CN108910858B - 一种有机医疗垃圾的资源化处理方法 - Google Patents

一种有机医疗垃圾的资源化处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机医疗垃圾的资源化处理方法，属于危险废弃物资源化处理领域。包括以下步骤（1）将有机医疗垃圾与硫酸、催化剂混合后加热反应生成混合物；（2）将步骤（1）生成的混合物降至室温，向混合物中加入溶剂，搅拌均匀、洗涤、烘干得到炭材料与稀酸。本发明以有机医疗垃圾和高浓度有机废硫酸为原料，医疗垃圾中的残留病原微生物和化学毒物通过酸热法可以破坏其生命结构而失去活性和毒性，实现有机医疗垃圾和有机废酸中有机物和酸的资源化回收利用，不但显著减少了炭排放，得到的炭材料与稀酸具有很大的应用价值。本发明提供的方法路线短、操作简单、能耗低、适用范围广，符合绿色化学要求。

Description

一种有机医疗垃圾的资源化处理方法
技术领域
本发明涉及一种有机医疗垃圾的资源化处理方法，属于危险废弃物资源化处理领域。
背景技术
医疗废物(俗称医疗垃圾)是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，主要是有机物为主的有机医疗垃圾。医疗废物是一种特殊的污染物，虽然与各种固体废弃物相比，其总量不大，但医疗废物中含有大量的病原微生物和化学毒物，具有高度传染性，是有害病菌、病毒的传播源头之一，也是产生各种传染病及病虫害的污染源之一。医疗垃圾的危害性众所周知，其高致病性、高传染性几乎令人闻其色变。目前，比较成熟的医疗垃圾无害化处理方法有填埋法、消毒灭菌法、焚烧法、热解法、等离子体法等。填埋法、高压蒸汽灭菌技术、化学消毒技术及电磁波微波灭菌技术都是消毒灭菌法的典型案例，但是处理效率低，有些病毒不能完全处理；焚烧法则因焚烧炉样式的不同分为热解焚烧、回转窑焚烧、炉排焚烧等；热解法主要指高温热解处理技术；等离子体法对设备和应用环境要求较高，且工艺复杂、投资成本高，普及应用范围较小。热解法处理医疗垃圾种类的适应性相对较好，能够处理除放射性废物及汞污染物外的几乎所有医疗垃圾；在处理性能指标方面也具有一定优势，减量比达到95％以上，减容比更高，可达到第十级灭菌；且运行中不需要辅助燃料，可回收能量，废物不需分类和预处理。但是焚烧废气处理装置酸化严重，二噁英不能保证稳定达标排放，检修费用高。而对于二噁英的控制，是医疗废物焚烧最为棘手的难题。由于二噁英生成机制相当复杂，根据国内文献，已知生成途径归纳2个方面：1)前驱物异相催化反应形成二噁英。即多氯苯、氯酚类、PVC等有机化合物，在金属催化剂(氯化铜、氯化铁等)及450～700℃下，发生反应生成二噁英；2)重新合成反应形成二噁英，即飞灰中不完全燃烧颗粒状有机碳(丙稀、甲苯、氯苯等)和巨分子碳结构(焦炭、飞灰、残留碳等)在250～850℃下，通过不同的催化剂，进行氧化、氯化、聚合形成二噁英。二噁英的最佳合成温度为250～400℃。
硫酸炭化法是利用浓硫酸的脱水性及强酸性在较低温度下将含碳生物质原料脱水炭化，得到具有多环芳烃结构固体炭材料的过程。反应速率快，能缩短反应周期并减少能耗，而且发烟硫酸的脱水作用有利于促进炭化物的进一步芳构化。曾有研究用硫酸催化炭化污泥和棉花，但是炭化程度低，需要两次炭化且产生的炭化物粒度小，易溶于硫酸中，很难分离，洗酸中有机物含量高，无法综合利用。医疗垃圾中的残留病原微生物和化学毒物通常为有机物，使用酸热法可以破坏其生命结构而失去活性和毒性。使用浓硫酸，成本比较高，同时产生的酸水含有较多的有机物，需要处理后才能进行资源化利用。
将有机医疗垃圾中的残留病原微生物和化学毒物去除掉，从而可为有机医疗垃圾的资源化利用创造条件。因此，开发出一种低成本、无害化的有机医疗垃圾的资源化处理方法，具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种有机医疗垃圾的资源化处理方法。
有机化工如烷基化行业、印染工业中的磺化、乙炔和氯甲烷的气体净化、粗苯精制等产生的废硫酸常含有复杂的有机物成分，称为有机废硫酸。并且酸浓度较高，对环境具有更大的危害性，一直是困扰生产企业的一大难题。通常高浓度有机废硫酸中含有的酸溶油是高度不饱和及离子化的复杂混合物，利用这些酸溶烃分子的不饱和双键和氢键，通过聚合催化剂的作用，有机医疗垃圾在强酸性环境中和催化剂、酸溶油发生磺化、聚合、炭化等反应，病原微生物和化学毒物在高温的酸性环境中被完全炭化而失去活性和传染性，使有机医疗垃圾和废酸中的有机物反应生成炭基材料，从而实现了两种危废的综合资源化利用。
本发明以有机医疗垃圾为原料，实现有机医疗垃圾和有机废酸中有机物和酸的资源化回收利用，减少了碳排放，得到的炭材料与稀酸具有较大的应用价值；通过聚合催化剂的作用，在250℃下快速实现了硫酸中有机医疗垃圾、废酸中有机物的聚合，减少了反应步骤、减少了能量消耗，排气中不含二噁英，实现了低成本有机医疗垃圾的炭化处理；本发明提供的方法路线短、操作简单、能耗低、适用范围广，符合绿色化学要求。有机医疗垃圾的炭化处理方法，包括以下步骤 (1)将有机医疗垃圾与硫酸、催化剂混合后加热至有机医疗垃圾完全炭化，得到混合物；(2)将步骤(1)生成的混合物降至室温，向混合物中加入溶剂，搅拌至炭中吸附的酸全部溶解出、洗涤、烘干得到炭材料与稀酸。
硫酸可以为有机废硫酸，也可以用新硫酸。
有机废硫酸为烷基化废硫酸、气体净化硫酸、粗苯精制洗酸或磺化废硫酸等含有有机物的硫酸。
催化剂为不饱和化合物，例如烯烃、炔烃、醚、酸酐、聚甲醛、多聚甲醛、苯酐、焦油、沥青，或废硫酸中的酸溶烃，催化剂为其中的一种或多种。
催化剂的加入量为有机医疗垃圾重量的0.01～50％，优选0.1％～10％；硫酸和有机医疗垃圾的重量比为0.1～10：1。
步骤(1)中加热反应的温度为100～250℃，时间为0.5～4小时。
步骤(2)中溶剂为水、稀硫酸、稀磷酸或氨水；溶剂的加入量为硫酸重量的1～10倍，优选1～5倍。稀硫酸、稀磷酸指质量百分含量在30％以下的酸。
步骤(2)中烘干的温度为60～200℃；烘干的压力为-0.1～0.1MPa；烘干的时间为0.5～4小时；洗涤的次数为1～6次。
本发明的有益效果在于
在本发明中，有机医疗垃圾在硫酸的作用下，发生聚合、炭化、磺化等反应生成炭基材料，并通过升高温度和聚合催化剂作用下加速有机医疗垃圾的聚合、然后炭化，再通过溶液洗实现炭材料与酸分离，分别得到炭材料和稀酸，得到的稀酸中有机物含量很低，不用经过脱色和脱臭处理就可以应用化肥、聚合硫酸铁等合成原料。反应温度低于250℃，避免了二噁英的生成。
在本发明中，有机医疗垃圾得到的炭基材料具有原料来源丰富、价格低廉、比表面积大、孔隙结构发达、热稳定性和化学稳定性好等优点，反应过程中医疗垃圾中的病原微生物和化学毒物彻底反应，而失去毒性和传染性，反应得到的炭材料和硫酸可以广泛应用于农业、环境修复、化工、能量储存等众多领域，作为废水中金属或有机物的吸附剂、大气污染物的吸附剂、酸催化剂或催化剂载体、电极和超级电容材料、有机肥和土壤改良剂等，具有广阔的应用前景。
本发明以有机医疗垃圾为原料，实现有机医疗垃圾和酸中有机物和酸的资源化回收利用，减少了碳排放，得到的炭材料与稀酸具有较大的应用价值；通过聚合催化剂的作用，在较低温下快速实现了废酸中有机物和有机医疗垃圾在硫酸中的聚合、炭化，减少了反应步骤、减少了能量消耗，有机医疗垃圾中的病原微生物和化学毒物在高温的酸性环境中被完全炭化而失去活性和传染性，实现了低成本有机医疗垃圾的炭化处理。由于对有机医疗垃圾和高浓度有机废硫酸进行资源化利用既可大大减轻环境污染，又可回收一部分硫酸资源和碳资源，且较低的反应温度大幅度的降低了回收能耗，具有重大的经济效益和环境效益。本发明提供的方法路线短、操作简单、能耗低、适用范围广，符合绿色化学要求。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
称取烷基化废硫酸101.25g(酸浓度为90.3％，含有机物6.8％)于圆底烧瓶中(250mL)，加入废酸质量30％的有机医疗垃圾和医疗垃圾质量5％的乙烯焦油，从室温升高到160℃，然后维持3.5h，冷却到室温，称取废酸质量1倍的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复用水洗涤、搅拌3次，得到滤液(稀硫酸溶液)和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为361.2mg L-1，在搅拌的条件下慢慢加入氨水(25～28wt％)直至溶液呈中性，然后蒸发溶液至有硫酸铵晶体51.24g析出。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在110℃、0.1MPa下烘干2小时，得到炭材料38.62g。
实施例2
称取烷基化废硫酸146.4g(酸浓度为89.2％，含有机物6.8％)于圆底烧瓶中(250mL)，加入废酸质量相等的有机医疗垃圾和有机医疗垃圾质量1％的1-己炔，从室温升高到250℃，然后维持0.5h，冷却到室温，称取废酸质量1倍的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复用水洗涤、搅拌3次，得到滤液(稀硫酸溶液) 和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为528.7mg L-1，在搅拌的条件下慢慢加入氨水(25～28wt％)直至溶液呈中性，然后蒸发溶液至有晶体48.6g析出。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在150℃、0.05MPa下烘干3 小时，得到炭材料138.62g。
实施例3
称取硫酸71.6g于圆底烧瓶中(250mL)，加入酸质量2倍的有机医疗垃圾和有机医疗垃圾质量10％的1，4-二氧六环，从室温升高到200℃，然后维持2h，冷却到室温，称取硫酸质量1倍的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复用水洗涤、搅拌3次，得到滤液(稀硫酸溶液)和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为3428.3mg L-1，在搅拌的条件下慢慢加入氨水(25～28wt％) 直至溶液呈中性，然后蒸发溶液至有晶体50.3g析出。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在200℃、0.01MPa下烘干3小时，得到炭材料126.01g。
实施例4
称取乙炔净化废硫酸141.25g(硫酸83.3％，有机物含量11.6％，)于圆底烧瓶中(250mL)，加入废酸质量10％的有机医疗垃圾和有机医疗垃圾质量6％的聚甲醛，从室温升高到240℃，然后维持1h，冷却到室温，称取废酸质量相等的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复用水洗涤、搅拌3次，得到滤液(稀硫酸溶液)和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为428.3mg L-1。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在100℃、0.1MPa下烘干4小时，得到炭材料28.51g。
实施例5
称取烷基化废硫酸110.68g(酸浓度为89.2％，含有机物6.8％)于圆底烧瓶中(250mL)，加入废酸质量10％的有机医疗垃圾和有机医疗垃圾质量0.01％的多聚甲醛，从室温升高到160℃，然后维持3.5h，冷却到室温，称取废酸质量150％的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复洗涤2次，得到滤液(稀硫酸溶液)和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为1229.3mg L-1。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在100℃、0.1MPa下烘干2小时，得到炭材料15.51g。
实施例6
称取粗苯精制废硫酸147.63g(酸浓度58.7％，有机物含量12.8％)于圆底烧瓶中(250mL)，加入废酸质量10％的有机医疗垃圾和有机医疗垃圾质量7％的沥青，从室温升高到150℃，然后维持4h，冷却到室温，称取废酸质量100％的稀硫酸(15％)加入到圆底烧瓶中，搅拌至炭中吸附的酸全部溶解出来过滤，固体用废酸质量1倍体积的水重复洗涤3次，得到滤液(稀硫酸溶液)和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为826.3mg L-1。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在100℃、0.1MPa下烘干2小时，得到炭材料26.91g。
实施例7
称取硫酸137.56g于圆底烧瓶中(250mL)，加入硫酸质量50％的有机医疗垃圾，从室温升高到180℃，然后维持3.5h，冷却到室温，称取硫酸质量1倍的水加入到圆底烧瓶中，搅拌30min，重复用水洗涤、搅拌3次，得到滤液(稀硫酸溶液) 和滤饼(炭材料)，收集滤液到烧杯中，测试滤液的COD值为6148.3mg L-1。用去离子水洗涤滤饼直至中性，在100℃、0.1MPa下烘干2小时，得到炭材料 48.15g。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种有机医疗垃圾的炭化处理方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：所述资源化处理方法包括以下步骤(1)将有机医疗垃圾与硫酸、催化剂混合后加热至有机医疗垃圾完全炭化，得到混合物，所述加热反应的温度为150～250℃，时间为0.5～4小时，所述催化剂为乙烯焦油、1-己炔、聚甲醛、多聚甲醛、沥青中的任意一种或至少两种的组合；(2)将步骤(1)生成的混合物降至室温，向混合物中加入溶剂，搅拌至炭中吸附的酸全部溶解出、洗涤、烘干得到炭材料与稀酸，所述溶剂为水、稀硫酸、稀磷酸或氨水。
2.根据权利要求1所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(1)中催化剂的加入量为有机医疗垃圾重量的0～50％。
3.根据权利要求2所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(1)中催化剂的加入量为有机医疗垃圾重量的0.1％～10％。
4.根据权利要求1所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(1)中所述硫酸和有机医疗垃圾的重量比为0.1～10：1。
5.根据权利要求1所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述溶剂的加入量为硫酸重量的1～10倍。
6.根据权利要求5所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(2)中所述溶剂的加入量为硫酸重量的1～5倍。
7.根据权利要求1所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(2)中烘干的温度为60～200℃；烘干的压力为-0.1～0.1MPa；烘干的时间为0.5～4小时；洗涤的次数为1～6次。
8.根据权利要求1所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(1)中的硫酸为硫酸、含有酸溶烃的有机废硫酸。
9.根据权利要求8所述的有机医疗垃圾的资源化处理方法，其特征在于：步骤(1)中的硫酸为烷基化废硫酸或磺化废硫酸。
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