医疗垃圾高温蒸汽气化实验及热力学研究

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随着人类面临的环境问题日益严峻,垃圾处理问题,尤其是医疗垃圾处理问题,正受到全社会广泛关注。目前我国医疗垃圾的处置主要以焚烧为主兼顾其它处理方法。在常见的处理方法中,直接焚烧法产生的氮氧化物、二噁英等有害物质对人类和环境有着极大危害;高温蒸汽灭菌法、微波灭菌法及化学消毒法等方法则存在处理范围有限,二次污染及垃圾减容效果不明显等问题。此外,最近十来年得到广泛应用的热解焚烧法虽能有效地解决减量化要求。但是,其处理过程也存在二噁英和汞蒸汽等有害气体产生的问题,并不能实现垃圾的完全无害化处理。因此,有必要探索一种新的医疗垃圾处理方法,完全实现医疗垃圾的减量化和无害化处理。医疗垃圾气化技术是利用高温下气化剂与医疗垃圾间的热化学反应,将医疗垃圾中的有机物转化为CO、H2等小分子气体及烃类等可燃气体的过程。因其在医疗垃圾处理过程中的减量化、无害化、资源化等特点而成为国内外相关学者的研究热点。本文基于热解气化理论,以下吸式气化炉为反应器,应用高温水蒸气作为气化剂,自行设计并搭建了一套医疗垃圾高温蒸汽气化实验平台。采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法对课题展开研究。以生物质类医疗垃圾为实验原料,选择气化温度为影响因素,对气化气组分、热值等气化指标进行实验分析,得出了棉签、竹棒等生物质类医疗垃圾高温水蒸气气化的最佳气化温度为900℃;对医疗垃圾中固定碳与高温水蒸气的气化过程进行了实验研究,确定了以制备富氢燃气或高热值燃气为目的的最佳气化温度为800℃,同时,以制备还原性气体为目的的最佳气化温度为850℃,并通过失重计算得出了碳—高温蒸汽气化反应的活化能等参数;通过化工流程软件Aspen plus建立了医疗垃圾高温蒸汽气化反应模型,以此模型为基础分别模拟了乳胶手套、输液器、药渣等六种医疗垃圾的高温水蒸气气化热力学问题,分析了蒸汽/医疗垃圾质量比(S/W比)及气化温度对气化过程的影响,得出了医疗垃圾高温蒸汽气化最适温度范围为:800~900℃,最适S/W比为2.0的结论。基于本文研究,采用高温水蒸气气化技术对医疗垃圾进行处理是行之有效的方法,具有极大的开发潜力。
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