废物焚烧烟气中酸性气体来源及形成机理

医疗废物是指在医疗活动和疾病预防过程中产生的废弃物。各类医疗卫生机构在进行医疗教学，科研和相关活动的时候，都会直接或间接产生一些医疗废物。医疗废物里面含有大量的病毒和细菌，是一种是具有感染性的危险废物，处置不当将对人类健康和生态环境的造成很大的危害。中国早在1998年就将这类医疗废物列入《国家危险废物名录》当中。这些有毒有害的医疗废物具有感染性，毒性和腐蚀性。在2003年“SARS”疫情之后，国家制订了《医疗废物管理条例》，在全国布点规划建设了300多家医疗废物集中处置设施，至今已大部分投产运行。

采取焚烧的方法能够有效安全处置这些医疗废物，但是焚烧过程中会产生烟气，其中含有大量的有毒有害污染物，如：二噁英、烟尘、重金属和各种酸性气体等，需在排放前进行净化处理，才能降低对环境的影响。

医疗废物的特点和处置现状

医疗废物的产生和来源决定了其组分具有与其它一般生活垃圾不同的特点。

医疗废物中的组分比生活垃圾复杂，其中塑料(PVC)占比远高于一般生活垃圾。此外，医疗废物中还有大量的含氯消毒剂。医疗废物样品的主要成分和元素分析。

现阶段中国医疗废物处置技术主要有以下几类：

a) 采用高温处理，有焚烧法，进行热解和气化的方法。近年来，虽然其它的非焚烧处置技术不断发展应用，但焚烧法仍以可靠的“无害化、减量化”优势占据主要地位，全国约有70%左右的医疗废物集中处置设施采用这类技术;

b) 替代型处理的方法，对废物进行化学消毒，高温高压蒸汽进行灭菌，干热进行灭菌，微波处理和安全填埋法等。这类技术约占25%左右;

c) 其它处置技术，如等离子体的技术、放射技术等，有部分小型集中处置设施采用这类技术，约占5%左右。

总体而言，焚烧处置技术仍然是现阶段中国普遍采用的主要处置技术。

2 医疗废物焚烧处置技术

2.1 医疗废物焚烧系统

医疗废物焚烧处置设施一般包括：进料系统、焚烧炉、燃烧空气系统、辅助燃烧装置、余热利用系统、烟气净化系统、灰渣处理系统、仪表与自动控制系统、应急处理系统及配套设备等部分组成。

焚烧炉系统是整个处置技术的核心，其结构是由一燃烧室和二燃烧室两部分组成的。a)燃烧室是燃烧或热解作用;b) 燃烧室能够有效实现完全燃烧，要求控制二燃烧室的烟气温度≥850 ℃，停留时间≥2.0 s。

烟气净化处理系统一般应包括以下几个工艺：急冷、除酸、吸附和除尘。

其它部分均为这两系统服务的配套设施。

2.2 医疗废物焚烧所产生的污染物及其控制技术

2.2.1 烟尘

焚烧过程中产生的烟雾和飞灰颗粒物统称为烟尘。

烟雾一般指焚烧时产生的可见的固体颗粒气溶胶，它是熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物。飞灰指随燃烧过程产生的烟气中排出的分散得较细的灰分。在医疗废物焚烧处置系统中，烟尘的去除主要通过布袋除尘器过滤实现。

2.2.2 酸性气体

酸性气体包括氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物和一氧化碳等其它的酸性气态污染物。

氯化氢、氟化氢、硫氧化物是由含氯、氟、硫元素的废物在高温分解时释放出的气体。

氮氧化物是垃圾焚烧过程中的N2和O2发生氧化反应，另外含氮有机物的燃烧也可以生成NOX。

一氧化碳是由于生活垃圾中有机可燃物不完全燃烧产生的。

酸性气体的净化去除工艺有干法、湿法、半干法(SDA)等多种形式。通常采用烧碱、生(熟)石灰等作为吸收剂，可以除去大部分的酸。氮氧化物的去除则多采用SNCR(ive non-catalytic reduction)选择性非催化还原脱硝技术来实现。

2.2.3 二噁英类毒性有机物

二噁英(DIOXIN)即Poly Chlorinated Dibenzo-P-Dioxins，缩写成PCDDs，其化学结构由一个氧原子连接的称为多氯二苯并呋喃(PCDFs)，由两个氧原子连接的称为多氯二苯并二恶英(PCDFs)，由于每个苯环上可以取代1个～4个氯原子，所以总共有135种PCDFs和75种PC-DDs异构体。这两类统称为二噁英(dioxins)类物质[2]。

在焚烧过程中，二噁英主要是未完全燃烧的烟气中的苯环和氯离子参与下，在一定温度条件下产生的，主要存在于飞灰和烟气中。降低二噁英排放的主要途径是通过燃烧和净化处置过程的工艺控制，切断其生成条件来实现。另外通过活性炭吸附和布袋除尘器的收集工艺，也可以有效地降低烟气中的二噁英排放。

2.2.4 重金属

医疗废物进行焚烧的时候，烟气中还会有一些重金属物质存在，包括汞、砷、铬、镍、铅等重金属物质。他们主要以各种氧化物和盐类的形式存在于烟气、飞灰中，通过洗涤、吸附和布袋过滤等多种控制技术可以将其有效地收集下来。

3 焚烧烟气中的酸性气体的形成机理及其危害

3.1氯化氢

随着医疗活动中一次性医疗器械(用品)的使用范围不断扩大，在医疗废物中PVC塑料等含氯有机材料的比重也越来越大，医疗废物中还有大量的各种含氯消毒剂、无机氯盐等，在焚烧过程中都会产生大量的HCl。

a) 塑料PVC、橡胶、皮革等含氯有机物，在高温燃烧下充分燃烧时，其中的氯可以全部转化为HCI，其反应式如下：

CnHmClp + ρO2 → XC02 ↑ + YCO ↑ + ZH20 ↑ + WHCI ↑

PVC的降解过程主要分为两个阶段。

第一阶段是大分子脱除HCl分子形成共轭烯烃的过程，这个阶段主要发生在200 ℃~340 ℃的温度范围，几乎全部的HCl都在这时溢出;

第二阶段才是碳碳双键断裂的分解过程，温度范围发生在400 ℃~500 ℃之间。

PVC焚烧时不仅能为HCl的生成提供氯，还有充足的氢，氯离子在高温下快速地与氢离子结合生成氯化氢，几乎全部的氯均转化为氯化氢释放;

b) 含氯消毒剂，如二氧化氯、次氯酸钠(NaOCl)、二氯异氰尿酸钠(C3N3O3Cl2Na)、三氯异氰尿酸(C3N3O3Cl3)等，分解成次氯酸等不稳定介质，遇热与其它物质反应产生HCL。

6ClO2 + 3H2O = 5HClO3 + HCl ↑

NaClO + H2O → HClO + NaOH

C3O3N3Cl2Na + 2H2O → (C3H2N2N-O3) + 2HClO + (Na+)

HClO → [O] + HCl↑;

c) 无机盐类氯化物NaCl、MgCl2 等与其它物质反应，生成HCl，其反应式如下：

2NaCl + S02 + 0.5O2 + H20 → Na2S04 + HCl ↑

SiC14 + 2H2O = SiO2 + 4HCI ↑

氯化氢气体本身无腐蚀性，但它溶于水，遇到烟气中的水雾后具有强腐蚀性，特别是烟气结露时，对设备会造成严重损伤。

氯化氢对人体的危害，能够腐蚀人们的皮肤和粘膜，导致人们的声音出现嘶哑，鼻粘膜出现溃疡，肺水肿等一系列不良的现象，严重的时候甚至会使人死亡。

3.2 氟化氢

烟气中的氟化氢，作为酸性气体含量的一个组成部分，在医疗废物进行焚烧的时候产生，氟化物主要由含氟塑料燃烧分解产生。氟与氯是同族元素，性质也相似，其生成机理与氯化氢基本相同。HF的含量主要取决于废物中氟的含量。

氟化氢是剧毒的物质，对人体十分有害。主要通过呼吸道吸入，这样就能够引起氟中毒，使得人们的皮肤和粘膜都会受到刺激，出现一系列不良的症状，这样的病变，严重时能够致人死亡。在空气中存在过量的氟化氢会对动物和植物造成一定的伤害，并腐蚀建筑物。

3.3 硫氧化物

医疗废物中的硫通常以有机化合物的形式存在，也有部分是以硫酸盐或硫化物的形式存在，SOX由含硫化合物焚烧时氧化产生。在医疗废物焚烧的过程中，燃烧性硫转化为SOX的转化率为100%。800 ℃以上时，SO2是稳定的化学形态;300 ℃以下时，SOX的95%以上为二氧化硫(SO2)形态存在于烟气当中。

有机硫和硫化物发生反应，也会释放出SO2，其反应式如下：

H2SO4 + NaSO3 = NaSO4 + H2O + SO2 ↑

当空气中二氧化硫的浓度只有1 mg/m3时候，人们就会有一种压迫感。二氧化硫对人体的影响主要是对人们的呼吸道产生一定的刺激，还能是人体的细胞发生突变作用，对细胞生长和代谢有一定的抑制作用。在大气中的二氧化硫。它可以形成酸雨，对我们的生活环境造成危害，及建筑金属结构的腐蚀等危害。

3.4 氮氧化物

氮氧化物主要是在焚烧烟气中氮分解出现转化以及医疗废物焚烧而产生的物质。NOX包括N2O、NO、NO2 、N2O3、N2O5、N2O4等。其形成机理有两大方式：

a) 外界空气中的N2在燃烧过程中经过化学反应生成NOX;

b) 废物中的含氮有机物在燃烧过程中生成NOX。

在燃烧过程中，NOX生成模式有三种：

a) 热力型NOX，由空气中氮在高温(1 400 ℃以上)下氧化产生;

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

当温度高于1 500 ℃的时候，热氮产量就会迅速增加;

b) 快速型NOX，由于废物挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成NOX;

c) 燃料型NOX，是由废物中杂环含氮有机物在高温条件下发生热分解，并和氧结合，氧化生成的NOX。,特点是中间有HCN和NH3形成，它们对NOX生成的总浓度起着重要作用。

通过控制燃烧参数可以有效控制NOX的排放。

在烟气处理系统中，NOx的去除技术主要有：催化还原技术、氨还原技术和烟气再循环技术等。

氮氧化物是一种刺激性气体，其毒性是比较强，使得上呼吸道出现刺激，还能够使低血红蛋白转变成高铁血红蛋白血液，导致组织出现缺氧，呼吸困难的现象。氮氧化物对植物也能够产生有害的作用，能抑制植物的生长，还对许多金属有腐蚀作用。

3.5 一氧化碳

一氧化碳是含碳燃料燃烧过程中生成的一种中间产物，最初存在于燃料中的所有碳都将形成CO。

医疗废物包含大量的有机质类碳氢化合物，废物进入焚烧炉后，当炉温上升到500 ℃～600 ℃左右，在高温辐射作用下，开始进行化学分解，其中的部分高分子烃类和一氧化碳等可燃物挥发出来，它们是燃烧过程中生成的重要污染物。

一氧化碳的形成和破坏过程都是受化学反应动力学机理所控制，是碳氢燃料燃烧过程中基本反应之一，它的生成机理为：

RH → R → RO2 → RCHO → RCO → CO

R为碳氢自由基团。反应中的RCO原子团主要通过热分解生成CO，也可以氧化碳氢基团R后生成CO。燃烧过程中CO氧化成CO2的速率要比CO生成速率低，因此在碳氢化物火焰中CO的基本氧化反应为：

CO + OH → CO2 + H2

研究表明，碳氢燃料和空气的预混燃烧火焰中，由于CO的生成速率很快，在火焰区CO浓度迅速上升到最大值，该最大值通常比反应混合物在绝热燃烧时的平衡值要高，随后CO浓度缓慢地下降到平衡值。因此，从燃烧设备的排气中检测的CO含量要比在燃烧室中最大值低，但明显地大于排气状态下平衡值。这表明化学反应动力学控制着CO的生成和破坏。CO是不完全燃烧的产物之一。若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物CO最终会燃烧完毕，生成CO2或H2O。因此，控制CO的排放不是企图抑制它的形成，而是努力使之完全燃烧。CO通常用来监测炉内的燃烧状况，其值越小，燃烧越完全。

一氧化碳在对人体具有很大的危害。当空气中的溶度达到200 mg/m3的时候，在2 h～3 h后，人们就会出现轻微头痛和乏力。通过呼吸道吸入一氧化碳，然后通过肺泡进入到血液当中，与携氧血红蛋白形成一种稳定的复合物，这时候就会使人体的身体缺氧，严重时能够使人死亡。一氧化碳还能够影响人们的神经系统，对人们的心血管系统造成不良影响。

结语

目前，在医疗废物的处理问题上面，采用焚烧处置技术能够起到很好的效果。焚烧过程中会产生大量的有毒有害物质，酸性气体是其中之一。通过对烟气中各类酸性气体产生的机理分析研究，弄清其来源和生成过程，有助于选择相应的、有效的工艺技术来去除这些污染物。

原标题：医疗废物焚烧烟气中酸性气体来源及形成机理