CN102039297A - 医疗废弃物亚临界水解处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医疗废弃物亚临界水解处理装置，包括原料投入储料库、亚临界水解处理器、加热套管、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，其特征在于原料投入储料库的出口与亚临界水解处理器的入口相接，所述亚临界水解处理器通过其上的出口与旋流除尘器相连接，所述旋流除尘器连接除臭装置，所述亚临界水解处理器下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与亚临界水解处理器和加热套管相连接，本发明可以在短时间内升温至工作温度，运行成本低，环境负荷小，在高温、高压条件下将大量医疗废弃物完全灭菌、毁型、减量、分解，并进一步干燥转化成之地均匀、杂质含量低、无二次污染和高热值的低分子固体燃料。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域的感染性医疗废弃物残渣的处理装置，特别涉及一种医疗废弃物亚临界水解处理装置。
背景技术
感染性医疗废弃物，如各种内脏器官、聚乙烯、石膏、注射针头等，均具有感染性和损伤性，对人体健康产生危害。废弃的医疗器械如果未能及时销毁处理，而被非法贩卖进入社会，会引起疾病的传播、公众健康潜在的威胁、引起公众不满及市场秩序混乱等多种社会危害。
医疗废弃物必须经过高温处理后才能彻底无害化，并达到国家环保标准。目前的主要处置技术大致包括高温焚烧又称为热解焚烧、化学消毒、高温高压蒸汽灭菌、微波处理等技术。这些技术虽能彻底销毁各类细菌、病毒、真菌及其他传染源，但焚烧处理和烟气处理过程中却容易产生大量有机挥发性物质，特别是二噁英的排放，容易产生令人厌恶的气味。另外，灭菌处理或化学消毒处理后的尾产物还需要进行最终填埋处理，如果填埋处理不当还可能造成对土壤、地表水、地下水的二次污染。
目前仅常规的高温裂解医疗废弃物的装置温度一般都在500～700℃，且工艺流程较为复杂，升温和降温过程消耗了大量的时间，且需通过燃油、燃气、煤、电消耗大量热源，装置能耗比较高；同时，处理容器的密封系统易被破坏，容器内的高温气体易向外泄露，整体装置设备的处理和维护成本都相对较高；另外，医疗废弃物中含有大量的可以转化成有价值的燃料的废塑料、废橡胶物品被直接焚烧，是能源资源的严重浪费，现有技术难以实现医疗废弃物的无害回收及资源化再利用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种医疗废弃物亚临界水解处理装置，能将微生物培养基、敷料、培养基、注射器等感染性医疗废弃物，人体组织类废弃物和动物尸体等病理性废物，一般药理性废物等，在短时间内低成本、高减量率、安全环保、大规模化处理成无菌、无毒、高可燃烧性尾产物的处理装置。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种医疗废弃物亚临界水解处理装置，包括原料投入储料库、亚临界水解处理器、加热套管、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，原料投入储料库的出口与亚临界水解处理器的入口相接，所述亚临界水解处理器通过其上的出口与旋流除尘器相连接，所述旋流除尘器连接除臭装置，所述亚临界水解处理器下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与亚临界水解处理器和加热套管相连接。
所述医疗废弃物亚临界水解处理装置在工作时，加热套管的热量由与之相连接的有机热载体锅炉提供，亚临界水解处理器的蒸汽由与之相连接的蒸汽直流锅炉提供。
所述亚临界水解处理器的原料投入口设置具有开关功能的耐压阀，内部设置搅拌机。
所述有机热载体锅炉内部添加有机热载体。
所述旋流除尘器可以是切线型旋流除尘器和轴向式旋流除尘器中的一种，也可以是多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。
所述加热套管设有排水管。
所述亚临界水处理器与旋流除尘器的连接管道和亚临界水处理器与蒸汽直流锅炉的连接管道上分别设置调压阀。
一种医疗废弃物水解处理和资源化再生的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)原料投入工序：将原料，即被处理物投入密封状态的亚临界水解处理器中，并添加水分调整材料；
(2)准加热加压工序：向上述亚临界水解处理器中送入蒸汽，使其升温加压至温度120～200℃，压力0.198～1.55Mpa；
(3)正式加热加压工序：在有机热载体锅炉中添加有机热载体，在加热套管内实现200℃以上的高温有机热载体循环，使亚临界水解处理器升温加压至温度200～300℃，压力1.55～8.59Mpa；
(4)尾产物回收工序：亚临界水解处理器内的水蒸气排出后，尾产物即处理完成物排出。
本发明的有益效果为：该医疗废弃物亚临界水解处理装置对医疗废弃物的减量化、资源化与无害化的处理效果均优于焚烧处理法，该处理技术能彻底销毁各类细菌、病毒、真菌及其他传染源；能完全销毁或毁型各类损伤性医疗废弃物；能完全解决医疗废物的厌恶性问题；另外，因为原料在化学反应时产生反应热，因此只需要很少量的外部能源的供给，外部能源供给装置所使用的能量与常规干燥机所使用的能量来比要小的很多，没有二噁英产生的条件，故不产生二噁英。同时也减少了CO2的排放，该技术设备运行成本低、环境负荷小，其减容、减量效果好；尾产物热值高，质地均匀，杂质含量低，无二次污染，并可以进一步作为工业焚烧炉、医院锅炉的燃料煤使用。
附图说明
图1是医疗废弃物亚临界水解处理装置的处理流程图
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
如图1，是医疗废弃物亚临界水解处理装置的处理流程图，包括原料投入储料库1、亚临界水解处理器3、加热套管4、蒸汽直流锅炉7、有机热载体锅炉8、旋流除尘器9和除臭装置10，其中原料投入储料库1的出口与亚临界水解处理器3的原料投入口5相接，亚临界水解处理器3通过其上的排气口3b与旋流除尘器9相连接，旋流除尘器9连接除臭装置10，亚临界水解处理器3下部安装加热套管4，蒸汽直流锅炉7和有机热载体锅炉8分别与亚临界水解处理器3和加热套管4相连接。
以下对具体各装置进行详细说明。
感染性医疗废弃物由于破碎前处理较为困难，往往直接投入在原料投入储料库1中。原料投入储料库1的内部容积通常按照亚临界水解处理器3的内部容积设计，一般为亚临界水解处理器3内部容积的1.1～1.2倍。这里亚临界水解处理器3的内部容积一般在10m3以内，因此适宜的容积范围为1～10m3。
由于医疗废弃物含有较多的酸性、碱性物质，因此，原料投入储料库1最好具有耐腐蚀性，其容器内侧的构造材质可选用钢材，不锈钢等耐腐蚀性金属，或选用有机硅、含氟类等耐化学性高分子涂层。
工作时，医疗废弃物暂时保存在原料投入储料库1中，然后按照亚临界水解处理器3的一次处理量经原料投入口5分次进入亚临界水解处理器3中。
亚临界水解处理器3底部设有排水管2，其与旋流除尘器9的连接管道和其与蒸汽直流锅炉7的连接管道上面分别设置调压阀11和调压阀12，可以在工作时随时调整压力，保证工作安全和效率。亚临界水解处理器3是在高温高压下进行工作的，其内部容积、直径、厚度、材质等，均需符合国家压力容器安全技术的设计标准。亚临界水解处理器3的耐压性能从实用性和经济性等角度考虑，一般工作压力为2～10MPa，最佳工作压力为3～8MPa。
亚临界水解处理器3的设计容积以满负荷时处理物量为标准。同时，由于该容器需要输送到指定工场进行现场组合，从运输成本角度考虑，该反应容器的适宜容积在10m3以下。
亚临界水解处理器3在处理医疗废弃物时，同原料投入储料库1一样，通常为高温、高压且强酸、强碱的处理条件。因此，亚临界水解处理器3的内侧材质，优选耐高温、抗腐蚀性的不锈钢，或含氟类、有机硅类等高分子薄板。
原料投入口5中需设置具有开关功能的耐压阀。当原料投入口5关闭时，内压会向开口部分冲击，因此选用能承受5MPa以上压力的耐压阀。
原料投入口5的开口直径需配合亚临界水解处理器3的内径，该开口直径一般为亚临界水解处理器3的内径的0.5～0.9倍，优选为0.7～0.9倍。例如，亚临界水解处理器3的内径为100cm时，原料投入口5的适宜开口直径约为70～90cm。
亚临界水解处理器3可以选择竖式或横式处理器，但从操作性及设备制造的便利性角度考虑，优选横式处理器。如图1所示，当为横式亚临界水解处理器3时，原料投入口5优选设置于亚临界水解处理器3上部。原因是投入医疗废弃物的还需同时开始搅拌，从上部直接投入，可以使原料直接进入搅拌机6进行搅拌，并接易于搅拌均匀，如果从亚临界水解处理器3侧面投料，则可能由于搅拌机6的阻碍造成一定的投料困难。
亚临界水解处理器3内部配设有搅拌机6，常规形状的物质都可以进行破碎。搅拌机可选用浆式和螺旋式搅拌机，其中优选螺旋式搅拌机。搅拌机能将亚临界水解处理器内部的高粘性、高重量的原料边分解破碎边搅拌，并形成均匀化的物质。此外，当所选用的横式亚临界水解处理器3的内部配设的搅拌机6为螺旋式搅拌机时，能较容易地从一端的原料排出口输送尾产物，即处理完成物，也可以说是反应生成物。如，内径：100cm，内侧全长250cm的亚临界水解处理器3配设螺旋式搅拌机6，其搅拌叶片的外径是95～98cm，螺距是5～8轮换(正逆)转动(30～50cm)，搅拌叶片的形状是扇子型或浆型。
当选用螺旋式搅拌机时，根据原料形状，搅拌机6的适宜的旋转速度范围为0.1～50rpm，优选旋转速度为0.5～10rpm。为同时实现处理物搅拌混合和破碎、剪切，需特别重视搅拌机的搅拌速度和搅拌转矩。
搅拌与原料的投入同时进行。根据原料的状态，在处理容器3的反应时间内，可以设定适宜的搅拌运转开始时间、终了时间以及搅拌的连续或间歇状态。另外，能在指定时间实现搅拌运转的正逆回转，比如：每小时5～8次回转，并且正逆方向的运转都能定时设置控制，实现正逆两向回转。如果搅拌机仅一个方向运转，原料易于单向偏重，那么较难实现搅拌的同时原料边均匀化地分解破碎及混合。
同时，当医疗废弃物的含水率高于50％以上，需在投入原料的同时添加水分调整材料。作为水分调整材料，不仅其具有吸水性，且能兼具吸附亚临界水解时溶出的有害金属，如Cd2+、As3+等，即水分调整材料科作为吸附剂使用。为实现医疗废弃物在亚临界水解反应后的有效资源化利用，同时也使形成的尾产物能更易进行资源再利用，一般选用有机类水分调整材料，主要包括锯木屑、谷物壳、木材薄片、麦秆、稻秆等植物废弃物，水分调整材料的含水率一般在30％以下，最佳在15％以下。
当医疗废弃物及水分调整材料投入后，由蒸汽直流锅炉7向亚临界水解处理器3中输送蒸汽，当亚临界水解处理器内部升温升压至设定值时，蒸汽直流锅炉7停止提供蒸汽。一般压力及温度的设定值范围为0.198～1.55Mpa，120～220℃。
蒸汽直流锅炉7是一个用蛇纹管贯通加热源内部且持续产生蒸汽的水管锅炉，可以选用各种型号的锅炉。蒸汽直流锅炉7的压力和温度不受亚临界水解处理器3的限制。但是，蒸汽直流锅炉7产生蒸汽量的能力需依处理容器3的容量及升温时间而定的，其最佳蒸汽产生量为1ton/h以上。另外，如图1所示，蒸汽直流锅炉既可以另外附设，也可选用具有高能力的工厂用锅炉直接导入蒸汽。
接下来，由有机热载体锅炉8向加热套管4输送热量，亚临界水解处理器3内部升温至200～300℃，1.55～8.59Mpa，最佳为220～280℃，2.32～6.41Mpa。
有机热载体锅炉8的设定温度为250℃以上，优选300℃以上。本发明相较于通过外部间接加热的方式，可在较短时间内，如30分钟内，使亚临界水解处理器3内部快速达到所设温度和压力。
有机热载体锅炉8中的有机热载体，可以选用常用的物质。有机热载体的沸点一般在200℃以上，最佳在250℃以上，更佳在300℃以上。具体而言，包括联二苯类、二苯醚类、烷基苯基类、烷基萘类、硅油等主要成分都可作为有机热载体使用。
如前所述，为使亚临界水解处理器3内温度达到200℃以上，最佳需达到220℃以上，有机热载体需加温至设定温度以上。这样，即使加热在有机热载体沸点以下，输送压以外的压力也不会对亚临界水解处理容器3的加热套管4形成负荷。因此只需设计耐压性能在1Mpa以下的加热套管即可，这样将大大降低该处理容器的制造成本。
由于亚临界水解处理器3不会给加热套管4形成符合，则加热套管4无需满足工业用压力容器的耐高压标准。但是，加热套管4必须具备必要的气密性和耐压性，从而确保有机热载体的循环。该加热套管4的内部容积一般为亚临界水解处理器3的0.1～20倍，最适宜范围为0.8～5倍。同时，如果加热套管4的内部容积过小，会导致供热不足，而使反应容器需较长升温时间达到设定温度。另一方面，如果加热套管4的内部容积过大，会导致加热套管4的外径较大，造成处理容器3的自身体积变大。因此为确保在允许供热范围内提供必要的热量，加热套管4的内部容积设计尽可能小一些。
有机热载体锅炉8的产生热量能力因亚临界水解处理器3的容积大小而异，其最佳的热量需保持在400,000kcal以上。当亚临界水解处理器3内部达到设定的温度和压力(例如200℃，1.55Mpa)后，有机热载体暂时停止向加热套管4供给热量。同时，在设定温度和设定压力内，有机热载体间歇地供给热量，一般维持时间在30～120分钟。
当完成上述亚临界水解处理后，医疗废弃物已被完全杀毒灭菌及毁型，形成的低分子化的尾产物因其分子末端是氢氧基或者烷基而具有高燃烧性的特征。
为进一步实现生产现场及排放处理过程中的无空气污染和无污水排放，在所述亚临界处理器3的排出系统中，排放的蒸汽需要经过离心分离式的旋流除尘器9进行液体及粉尘的凝集回收，及具除臭功能的除臭装置10除臭，然后才向外部排放。
在处理结束约30～60分钟后，处理容器3内的压力经与排气口3b相接的排气配管释放至常压(0.1MPa)。排放蒸汽时，一部分粉尘伴随飞沫一起排出。当在旋流除尘器9的四周进行加热，凝集的液体被蒸汽化，这时候大部分粉状固体物粉尘可从旋流除尘器9下方回收。
旋流除尘器9通常构造是简单的切线型旋流除尘器，也可选用轴向式旋流除尘器。同时，也可将多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。旋流除尘器9需将230℃，2.79Mpa的蒸汽减压到150℃，0.476Mpa。
除臭装置10可以选择具有吸附性能的装置。一般对应臭气的成分可选择在其内部添加活性碳、生石灰、沸石等作为吸附剂。
尾产物，即反应生成物通过搅拌机6的回转，从亚临界水解处理器3的前端的尾产物取出口3a取出尾产物。当反应生成物为固液混合状态时，常用的固液分离方法都可进行固液分离。固液分离方法包括浮上沉降分离、压滤机、离心分离等。当处理物的残留水分含量较高时，送入加热套管4中进行加热，使其在亚临界水解处理器3内部干燥，由此可生产出安全无毒的、低含水率(约20％)、高燃烧特性的(约有4,000-6,000Cal.的燃烧热量)可作为固体燃料的尾产物。
为进一步理解本发明，以下以容积为3m3的处理装置为实施例1详细说明。
实施例1
当选用内部容积为3m3的亚临界水解处理器3时，向其中边投入1.2吨医疗废弃物和0.8吨植废边进行搅拌。完成投料后，蒸汽直流锅炉7(选用燃油，产生蒸汽量为2ton/小时的蒸汽直流锅炉)，向亚临界水解处理器3内部输送蒸汽，亚临界水解处理器3的内部压力和温度分别为0.9Mpa和170℃。之后，有机热载体锅炉8向加热套管4输送热量至280℃并加热亚临界水解处理器3。当亚临界水解处理器3内部温度和压力分别达到200℃和1.9Mpa时，加热套管4停止供热。之后，热量间歇输送使处理容器3内部温度维持在220℃。亚临界水解反应持续时间为30分钟，在这个时间里，水蒸气则开始使感染性医疗废弃物进行水解反应，并且同时进行灭菌。亚临界水解处理后(即反应终止后)，亚临界水解处理器3减压至标准大气压，取出尾产物。
本装置生产的尾产物是将医疗废弃物经过亚临界水解处理后的产物，经相关权威部门检测，含水率低(M＝9.25％)，燃烧性高的特性(干燥基高位发热量Qgr.d＝25.88MJ/kg)，工业分析及元素分析结果表明，尾产物发热量较高，具有热能回收利用价值，焚烧时无需辅助燃料；杂质含量低，质地相对均匀，无二次污染，不产生二噁英，同时也减少了对环境污染物如NOx、SO2、CO2的排放。按照能源折合成标准煤的吨数来看，1吨医疗废弃物经HPS处理的尾产物能量相当于0.5674吨标准煤。因此作为助燃材料有着很广泛的应用前途。
Claims (8)
1.一种医疗废弃物亚临界水解处理装置，包括原料投入储料库、亚临界水解处理器、加热套管、蒸汽直流锅炉、有机热载体锅炉、旋流除尘器和除臭装置，其特征在于原料投入储料库的出口与亚临界水解处理器的入口相接，所述亚临界水解处理器通过其上的出口与旋流除尘器相连接，所述旋流除尘器连接除臭装置，所述亚临界水解处理器下部安装加热套管，所述蒸汽直流锅炉和有机热载体锅炉分别与亚临界水解处理器和加热套管相连接。
2.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述医疗废弃物亚临界水解处理装置在工作时，加热套管的热量由与之相连接的有机热载体锅炉提供，亚临界水解处理器的蒸汽由与之相连接的蒸汽直流锅炉提供。
3.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述亚临界水解处理器的原料投入口设置具有开关功能的耐压阀，内部设置搅拌机。
4.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述有机热载体锅炉内部添加有机热载体。
5.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述旋流除尘器可以是切线型旋流除尘器和轴向式旋流除尘器中的一种，也可以是多个旋流除尘器并联形成多管式旋流除尘器。
6.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述加热套管设有排水管。
7.如权利要求1所述的医疗废弃物亚临界水解处理装置，其特征在于所述亚临界水处理器与旋流除尘器的连接管道和亚临界水处理器与蒸汽直流锅炉的连接管道上分别设置调压阀。
8.一种医疗废弃物水解处理和资源化再生的处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)原料投入工序：将原料，即被处理物投入密封状态的亚临界水解处理器中，并添加水分调整材料；
(2)准加热加压工序：向上述亚临界水解处理器中送入蒸汽，使其升温加压至温度120～200℃，压力0.198～1.55Mpa；
(3)正式加热加压工序：在有机热载体锅炉中添加有机热载体，在加热套管内实现200℃以上的高温有机热载体循环，使亚临界水解处理器升温加压至温度200～300℃，压力1.55～8.59Mpa；
(4)尾产物回收工序：亚临界水解处理器内的水蒸气排出后，尾产物即处理完成物排出。
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