应用较少，却被认为最具发展潜力。然而非焚烧法的缺点比较明显，首先对医疗废物适用范围较窄，其次处理效率相比焚烧法低。结合我国的具体情况以及各地已经建成的医疗废物集中处置厂所采用的工艺设备，现阶段仍首选焚烧法处理 [2]。医疗废物焚烧法的优点是，能有效分解长链有机物，杀灭致病菌；燃烧释放的热量可用来发电等。本文根据医疗废物焚烧烟气中污染物的主要成分，归纳了各类污染物的可行治理技术，给医疗废物焚烧厂筹建阶段选择污染物治理工艺路线提供参考。
1 焚烧烟气污染物
医疗废物的物理组成：有机物如棉签、纸、机体组织等约占80%；无机物如金属、玻璃等约占10%；其他如废药剂药品等约占10%[3]。鉴于上述医疗废物成分，可以判断出焚烧废气所含污染物主要有：酸性气体（氯化氢、二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物）、烟尘、二噁英及重金属。
2 焚烧烟气控制措施
2.1 源头控制
医疗废物中塑料制品的占比相当大，其主要成分含有聚氯乙烯，是焚烧烟气中酸性气体、二噁英的主要来源[4]。塑料制品是可再生资源，强化医疗废物的前期管理，进行分类收集、联单储运及处置监管，将分类收集的塑料进行灭菌、消毒后再利用，其余废物可直接焚烧[5]。这样既减少了资源浪费，又降低了参与焚烧的医疗废物中的氯含量， 从而减少二噁英和酸性气体的生成，降低了后续烟气处理的难度[6-7]。
2.2 医疗废物焚烧系统
医疗废物焚烧处置系统主要包括：进料装置、焚烧炉、燃烧空气供给、余热利用、烟气净化、灰渣处理等。焚烧炉内分为一燃室和二燃室，是该技术的关键设备。物料在一燃室进行烘干和热解，在二燃室完全燃烧[8]。焚烧烟气净化系统一般包括以下工艺：急冷、除酸、吸附和除尘[9]。
2.3 酸性气体控制措施
要去除烟气中的含酸物质（以氯化氢为主），可以采用湿法、半干法或者干法。湿法是将吸收剂配制成溶液或浆液，然后大量喷洒至筛板塔、喷淋塔、填料塔等净化设备内，此时烟气中的酸性污染物被中和吸收而去除。吸收劑常采用烧碱或生石灰。干法是将干粉吸收剂喷入烟道或其他反应器内，烟气中的酸性物质与吸收剂发生反应，再整体送至除尘装置，反应物及烟气中的其他颗粒一同被脱除。半干法工作原理同湿法相似，液态吸收剂喷入量应严格控制，以能被高温烟气蒸发生成粉状产物为准。
半干法脱酸兼具干法和湿法的优点，能耗少，设备简单，在国内应用较多[10]。半干法脱酸设备主要包括急冷塔和半干脱酸塔。
焚烧烟气首先进入急冷塔，主要作用是使烟气迅速降温，减少二噁英类物质在300～500℃温度区间再次生成。经过换热设备后烟温降低到550℃左右，向急冷塔内喷入水作为直接冷却介质，烟气经过急冷塔时与雾化后的水接触，使得传热速度较快，迅速将烟温降低至200℃左右，控制这一过程的反应时间小于2 s。烟气与水雾在一同混合下落过程中实现了汽化，塔底基本不产生污水。
烟气经过急冷塔后即进入半干脱酸塔，目的是去除烟气中酸性气体。入口烟温约200℃，出口烟温约170℃，采用喷吸收剂的方式，脱除烟气中大部分酸性气体。现以石灰浆为例说明，这一反应共分两步，首先：在半干脱酸塔内，待处理烟气与石灰浆雾滴充分混合，氯化氢等酸性气体与浆液雾滴中的碱性成分发生化学反应；第二阶段：烟气本身携带的热量使浆液雾滴中的水分蒸发，使得浆液中石灰及反应生成物变成固态颗粒，在塔下部以及后续的烟气处理设备内，与气态污染物继续发生反应，总的污染物净化效果有所提高。
也可同步进行烟气急冷和半干法脱酸。采用喷射含碱水溶液急冷法（一种换热效率较高的换热方式），先用高效雾化喷嘴将氢氧化钠溶液雾化成极小的雾滴，尔后与烟气直接发生热交换，将水滴快速变成水蒸气，在短时间内（≤1s）即可将烟气温度降低至160～200℃，从而遏制“飞灰”在中温段发生异相催化，防止二噁英再次生成，同时中和大部分酸性污染物。
为提高脱酸效率，有的工艺路线在急冷和半干法脱酸后，再加一步干法脱酸，将消石灰粉喷入烟道内，与烟气中的剩余酸性物质继续反应。由于急冷或半干法脱酸后烟气中仍含有部分水汽，用这种方法脱酸效果更佳。
焚烧烟气中的氮氧化物也是常见的酸性污染物，通过控制燃烧条件来抑制其产生属于源头治理，接下来再考虑末端处理。氮氧化物的去除技术包括选择性非催化还原法、氨还原法以及烟气再循环法等。
2.4 烟尘控制措施
焚烧烟尘包括燃烧时产生的烟雾以及飞灰颗粒。烟雾一般指焚烧时产生的固体颗粒气溶胶，它是熔融物质挥发冷却后形成的气态物质冷凝物。飞灰可认为是随着燃烧烟气排出的较细灰分[10]。收集焚烧产生的大颗粒飞灰（5～50mm）可采用沉降室和旋风除尘器，收集小颗粒飞灰最常用的是布袋除尘器，除尘效率可达99.9%。
2.5 二噁英类控制措施
二噁英是在焚烧过程中，不完全燃烧条件下烟气中苯环和氯离子于一定温度下结合生成的，在烟气和飞灰中含量较高[11-12]。降低二噁英排放的途径主要有两种，一种是通过控制物料燃烧工艺，切断其生成条件：根据相关法规，医疗废物焚烧炉需设置二燃室，燃烧温度保持在 850 ℃以上，烟气停留时间大于等于2 s，是有效减少二噁英形成的必要条件。控制烟道内二噁英低温再合成，在前述急冷塔即可实现。另外一种是对燃烧烟气进行净化，可采用活性炭吸附或布袋除尘器捕集。
去除已生成的二噁英主要有活性炭法，包括固定床吸附技术和粉末喷注吸附技术以及选择性催化还原法等。目前国内主要采用的是活性炭喷注吸附技术：喷入活性炭粉，利用活性炭颗粒对有机气体较强的吸收能力，进一步除去烟气中的二噁英[13]。
二噁英常附着在飞灰颗粒物上，布袋除尘器通过捕集99.9%的颗粒物而将二噁英一并去除[14]。二噁英类物质的特点是沸点较高，气化压力较低。当烟气温度在 150～280 ℃时，二噁英以细小的颗粒状态存在，覆膜布袋除尘器是在常规的布袋表面涂覆一层有机聚合物，使滤袋形成初滤层，故覆膜布袋除尘器可以有效捕集二噁英[15]。提倡以覆膜布袋除尘器代替普通布袋除尘器。
2.6 重金属
医疗废物焚烧时，烟气中还包含一些重金属如含汞、铬、砷、铜、铅等的物质。它们主要以各种盐类和氧化物的形式存在于烟气、飞灰中，目前尚无单独针对重金属的处理措施，可通过酸洗、活性炭吸附和布袋除尘等多种方法与烟气中其他污染物协同去除[10]。
2.7 医疗废物焚烧炉烟气处理工艺路线
根据前述焚烧炉烟气中各种污染物的治理措施，结合焚烧炉技术参数，通常采用的工艺路线为：
急冷、半干法脱酸→干法脱酸→喷活性炭粉末→覆膜布袋除尘器→排放
应当看到，工艺路线中的各项治理措施并非独立存在，而是有机整体，例如急冷和半干法脱酸可以先后进行，也可以同时进行，冷却介质有所不同。而袋式除尘器在过滤颗粒物的同时，也截留了重金属和二噁英类物质。在工艺选择和设计时，不应忽略组合技术之间的联系和协同作用，宜统筹考虑其综合效果。
3 结语
结合现阶段我国的国情，焚烧法仍是处置医疗废物的主流技术，妥善处理焚烧烟气所含有害物质成为医疗废物焚烧处置的关键。焚烧法的缺点主要是焚烧烟气成分复杂，所含污染物种类较多。实现达标排放是基本条件，还应准备应对随时可能收严的排放标准[16]。医疗废物焚烧烟气处置可行技术的研究，对于开展行业内示范工程、全面推广进而提高行业整体技术水平意义重大[2]。
参考文献
[1]陈刚.国内医疗废物处置最佳可行性技术应用浅析 [J].环境保护与循环经济，2010， 7：64-66.
[2]孙宁，吴舜泽，蒋国华等.我国医疗废物焚烧处置污染控制案例研究[J].环境与可持续发展，2011，5：37-41.
[3]杨洋. 医疗废物焚烧处理烟气净化技术的研究[J].安徽农学通报，2016，22 （16）：74-75.
[4]鄧娜，张于峰，赵薇等.聚氯乙烯（PVC）类医疗废物的热解特性研究[J].环境科学，2008， 29（3）：837-843.
[5]叶丽杰，高爱梅，郭喜成.医疗废物的分类收集对热解焚烧处置的影响研究[J].安阳工学院学报，2015，14（6）：30-33.
[6]王承智，胡筱敏，石荣等.医疗废物焚烧处置中二噁英的过程控制安全技术[J].中国安全科学学报，2007，17（1）：156-161.
[7]张怀强.医疗废物焚烧组分特性分析[J].能源工程，2013，5： 52-54.
[8]张绍坤.医疗废物集中焚烧处置技术的研究与应用[J].中国环保产业，2011，10：30-33.
[9]宋钊，谢争，王文华.医疗废物焚烧处置系统优化及烟气实测分析[J].工业安全与环保，2011，37（5）：13-14.
[10]林志东.医疗废物焚烧烟气中酸性气体来源及形成机理[J].能源与节能，2014，9：93-96.
[11]王奇，陈佳，王超等.医疗废物焚烧炉启炉过程二噁英排放特性[J].化工学报， 2015， 66（ 1）：419-425.
[12]陈佳，陈彤，王奇，等.中国危险废物和医疗废物焚烧处置行业二噁英排放水平研究[J].环境科学研究，2014，34 （4）：973-979.
[13]曾华星，桂双林.基于医疗废物焚烧过程中二噁英的控制分析[J].能源研究与管理，2017，1：66-67.
[14]周丰，刘永，郭怀成.医疗废物焚烧处置过程中关键参数研究[J].环境科学研究，2005，18（3）：24-28.
[15]朱杰，陆斌.催化覆膜滤袋在医疗废物焚烧线上的应用[J].广东科技，2015，4（8）：53-55.
[16]李歆琰，王淑娟，牛利民等.河北省医疗废物焚烧污染物排放及控制要求[J].四川环境，2017，36（4）：129-134.
收稿日期：2018-05-24
作者简介：张静（1978-），女，工程师，硕士，主要从事环境工程评估与应用研究。
摘要：以焚烧方式处置医疗废物推广的关键在于有效治理焚烧烟气所含污染物。本文根据医疗废物焚烧烟气污染物主要成分，归纳了可行治理技术，指出了工艺路线的关联性。
关键词：医疗废物；焚烧；酸性气体；二噁英
中图分类号：X799.5 文献标志码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0249-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.149
Abstract：Incineration of medical waste is widely applied in China.The key is how to dispose pollutants in incineration gas.The main pollutants of medical waste incineration gas was analysed ，available techniques were introduced and the association among the process was emphasized.
Key words：Medical waste；Incineration；Acid gas；Dioxins
作为一种特殊的危险废物，医疗废物的危害包括传播疾病和污染环境 [1]。焚烧法与非焚烧法是现阶段医疗废物处置的两大类方式。焚烧法适用于多种医疗废物，工艺设备相对成熟，应用最广。化学或微波消毒、高温蒸煮等属于非焚烧法，虽然应用较少，却被认为最具发展潜力。然而非焚烧法的缺点比较明显，首先对医疗废物适用范围较窄，其次处理效率相比焚烧法低。结合我国的具体情况以及各地已经建成的医疗废物集中处置厂所采用的工艺设备，现阶段仍首选焚烧法处理 [2]。医疗废物焚烧法的优点是，能有效分解长链有机物，杀灭致病菌；燃烧释放的热量可用来发电等。本文根据医疗废物焚烧烟气中污染物的主要成分，归纳了各类污染物的可行治理技术，给医疗废物焚烧厂筹建阶段选择污染物治理工艺路线提供参考。
1 焚烧烟气污染物
医疗废物的物理组成：有机物如棉签、纸、机体组织等约占80%；无机物如金属、玻璃等约占10%；其他如废药剂药品等约占10%[3]。鉴于上述医疗废物成分，可以判断出焚烧废气所含污染物主要有：酸性气体（氯化氢、二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物）、烟尘、二噁英及重金属。
2 焚烧烟气控制措施
2.1 源头控制
医疗废物中塑料制品的占比相当大，其主要成分含有聚氯乙烯，是焚烧烟气中酸性气体、二噁英的主要来源[4]。塑料制品是可再生资源，强化医疗废物的前期管理，进行分类收集、联单储运及处置监管，将分类收集的塑料进行灭菌、消毒后再利用，其余废物可直接焚烧[5]。这样既减少了资源浪费，又降低了参与焚烧的医疗废物中的氯含量， 从而减少二噁英和酸性气体的生成，降低了后续烟气处理的难度[6-7]。
2.2 医疗废物焚烧系统
医疗废物焚烧处置系统主要包括：进料装置、焚烧炉、燃烧空气供给、余热利用、烟气净化、灰渣处理等。焚烧炉内分为一燃室和二燃室，是该技术的关键设备。物料在一燃室进行烘干和热解，在二燃室完全燃烧[8]。焚烧烟气净化系统一般包括以下工艺：急冷、除酸、吸附和除尘[9]。
2.3 酸性气体控制措施
要去除烟气中的含酸物质（以氯化氢为主），可以采用湿法、半干法或者干法。湿法是将吸收剂配制成溶液或浆液，然后大量喷洒至筛板塔、喷淋塔、填料塔等净化设备内，此时烟气中的酸性污染物被中和吸收而去除。吸收劑常采用烧碱或生石灰。干法是将干粉吸收剂喷入烟道或其他反应器内，烟气中的酸性物质与吸收剂发生反应，再整体送至除尘装置，反应物及烟气中的其他颗粒一同被脱除。半干法工作原理同湿法相似，液态吸收剂喷入量应严格控制，以能被高温烟气蒸发生成粉状产物为准。
半干法脱酸兼具干法和湿法的优点，能耗少，设备简单，在国内应用较多[10]。半干法脱酸设备主要包括急冷塔和半干脱酸塔。
焚烧烟气首先进入急冷塔，主要作用是使烟气迅速降温，减少二噁英类物质在300～500℃温度区间再次生成。经过换热设备后烟温降低到550℃左右，向急冷塔内喷入水作为直接冷却介质，烟气经过急冷塔时与雾化后的水接触，使得传热速度较快，迅速将烟温降低至200℃左右，控制这一过程的反应时间小于2 s。烟气与水雾在一同混合下落过程中实现了汽化，塔底基本不产生污水。
烟气经过急冷塔后即进入半干脱酸塔，目的是去除烟气中酸性气体。入口烟温约200℃，出口烟温约170℃，采用喷吸收剂的方式，脱除烟气中大部分酸性气体。现以石灰浆为例说明，这一反应共分两步，首先：在半干脱酸塔内，待处理烟气与石灰浆雾滴充分混合，氯化氢等酸性气体与浆液雾滴中的碱性成分发生化学反应；第二阶段：烟气本身携带的热量使浆液雾滴中的水分蒸发，使得浆液中石灰及反应生成物变成固态颗粒，在塔下部以及后续的烟气处理设备内，与气态污染物继续发生反应，总的污染物净化效果有所提高。
也可同步进行烟气急冷和半干法脱酸。采用喷射含碱水溶液急冷法（一种换热效率较高的换热方式），先用高效雾化喷嘴将氢氧化钠溶液雾化成极小的雾滴，尔后与烟气直接发生热交换，将水滴快速变成水蒸气，在短时间内（≤1s）即可将烟气温度降低至160～200℃，从而遏制“飞灰”在中温段发生异相催化，防止二噁英再次生成，同时中和大部分酸性污染物。
为提高脱酸效率，有的工艺路线在急冷和半干法脱酸后，再加一步干法脱酸，将消石灰粉喷入烟道内，与烟气中的剩余酸性物质继续反应。由于急冷或半干法脱酸后烟气中仍含有部分水汽，用这种方法脱酸效果更佳。
焚烧烟气中的氮氧化物也是常见的酸性污染物，通过控制燃烧条件来抑制其产生属于源头治理，接下来再考虑末端处理。氮氧化物的去除技术包括选择性非催化还原法、氨还原法以及烟气再循环法等。
2.4 烟尘控制措施
焚烧烟尘包括燃烧时产生的烟雾以及飞灰颗粒。烟雾一般指焚烧时产生的固体颗粒气溶胶，它是熔融物质挥发冷却后形成的气态物质冷凝物。飞灰可认为是随着燃烧烟气排出的较细灰分[10]。收集焚烧产生的大颗粒飞灰（5～50mm）可采用沉降室和旋风除尘器，收集小颗粒飞灰最常用的是布袋除尘器，除尘效率可达99.9%。
2.5 二噁英类控制措施
二噁英是在焚烧过程中，不完全燃烧条件下烟气中苯环和氯离子于一定温度下结合生成的，在烟气和飞灰中含量较高[11-12]。降低二噁英排放的途径主要有两种，一种是通过控制物料燃烧工艺，切断其生成条件：根据相关法规，医疗废物焚烧炉需设置二燃室，燃烧温度保持在 850 ℃以上，烟气停留时间大于等于2 s，是有效减少二噁英形成的必要条件。控制烟道内二噁英低温再合成，在前述急冷塔即可实现。另外一种是对燃烧烟气进行净化，可采用活性炭吸附或布袋除尘器捕集。
去除已生成的二噁英主要有活性炭法，包括固定床吸附技术和粉末喷注吸附技术以及选择性催化还原法等。目前国内主要采用的是活性炭喷注吸附技术：喷入活性炭粉，利用活性炭颗粒对有机气体较强的吸收能力，进一步除去烟气中的二噁英[13]。
二噁英常附着在飞灰颗粒物上，布袋除尘器通过捕集99.9%的颗粒物而将二噁英一并去除[14]。二噁英类物质的特点是沸点较高，气化压力较低。当烟气温度在 150～280 ℃时，二噁英以细小的颗粒状态存在，覆膜布袋除尘器是在常规的布袋表面涂覆一层有机聚合物，使滤袋形成初滤层，故覆膜布袋除尘器可以有效捕集二噁英[15]。提倡以覆膜布袋除尘器代替普通布袋除尘器。
2.6 重金属
医疗废物焚烧时，烟气中还包含一些重金属如含汞、铬、砷、铜、铅等的物质。它们主要以各种盐类和氧化物的形式存在于烟气、飞灰中，目前尚无单独针对重金属的处理措施，可通过酸洗、活性炭吸附和布袋除尘等多种方法与烟气中其他污染物协同去除[10]。
2.7 医疗废物焚烧炉烟气处理工艺路线
根据前述焚烧炉烟气中各种污染物的治理措施，结合焚烧炉技术参数，通常采用的工艺路线为：
急冷、半干法脱酸→干法脱酸→喷活性炭粉末→覆膜布袋除尘器→排放
应当看到，工艺路线中的各项治理措施并非独立存在，而是有机整体，例如急冷和半干法脱酸可以先后进行，也可以同时进行，冷却介质有所不同。而袋式除尘器在过滤颗粒物的同时，也截留了重金属和二噁英类物质。在工艺选择和设计时，不应忽略组合技术之间的联系和协同作用，宜统筹考虑其综合效果。
3 结语
结合现阶段我国的国情，焚烧法仍是处置医疗废物的主流技术，妥善处理焚烧烟气所含有害物质成为医疗废物焚烧处置的关键。焚烧法的缺点主要是焚烧烟气成分复杂，所含污染物种类较多。实现达标排放是基本条件，还应准备应对随时可能收严的排放标准[16]。医疗废物焚烧烟气处置可行技术的研究，对于开展行业内示范工程、全面推广进而提高行业整体技术水平意义重大[2]。
参考文献
[1]陈刚.国内医疗废物处置最佳可行性技术应用浅析 [J].环境保护与循环经济，2010， 7：64-66.
[2]孙宁，吴舜泽，蒋国华等.我国医疗废物焚烧处置污染控制案例研究[J].环境与可持续发展，2011，5：37-41.
[3]杨洋. 医疗废物焚烧处理烟气净化技术的研究[J].安徽农学通报，2016，22 （16）：74-75.
[4]鄧娜，张于峰，赵薇等.聚氯乙烯（PVC）类医疗废物的热解特性研究[J].环境科学，2008， 29（3）：837-843.
[5]叶丽杰，高爱梅，郭喜成.医疗废物的分类收集对热解焚烧处置的影响研究[J].安阳工学院学报，2015，14（6）：30-33.
[6]王承智，胡筱敏，石荣等.医疗废物焚烧处置中二噁英的过程控制安全技术[J].中国安全科学学报，2007，17（1）：156-161.
[7]张怀强.医疗废物焚烧组分特性分析[J].能源工程，2013，5： 52-54.
[8]张绍坤.医疗废物集中焚烧处置技术的研究与应用[J].中国环保产业，2011，10：30-33.
[9]宋钊，谢争，王文华.医疗废物焚烧处置系统优化及烟气实测分析[J].工业安全与环保，2011，37（5）：13-14.
[10]林志东.医疗废物焚烧烟气中酸性气体来源及形成机理[J].能源与节能，2014，9：93-96.
[11]王奇，陈佳，王超等.医疗废物焚烧炉启炉过程二噁英排放特性[J].化工学报， 2015， 66（ 1）：419-425.
[12]陈佳，陈彤，王奇，等.中国危险废物和医疗废物焚烧处置行业二噁英排放水平研究[J].环境科学研究，2014，34 （4）：973-979.
[13]曾华星，桂双林.基于医疗废物焚烧过程中二噁英的控制分析[J].能源研究与管理，2017，1：66-67.
[14]周丰，刘永，郭怀成.医疗废物焚烧处置过程中关键参数研究[J].环境科学研究，2005，18（3）：24-28.
[15]朱杰，陆斌.催化覆膜滤袋在医疗废物焚烧线上的应用[J].广东科技，2015，4（8）：53-55.
[16]李歆琰，王淑娟，牛利民等.河北省医疗废物焚烧污染物排放及控制要求[J].四川环境，2017，36（4）：129-134.
收稿日期：2018-05-24
作者简介：张静（1978-），女，工程师，硕士，主要从事环境工程评估与应用研究。
