医疗垃圾是指各类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含有大量致病微生物及化学药剂的医疗废物，是《国家危险废物名录》中列出的一种影响广泛危害极大的特殊危险废物。
医疗垃圾处理目的是使医疗垃圾安全化、无害化和减量化。目前医疗垃圾的处理方法主要有：高温焚烧、化学消毒、高温高压蒸汽灭菌、电磁波灭菌、卫生填埋等。在所有可行的医疗垃圾处置技术中，高温焚烧已成为当今医疗垃圾处理领域的主流技术。高温焚烧法是破坏传染性有毒物质、减少体积和重量的最有效的方法之一。特别是2003年爆发“非典”疫情后，国家明确规定医疗垃圾必须进行焚烧处理，以便有效控制病原体的扩散，保障人民身体健康。
2医疗垃圾焚烧烟气中有害物质的种类及来源
医疗垃圾焚烧是一个十分复杂的化学反应过程，产生的高温焚烧烟气中的污染物种类繁多，主要有尘、酸性气体、重金属及二恶英类等对人体和环境有害的二次污染物。
2.1烟尘颗粒物
医疗废物焚烧的烟气中含有颗粒物，其称谓甚多，如尘、烟尘、总悬浮微粒(TSP)或颗粒物(PM)，这些颗粒物包括以碳为主的微粒，垃圾中不可燃烧的灰分以及未燃尽的凝结成液态、固态的碳氢化合物，其粒经分布较广，从不足1μm至100μm，其中小于10μm的对人危害较大，称可吸入颗粒物PM10;其生成过程可分为气相析出型、液相析出型和残炭型3类。
2.2氯化氢(HCl)及卤素化合物
烟气中HCl主要是医疗卫生垃圾中的含氯有机废物，如塑料、橡胶、纸张等(特别是聚氯乙烯塑料PVC)燃烧后的产物。氯化氢是无色有刺激性气味的发烟气体，刺激眼睛、皮肤和黏膜，毒性较强。除了氯化氢外，烟气中还可能含有少量的其他卤素化合物，如氟化氢(HF)，氟化物主要是含氟塑料(如聚四氟乙烯等)燃烧后的产物，由于医疗废物中这类物质极少，产生烟气中的氟化氢也十分少。
2.3二氧化硫(SO2)
医疗垃圾焚烧后烟气中的硫氧化物(SOx)主要来自含硫垃圾高温氧化所致，包括SO2和SO3，主要是SO2，在重金属催化作用下有少量SO3生成。医疗垃圾中的硫主要以有机硫状态为主，无机硫甚少;除医疗垃圾中的硫外，硫还来自辅助燃料———柴油。
SO2是比空气重，具有特殊刺激性气味的气体。
2.4氮氧化物(NOx)
垃圾中含氮有机物受热挥发分解，在燃烧过程中和空气中的氧生成NOx。垃圾中的氮并不一定全部转化为NOx，当供氧不足也有一部分转化为N2。根据国内试验研究资料，医疗废物焚烧烟气中NOx含量低于400mg/m3。
2.5一氧化碳(CO)
一氧化碳主要是不完全燃烧的产物，不完全燃烧可能是由于供氧不足、燃烧温度不够高、停留时间不够长抑或是气体混合不够所致。
2.6其他未完全燃烧产生的碳氢化合物
不完全燃烧情况下烟气中还可能产生其他碳氢化合物，主要有苯并芘(BaP)、多环芳烃(PAHS)和其他有机物(VOC)。燃烧不完全主要是供氧不足、燃烧温度不高、停留时间较短和混合不充分所致，故其产生量和一氧化碳往往呈正相关。
这些碳氢化合物可能产生恶臭，导致基因变异和致癌等，毒害较大，PAHS是总称。
2.7二恶英类
二恶英(Dioxin)是指含有一个或二个氧键连结二个苯环并被氯取代的高稳定含氯有机化合物。它包括二个氧连结的多氯对二苯并二恶英系列(PCDDS)和一个氧连结的多氯二苯并呋喃系列(PCDFS)，由于氯原子在1-9的取代位置不同，前者PCDDS的异构体有75种，后者PCDFS的异构体有135种，总称二恶英类，共有210种异构体。
二恶英类物质沸点高，熔点高，常温下是固态，在烟气中常以气态、冷凝状态被吸附在亚微米级的细颗粒物上，溶解度低，化学性质稳定，温度在750℃以上时破坏分解(从640℃即开始分解)。其可经皮肤、黏膜、呼吸道、消化道进入人体，有致癌、致畸及生殖毒性。二恶英的毒性LD50(半致死剂量)是氰化钾(KCN)的千分之一，其中17种(2，3，7，8位被氯取代的)被认为对人类和生物危害最严重。研究表明，燃烧中二恶英主要是在270～600℃范围生成，其中350~470℃温度下出现生成的高峰值。而在640℃即开始破坏分解。在270～600℃范围内，垃圾中的有机物挥发，燃烧氧化;在不完全燃烧时，以各种碳氢化合物形式存在。另一方面有机氯化物(如PVC)燃烧中产生氯化氢，在氯化铜、氯化铁等化合物的催化作用下，被进一步氧化为氯，在燃烧中氯与有机物反应即生产氯苯(CB)、氯酚(CP)等二恶英类前提物，并经二聚化反应最终生成二恶英。即使烟气温度进一步升高至850℃以上，二恶英被破坏分解，当烟气温度再降至600～270℃时，在飞灰中铜等金属氧化物的催化作用下，吸附于飞灰表面的碳氢化合物进行气、固反应生成杂环化合物，并最后可能再次合成二恶英。
2.8重金属
汞主要来自医疗废物中的体温计、干电池等，其在焚烧时温度大于356℃时蒸发为气体，在有氯化氢存在时大部分转化为氯化汞。汞蒸气有剧毒，人吸入后和细胞中存在的具有-SH基的各种酶和细胞蛋白结合，破坏这些酶的功能，产生急性中毒。除汞之外，焚烧烟气中还含有极微量的镉(Cd)、铬(Cr)、锌(Zn)、铅(Pb)等重金属。
3烟气组成及净化要求
按《医疗废物焚烧炉技术要求(试行)》(GB19128-2003)的要求，某引进日本医疗垃圾焚烧项目(0.75t/h，烟气处理量7500Nm3，处理烟气温度600℃)烟气组成及主要污染物的含量和排放要求见表1、表2。
4烟气净化工艺的选择
在过去的几十年中，各种各样的焚烧技术都获得了成功的工程实践。近年来，国内外已将问题的焦点转移到焚烧烟气净化技术上，以满足越来越严格的排放标准要求。要选择适合的烟气处理技术，首先必须对焚烧烟气的特性有一个全面的了解。
4.1焚烧烟气特点
(1)烟气温度高且波动大;烟气含湿量大。
(2)烟气中酸性气体含量高，会提高烟气酸露点温度，也就增加了对袋式除尘器的使用要求。
(3)烟气中含有毒性有机物二恶英类及重金属类;而且焚烧产生的金属化合物颗粒的粒度也较细，黏度较高。
4.2烟气净化措施
焚烧烟气净化工艺的选择，应充分考虑各种污染物的产生量的变化及物理、化学性质的影响;它们各自的净化原理和采用的技术措施并不相同。需要通过分析比较，采用经济合理、安全可靠、操作方便的净化方式。
4.2.1酸性气体的去除
烟气中的HCl，HF，SO2，NOx等为酸性气体，其性质相似。特别是卤化氢(HCl，HF)和SO2均较活泼，可以合并进行脱除。一般采用碱性药剂进行中和反应去除之。常用的碱性药剂为CaO，NaOH等。
按照中和工艺中CaO的含水情况和产物，中和工艺分为干法、半干法和湿法。
湿法常采用消石灰的浆液为吸收剂，吸收烟气中的SO2，HCI，HF等酸性气体。该法能够有效的去除污染物，可以满足严格的排放标准，但工艺流程较复杂，一次性投资(约占总投资的30%)和运行费用高，普遍存在着设备腐蚀结垢、阻塞、风机带水以及污水需要二次净化处理等特点。
干法脱除酸性气体，是利用压缩空气将高比表面积的消石灰粉末直接喷入烟气管道中与酸性废气充分接触和反应进行中和吸收加以去除。工艺简单，无废水产生，设备投资少(约占总投资的8%)，占地少，但脱除效率较低，药剂消耗较多。
半干法介于上述干、湿法之间，是用高效雾化喷嘴将配制好的消石灰浆液喷入脱酸塔中与含酸烟气充分接触反应加以中和吸收。由于雾化效果好，气液接触面积大，喷入的碱性浆液中的水分可在喷雾脱酸塔内完全蒸发，石灰浆同酸性气体反应生成干粉状产物，不产生废水而且可以有效降低烟气温度并增湿。二恶英类有机污染物、重金属等均倾向于与烟气中颗粒物结合，从而使其附着在飞灰上。该法与布袋除尘配套，对酸性气体、二恶英类有机物及重金属具有良好的去除效率，可达90%以上。与湿法相比，具有流程短、设计简单、耗能低、无腐蚀、无废水排放、工程投资较低(约占总投资的15%)、运行费用低等优点，净化效率一般能满足排放标准要求;但也存在缺点，喷嘴上会结垢或堵塞。表3给出了这3种脱酸方法的对比。
按照《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术要求(试行)》“7.5.2.3应优先采用半干法烟气净化方法”建议，本项目采用半干法烟气处理系统，工艺主要通过吸收剂在脱酸反应塔内高效雾化喷淋，使烟气中的SO2，HCl等酸性气体与吸收剂充分接触，从而大大提高了吸收剂的利用率。
4.2.2脱除二恶英及去除重金属等的措施
资料表明，高温烟气经过冷却温度降低后由于均相成核和异相成核作用，几乎所有的重金属、二恶英和一些多环芳烃极易吸附在烟气中的颗粒物上。石灰粉末颗粒附着在袋式除尘器滤布表面，对汞有较强的吸附作用，增加了吸附性能，也提高了除尘效果。活性炭有极大的比表面积，吸附能力强。在袋式除尘器前设活性炭喷入装置，使活性炭粉末与脱酸后的烟气在烟道内充分接触，将有效提高活性炭吸附二恶英、重金属等各类污染物的能力，再通过布袋除尘加以去除。脱二恶英和除汞效果可达90%～95%以上，含尘量降至10mg/m3以下，相应的二恶英也可望降至0.1ng/m3TEQ以下。
因此选好袋式除尘器，除去颗粒物，特别是细微的颗粒物，降低烟气中的重金属、二恶英、PAHs等各种污染物，对烟气净化有重大意义。袋式除尘器在净化垃圾焚烧烟气方面这种独特的功能，已经作为环发[2004]15号《医疗废物集中焚烧处置工程建设技术要求(试行)》中烟气净化系统末端应优先选用的除尘设备。
4.3烟气净化工艺
综合考虑上述各种污染物去除的技术措施，确定本项目的烟气净化工艺流程组合，见图1。
图1烟气净化工艺流程
4.3.1烟气净化工艺过程简述
本项目采用回转窑作为热解焚烧一燃室(窑尾出口烟气温度控制≥850℃)和竖式二燃室(进口配二次环向助燃空气，使热解烟气充分燃烧，出口烟气温度控制≥1100℃，烟气停留时间≥2s)焚烧工艺。焚烧热烟气从急冷塔的上部进入，与喷入的雾化急冷水顺流接触，依靠水的迅速汽化，热烟气在1s钟内冷却到200℃，避开了二恶英类前提物再次生成二恶英的条件。急冷器除降温外，还有除尘作用。在烟气急冷的过程中，急冷水全部气化，使烟气降温，体积变小。同时也脱除一部分飞灰从急冷器下部排出，去后续工艺固化处理。
经急冷的烟气从急冷塔下部进入旋风除尘器脱除掉较大颗粒物，然后进入脱酸塔上部，在塔顶与喷嘴喷洒出的雾化石灰浆进行充分接触。烟气与石灰浆雾滴一起向下流动并发生化学反应，完成对烟气酸性污染物的吸收净化。其主要反应式为：
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O
2HF+Ca(OH)2→CaF2+2H2O
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
在脱酸塔内，石灰浆中的水分在高温烟气作用下完全蒸发，无多余的废水生成，同时也使烟气温度降至130℃左右。反应后的生成物呈干态粉末状。除部分连同飞灰从脱酸塔底部排出至后续工艺固化外，其余随烟气从脱酸塔下部排出，经烟道再进入脉冲布袋除尘器。
活性炭的喷射位置在脱酸塔后袋式除尘器前的烟气管道上。粉状活性炭从活性炭储槽流出，借助压缩空气进入烟气管道中，与烟气强烈混合，利用活性炭具有极大的比表面积和极强的吸附能力特点，对烟气中的二恶英和重金属等污染物进行吸附。除尘器除尘的同时亦除去吸附在颗粒中的二恶英和重金属，进行最终焚烧烟气除尘净化。净化后的气体已达到排放标准，经由引风机和35m高烟囱排入大气。为防止布袋损坏，烟气温度在过高(>180℃)时除尘器烟气进口阀自动关闭，旁通阀打开，烟气不经除尘器而直接从旁通管进入引风机。
排放的烟气，经环保部门检测排放浓度符合《医疗废物焚烧炉技术要求(试行)》(GB19128-2003)中有关规定，见表4。
4.3.2烟气净化系统组成
二燃室高温烟气通过换热器和烟道，依次进入尾气净化系统的急冷塔、旋风除尘器，烟气中大颗粒粉尘、飞灰被初步分离，而后进入脱酸塔去除酸性气体。未反应的中和剂、相对清洁的烟气进入袋式除尘器，脱除粉尘。活性炭喷射口布置在脱酸塔出口及布袋除尘器进口的烟道上。烟气净化系统主要包括急冷塔等部件。
急冷塔：降低烟气温度，使之满足脱除酸性气体以及布袋除尘入口烟气温度的需要。喷嘴采用316L二流体高效雾化喷嘴。
脱酸塔：即中和反应塔，采用316L高效雾化喷嘴使含酸烟气在此与熟石灰进行中和反应实现酸性气体的去除。
旋风除尘器：作为布袋除尘器的预处理设备，除去烟气中的较大颗粒物，减少布袋除尘器的负荷并兼有阻火器作用。
布袋除尘器：选用脉冲袋式除尘器，离线清灰，选用适合垃圾焚烧产生的高温、高湿及腐蚀性强的滤袋，将烟气中的粉尘除去(同时除去二恶英类及重金属)，使烟气达到排放要求。同时，袋式除尘器还具有二次脱酸的效果。
急冷塔附属设备：储水罐、水泵、管路及控制阀门、喷射装置。
熟石灰储存及制浆、输送系统：熟石灰仓、下料器、搅拌装置石灰乳储槽、泵、管道阀门等。
活性炭储存及输送设备：活性炭仓、鼓风机、给料器及输送喷入系统等。
电气控制系统。
4.3.3飞灰处置
烟气净化系统的飞灰及除尘灰属危险废弃物，必须运至固化间内，经合格固化后运至危险废物填埋场安全填埋。
本系统与一般半干法烟气处理系统相比较具有以下特点：(1)增加预除尘设备，减小了布袋除尘器的负担，延长了布袋的使用寿命同时提高了活性炭的吸附效率。(2)两级降温系统，满足变工况要求，调节性能强。独立的急冷塔设计以及脱酸塔内的二次降温，不仅降低了烟气温度，使之既满足脱酸的要求，又满足了布袋除尘器入口温度的要求，同时减少了脱酸塔黏壁积灰的可能性，增加了系统的可靠性。
5结语
(1)采用烟气急冷、预除尘、半干法脱酸、活性炭吸附、袋式除尘的烟气净化系统，主要烟气污染物排放符合我国GB19128-2003标准。
(2)配套烟气在线监测，系统运行管理稳定可靠，维护检修方便，适宜推广应用。
(3)选用综合性能好且价格适宜的滤料及选用优质防腐布袋骨架，是影响布袋除尘器检修和清灰性能及使用寿命的关键，这还有待于进一步的研发性价比较好的滤料。
(审核编辑: 小王子)
