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醫(yī)療廢物組分及氯含量對(duì)PCDDFs分布特性的影響

文檔作者：肖志偉，李曉東，陳彤，嚴(yán)建華，倪明江文檔來(lái)源：浙江大學(xué)熱能工程研究所，能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月31日
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·1358·
化 工 進(jìn) 展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第7期
醫(yī)療廢物組分及氯含量對(duì)PCDD／Fs分布特性的影響
肖志偉，李曉東，陳 彤，嚴(yán)建華，倪明江
(浙江大學(xué)熱能工程研究所，能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310027)
摘 要：為了研究醫(yī)療廢物組分、氯含量對(duì)PCDD／Fs(polychlorinated dibenzo-p dioxins and polychlorinated
dibenzofurans)分布特性的影響，對(duì)單組分、雙組分及不同氯含量的醫(yī)療廢物進(jìn)行了熱解一焚燒試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)
PCDD／Fs的分布特性分析，發(fā)現(xiàn)不同氯含量塑料生成PCDD／Fs的能力與氯代水平都有所不同。纖維對(duì)PVC焚燒
生成PCDD／Fs有促進(jìn)作用，并使其氯代水平有所提高，且對(duì)于不同PVC，這種作用有所不同 隨著氯含量的增
大，六、七、八氯代呋喃的產(chǎn)量呈增大趨勢(shì)，二口惡英產(chǎn)量變化與氯含量的關(guān)聯(lián)不是很明顯，但當(dāng)氯含量增大到
1．73％時(shí)，其產(chǎn)量明顯提高。相同氯含量不同PVC氯源的醫(yī)療廢物其生成的PCDD／Fs特性不同。
關(guān)鍵詞：二口惡英；氯含量；組分；聚氯乙烯；熱解
中圖分類號(hào)：X 705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000—6613(2010)07—1358—06
PCDD／Fs distribution characteristics in pyrolysis of medical waste with
different composition and chlorine content
XIA0Zhiwei，LIXiaodong，CHENTong， ⅣJianhua，NIMingjiang
(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization，Institute for Thermal Power Engineering，Zhejiang University，
Hangzhou 310027，Zhejiang，China)
Abstracts： In order to determine the efect of composition and chlorine content in medical waste on
PCDD／Fs(polychlorinated dibenzo-p—dioxins and polychlorinated dibenzofurans)distribution，
pyrolysis—combustion experiments were conducted with single component， two components and
diferent chlorine contents．Results indicated that plastics with diferent chlorine content are different in
bOtl1 of PCDD／FS generation and the concentration of chlorinated congeners．W hen PVC was
combusted together with fiber，PCDD／Fs form ation was enhanced，an d the higher chlorinated congener
was noticeably increased， Which was varied with diferent PVC type．W ith the increase in chlorine
content，the amounts of HXCDF，HpCDF and OCDF increased．No significan t co．elation between the
total chlorine level in the fuel an d the emission level of PCDD／Fs was observed．W hile，the yield of
PCDDl／Fs showed a conspicuous increase when chlorine content exceeded 1．73％．Furtherm ore，the
PCDD／FS formation characteristics were diferent for diferent PVC type even with the same ehlorine
content．
Key words： polychlorinated dibenzo-p—dioxins and polychlorinated dibenzofurans； chlorine content；
component； PVC； pyrolysis
隨著醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)醫(yī)療廢物的產(chǎn)
量逐年增加，并表現(xiàn)出迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)調(diào)查，
2005年我國(guó)醫(yī)療廢物產(chǎn)量已達(dá)到74萬(wàn)噸【¨。隨著
一次性醫(yī)療用品的普及使用，醫(yī)療廢物中一次性塑
料制品(如PVC、PE等)的比例不斷增大，且明
收稿日期：2009—12．10：修改稿日期：2009．12．31。
基金項(xiàng)目： 國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007AAO6Z336)。
第一作者簡(jiǎn)介： 肖志偉(1984一)，女，碩士研究生。聯(lián)系人：李曉
東，教授，主要從事煤燃燒及污染控制理論及技術(shù)、廢棄物熱處理方
法(焚燒、熱解及氣化)的理論及技術(shù)、氣固多相流的理論及技術(shù)等
方面的研究及開發(fā)。E—mail lixd@cmee．zju．edu．ca。
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第7期 肖志偉等：醫(yī)療廢物組分及氯含量對(duì)PCDD／Fs分布特性的影響 ·1359·
顯高于生活垃圾L2J，如處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生二口惡英
類污染物。有研究指出，醫(yī)療廢物焚燒過(guò)程中產(chǎn)生
的PCDD／Fs是一般垃圾的數(shù)倍或數(shù)十倍L3J。鑒于廢
物處置的無(wú)害化、減重化、減容化等要求，近年來(lái)，
熱解．焚燒處置方法已逐漸成為醫(yī)療廢物的主要處
置方式【剞。鄧娜等【5】在對(duì)典型醫(yī)療廢物進(jìn)行了雙組
分熱重分析后發(fā)現(xiàn)，纖維和PVC塑料之問存在相互
影響，PVC 會(huì)顯著加速纖維的熱解，纖維也會(huì)使
PVC 脫除HC1的起始溫度提前。祝紅梅 應(yīng)用
TG．FTIR分析儀對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行了論證，并發(fā)現(xiàn)二
者混合熱解對(duì)熱解氣的成分與產(chǎn)量均有影響。目前，
國(guó)外在組分對(duì)PCDD／Fs生成的影響方面有少量研
究 -1 uJ， 國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，而關(guān)于氯含量
對(duì)PCDD／Fs生成的影響，研究者也持不同看法。一
部分研究者【】卜 ]認(rèn)為， 當(dāng)燃料中的氯含量超過(guò)
1％～2％的閾值，隨著氯含量的提高，PCDD／Fs的
產(chǎn)量也會(huì)增大；另一部分研究者[16-18]則認(rèn)為氯含量
的變化對(duì)PCDD／Fs的生成沒有明顯的影響。
基于上述研究背景，本文作者開展了組分及氯
含量對(duì)醫(yī)療廢物熱解一焚燒生成PCDD／Fs的分布特
性影響的研究，以期能為PCDD／Fs的排放控制研究
提供支持。
1 試驗(yàn)方法
1．1 試驗(yàn)裝置及過(guò)程
試驗(yàn)采用熱解．燃燒式試驗(yàn)臺(tái)，如圖1所示。該
實(shí)驗(yàn)臺(tái)可分為3段：熱解段、燃燒段、燃后段。試
驗(yàn)臺(tái)采用管式爐加熱，并由內(nèi)外2個(gè)石英管分別作
為熱解管與燃燒管。試驗(yàn)全程用時(shí)30 min。熱解段
初始溫度為100℃ ，采取3O oC／min的升溫速率，
用時(shí)20 min達(dá)到終溫700℃后，恒溫?zé)峤?0 min；
燃燒段、燃后段試驗(yàn)全程分別保持恒溫900℃ 、300
℃。物料首先在N：氣氛下，由內(nèi)管在熱解區(qū)進(jìn)行熱
解，產(chǎn)生的熱解氣通過(guò)內(nèi)管至外管，再通入02氣，
N：：O：體積比設(shè)為4：1，在燃燒段進(jìn)行高溫燃燒，
尾氣經(jīng)由燃后段排出。排出的煙氣通過(guò)xAD一2吸
收樹脂和盛有甲苯的吸收瓶進(jìn)行吸收，為了提高吸
收效率，對(duì)吸收瓶進(jìn)行了冰浴。實(shí)驗(yàn)后，將管路用
丙酮與甲苯進(jìn)行淋洗，并收集淋洗液。最后，將淋
洗液、樹脂與吸收液一起經(jīng)索氏抽提24 h，再進(jìn)行
二口惡英含量分析。
1．2 試驗(yàn)物料和試驗(yàn)工況
醫(yī)療廢物雖然成分復(fù)雜，但主要分為高分子與
纖維這兩大類。其中高分子類中PVC塑料的種類也
不盡相同，其含氯量介于33．62％~55．42％，在物理
特征上也有很大差別【l 。本研究選取輸液管、尿杯
這兩種不同的PVC類塑料以及針筒代表高分子類
醫(yī)療廢物，用一次性口罩代表纖維類醫(yī)療廢物，根
據(jù)不同比例配比成?；t(yī)療廢物進(jìn)行試驗(yàn)。其中，
針筒為不含氯塑料，輸液管與尿杯為含氯塑料，可
作為氯源。選用樣品的理化特性見表1。將各物料
破碎至l～2 rIlHl 的小塊，恒溫105℃烘干3 h后，
分別進(jìn)行不同組分與不同氯含量對(duì)醫(yī)療廢物熱解一
焚燒生成PCDD／Fs的分布影響研究，工況詳見表2。
熱解段 燃燒段 燃后段
圖1 醫(yī)療廢物熱解．焚燒試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)圖
O—冰??；1一甲苯吸收瓶；2_)(AD一2吸附樹脂；3一外石英管；4一隔熱層；5—溫控裝置；6一恒溫管式爐；7一內(nèi)石英管
8一可編程管式爐；9一石英舟；1O—推桿；l1—流量計(jì)；12一氧氣瓶；13一氮?dú)馄?
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·1360· 化 工 進(jìn) 展 2010年第29卷
注：n．a(chǎn)．表示未檢出：O 表示氧元素含量為根據(jù)質(zhì)量平衡計(jì)算所得。
表2 試驗(yàn)工況
(~)N2／O2體積比為4：②表示未計(jì)算。
1．3 二口惡英的分析方法
PCDD／Fs的檢測(cè)方法主要參照美國(guó)環(huán)保署
(USEPA)EPAMethod 1613。首先，將樣品進(jìn)行索
提、濃縮、酸．堿洗、多級(jí)硅膠柱純化、氧化鋁柱純
化、氮吹、定容等預(yù)處理，再將樣品用HRGC／LRMS
色質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行PCDD／Fs的檢測(cè)。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
分析1 1個(gè)工況下PCDD／Fs的產(chǎn)量、PCDFs／
PCDDs值、毒性當(dāng)量產(chǎn)量，見表3。
2．1 組分對(duì)醫(yī)療廢物熱解．焚燒生成PCDD／Fs分布
特性的影響
試驗(yàn)首先對(duì)輸液管(含氯量34．68％)、白色尿
杯(含氯量53．84％)的單組分進(jìn)行熱解一焚燒試驗(yàn)，
對(duì)應(yīng)工況1、工況2，研究不同組分對(duì)PCDD／Fs生
成特性的影響。圖2為其PCDD／Fs同系物的分布。
由圖2可知，對(duì)于不同氯代二口惡英同系物，高氯含
量塑料工況的產(chǎn)量均高于低氯含量塑料工況的，其
中兩種塑料生成的PeCDD、TCDF、OCDF之間的
差別較為明顯。兩種塑料生成的PCDDs和PCDFs
中，均以低氯代的居多，TCDD和PeCDD占PCDDs
的70％以上，TCDF和PeCDF占PCDFs的75％以
上。其中，TCDF在PCDD／Fs總量中的比例最為突
出；且對(duì)于尿杯和輸液管，TCDF所占的百分含量
分別為42．21％和33．97％，說(shuō)明低氯含量塑料的氯
代能力更強(qiáng)些。另外，對(duì)于兩個(gè)工況，PCDFs的產(chǎn)
量均高于PCDDs的產(chǎn)量。從表3結(jié)果來(lái)看，工況2
焚燒生成的PCDD／Fs產(chǎn)量、PCDFs／PCDDs值、毒
性當(dāng)量產(chǎn)量分別是工況1的1．48倍、1．29倍、1．80
倍，這說(shuō)明相比低氯含量的輸液管，高氯含量的尿
杯生成的二口惡英產(chǎn)量更高，毒性更大，且更易生成
PCDFs。
表3 各工況下PCDD／Fs的產(chǎn)出特性 單位：ng／kg
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第7期 肖志偉等：醫(yī)療廢物組分及氯含量對(duì)PCDD／Fs分布特性的影響 。1361。
圖2 單組分醫(yī)療廢物熱解一焚燒生成PCDD／Fs
同系物的分布
踟
為了研究纖維、PVC塑料雙組分在熱解一焚燒
過(guò)程中的相互作用對(duì)PCDD／FS生成的影響，對(duì)輸
液管與口罩、尿杯與口罩兩種雙組分進(jìn)行了熱解一
焚燒試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)工況3、工況4。圖3為雙組分熱
解一焚燒生成PCDD／Fs的分布，其中計(jì)算值由單組
分加權(quán)計(jì)算所得，因口罩不含氯，認(rèn)為其不生成二
口惡英。
由表3的結(jié)果可以看出，加入口罩后，尿杯混
合組分焚燒生成的PCDD／Fs產(chǎn)量、PCDFs／PCDDs
值、毒性當(dāng)量產(chǎn)量分別是輸液管混合組分的1．2l倍、
1．08倍、1．60倍。說(shuō)明在纖維的作用下，高含氯量
的塑料生成的二口惡英較多，毒性較大，且更易生成
PCDFs。對(duì)比圖2與圖3，發(fā)現(xiàn)混合組分的PCDD／Fs
產(chǎn)出特性與未加纖維時(shí)的一致，說(shuō)明纖維并沒有改
變兩種塑料PCDD／Fs的生成機(jī)理。另外，加入口罩
后， 除了TCDD、OCDD，高含氯塑料生成的其它
氯代二口惡英產(chǎn)量均高于低含氯塑料的，這與單組分
時(shí)的情況有所不同，說(shuō)明纖維的存在，使兩種塑料
的氯代水平有所改變。對(duì)比兩種雙組分計(jì)算和實(shí)際
焚燒生成的PCDD／Fs分布，除尿杯工況的TCDF
比計(jì)算值稍有減少，其它二口惡英都有所增多，說(shuō)明
纖維對(duì)塑料焚燒過(guò)程中二口惡英的生成具有促進(jìn)作
用，且使其氯代水平有所提高，表現(xiàn)為高氯代二口惡
英的產(chǎn)量增加較為明顯。對(duì)于輸液管，加入口罩后
生成的PCDD／Fs產(chǎn)量、PCDFs／PCDDs值、毒性當(dāng)
量產(chǎn)量分別是計(jì)算值的1．5O、1．1O倍、1．58倍；對(duì)
于尿杯，加入口罩后生成的PCDD／Fs產(chǎn)量、PCDFs／
PCDDs值、毒性當(dāng)量產(chǎn)量分別是計(jì)算值的1．23倍、
0．92倍、1．41倍。由此可以看出，纖維同時(shí)促進(jìn)了
兩種不同塑料熱解一焚燒過(guò)程中的二口惡英生成，且
對(duì)于低氯含量塑料來(lái)說(shuō)這種促進(jìn)作用更為明顯；
纖維提高了低氯含量塑料PCDFs在PCDD／Fs中
的比例，但卻降低了高氯含量塑料其在PCDD／Fs
中的比例； 同時(shí)， 口罩提高了兩種塑料熱解．焚燒
生成二口惡英的毒性，且對(duì)于低氯含量塑料來(lái)說(shuō)更為
明顯。
2．2 氯含量對(duì)熱解．焚燒過(guò)程中PCDD／Fs分布特性
的影響
采用輸液管／尿杯(PVC)、針筒、口罩，以不
同比例?；t(yī)療廢物，研究不同氯含量對(duì)其熱解．
焚燒生成二口惡英的分布特性影響，見圖4。工況5～
工況10中PVC塑料為輸液管，工況l1中則為尿杯。
從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，對(duì)于5．20％相同的含氯量而不同的
PVC塑料來(lái)說(shuō)，工況ll比工況9二口惡英產(chǎn)量略高，
且前者生成的七、八高氯代二皤英比后者較多，低氯
代二口惡英較少；前者比后者的PCDFs／PCDDs值較低，
但毒性當(dāng)量產(chǎn)量則較高。說(shuō)明相同氯含量的醫(yī)療廢
物，含有高氯含量塑料的廢物更易生成高氯代的二
口惡英，生成PCDDs較PCDFs多，且PCDD／Fs的毒
性更大。對(duì)于以輸液管為氯源的工況5～工況1O，
其生成的六、七、八氯代二口惡英的比例均比低氯代
的低，且對(duì)于PCDFs來(lái)說(shuō)更為明顯，但隨著氯含量
的增大，六、七、八氯代呋喃的產(chǎn)量呈增大趨勢(shì)。
由表3中氯含量低于2％的工況5～工況7結(jié)果來(lái)看，
二口惡英產(chǎn)量與氯含量的變化關(guān)聯(lián)不大，但當(dāng)含量增大
為1．73％時(shí)，其產(chǎn)量明顯提高，是0．52％時(shí)的3．24倍。
這與Evalena Wikstrom 等【J 5J在流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的
氯含量對(duì)二口惡英生成影響研究的結(jié)果相符。但對(duì)于
PCDFs／PCDDs值來(lái)說(shuō)，隨著氯含量的增大，其值亦
隨之增大，且均介于1．71到2．50之間。這與其它研
究者的結(jié)論不太一致，Wang等【1 認(rèn)為當(dāng)氯含量低
于0．8％～1．1％時(shí)主要生成PCDDs，低于0．8％～
1．1％時(shí)主要生成PCDFs。對(duì)于氯含量高于2％的兩
個(gè)工況，其二口惡英產(chǎn)量并沒有隨著氯含量的顯著增
大而明顯提高，均低于含氯量為1．73％時(shí)的值。
∞ ∞ ∞ 如 ∞ 如 ∞ 如
4 3 3 2 2 1 ●
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·1362· 化 工 進(jìn) 展 2010年第29卷
80％
40％
20％
0
0
工況5 工況6 工況7 工況8 工況9 工況1O工況11
圖4 不同含氯量模擬醫(yī)療廢物熱解一焚燒生成
PCDD／Fs同系物的分布
口OCDF； 圈HxCDF； 囝TCDF； 口HpCDD； 囝PeCDD
圈HpCDF； 皿PeCDF； 囝OCDD； 圈HxCDD； 皿TCDD
3 結(jié)論
(1)通過(guò)輸液管、尿杯的單組分熱解．焚燒試
驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比低氯含量的輸液管，高氯含量的尿杯
的氯代水平較差，但生成的二口惡英產(chǎn)量較高，毒性
較大，且更易生成PCDFs。對(duì)于不同氯代二口惡英同
系物，高氯含量塑料工況的產(chǎn)量均高于低氯含量塑
料工況的，其中兩種塑料生成的PeCDD、TCDF、
OCDF之問的差別較為明顯。兩種塑料生成的
PCDDs和PCDFs中，均以低氯代的居多。
(2)通過(guò)輸液管、尿杯與口罩的雙組分混合熱
解．焚燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在纖維的作用下，高含氯量的塑
料生成的二口惡英較多，毒性較大，且更易生成
PCDFs：混合組分的PCDD／Fs分布特性與單組分時(shí)
的一致，說(shuō)明纖維并沒有改變兩種塑料PCDD／Fs
的生成機(jī)理；纖維不僅對(duì)兩種塑料熱解一焚燒過(guò)程中
二口惡英的生成具有促進(jìn)作用，而且使其氯代水平有
所提高。
(3)通過(guò)不同氯含量?；t(yī)療廢物熱解一焚燒
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同工況，其生成的六、七、八氯
代二口惡英的比例均比低氯代的低，且對(duì)于PCDFs
來(lái)說(shuō)更為明顯，但隨著氯含量的增大，六、七、八
氯代呋喃的產(chǎn)量呈增大趨勢(shì)。對(duì)于氯含量低于2％
工況，二口惡英產(chǎn)量與氯含量的變化關(guān)聯(lián)不大，但當(dāng)
氯含量增大為1．73％時(shí)，其產(chǎn)量明顯提高。
PCDFs／PCDDs值隨著氯含量的提高而增大。對(duì)于氯
含量高于2％的兩個(gè)工況，其二口惡英產(chǎn)量并沒有隨
著氯含量的顯著增大而明顯提高。
(4)對(duì)于相同氯含量的醫(yī)療廢物，含有高氯含
量塑料的廢物更易生成高氯代的二口惡英，生成
PCDDs較PCDFs多，且PCDD／Fs的毒性更大。
參考文獻(xiàn)
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