醫(yī)療廢物高溫蒸汽處理系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：X799.5 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2025）02-0057-05

DesignofHigh Temperature Steam TreatmentSystem forMedical Waste

ZHANG Shenglu， DENG Yaqing， CHEN Fei （China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 33Oo38，China）

Abstract Taking a project of high-temperature steam treatment for medical waste asanexample，the paper systematicaly explainstheprocessdesignandkeyqupmentselectionofthehightemperaturesteamtreatmentsystem，andquantitativelyanalyzes theconsumptionchractersticsofta，electricityanderpublicilitiesduringthetreatmentpross.etehicaladoomic advantagesofhigh-temperaturesteamtechnologyaredemonstratedbyomparingtheincinerationprocesesofthesamesaleinterms ofcoreindicatorssuchasequipmentinvestment，landarea，andpowerconsumption.Basedonthetestrundataoftheproject，the stability and reliability of the system operation have been verified.

Keywordsmedical waste; high temperature steam treatment; techno-economicanalysis;equipmentlayout;comparative study

醫(yī)療廢物是指醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)在醫(yī)療、預防、保健及相關(guān)活動中產(chǎn)生的具有直接或間接感染性、毒性及其他危害特性的廢棄物[。根據(jù)分類標準，醫(yī)療廢物可分為感染性、病理性、損傷性、化學性和藥物性五大類，且全部納人《國家危險廢物名錄》3，須按危險廢物實施全過程管理。現(xiàn)行主流處置技術(shù)包括燒法與消毒處理法兩類[4-6]

焚燒技術(shù)因具備完全無害化、顯著減量化及全品類處置能力等優(yōu)勢，曾被視作可靠處置方案。但其設(shè)備投資強度與運營成本較高，占地面積大且焚燒尾氣存在二次污染風險，應用比例逐漸下降。相比之下，消毒處理技術(shù)因具有投資強度低、無尾氣排放、占地面積小等特點，成為近年來醫(yī)療廢物處置的熱門工藝。該技術(shù)按消毒類型可分為高溫蒸汽消毒、化學消毒及微波消毒等幾種，適用于感染性廢物、損傷性廢物及特定病理性廢物的處理，但對藥物性、化學性廢物處置存在一定局限性。

某項目依托建設(shè)單位現(xiàn)有危險廢物焚燒設(shè)施的余熱蒸汽資源，優(yōu)先選用高溫蒸汽消毒工藝建設(shè)醫(yī)療廢物處置線。本文擬對該高溫蒸汽處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計及關(guān)鍵設(shè)備選型進行分析，量化分析處理過程的公用工程消耗特征。通過與同規(guī)模焚燒處置工藝在設(shè)備投資、占地面積及電力消耗等方面的對比，論證其技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，并結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)驗證工藝可靠性，為同類項目提供設(shè)計參考。

醫(yī)療廢物高溫蒸汽處理工藝流程

1.1貯存單元

依據(jù)《醫(yī)療廢物集中處置技術(shù)規(guī)范》，進入處置廠的醫(yī)療廢物若無法即時處理，需裝入周轉(zhuǎn)箱并貯存于醫(yī)療廢物暫存庫房中。貯存時限要求為：庫溫 ? 5^°C 時，貯存時間不得超過 24h ；庫溫 lt;5^°C 時，貯存時間不超過 ^72h 。本項目醫(yī)療廢物中間暫存庫設(shè)置在新建的高溫蒸汽處置車間內(nèi)，配置智能倉儲輸送系統(tǒng)（含密集庫、四向穿梭車、提升機及輸送機等設(shè)備）。醫(yī)療廢物由外部專用運輸車輛運至處置車間人工卸貨后，經(jīng)智能倉儲系統(tǒng)自動入庫，可顯著降低人工操作強度及工人接觸醫(yī)療廢物發(fā)生感染的風險中間暫存庫容量設(shè)計為單日處理量，遇設(shè)備維修時轉(zhuǎn)存至一期配套冷庫。

1.2進料單元

本項目進料流程由智能倉儲系統(tǒng)全自動完成，操作人員在中控室發(fā)送作業(yè)指令后，四向穿梭車從倉庫中提取裝有醫(yī)療廢物的周轉(zhuǎn)箱，經(jīng)提升機與輸送機轉(zhuǎn)運至高溫蒸汽處理單元備料區(qū)。醫(yī)療廢物由雙工位投料機倒入專用的滅菌小車后，經(jīng)擺渡平臺進入處理單元，空箱則經(jīng)輸送線進入清洗消毒區(qū)。全自動清洗消毒機完成空箱處理后，由人工裝車返還醫(yī)療機構(gòu)循環(huán)使用，

1.3高溫蒸汽消毒處理單元

醫(yī)療廢物高溫蒸汽處理流程分為進料、滅菌處理和出料3個階段

1）進料。滿載的滅菌小車經(jīng)擺渡平臺、進料平臺進入高溫蒸汽處理鍋內(nèi)，裝滿后釜門關(guān)閉并自動聯(lián)鎖

2）滅菌處理。釜門關(guān)閉后，高溫蒸汽處理鍋按預設(shè)參數(shù)執(zhí)行滅菌處理程序，具體分4步。 （1）預真空。真空泵降壓至 10kPa ，抽出的空氣與從鍋爐來的高溫蒸汽混合滅菌后排入冷凝除臭塔，與塔頂噴出的循環(huán)冷卻水接觸快速冷凝，不凝氣體進入廢氣系統(tǒng)。 （2）升溫加壓。通入蒸汽使廢物達到滅菌溫度。（3）恒溫消毒。使廢物在 （表壓）的條件下維持 45min ，確保達到相關(guān)國家標準規(guī)定。（4）后真空。高溫蒸汽處理過程完畢后，對鍋內(nèi)進行后真空處理，抽除殘余蒸汽實現(xiàn)廢物干燥及降溫，減輕醫(yī)療廢物的異味。

3）出料。滅菌完成后，釜門自動開啟，小車經(jīng)轉(zhuǎn)運線導出。

1.4破碎單元

滅菌小車經(jīng)自動流轉(zhuǎn)線推送到提升機內(nèi)，再由其將滅菌廢物投入破碎機進行破碎處理。破碎殘渣由無軸螺旋輸送機匯人垃圾運輸車，轉(zhuǎn)運至填埋場或焚燒設(shè)施。空滅菌小車返回裝料工段循環(huán)使用高溫蒸汽處理工藝流程見圖1，高溫蒸汽處理單元流程見圖2

2處理周期計算

根據(jù)《醫(yī)療廢物高溫蒸汽消毒集中處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ276—2021），單臺高溫蒸汽處理設(shè)備處理規(guī)模應按式（1）進行計算：

式中： W 為日處理量， t/d;V 為蒸汽處理設(shè)備內(nèi)部容積， V?10m³ ，本項目蒸汽處理設(shè)備內(nèi)部容積為 9.9m³ ：η 為蒸汽處理設(shè)備中醫(yī)療廢物裝載率，一般取 90% γ 為醫(yī)療廢物容重，一般取值范圍為 0.1～0.12t/m³ 取 為日運行時間，取 16h;T₁ 為單批次運行時間，本項目取 1.13h （即 68.0min ）。將上述取值代入式（1），計算得單臺設(shè)備處理規(guī)模 W≈15t/d 。

根據(jù)HJ276—2021規(guī)范要求，醫(yī)療廢物高溫蒸汽處理過程中的消毒時間要求為 45.0min ，預真空和后真空階段需要滿足真空度要求，時間也相對固定。因此，整個系統(tǒng)處理周期的優(yōu)化主要取決于備料時間和出料破碎時間。對這兩個過程進行核算，結(jié)果如表1和表2所示。備料時間為 16.9min （小于 17.0min ，滿足要求；且備料時間比出料破碎時間長，所以備料時間是影響整個處理周期的關(guān)鍵因素。本項目4條生產(chǎn)線運行過程連續(xù)，可按時按量完成處理任務。

3 設(shè)備布置方案

本項目醫(yī)療廢物設(shè)計處理規(guī)模為 60t/d ，共布置4條 15t/d 的高溫蒸汽處理線。由上述周期計算結(jié)果可知，4條生產(chǎn)線僅需設(shè)置1條備料線即可實現(xiàn)連續(xù)運行。為了減少占地面積，4條處理線采用并排設(shè)置，共用1套備料系統(tǒng)，設(shè)備布置如圖3所示。主要工藝設(shè)備介紹如下。

3.1高溫蒸汽處理鍋

3.1.1設(shè)備基本參數(shù)

高溫蒸汽處理鍋采用雙開門臥式圓柱形壓力容器，處理能力為 15t/d 。材質(zhì)采用“Q245R鋼基材 + 專用防腐涂層”，耐酸堿及氯離子腐蝕。設(shè)計壓力 ? ，工作溫度 ?134^°C ，有效容積為 9.9m³ ，可容納6輛 1.65m³ 滅菌小車。微生物滅活效率 ? 99.99% 。

3.1.2配套系統(tǒng)

1）冷凝除臭塔。進水溫度為 35^°C ，出水溫度為 60^°C ，循環(huán)冷凝水量為 35～40m³/h ，冷凝效率 ?95% 。2）蒸汽動力真空泵。單次預真空，抽真空后容 器內(nèi)真空度 ?0.09MPa 。

單車位橫向 冷凝除臭塔 蒸汽動力真空泵擺渡平臺 六車位出料破碎之后出料 提升機 平臺 福9 畫 單車位出料擺渡平臺中 r 1 料 港料茶 4 1 國廣 1 心C中 1 茶中正中 r 1 新無軸螺旋輸送機 上電 自 正 廣 ·1 D 1破碎機重通圖通1 單車位縱向擺渡平臺 雙工位投料機 中 醫(yī)療廢物來源循環(huán)提升機 空桶 頂升移載平臺/ 料桶輸送線/輸送線

3.1.3自控系統(tǒng)

自控系統(tǒng)配置要求如下：1）配備數(shù)據(jù)輸出接口與通信接口，支持遠程監(jiān)控。2）進料門密封性滿足工作壓力要求。3）設(shè)置聯(lián)鎖裝置，門未鎖緊時禁止升壓/升溫；處理周期結(jié)束前禁止開門。4釜門采用液壓自動推拉門裝置，實現(xiàn)釜門啟閉與小車進出自動化。

3.1.4安全保障

安全保障措施包括以下：1外表面保溫隔熱，接觸部位溫度 安全閥泄壓閾值 ? 設(shè)計壓力，并在達到設(shè)定壓力或出現(xiàn)故障時能自動泄壓；3）醫(yī)療廢物全程不與內(nèi)壁接觸，無泄漏；4）蒸汽噴口布局確保溫度場均勻性；5）設(shè)備設(shè)計、制造、監(jiān)督檢驗、檢測和使用均應符合壓力容器安全標準及國家規(guī)范;6）處理結(jié)束后自動泄壓冷卻，降低出料溫度；7）配備故障檢測系統(tǒng)，遇到超溫、超壓、斷能等異常狀態(tài)直接觸發(fā)報警并緊急停機。

3.2滅菌小車

3.2.1設(shè)備基本參數(shù)

小車容積為 1.65m³ ；材質(zhì)采用304不銹鋼結(jié)構(gòu)，帶有與滅菌小車自動傳輸搬運系統(tǒng)相適應的結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)可拆式防黏襯板，可有效防止因醫(yī)療廢物板結(jié)造成的內(nèi)壁黏連。

3.2.2結(jié)構(gòu)特點

滅菌小車采用倒梯形結(jié)構(gòu)，焊縫無間隙，便于卸料；小車內(nèi)部設(shè)有蒸汽通路，保證處理過程中蒸汽能均勻穿透物料并進行充分熱傳導，滿足滅菌要求。

3.3提升機

提升機額定功率 ?2.5kW ，提升質(zhì)量 ?500kg 。其結(jié)構(gòu)、功能特點是：采用龍門架式鏈條結(jié)構(gòu)，牢固可靠，在提升料車過程中，保證機架穩(wěn)定。提升高度可調(diào)節(jié)，完全滿足料車翻轉(zhuǎn)后物料進入破碎機的高度需求。上下行程均為雙限位開關(guān)。

3.4破碎機

破碎機額定功率為 45kW ，破碎能力 ≥4t/h 。刀片材質(zhì)采用耐磨特種鋼，破碎方式采用剪切式破碎。物料破碎后粒徑 lt;5cm 。

該破碎機適應性強，兼容醫(yī)療廢物復雜的成分，能適應惡劣的工況條件，無論是軟質(zhì)（紗布、包裝袋等）與硬質(zhì)物料（玻璃、針頭等）均能獲得同樣的破碎毀形效果。卡料時，還具備自動反轉(zhuǎn)、報警功能

3.5循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)采用地下式鋼筋混凝土循環(huán)水池，內(nèi)壁防腐防滲，容積為 70m³ L

其他設(shè)計：1）分區(qū)設(shè)計。采用冷側(cè)與熱側(cè)分隔式設(shè)計，熱側(cè)進水為冷凝除臭塔底部高溫冷凝水，經(jīng)板式換熱器（2用1備）冷卻后流入冷側(cè)，冷卻水輸送至冷凝除臭塔頂部作為噴淋水，循環(huán)利用。2）輔助設(shè)施。溢流口連續(xù)排水至污水處理系統(tǒng)，設(shè)置1根補水管防止水體惡化。

4與同等規(guī)模焚燒處置工藝對比

本套高溫蒸汽處理系統(tǒng)主要使用的公用工程為蒸汽、壓縮空氣、水和電，主要用量如表3所示。

以下從設(shè)備投資、占地面積、電力消耗量3個方面，對同等規(guī)模的此類項目，采用高溫蒸汽處理工藝與焚燒處置工藝進行對比，對比結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出，與采用焚燒處置工藝的同規(guī)模項目相比，采用高溫蒸汽處理工藝的項目具有設(shè)備初期投資省、能耗低、占地面積少等諸多優(yōu)點，具有突出的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

該項目試運行以來，醫(yī)療廢物日均處理量達62.7t ，超過 60t/d 的設(shè)計規(guī)模。運行數(shù)據(jù)顯示滅菌參數(shù)均達標且系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，未發(fā)生故障停車。項目的實施顯著提升了區(qū)域醫(yī)療廢物處置能力，有效緩解了既有設(shè)施處理壓力。相較傳統(tǒng)焚燒工藝，高溫蒸汽技術(shù)因具備流程簡捷、投資低、周期短及環(huán)保優(yōu)勢，已成為中小規(guī)模城市醫(yī)療廢物處理的優(yōu)選方案。

需注意的是，該工藝處理后殘渣仍需依托生活垃圾填埋場或焚燒廠進行終端處置，配套設(shè)施的高昂建設(shè)成本成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。研究同時發(fā)現(xiàn)，該工藝與生活垃圾焚燒廠存在顯著協(xié)同效應：焚燒廠既可為高溫蒸汽處理提供熱源，又可實現(xiàn)殘渣閉環(huán)處置，形成資源互補體系。因此，未來以生活垃圾焚燒廠為核心配套建設(shè)高溫蒸汽處理線，構(gòu)建“醫(yī)療一生活垃圾協(xié)同處置”模式將成為主流趨勢。這種集約化發(fā)展路徑既可降低設(shè)施建設(shè)成本，又能提升區(qū)域固廢綜合治理效率，對推動醫(yī)療廢物處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要實踐價值。

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