摘要:等離子體技術可以高溫熔融廢塑料，并對醫療垃圾中重金屬固化，前景廣闊。以50t/d的處理規模為例進行經濟性分析，固定資產投入約為1260．65萬元，年均運行成本約為759．9萬元。可通過以城市群為建設單位，現有處置場增設等離子體系統，產生的燃氣及爐渣進行能源化及資源化利用等減少資本投入。為等離子體處理醫療垃圾提供依據。

　　關鍵詞:等離子體;醫療垃圾;技術經濟性分析;重金屬固化

　　醫療垃圾是醫療機構在臨床、保健、預防等專業活動中產生的一類具有一定傳染性、毒性、腐蝕性等相關危害的廢棄物，已被列入“危險廢物名錄”［1-2］。2003年，發文指出，力爭在較短時間內以地級市為單位新建一批醫療垃圾集中處置設施［3］。鑒于醫療垃圾的強烈危害，急需采取合理合法的方法對其處理，包括:填埋堆肥法、高溫高壓蒸汽滅菌法、高溫焚燒法、高溫熱解法和磁化裂解法、等離子體法、微波-高溫高壓蒸汽處理法及液態合金處理法等［2，4-6］。

　　1醫療垃圾產生量現狀

　　據中華人民統計局相關數據統計，2016年末全國共有醫療衛生機構99．3萬個，床位747萬張，全年總診療人次78．0億人次［19］。并且隨著醫學科學技術的高速發展、人民生活水平的持續提高、對健康狀況的高度重視，一次性醫療衛生用品開始廣泛應用于臨床醫學。龐大的醫療系統及一次性醫療衛生用具的廣泛使用對于醫療垃圾的無害化處理帶來巨大挑戰。

　　2等離子體技術處理醫療垃圾

　　2．1等離子體技術

　　等離子技術是處理危險廢物的有效方法，可以有效抑制二噁英類毒性物質的形成，廢物經熱等離子體高溫熔融后變成玻璃狀固體。采用等離子體技術對醫療垃圾中重金屬的固化效果明顯，其熔渣對重金屬的固化率可達到70%～90%，且固化效果很好［2］。其固化的主要原理是:①在燃燒室內氧氣充足的情況下，氯化反應受到一定阻礙，進而抑制重金屬的揮發，絕大多數的重金屬以高熔點的氧化物的形式保留在熔渣中;②醫療廢物中的部分重金屬與SiO2、CaO、Al2O3等化合物會發生反應，形成較為穩定的化合物，進而限制了重金屬的揮發［21］。

　　圖2是典型的等離子體氣化爐橫截面［15］，等離子體在一定的空間內通過極高的電壓，使等離子體炬電極之間的氣體導電，電流通過電離氣體產生極高的能量區域，使該部位達到極高的溫度。當廢物通過該高溫區域時，立即揮發，在不同的氣氛下使廢物發生熱解或氣化。因此，當廢物進入高溫等離子體時，會迅速從復雜的大分子物質分解成原子結構。這一過程將粉碎廢物可能存在的任何有害化合物。極高的溫度使等離子體中的原子和離子非?；顫姡斔鼈冸x開等離子區時，它們將迅速地轉變為簡單的小分子化合物及很少部分大分子化合物。含金屬顆粒會沉降在氣化爐底部，由于氣化爐底部溫度的降低從而形成金屬熔渣［15，22］。

　　2．2等離子體處理醫療垃圾系統

　　采用等離子體技術處理危險廢棄物是當前最為有效的方法，其處理系統主要包括(見圖4):預處理及進料系統、等離子體炬處理系統、高溫熔融反應爐(燃燒系統)、供氣系統、水冷系統、能量利用系統(可選)、尾氣處理系統、灰室等［26-27］。①預處理及進料系統:主要用于醫療垃圾的分選、烘干及粉碎等預處理，然后通過進料系統喂入等離子體炬處理系統;②等離子體炬處理系統:根據實際情況設置不同規格的等離子體發生器，并控制相應的參數，使進入處理系統的物料發生快速熱解氣化，形成可燃氣體，在載氣的作用下進入高溫熔融反應爐;③高溫熔融反應爐:熱解氣在高溫熔融反應爐發生充分燃燒，其中飛灰隨熱解氣氣流一并進入反應爐內發生高溫熔融，并輔以相應的添加劑，通過冷卻將重金屬等固定在熔渣中;④尾氣處理系統:剩余尾氣經處理達標后排入大氣;⑤供氣系統:供氣系統主要為等離子體炬處理系統和高溫熔融反應爐提供特定氣體，以助于醫療垃圾熱解氣化及熱解氣化氣的充分燃燒;⑥水冷系統:在等離子體炬的陰陽極和噴槍等關鍵部件設置水冷循環，以減緩噴槍的高溫腐蝕，確保其穩定工作和延長使用壽命，此外在高溫熔融反應爐后方設定水冷系統，以助于熔渣快速固化;⑧底灰室及熔渣收集室:用于收集等離子體炬處理系統產生的熱解殘渣及高溫熔融反應器產生的灰渣及熔渣，其中等離子炬產生的底灰無法隨氣流進入高溫熔融爐，需采用相應傳輸系統進入熔融爐內進行高溫熔融反應;⑨能量利用系統(可選):醫療廢物經等離子體處理產生的熱解氣在高溫燃燒過程中會產生大量的熱量，該熱量可用于熱力發電或區域供熱，還可用于系統中醫療垃圾的烘干處理等。

　　3經濟性分析

　　我國已建設多家等離子體技術專業處理或涉及處理醫療垃圾的機構(表1)。但當前企業數量和規模無法滿足現階段高速發展的城市和城市群，建設一大批以等離子體技術為主體的醫療垃圾處理機構是實現其無害化處理的最佳選擇。

　　醫療垃圾的產生與城市人口數量、城市發展水平密切相關，一線城市的年均醫療垃圾產生量約為2萬t。因此在建設醫療垃圾等離子體處理處置工廠時需要充分考慮當地現狀，選址要密切考慮輻射區域等。下面以50t/d的處理規模，詳細進行等離子體處理醫療廢物的經濟性分析(見表2)。

　　假設等離子體處理醫療垃圾的日處理量為50t，每年工廠運行時間為330d，年處理量達1．65萬t，工廠的使用率為90%，剩余時間用于維修和整頓。該套處理系統可滿足大部分城市或城市群的醫療垃圾處理要求。

　　日處理規模為750t的等離子體輔助垃圾熱解氣化廠的等離子體處理系統及配套裝置投資約為:氣化爐630萬美元，等離子體火炬150萬美元，水冷設備7．5萬美元，總計約為787．5萬美元(4963．77萬人民幣)。不同規模的工廠投資資金進行投資估算時，工廠規模每增加1倍，投資額減少10%進行核算［28］。因此日處理50t的醫療垃圾的等離子體處理系統投資約為389．32萬。高溫熔融反應爐可采用主燃室和二燃室組合構成，主燃燒室設計溫度在1600℃以上，二燃室溫度控制在1100～1200℃之間;尾氣處理系統采用活性炭吸附+布袋除塵器+堿液洗滌脫酸+煙氣再熱除霧組成。按照12t/d回轉式醫療垃圾焚燒處理系統設備總投資額為210萬進行推算，假設燃燒系統與等離子體處理醫療廢物的燃燒室一致，則高溫熔融反應爐(燃燒系統)及尾氣處理系統總投入約為871．33萬人民幣。因此固定資產約為1260．65萬元。

　　年度運行成本包括:①電費:假設工業規模的等離子體發生器效率大于70%，可估計用于醫療垃圾熱解的電力消耗約為0．8kWh/kg［29］。因此耗電約為1．65×107kg×0．8kWh/kg×0．5=660萬元/年。②用工成本:參考相關生活垃圾焚燒發電廠的員工數量，確定工廠需要10名員工，每人年工資為5萬元。工資成本為10×5=50萬元/年。③維修維護費:按固定資產的0．8%計算，為1260．65×0．8%=10．09萬元/年。④水費和辦公費:600t/d規模的垃圾焚燒發電廠的年用水量為50萬t，辦公費為100萬元。假設等離子體處理醫療廢物的用水量和辦公費用與同等規模的垃圾焚燒發電廠的一樣。按比例折算，50t/d的氣化廠每年的用水量為4．2萬t，年均水費12．6萬元/年，辦公費8．3萬元/年。⑤配件等其他費用:按固定資產的1．5%進行預算，為1260．65×1．5%=18．91萬元/年。因此，總計年均運行成本約為759．9萬元。

　　收入主要為電力收入:依據MSW等離子體發電技術進行估算，每噸MSW可產生617kWh電量，依據上網電價0．4元計算，電費收入為1．65×104t×617kWh/t×0．4=407．22萬元/年。

　　4醫療垃圾等離子體處置場建設建議

　　在等離子體處理醫療垃圾項目建設過程中需集中考慮當地醫療及城市發展水平，為節約建設成本，可從以下幾方面進行參考:①以城市群為建設單位，綜合考量選擇最佳建設地點及處理規模;由于當前城市發展水平不均衡，人口密度及醫療水平存在差異，因此在選址及設定處理規模時應綜合考量當地形勢，可以城市群為單位建設處理處置設施。②在現有傳統處置場基礎上增加等離子體處理系統進行就地改造;當前我國已建設大量城市固體廢棄物或危險廢棄物處理處置場，在其基礎上增設等離子體處理系統，從而減少建設成本。③建設可綜合處理多種危險廢棄物的工藝技術;危險廢棄物種類較多，成分復雜，因此開發可有效處理多種類型危險廢棄物的等離子體系統，實現處理裝置最大化利用是十分必要的。④產生的熔渣中含有大量元素，經檢驗合格并達到相關標準后實現其利用價值。⑤熱解氣化氣或燃燒產生熱量的綜合利用;醫療垃圾等離子體氣化處理過程中通過一定技術會產生以CO、H2等為主的綠色可燃氣體［30］，因此可以通過合理手段與工藝生產清潔能源，或者直接將氣化氣燃燒用于發電或供熱，以增加部分收益。⑥健全醫療垃圾分類系統，減少醫療垃圾處理量;據世界衛生組織(WHO)統計85%的醫療垃圾特性與城市固體廢棄物類似，僅15%的醫療垃圾具有傳染性、毒性、致癌性、放射性等特征，需要特殊處理［21］;因此，對醫療垃圾進行有效分類，可大大降低其無害化處理成本。

　　5結束語

　　醫療垃圾作為一種危險廢棄物，其產量以4%～6%的增速與年俱增，2017年產量高達近200萬t，其平均產生量為0．48kg/床·日。采用等離子體技術對醫療垃圾中重金屬的固化效果明顯，且絕大部分重金屬被固化在熔渣中而沒有揮發出造成二次污染。等離子體處理醫療垃圾的日處理量為50t時固定資產投入約為1260．65萬元，年均運行成本約為759．9萬元。且該處理規?？梢詽M足大部分城市或城市群的要求，是未來醫療垃圾無害化處理的最主要技術。

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　　郝思佳