一种药物性废物的微波处理方法与流程

【技术领域】

本发明涉及垃圾分类处理技术领域，具体涉及一种药物性废物的微波处理方法。

背景技术：

垃圾分类处理是对垃圾收集处置传统方式的改革，是对垃圾进行有效处置的一种科学管理方法。人们面对日益增长的垃圾产量和环境状况恶化的局面，如何通过垃圾分类管理，最大限度地做到不同类别垃圾分开处理，实现垃圾资源利用，减少垃圾处置量，改善生存环境质量，是当前世界各国共同关注的迫切问题之一。除了日常的生活垃圾，随着我国医疗保健行业的飞速发展，医疗垃圾显著增加。长期以来，医疗垃圾被称为垃圾中“顶级危险”和“致命杀手”，越来越多的医疗垃圾在全世界范围内构成严重的公共卫生和环境挑战，成为生活垃圾处理后垃圾处理的又一大难题。

不同于生活垃圾，医疗垃圾早已在《医疗废物分类目录》中有了严格的分类标准，分为感染性废物、病理性废物、损伤性废物、药物性废物、化学性废物，但分类后的后端处理技术受到限制。目前的实际情况是医疗垃圾处理行业整体市场集中度不高，企业活跃度不高，时至今日行业领跑者仍不清晰，医疗垃圾的处理仍以焚烧和填埋为主，由此产生的颗粒物、重金属、酸性气体、一氧化碳、病原体、二噁英等风险，以及垃圾填埋可能引起的水源污染问题日益严重。其中，药物性废物多为有机物，在焚烧时能为二噁英的产生提供碳源；在填埋时不易降解，容易渗入土壤和地下水，对生物造成毒害作用、使生物产生耐药性，甚至通过食物链循环积聚于人体内影响身体健康。在现有的文献报道中，有部分研究者已关注到焚烧与填埋造成的危害，也提出了相应的解决方法。如中国发明专利申请公布号为cn107152689a、名为医疗废物微波等离子体无氧催化裂解装置的文献中，公开了一种采用热解气化技术耦合微波等离子体技术的方法，实际是利用微波激发产生的等离子体将热解气化的医疗废物裂解成简单小分子物质的过程，可使医疗废物处理在排放时实现零污染、无害化、减量化，但该方法忽视了医疗垃圾分类的关键，就是针对不同类别垃圾的特性采取对应的处理方式，药物性垃圾的化学成分复杂，含有众多阴离子物质，大量采用该方法的处理模式势必产生氯化氢、氯气、硝酸等酸性气体，排放到空气中会危害环境。也有如中国发明专利申请公布号为cn109078959a、名为一种医疗废弃物微波处理装置及其处理方法的专利文献公开的那样，采用微波技术将医疗废弃物在高温缺氧环境下进行裂解，使产生的气体达到排放标准，但该专利中同时也提到，处理后的残渣需要进行填埋或者掺烧，填埋会造成重金属污染，掺烧则会再次产生一氧化碳等有毒气体。

因此，有必要开发一种药物性废物的微波处理方法，实现零污染、无害化，并杜绝二次污染物的产生。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对医疗垃圾的药物性废物处理过程中产生一氧化碳、二噁英造成二次污染的问题，提供一种药物性废物的微波处理方法。本发明方法处理之后的药物性废物减重达90％以上；排出的消解气和通入的沼气中未检出有氮氧化合物，也无一氧化碳和二噁英；得到的降解混合物浸出液中五日生化需氧量低于5.1mg/l。本发明工艺稳定、参数可控，适于工业化应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至70-80℃，保温50-70分钟，然后加入硝酸废液，升温至155-175℃保温85-125分钟，得预消解物；

b.设置微波裂解炉输出功率，升温至205-315℃对预消解物进行微波消解，设置微波消解时间为40-70分钟，得消解混合物和消解气，将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，进行纯化后可作为气体燃料；

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置46-72小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

优化的，步骤a中所述沼气持续通入23-33分钟，通入流速为1.4-5.6l/分钟。

进一步优化的，步骤b中进行所述微波消解的同时进行电离操作，所述电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌。

更进一步优化的，所述α射线的照射剂量为12-22gy，所述搅拌的速率为55-75rpm。

再更进一步优化的，步骤b中设置微波裂解炉输出功率后的继续升温过程需在25秒内完成。

再更进一步优化的，步骤b中所述消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出后，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化。

再更进一步优化的，所述氢氧化钠溶液的电导率＞220ms/cm。

再更进一步优化的，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用；当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

再更进一步优化的，步骤a中所述硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/30-1/20。

再更进一步优化的，按质量比计，所述按质量比计，所述反硝化细菌与硝酸废液的比值为0.1-0.6:22-32；按质量百分比计，所述沼液的加入量为药物性废物质量的11％-23％，所述螺蛳壳粉末的加入量为药物性废物质量的1.5％-3.5％。

再更进一步优化的，步骤a中所述硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为25％-45％。

再更进一步优化的，步骤b中所述输出功率为12-22kw。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明先通过酸性预消解后，再通过微波和α射线联合消解的方法，使药物性废物转化为气体燃料和无害的固体物质。本发明方法处理之后的药物性废物减重达90％以上；排出的消解气和通入的沼气中未检出有氮氧化合物，也无一氧化碳和二噁英；得到的降解混合物浸出液中五日生化需氧量低于5.1mg/l。本发明工艺稳定、参数可控，适于工业化应用。

2.通常情况下，微波消解温度普遍在350℃以上，消解时间也较长，处理效率和处理成本较高。本发明采用硝酸废液进行预消解，能预先破坏药物性废物中有机物上较易断裂的化学键，之后再进行微波消解，可有效降低药物性废物的处理温度，实现了更低温的高效处理效果，降低了处理能耗和处理成本。处理过程中，还发现在设置微波裂解炉的输出功率后，升温速率的快慢对生成的消解气体纯度有一定影响，较快的升温速率可以使消解气中甲烷含量得到提升。

本发明在微波消解过程中同时辅助进行α射线照射，并在搅拌条件下使照射均匀，α射线为带正电的高电离粒子，进入到正在进行微波消解的预消解物中，能夺取预消解物中有机物的电子，对微波消解过程起到协同增效作用，提升有机物化学键进一步断裂的速率，从而在更短的处理时间内形成小分子量的如甲烷、氮气、氢气等无害气体物质，也使得药物性废物处理后的重量更低、减重效果更好；同时，α射线照射安全环保，对人体无伤害。经研究发现，通过控制照射剂量在一定范围，可以有效提高消解气中甲烷的含量和实现最佳减重效果。

3.本发明使用沼气作为保护气体，控制通入时间和流速，使微波裂解炉处于无氧环境，避免了一氧化碳、二噁英等有害气体的产生。采用大自然中容易制得的沼气代替常规使用的氮气、二氧化碳等作为保护气体，大大节约了药物性废物的处理成本，同时沼气又能与制得的消解气形成气体燃料循环利用。

4.本发明将消解后引出的消解气和通入的沼气通过净化塔进行氢氧化钠溶液的喷淋，能够回收加入硝酸废液预消解形成的少量氮氧化合物，使形成溶于水的硝酸盐、亚硝酸盐，再经过氧化浓缩生成可再利用的硝酸钠。其中，氢氧化钠溶液需要进行实时监测，以ph值10为界限，对氢氧化钠溶液或循环利用或浓缩结晶，使氮氧化合物得到充分回收。

5.本发明向消解后得到是消解混合物中加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，转化残留的硝酸以及由硝酸形成的含氮盐和氨氮化合物，使之形成无害的氮气，实现药物性废物的无害化。通过按一定的比例加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，可充分转化残留的含氮物。其中螺蛳壳粉末为螺蛳加工过程中的废弃物，具有良好透水性的层状矿物结构，将其用于处理消解混合物，能够提高沼液中微生物和反硝化细菌的透过率，提高滤液的循环使用次数。

【具体实施方式】

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至70℃，保温50分钟，然后加入硝酸废液，升温至155℃保温85分钟，得预消解物；

其中，沼气持续通入23分钟，通入流速为1.4l/分钟；硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/30，硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为25％。

b.设置微波裂解炉输出功率，然后在25秒内升温至205℃对预消解物进行微波消解和α射线电离操作，设置微波消解时间为40分钟，得消解混合物和消解气，接着将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化后可作为气体燃料；

其中，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌，照射剂量为12gy，照射时间与微波消解时间相同，搅拌速率为55rpm。

氢氧化钠溶液的电导率＞220ms/cm。

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置46小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

实施例2

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至80℃，保温70分钟，然后加入硝酸废液，升温至175℃保温125分钟，得预消解物；

其中，沼气持续通入33分钟，通入流速为5.6l/分钟；硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/20，硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为45％。

b.设置微波裂解炉输出功率，然后在5秒内升温至315℃对预消解物进行微波消解和α射线电离操作，设置微波消解时间为70分钟，得消解混合物和消解气，接着将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化后可作为气体燃料；

其中，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌，照射剂量为22gy，照射时间与微波消解时间相同，搅拌速率为75rpm。

氢氧化钠溶液的电导率＞280ms/cm。

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置72小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

实施例3

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至72℃，保温55分钟，然后加入硝酸废液，升温至160℃保温95分钟，得预消解物；

其中，沼气持续通入25分钟，通入流速为2.4l/分钟；硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/22，硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为30％。

b.设置微波裂解炉输出功率为12kw，然后在10秒内升温至232℃对预消解物进行微波消解和α射线电离操作，设置微波消解时间为47分钟，得消解混合物和消解气，接着将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化后可作为气体燃料；

其中，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌，照射剂量为15gy，照射时间与微波消解时间相同，搅拌速率为60rpm。

氢氧化钠溶液的电导率＞220ms/cm。

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置52小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

其中，按质量比计，所述反硝化细菌与硝酸废液的比值为0.1:22；按质量百分比计，所述沼液的加入量为药物性废物质量的11％，所述螺蛳壳粉末的加入量为药物性废物质量的1.5％。

实施例4

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至77℃，保温65分钟，然后加入硝酸废液，升温至170℃保温115分钟，得预消解物；

其中，沼气持续通入30分钟，通入流速为4.6l/分钟；硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/27，硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为40％。

b.设置微波裂解炉输出功率为22kw，然后在20秒内升温至287℃对预消解物进行微波消解和α射线电离操作，设置微波消解时间为63分钟，得消解混合物和消解气，接着将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化后可作为气体燃料；

其中，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌，照射剂量为20gy，照射时间与微波消解时间相同，搅拌速率为70rpm。

氢氧化钠溶液的电导率＞265ms/cm。

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置65小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

其中，按质量比计，所述反硝化细菌与硝酸废液的比值为0.6:32；按质量百分比计，所述沼液的加入量为药物性废物质量的23％，所述螺蛳壳粉末的加入量为药物性废物质量的3.5％。

实施例5

一种药物性废物的微波处理方法，包括以下步骤：

a.将药物性废物通入微波裂解炉中，通入沼气后升温至75℃，保温60分钟，然后加入硝酸废液，升温至165℃保温105分钟，得预消解物；

其中，沼气持续通入28分钟，通入流速为3.5l/分钟；硝酸废液的加入量为药物性废物质量的1/25，硝酸废液中硝酸的质量百分比浓度为35％。

b.设置微波裂解炉输出功率为17kw，然后在15秒内升温至260℃对预消解物进行微波消解和α射线电离操作，设置微波消解时间为55分钟，得消解混合物和消解气，接着将消解气和通入的沼气从微波裂解炉的出口引出，通过净化塔采用氢氧化钠溶液喷淋，再进行纯化后可作为气体燃料；

其中，将喷淋后的氢氧化钠溶液从净化塔底部排出，测定ph，当ph＞10时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤10时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。

电离操作的方法为：采用α射线对预消解物进行照射，并且边照射边搅拌，照射剂量为17gy，照射时间与微波消解时间相同，搅拌速率为65rpm。

氢氧化钠溶液的电导率＞250ms/cm。

c.将消解混合物降温后通入降解池，加入沼液、反硝化细菌、螺蛳壳粉末，在无氧条件下静置59小时，然后过滤，滤液通入降解池循环使用，滤渣经干燥得降解混合物。

其中，按质量比计，所述反硝化细菌与硝酸废液的比值为0.4:27；按质量百分比计，所述沼液的加入量为药物性废物质量的17％，所述螺蛳壳粉末的加入量为药物性废物质量的2.5％。

实施例6

与实施例5的区别在于，步骤a中不加入硝酸废液。其余方法同实施例5。

实施例7

与实施例5的区别在于，步骤b中在30-35秒内升温至260℃。其余方法同实施例5。

实施例8

与实施例5的区别在于，步骤c中不进行α射线照。其余方法同实施例5。

实施例9

与实施例5的区别在于，步骤b中α射线的照射剂量为10gy。其余方法同实施例5。

实施例10

与实施例5的区别在于，步骤b中α射线的照射剂量为24gy。其余方法同实施例5。

实施例11

与实施例5的区别在于，步骤b中测定氢氧化钠溶液ph值，当ph＞9时，可继续回流至净化塔循环使用，当ph≤9时，通入氧化池中进行氧化，然后蒸发浓缩使生成结晶，回收结晶得硝酸钠粗品，蒸发的水冷凝后可循环使用，也可以直接排放。其余方法同实施例5。

实施例12

与实施例5的区别在于，步骤c中不加入螺蛳壳粉末。其余方法同实施例5。

实施例13实施效果对比

1.实验样品的制备

按照实施例1-12的方法对药物性废物进行微波处理，收集各实施例中的消解气和通入的沼气、降解混合物按实施例1-12的顺序分别编号为实验样品1-12。

2.评价方法

2.1测定各实验样品中消解气和通入的沼气的甲烷含量、一氧化碳含量、二噁英含量和氮氧化合物含量。其中，按照hj/t397-2007《固定源废气监测技术规范》进行取样测定，按hj916-2017《环境二噁英类监测技术规范》测定二噁英含量，按照hj693-2014《固定污染源废气氮氧化物的测定定电位电解法》测定氮氧化合物含量。结果见表1。

2.2将实验样品1-12的降解混合物进行称重，与未处理前的废物重量进行比较，计算减重率。

2.3测定各实验样品中降解混合物浸出液的五日生化需氧量(bod5)。其中，浸出液按照hj/t299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》进行制备，具体方法为：取降解混合物粉碎，通过3mm的孔径过筛，然后取过筛后的粉末150-200g，于2l提取瓶中，以液固比为10:1(l/kg)加入浸提剂，以硫酸硝酸混合液(将质量比为2:1的浓硫酸和浓硝酸混合液加入纯水中，1l水约加入2滴混合液，使ph约为3.20±0.05)作为浸提剂，盖紧瓶盖后固定在反转式振荡装置上，振荡转速为30±2转/min，在室温下振荡18±2小时后取下，在预先装好滤膜(0.6-0.8μm)的压力过滤器上过滤，收集全部滤液于聚乙烯瓶中，于4℃下保存待测。结果见表2。

3.评价结果

表1消解气和通入的沼气测定结果

表2降解混合物及其浸出液测定结果

4.实验结果

从表1和表2可以看出，实验样品1-5的检测结果优于实验样品6-12，表明采用实验样品1-5处理方法能够很好降解药物性废物，使药物性废物的处理实现无害化。

实验样品6中不加入硝酸废液，使得消解气和通入的沼气中甲烷含量下降，同时药物性废物处理的减重效果不佳、处理后bod5数值较高，表明硝酸废液的加入有助于有机物的降解，实现药物性废物的高效降解和减重化处理。

实验样品7加入硝酸后的升温速率较慢，使得消解气和通入的沼气中甲烷含量下降，表面升温速率对消解气的纯度影响较大。

实验样品8-10分别为不采用α射线照射、采用较低照射剂量的α射线、采用较高照射剂量的α射线，使得消解气和通入的沼气中甲烷含量下降，同时药物性废物处理的减重效果不佳，表明α射线照射能够提高药物性废物处理的降解效率，同时α射线照射剂量的大小对降解效率有一定影响。

实验样品11将步骤c中氢氧化钠的循环和回收ph值界限值设定为9，检测出消解气和通入的沼气中甲烷含量下降，氮氧化合物含量较高，降解混合物中bod5数值较高，表明氢氧化钠ph值的控制能够影响消解气的纯度和氮氧化合物的回收效果。

实验样品12不加入螺蛳壳粉末，虽然未对最终处理效果产生影响，但研究人员在实验过程中发现在未加入螺蛳壳粉末的情况下，过滤时会遭遇较大阻力，导致过滤时间明显延长，影响废物处理效率。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

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