Утилизация и переработка медицинских отходов

После сжигания газообразные продукты горения попадают в электрофильтр 9 и групповой циклон 10, где освобождаются  от пыли и направляются в скруббер 11 для окончательной очистки, а затем поступают в дымовую трубу 13 с помощью дымососов 12.

Эти агрегаты не являются специфическими и выпускаются промышленностью. Высокотемпературная камера сгорания с дожигателем и система получения  кислорода из воздуха требуют специальной разработки и подготовки.

Принципиальная схема  высокотемпературной печи мусоросжигательного  мини-завода приведена на рис.1, б. Отходы после бункера захватываются  валковым измельчителем 5, измельчаются в нем и с помощью шнека 6 подаются в камеру сгорания 7. Через рубашку шнека 6 из рубашки охлаждения камеры сгорания 7 поступает горячий воздух (250 - 300 °С), с помощью которого эффективно осуществляется сушка отходов, передвигающихся по шнеку. Далее воздух из рубашки шнека поступает в клапанные коробки 8 системы получения кислорода для регенерации силикагеля, осуществляющего осушку свежего воздуха, подаваемого с помощью компрессора 14 через ресивер 15 в эту систему.

Рекуперация теплоты в  камере сгорания осуществляется в ее рубашке охлаждения, где дутьевой воздух, охлаждая внутреннюю стенку камеры сгорания, нагревается до 500 °С, что обеспечивает повышение температуры горения осушенных отходов до 2000 °С.

Этот процесс напоминает рекуперацию теплоты в жидкостном ракетном двигателе. В нем жидкий окислитель, проходя через рубашку охлаждения, предохраняет стенку камеры сгорания от прогара и, нагреваясь, увеличивает теплосодержание топлива и, как следствие, повышает температуру горения.

Горячий дутьевой воздух через  форсунки 16 поступает в камеру сгорания. Высоконапорные центробежные форсунки 16 обеспечивают в головной части камеры образование «кипящего» слоя отходов, температура горения в ядре которого достигает 2000 °С.

Расплавленные металл и стекло, а также шлак собираются в сборник 17.

Недоокисленные  вещества (моноксид углерода, углеводороды) дожигаются в дожигателе 18 в практически  чистом кислороде (94%), поступающем из клапанных коробок 8 абсорбционной  системы генерирования кислорода  из воздуха. Этот кислород проходит рубашку охлаждения дожигателя, нагревается там и через центробежные форсунки 19 поступает внутрь дожигателя. На выходе дожигателя температура отработавших газов составляет 1100 - 1200 °С. Затем газы проходят через неизолированную трубу дожигателя, на которой установлен кожух с вентилятором 20 и охлаждаются в ней до 600 °С, после чего поступают в высокотемпературный электрофильтр 9 и групповой циклон 10. Здесь проходит тонкая очистка газа от пыли и аэрозолей, которые с сорбированным на них диоксином, направляются через шлюзовые питатели 21 в бункер 4 на многократную переработку и в конечном итоге попадают в сборник 17 в обеззараженном состоянии. Кожух с вентилятором 20 предназначен для отопления в зимнее время ангара, в котором расположен мини-завод. В летнее время теплый воздух из кожуха сбрасывается через фрамугу ангара в атмосферу.

 

 

Схема размещения мусоросжигательной установки в  ангаре (а) и принципиальная схема  высокотемпературной печи для уничтожения  твердых медицинских отходов  с устройством для накислораживания воздуха (б)

Розжиг камеры сгорания осуществляется газовой горелкой 22, работающей на природном газе.

Для уменьшения теплопотерь камера сгорания, дожигатель и шнек имеют стеклопластиковую  изоляцию.

Особая роль принадлежит скрубберу 11. В обычном режиме он выполняет функцию эмульгатора для удаления сернистых соединений. Когда же в камеру сгорания попадов, температура горения в ядре которого достигает 2000 °С.

Далее в патронах последовательно в противофазе  протекают описанные выше процессы, при которых азот возвращается в атмосферу, а концентрация кислорода в воздухе повышается до 94 об.%.

В качестве генератора кислорода можно использовать выпускаемые  промышленностью установки американской фирмы AirSep и российской фирмы ООО  «АГТ». Для данного проекта наиболее подходящей является американская установка MZ-160 производительностью по кислороду (94 об.%) равной 6,6 м3/ч (рис.2). Она потребляет 18 кВт, размещается на площади 2x4 м, имеет массу 3 т, базовая цена 100 тыс. долл. США. С учетом стоимости этой американской установки общая стоимость предлагаемого минизавода для уничтожения инфицированных медицинских отходов 750 - 800 тыс. долл. США.

Сравнительные характеристики термической переработки  отходов различными способами приведены  в таблице, из которой видно, что по всем показателям предлагаемая технология имеет существенные преимущества по сравнению с технологиями, применяемыми на действующих мусоросжигательных заводах.

В предлагаемой технологии уничтожения инфицированных медицинских отходов не используется котел-утилизатор, являющийся одним из источников диоксина, и существенно повышается роль пылеочистки при увеличении температуры горения отходов в камере сгорания ракетного типа до 2000 °С.

Кроме этого, работа дожигателя на практически чистом кислороде будет содействовать существенному повышению полноты сгорания и уменьшению в дымовых газах содержания углеводородов и моноксида углерода, стимулирующих образование диоксинов.

3. Термическое  обезвреживание медицинских отходов  в Москве

 

3.1 Классификация медицинских отходов по эпидемиологической и токсической опасности

 

В соответствии с Европейским каталогом отходов, утвержденным 20 декабря 1993 г. решением Европейского Совета (№94/3 ЕС), классу 18.00 соответствуют отходы здравоохранения  и ветеринарной сферы обслуживания и исследований, а классу 07.05 - отходы производства, расфасовки, сбыта и применения фармацевтической продукции (лекарственные препараты просроченные и бракованные).

В России разработан и используется СанПиД 2.17.728-99 «Правила сбора, хранения и удаления отходов лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ)». В настоящее время часто используют термин медицинские отходы, т.е. отходы, включающие как отходы ЛПУ (больничные отходы), так и токсичные отходы производства, расфасовки и сбыта фармацевтической продукции. Отходы ЛПУ по инфекционной опасности согласно упомянутому СанПиНу подразделяются на классы А, Б, В, Г. Класс Д включает радиоактивные отходы. Отходы фармацевтической продукции (вне пределов ЛПУ) по химической токсичности, в соответствии с Классификатором промышленных отходов, подразделяются на пять классов. Степень токсичности каждого типа отходов определяется по разработанным критериям.

 

3.2 Установки  для обезвреживания медицинских  отходов

 

Жидкие, твердые  и пастообразные отходы фармацевтической продукции в настоящее время подвергаются термическому обезвреживанию на ряде промышленных предприятий Московского региона. Большая часть этих отходов утилизируется на огневых реакторах опытно-производственной базы (ОПБ) ОАО «НПО Техэнергохимпром» в г. Орехово-Зуево (рис.1), где для огневого обезвреживания непригодных лекарственных препаратов после их предварительной сортировки используют три технологические линии (агрегатная нагрузка каждой линии около 100 кг/ч): жидкая форма утилизируется на линии № 1, твердая - на линии № 2, а пастообразная - на линии № 3. Услугами ОПБ пользуются более 100 фармацевтических фирм Москвы. Однако годовая нагрузка ОПБ по уничтожаемым лекарственным препаратам не превышает 100 т, что не может удовлетворить всех потребителей.

Постановлениями Правительства Москвы от28.01.2003 г. №34-ПП (приложение, п.1.6), от 25.02.2003 № 102-ПП (раздел 3.4.2., п.10) и распоряжением от 24.02.2004 № 253-РП «О развитии городской системы  обращения с опасными отходами»  предусматривается создание центра термического обезвреживания промышленных органических отходов 1-го - 3-го классов опасности мощностью 15000 т в год, в том числе отходов фармацевтической продукции, на территории Угрешских групповых очистных сооружений МГУП «Промотходы».

Выбор оптимальной технологии и оборудования для оснащения создаваемого комплекса будет произведен на альтернативной (конкурсной) основе.

В мировой практике наиболее широко применяют термическое  обезвреживание медицинских отходов  во вращающихся барабанных печах. Технологическая схема включает в себя барабанную печь, камеру дожигания, котел-утилизатор, многоступенчатую систему очистки дымовых газов (рис.2). Следует отметить, что в технологическом отношении барабанные вращающиеся печи с жидким шлакоудалением являются наиболее универсальными термическими реакторами для переработки крупнокусковых отходов переменного состава.

 

 

Например, в  г. Гамбурге для термического обезвреживания твердых, жидких и пастообразных  отходов, включая медицинские, доставляемые из Испании, применяют установку фирмы AVG (Германия), включающую две технологические линии по 6,3 т/ч.

Для термического обезвреживания медицинских отходов  можно использовать установку фирмы  «Техникал» (Италия).

Следует отметить, что стоимость установок термического обезвреживания промышленных органических отходов, в том числе медицинских, в зависимости от агрегатной мощности (10 ООО - 50 ООО т/год) составляет 10 - 50 млн долл.

Классификация отходов ЛПУ и объемы их образования  в Москве, по данным ГУЛ «Экотехпром» (на сентябрь 2003 г), приведены ниже (по мнению авторов, объемы отходов ЛПУ по каждому классу весьма завышены).

Отходы класса А в количестве ~ 100 000 т/год (неопасные  отходы) направляются в настоящее  время на подмосковные полигоны вместе с ТБО.

При увеличении мощности московских мусоросжигательных заводов отходы класса А в соответствии с положениями упомянутого Сан-ПиНа целесообразно будет направлять на сжигание.

Отходы класса Б в количестве - 75 000 т/год (опасные  отходы) и отходы класса В в количестве - 37 000 т/год (чрезвычайно опасные отходы) должны подвергаться внутрибольничной дезинфекции, а в отдельных случаях - стерилизации.

Отходы класса Г в количестве ~ 25 000 т/год (отходы, близкие по составу к промышленным, но могут быть инфицированы) должны после дезинфекции в ЛПУ, по нашему мнению, вывозиться спецавтотранспортом на санитарно-ветеринарный завод «Эколог». На этом предприятии необходимо построить технологическую линию (одна линия - в работе, одна - в резерве) высокотемпературного обезвреживания отходов класса Г с агрегатной нагрузкой 25 000 т/год. Оптимальная технология, предусматривающая обезвреживание токсичных органических компонентов и выпуск минеральных веществ в виде расплава, по аналогии с созданием центра обезвреживания токсичных промышленных отходов, должна быть выбрана на конкурсной основе.

Отходы класса Д в количестве - 12 500 т/год (радиоактивные  отходы) в настоящее время успешно  обезвреживаются с использованием производственных мощностей НПО  «Радон».

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Российскими санитарными правилами рекомендовано применять для опасных отходов классов Б и В методы термического обезвреживания.

Одним из самых  эффективных термических методов  обезвреживания медицинских отходов, обеспечивающих высокую токсическую и эпидемиологическую безопасность, является высокотемпературный (огневой) метод.

Возможность превращения  любых органических соединений, в  том числе эпидемиологически  и химически опасных, при высоких  температурах в безвредные продукты реализуется только при обеспечении определенных технологических, конструктивных и режимных параметров процесса - температурного уровня в печи - реакторе, удельной на грузки по отходам, достаточного времени пребывания газов и частиц в высокотемпературной зоне, аэродинамической структуры, степени турбулентности газового потока в реакторе и др.

Первые печи и установки термического обезвреживания медицинских отходов в нашей  стране были созданы в 60-х гг. XX в. В настоящее время локальные  установки малой мощности _ получили широкое распространение в США, Германии, Японии, Франции и других странах, что обусловлено относительно небольшими капитальными вложениями, быстрыми сроками сооружения, а также опасностью транспортировки высокотоксичных, в том числе инфицированных медицинских отходов на большие расстояния к региональной установке большой мощности.

Следует заметить, что в большинстве случаев  для обезвреживания медицинских  отходов в локальных установках с нагрузкой от 10 до 200 кг/ч применяются  примитивные печи и реакторы, в  основном слоевого типа.

Многие применяемые  в настоящее время печи характеризуются  низкими экологическими показателями (выбросы вредных веществ в  атмосферу, образование «грязного» шлака, содержащего остатки органических примесей), малым рабочим ресурсом и низкой интенсивностью процесса обезвреживания. Например, установка типа «СмартАш» фирмы «Эластик» (США) не имеет вообще блока очистки газов (рис.3). Некоторые фирмы выпускают установки с малоэффективной одноступенчатой очисткой газов, например установки фирмы «Михаэ-лис», Германия (рис.4) и фирмы «Dae Han Jung», Республика Корея (рис.5). Установки с более эффективной (двухступенчатой) очисткой газов (применяется тканевой рукавный фильтр и мокрый скруббер) производятся фирмой «Joseph Egli», Швейцария (Рис.6), и фирмой «Hoval», Швейцария, Лихтенштейн (рис.7).

В течение 1990-2000 гг. были выведены из эксплуатации нескольких тысяч применявшихся для утилизации медицинских отходов слоевых  печей в связи с тем, что  в шлаке и летучей золе была обнаружена патогенная микрофлора в споровой форме. Однако многие фирмы до сих пор продолжают поставку примитивных установок в страны Азии, Южной Америки и Африки.

В настоящее  время в Москве для обезвреживания биологических отходов используется установка с камерной печью фирмы  «Берлин Консальт» (Германия), установленная на санитарно-ветеринарном заводе «Эколог» в г. Люберцы Московской обл. (рис.8). Установка включает в себя предварительную камеру сжигания и камеру дожигания, котел-утилизатор, систему хемо-сорбционной очистки газов от вторичных диоксинов (реактор впрыска сорбалита и тканевый фильтр).

Экономические показатели локальных установок  высокотемпературного обезвреживания отходов классов Б и В в  значительной степени определяются условиями обеспечения токсической  и эпидемиологической безопасности.

На рис.9 и 10 приведены  технологические схемы установок, в которых проводится многоступенчатая очистка газа и выпуск стерильного  шлака, что достигается при его  расплавлении в огневом реакторе или в электродуговой печи (WM-1,0, разработка АО»ВНИИЭТО», АО «Стальпро-ект» и НПО «Техэнергохим-пром» и ТПО-1,0, разработка АО «ВНИИЭТО» и НПО «Техэнергохимпром»).