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医疗废物组分及氯含量对PCDDFs分布特性的影响

文档作者：肖志伟，李晓东，陈彤，严建华，倪明江文档来源：浙江大学热能工程研究所，能源清洁利用国家重点实验室		点击数：	更新时间： 2022年12月31日
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·1358·
化 工 进 展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第7期
医疗废物组分及氯含量对PCDD／Fs分布特性的影响
肖志伟，李晓东，陈 彤，严建华，倪明江
(浙江大学热能工程研究所，能源清洁利用国家重点实验室，浙江杭州310027)
摘 要：为了研究医疗废物组分、氯含量对PCDD／Fs(polychlorinated dibenzo-p dioxins and polychlorinated
dibenzofurans)分布特性的影响，对单组分、双组分及不同氯含量的医疗废物进行了热解一焚烧试验。通过对
PCDD／Fs的分布特性分析，发现不同氯含量塑料生成PCDD／Fs的能力与氯代水平都有所不同。纤维对PVC焚烧
生成PCDD／Fs有促进作用，并使其氯代水平有所提高，且对于不同PVC，这种作用有所不同 随着氯含量的增
大，六、七、八氯代呋喃的产量呈增大趋势，二口恶英产量变化与氯含量的关联不是很明显，但当氯含量增大到
1．73％时，其产量明显提高。相同氯含量不同PVC氯源的医疗废物其生成的PCDD／Fs特性不同。
关键词：二口恶英；氯含量；组分；聚氯乙烯；热解
中图分类号：X 705 文献标识码：A 文章编号：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
随着医疗卫生事业的发展，我国医疗废物的产
量逐年增加，并表现出迅速增长的趋势。据调查，
2005年我国医疗废物产量已达到74万吨【¨。随着
一次性医疗用品的普及使用，医疗废物中一次性塑
料制品(如PVC、PE等)的比例不断增大，且明
收稿日期：2009—12．10：修改稿日期：2009．12．31。
基金项目： 国家高科技研究发展计划资助项目(2007AAO6Z336)。
第一作者简介： 肖志伟(1984一)，女，硕士研究生。联系人：李晓
东，教授，主要从事煤燃烧及污染控制理论及技术、废弃物热处理方
法(焚烧、热解及气化)的理论及技术、气固多相流的理论及技术等
方面的研究及开发。E—mail lixd@cmee．zju．edu．ca。
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第7期 肖志伟等：医疗废物组分及氯含量对PCDD／Fs分布特性的影响 ·1359·
显高于生活垃圾L2J，如处理不当，极易产生二口恶英
类污染物。有研究指出，医疗废物焚烧过程中产生
的PCDD／Fs是一般垃圾的数倍或数十倍L3J。鉴于废
物处置的无害化、减重化、减容化等要求，近年来，
热解．焚烧处置方法已逐渐成为医疗废物的主要处
置方式【剞。邓娜等【5】在对典型医疗废物进行了双组
分热重分析后发现，纤维和PVC塑料之问存在相互
影响，PVC 会显著加速纤维的热解，纤维也会使
PVC 脱除HC1的起始温度提前。祝红梅 应用
TG．FTIR分析仪对上述结果进行了论证，并发现二
者混合热解对热解气的成分与产量均有影响。目前，
国外在组分对PCDD／Fs生成的影响方面有少量研
究 -1 uJ， 国内还没有相关文献报道，而关于氯含量
对PCDD／Fs生成的影响，研究者也持不同看法。一
部分研究者【】卜 ]认为， 当燃料中的氯含量超过
1％～2％的阈值，随着氯含量的提高，PCDD／Fs的
产量也会增大；另一部分研究者[16-18]则认为氯含量
的变化对PCDD／Fs的生成没有明显的影响。
基于上述研究背景，本文作者开展了组分及氯
含量对医疗废物热解一焚烧生成PCDD／Fs的分布特
性影响的研究，以期能为PCDD／Fs的排放控制研究
提供支持。
1 试验方法
1．1 试验装置及过程
试验采用热解．燃烧式试验台，如图1所示。该
实验台可分为3段：热解段、燃烧段、燃后段。试
验台采用管式炉加热，并由内外2个石英管分别作
为热解管与燃烧管。试验全程用时30 min。热解段
初始温度为100℃ ，采取3O oC／min的升温速率，
用时20 min达到终温700℃后，恒温热解10 min；
燃烧段、燃后段试验全程分别保持恒温900℃ 、300
℃。物料首先在N：气氛下，由内管在热解区进行热
解，产生的热解气通过内管至外管，再通入02气，
N：：O：体积比设为4：1，在燃烧段进行高温燃烧，
尾气经由燃后段排出。排出的烟气通过xAD一2吸
收树脂和盛有甲苯的吸收瓶进行吸收，为了提高吸
收效率，对吸收瓶进行了冰浴。实验后，将管路用
丙酮与甲苯进行淋洗，并收集淋洗液。最后，将淋
洗液、树脂与吸收液一起经索氏抽提24 h，再进行
二口恶英含量分析。
1．2 试验物料和试验工况
医疗废物虽然成分复杂，但主要分为高分子与
纤维这两大类。其中高分子类中PVC塑料的种类也
不尽相同，其含氯量介于33．62％~55．42％，在物理
特征上也有很大差别【l 。本研究选取输液管、尿杯
这两种不同的PVC类塑料以及针筒代表高分子类
医疗废物，用一次性口罩代表纤维类医疗废物，根
据不同比例配比成模化医疗废物进行试验。其中，
针筒为不含氯塑料，输液管与尿杯为含氯塑料，可
作为氯源。选用样品的理化特性见表1。将各物料
破碎至l～2 rIlHl 的小块，恒温105℃烘干3 h后，
分别进行不同组分与不同氯含量对医疗废物热解一
焚烧生成PCDD／Fs的分布影响研究，工况详见表2。
热解段 燃烧段 燃后段
图1 医疗废物热解．焚烧试验台简图
O—冰浴；1一甲苯吸收瓶；2_)(AD一2吸附树脂；3一外石英管；4一隔热层；5—温控装置；6一恒温管式炉；7一内石英管
8一可编程管式炉；9一石英舟；1O—推杆；l1—流量计；12一氧气瓶；13一氮气瓶
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注：n．a．表示未检出：O 表示氧元素含量为根据质量平衡计算所得。
表2 试验工况
(~)N2／O2体积比为4：②表示未计算。
1．3 二口恶英的分析方法
PCDD／Fs的检测方法主要参照美国环保署
(USEPA)EPAMethod 1613。首先，将样品进行索
提、浓缩、酸．碱洗、多级硅胶柱纯化、氧化铝柱纯
化、氮吹、定容等预处理，再将样品用HRGC／LRMS
色质联用仪进行PCDD／Fs的检测。
2 试验结果与讨论
分析1 1个工况下PCDD／Fs的产量、PCDFs／
PCDDs值、毒性当量产量，见表3。
2．1 组分对医疗废物热解．焚烧生成PCDD／Fs分布
特性的影响
试验首先对输液管(含氯量34．68％)、白色尿
杯(含氯量53．84％)的单组分进行热解一焚烧试验，
对应工况1、工况2，研究不同组分对PCDD／Fs生
成特性的影响。图2为其PCDD／Fs同系物的分布。
由图2可知，对于不同氯代二口恶英同系物，高氯含
量塑料工况的产量均高于低氯含量塑料工况的，其
中两种塑料生成的PeCDD、TCDF、OCDF之间的
差别较为明显。两种塑料生成的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总量中的比例最为突
出；且对于尿杯和输液管，TCDF所占的百分含量
分别为42．21％和33．97％，说明低氯含量塑料的氯
代能力更强些。另外，对于两个工况，PCDFs的产
量均高于PCDDs的产量。从表3结果来看，工况2
焚烧生成的PCDD／Fs产量、PCDFs／PCDDs值、毒
性当量产量分别是工况1的1．48倍、1．29倍、1．80
倍，这说明相比低氯含量的输液管，高氯含量的尿
杯生成的二口恶英产量更高，毒性更大，且更易生成
PCDFs。
表3 各工况下PCDD／Fs的产出特性 单位：ng／kg
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第7期 肖志伟等：医疗废物组分及氯含量对PCDD／Fs分布特性的影响 。1361。
图2 单组分医疗废物热解一焚烧生成PCDD／Fs
同系物的分布
踟
为了研究纤维、PVC塑料双组分在热解一焚烧
过程中的相互作用对PCDD／FS生成的影响，对输
液管与口罩、尿杯与口罩两种双组分进行了热解一
焚烧试验，对应工况3、工况4。图3为双组分热
解一焚烧生成PCDD／Fs的分布，其中计算值由单组
分加权计算所得，因口罩不含氯，认为其不生成二
口恶英。
由表3的结果可以看出，加入口罩后，尿杯混
合组分焚烧生成的PCDD／Fs产量、PCDFs／PCDDs
值、毒性当量产量分别是输液管混合组分的1．2l倍、
1．08倍、1．60倍。说明在纤维的作用下，高含氯量
的塑料生成的二口恶英较多，毒性较大，且更易生成
PCDFs。对比图2与图3，发现混合组分的PCDD／Fs
产出特性与未加纤维时的一致，说明纤维并没有改
变两种塑料PCDD／Fs的生成机理。另外，加入口罩
后， 除了TCDD、OCDD，高含氯塑料生成的其它
氯代二口恶英产量均高于低含氯塑料的，这与单组分
时的情况有所不同，说明纤维的存在，使两种塑料
的氯代水平有所改变。对比两种双组分计算和实际
焚烧生成的PCDD／Fs分布，除尿杯工况的TCDF
比计算值稍有减少，其它二口恶英都有所增多，说明
纤维对塑料焚烧过程中二口恶英的生成具有促进作
用，且使其氯代水平有所提高，表现为高氯代二口恶
英的产量增加较为明显。对于输液管，加入口罩后
生成的PCDD／Fs产量、PCDFs／PCDDs值、毒性当
量产量分别是计算值的1．5O、1．1O倍、1．58倍；对
于尿杯，加入口罩后生成的PCDD／Fs产量、PCDFs／
PCDDs值、毒性当量产量分别是计算值的1．23倍、
0．92倍、1．41倍。由此可以看出，纤维同时促进了
两种不同塑料热解一焚烧过程中的二口恶英生成，且
对于低氯含量塑料来说这种促进作用更为明显；
纤维提高了低氯含量塑料PCDFs在PCDD／Fs中
的比例，但却降低了高氯含量塑料其在PCDD／Fs
中的比例； 同时， 口罩提高了两种塑料热解．焚烧
生成二口恶英的毒性，且对于低氯含量塑料来说更为
明显。
2．2 氯含量对热解．焚烧过程中PCDD／Fs分布特性
的影响
采用输液管／尿杯(PVC)、针筒、口罩，以不
同比例模化医疗废物，研究不同氯含量对其热解．
焚烧生成二口恶英的分布特性影响，见图4。工况5～
工况10中PVC塑料为输液管，工况l1中则为尿杯。
从试验结果来看，对于5．20％相同的含氯量而不同的
PVC塑料来说，工况ll比工况9二口恶英产量略高，
且前者生成的七、八高氯代二皤英比后者较多，低氯
代二口恶英较少；前者比后者的PCDFs／PCDDs值较低，
但毒性当量产量则较高。说明相同氯含量的医疗废
物，含有高氯含量塑料的废物更易生成高氯代的二
口恶英，生成PCDDs较PCDFs多，且PCDD／Fs的毒
性更大。对于以输液管为氯源的工况5～工况1O，
其生成的六、七、八氯代二口恶英的比例均比低氯代
的低，且对于PCDFs来说更为明显，但随着氯含量
的增大，六、七、八氯代呋喃的产量呈增大趋势。
由表3中氯含量低于2％的工况5～工况7结果来看，
二口恶英产量与氯含量的变化关联不大，但当含量增大
为1．73％时，其产量明显提高，是0．52％时的3．24倍。
这与Evalena Wikstrom 等【J 5J在流化床实验台进行的
氯含量对二口恶英生成影响研究的结果相符。但对于
PCDFs／PCDDs值来说，随着氯含量的增大，其值亦
随之增大，且均介于1．71到2．50之间。这与其它研
究者的结论不太一致，Wang等【1 认为当氯含量低
于0．8％～1．1％时主要生成PCDDs，低于0．8％～
1．1％时主要生成PCDFs。对于氯含量高于2％的两
个工况，其二口恶英产量并没有随着氯含量的显著增
大而明显提高，均低于含氯量为1．73％时的值。
∞ ∞ ∞ 如 ∞ 如 ∞ 如
4 3 3 2 2 1 ●
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80％
40％
20％
0
0
工况5 工况6 工况7 工况8 工况9 工况1O工况11
图4 不同含氯量模拟医疗废物热解一焚烧生成
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 结论
(1)通过输液管、尿杯的单组分热解．焚烧试
验发现，相比低氯含量的输液管，高氯含量的尿杯
的氯代水平较差，但生成的二口恶英产量较高，毒性
较大，且更易生成PCDFs。对于不同氯代二口恶英同
系物，高氯含量塑料工况的产量均高于低氯含量塑
料工况的，其中两种塑料生成的PeCDD、TCDF、
OCDF之问的差别较为明显。两种塑料生成的
PCDDs和PCDFs中，均以低氯代的居多。
(2)通过输液管、尿杯与口罩的双组分混合热
解．焚烧试验发现，在纤维的作用下，高含氯量的塑
料生成的二口恶英较多，毒性较大，且更易生成
PCDFs：混合组分的PCDD／Fs分布特性与单组分时
的一致，说明纤维并没有改变两种塑料PCDD／Fs
的生成机理；纤维不仅对两种塑料热解一焚烧过程中
二口恶英的生成具有促进作用，而且使其氯代水平有
所提高。
(3)通过不同氯含量模化医疗废物热解一焚烧
试验发现，对于不同工况，其生成的六、七、八氯
代二口恶英的比例均比低氯代的低，且对于PCDFs
来说更为明显，但随着氯含量的增大，六、七、八
氯代呋喃的产量呈增大趋势。对于氯含量低于2％
工况，二口恶英产量与氯含量的变化关联不大，但当
氯含量增大为1．73％时，其产量明显提高。
PCDFs／PCDDs值随着氯含量的提高而增大。对于氯
含量高于2％的两个工况，其二口恶英产量并没有随
着氯含量的显著增大而明显提高。
(4)对于相同氯含量的医疗废物，含有高氯含
量塑料的废物更易生成高氯代的二口恶英，生成
PCDDs较PCDFs多，且PCDD／Fs的毒性更大。
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