医疗废物典型组分的热重分析及新的动力学模型

医疗废物携带各种病菌,如果处理不当,易造成疾病的传播,危害人类健康. 因此,有效的

医疗废物处理处置技术倍受各国政府关注,已成为重要研究课题(Lee et al . ,1996 ;Mato et 
al . ,1997 ;Lee et al . ,2004) . 目前,热解被认为是最有发展前景的热过程处理技术,它不仅可
以用做独立的固体废物处理方式,将原料转换为更利于应用的高能质物质,如可燃气、燃料
油、固态焦炭等,而且是燃烧和气化处理的先决步骤(Zhang et al . ,2003) . 国家环保总局最近
启动的《全国医疗废物处置设施建设规划》和《全国危险废物处置设施建设划》(环办[2003 ]
41 号) 中已明确将热解炉工艺纳入医疗废物处置工艺中. 采用热解技术处理医疗废物,首先
需要详细了解废物的热解特性、热解机制、行为和规律,并建立适合的模型以确定热解过程
的动力学参数.热重分析是研究固体热分解反应机制的一项非常有用的技术,已被广泛应用
于研究生物质(Reinaet al . , 1998 ; 刘乃安等, 2001 ; Raveendran et al 1996 ; 陈冠益等, 2003) 、
城市生活垃圾( S« rumet al . ,2001 ; García et al . ,1995 ; 李斌等,1999) 及各种高聚物(Conesa 
et al . ,1996 ; Marcilla et al . ,1995)的热解失重动力学和反应机制. 然而,国外鲜有将其应用于
研究医疗废物热解特性的报道,国内仅有冉景煜(2003) 和李剑(2004) 分别对 5 种和 8 种医
疗废物组分作了干燥特性和热解特性的研究,但存在医疗废物种类不全和缺乏对热解行为
的成因阐述等问题.在动力学模型方面,前人对生物质、城市生活垃圾、高聚物的热解模型做
了大量的研究. 通过总结,分为以下几类: (1) 将物料看作单一组分:a) 一步整体模型(Reina et 
al . ,1998 ; Li et al . ,2004) ;b) 多步分阶段模型(李斌等,1999 ;李剑,2004) ;c) 整体综合模型(陈
冠益等, 2003 ;Conesa et al . ,1996) . (2) 将物料看作混合组分: d) 线性叠加模型(S« rum et 
al . ,2001 ; García et al . ,1995 ; Font et al . ,1995) . 其中,a 模型是简单的基础模型,被广泛使用,
针对发生一步热失重的物料,只计算对应的一种表观反应;b 模型针对发生多步热失重的物
料,独立计算每步失重所对应的反应,但实际上每步的反应无法完全独立,总会出现交叉;c 
模型认为热解存在若干平行或链式反应,并对其进行关联计算,在生物质和高聚物中应用较
广,难点是确定物质的热解机制;d 模型适用于多组分物质热解,认为每种组分单独发生反应,
再对每组分进行质量加权叠加. 这些模型在描述单物质方面均有很好的结果,然而医疗废
物包括多种不同组分,每种组分的热解行为均非常复杂,会同时发生若干平行反应和链式反
应,呈现一步或多步热解;并且由于其医疗用品的特殊性,绝大部分组分除含有各种常规的
增塑剂、稳定剂外,要经过特殊工艺改性处理,有些如医疗胶布和敷料中还含有药物成分,更
令其物理组成和化学组成难以确定,因此,找到一种适用于所有样品并且物理意义明确的整
体热解模式成为一个难题. 除简单的一步整体模型外,目前尚未发现一种动力学模型同时
适合若干种物质的报道;能用最少的参数模拟热失重过程固然是建模的追求目标,但模型过
于简单,则不能正确描述复杂的热解反应.为较全面、系统地研究医疗废物的热解失重规律
及动力学反应机制,使研究结果更具有普遍性和代表性,本文选取基本涵盖医疗废物有机成
分的 14 种典型组分进行热天平实验;并在此基础上提出动力学模型,以期为医疗废物的热
解处理工艺提供实验和理论依据.

    1 　试验( Experiments)

　　111 　实验样

　　14 种医疗废物组分材料来源为天津市医科大学总医院. 根据原料的成分,大致分为 6