文 献 综 述

一、前言

1990年以前，我国医疗废弃物基本倒入生活垃圾处理，对环境和人民健康造成极大的威胁。2003年6月我国国务院颁布了《医疗废物管理条例》，其中指出：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。后颁布的《医疗废物分类目录》将医疗废物划分为感染性废物、病理性废物、损伤性废物、药物性废物和化学性废物。

根据杨芸^[1]等人的研究，2000-2015年的15年间我国医疗废物产生量和处理费用呈逐年上升趋势。近年来，随着医疗科学的快速发展，产生的医疗废弃物明显增多。据卫生部报道，2017年我国产生的医疗废弃物为204.69万吨，预计2018年我国医疗废弃物产生量为216.77万吨。为了能够有效地减少医疗废弃物在热解过程中可能造成的持续有机污染，更高效地处理医疗废弃物，因此本次课题基于热重的分析方法，对医疗废物的热解过程及其机理进行研究。

二、文献综述

目前国内外处理处置医疗废弃物的技术有很多种，主要包括：焚烧法、卫生填埋法、高温蒸汽灭菌法、化学消毒法、微波灭菌法、等离子体法、热解法等。其中：卫生填埋法是医疗废物的最终处置技术；高温灭菌法处理过程中易产生臭气及毒液且处理后的医疗废物需要进一步进行卫生填埋或焚烧处理；化学消毒法适用于医疗机构中液体废物和医疗器械等进行消毒；微波灭菌法处理后的医疗废物可以作为普通生活垃圾进入垃圾填埋场进行填埋，但其不适用于所有医疗废弃物的处置^[2]；焚烧法是目前国内外运用最广泛的。由于它适用于处理处置所有医疗废物，消毒灭菌彻底，减容显著，处理周期短，污染物去除效率高，且可回收热能等特点而被公认为一种较为理想的处理方法，但焚烧技术会产生二噁英、残渣和飞灰等有害物质。而热解技术作为新型的焚烧处理技术，是利用废物中有机物的热不稳定性，将医疗废弃物在无氧或者缺氧高温条件下热解，产生可燃性气体，然后将热解气通入到燃烧室进行燃烧，并最终将医疗废弃物转变为高温烟气和灰渣的技术。医疗废弃物本身可燃成分含量高、热值高，热解技术能够有效的将有毒害的医疗垃圾进行安全的焚烧，有效抑制二噁英的产生，并且其热值可以进行再利用，具有良好的运用前景。因此，研究医疗废弃物在热解过程的特性具有重要意义。

热重法（Thermogravimetry）简称TG，是研究固体热分解过程的有效手段，通过程序设定物质受热过程，分析得到的热失重曲线和微分失重曲线，可以获得反映物质热稳定区间、分解程度、失重量、起始反应温度、达到最大反应速率的温度和反应终止温度等有用信息。因此热重技术被广泛应用于动力学及反应机理研究。

医疗垃圾热解时，反应的气氛、加热速率、温度、过量空气系数等都将影响可燃气体的析出，针对反应条件的影响，学者们展开了研究。李剑^[3]用非等温热重分析法对医疗废物中几种典型有机物（单组分）的热解气化行为进行研究。分析了不同升温速率(10-50 ℃/min）、不同气氛( N2、空气)和空气流量（30-110 mL/min）对热解气化特性的影响，发现升温速率的增加使得TG和 DTG曲线向高温方向偏移，空气气氛下更有利于有机物的热解处理，在30mL/min以上的气体流量对热解气化特性没有显著影响，并提出热解气化要经历失水、稳定升温、剧烈失重和缓慢失重4个阶段。卿山^[4]通过研究不同气氛、不同时间下医疗废物中氯的析出变化，考察了气体流速、焚烧温度和不同比例的水蒸气对医疗废物中氯析出的影响。研究表明，空气流速对氯析出具有明显影响；氯的析出随温度增加而增加；O₂较空气、空气与水蒸气的混合气更能促进HCl生成；水蒸气的参与提高了氯的析出率。综合各因素，在医疗废物焚烧过程中，当温度控制在900#8212;950℃，空气过剩系数在1.5，医疗废物含水率达到50%，适当通入富氧时，能使医疗废物在焚烧过程中氯的析出最大。 孙振鹏^[5]分别用热重法和气相色谱法对医疗废物典型组分的热解和气化进行了研究。通过做出各组分的DTG曲线分析出不同的组分在氮气和空气气氛下的失重温度区间。王玉如^[6]在热重-差热分析仪上对模拟医疗废物分别在氮气和空气气氛中不同升温速率下加热的热失重行为进行了研究，并对升温速率和不同气氛对其热失重行为的影响进行了探讨。结果表明，随升温速率的提高，模拟医疗废物在2种气氛下热失重时挥发分初析出温度(Ts)向高温方向偏移、失重速率峰值(DTGmax)显著增大；在氮气气氛下，物料热失重时有2个失重峰，前后2个峰的失重率分别为31%和59%左右，在空气气氛下，有3个失重峰，前2个峰失重率分别在44%~59%和31%~46%之间。同时，结合同步傅立叶变换红外光谱仪对各个条件下的气体产物进行了定性分析，并对其中的CO、CO₂、H₂O和CH₄进行了定量分析。实验发现，模拟医疗废物在2种气氛下热失重主要阶段的产物种类相似，都检测到了CO₂、CO、烷烃类、醛类、羧酸、醇类和烯烃的特征吸收峰。并且，结果显示升温速率和气氛条件对CO、CO₂、H₂O和CH₄的生成量都有影响。邓娜^[7]根据医疗废物有机组分的主要成分特性，将其分为塑料类、橡胶类、生物质类、蛋白质类、合成纤维类、药品类和混合类等7类废物，从各类中选取18种典型的医疗废物，进行了一系列有关热解特性的实验和数学模型研究。研究比较全面，但并未重点涉及不同工况下热解的规律。陈潘虹^[8]对选用的医疗垃圾样品进行了工业、元素分析，并利用热重，进行了一定加热速度下的热解、气化特性实验研究，选用动力学模型对动力学参数进行了求解。主要得到的结果有：弱氧气氛与氮气气氛相比，在相同加热速度下，气化反应所需的温度更小；高加热速度对热解第一区间质量损失速度的影响比较明显，对气化第一区间质量损失速度的影响比较小。输液管、橡胶手套、注射器的整体失重率有所增大，纱布、胶带的减小；在输液管的第三个热失重区间，纱布、胶带的第二个热失重区间，最大质量损失速度也明显增大。选用一次方程对热重实验结果分温度区间进行拟合，求出动力学参数，拟合结果相关系数达 0.97 以上。肖志伟^[9]选取口罩、针筒、输液管、硬质塑料板代表医疗废物中纤维类、不含氯塑料类、含氯塑料类废物，应用热重红外联用的方法，对其进行了单组分、双组分的热解、焚烧特性分析，其中一个研究结果表明不同升温速率下混合组分的失重曲线并不是随升温速率的增大向高温段移动，失重区间的变化也不一致，而气流量对混合组分失重特性的影响明显小于升温速率。

全面地系统地进行医疗废物的热解特性和热解机理研究后，建立相应的热解动力学模型，得到动力学参数才能够对废物的热解行为做出预测，为医疗废物热解技术的开发和应用提供坚实的理论基础与技术指导。对热重实验数据进行处理，模型的选择对于动力学研究是个关键。最为简单的模型是传统的一级反应模型，卿山^[10]、郭小汾^[11]、李新国^[12]等人经过动力学研究与分析，认为在反应进程中样品不同的反应区间都可以用一级反应来描述。姜凡^[13]等人认为对一个组分的样品的反应特性进行叠加，可以用来表示多种组分样品的反应特性。一级反应可以较好地反应样品的反应过程，但是需要对整个过程进行分区间，区间之外的小部分反应没办法进行描述，出现了断点的现象，且热解反应较为复杂，用一个简单的一级反应来表示过于笼统。由于一级反应模型的局限性，学者们经过研究提出了各种反应模型。金余其^[14]等人针对一级反应的断点问题提出适用于塑料整个升温阶段的模型。李剑^[15]等人提出多步反应数学模型，并且得到的结果与实际结果能够很好的相符。邓娜在医疗废物的热解特性及动力学模型的研究方面成果颇多。邓娜^[16]在氮气气氛下对医疗废物的14种典型组分进行了热解实验，建立了”整体两步四反应模型”。结果显示，样品失水后，在 160℃～ 290℃之间开始热解，经过一步或两步失重， 在800℃时热解基本完成。所建立的”整体两步四反应模型”能很好地描述样品的热解行为， 最大相对误差为 1.68%，并可以对医疗废物的热解产物进行预测。之后邓娜^[17-19]针对不同组分的医疗废物提出更具针对性不同混合组分的热解动力模型。

三、总结