Особенно опасны инфицированные медицинские отходы, которые, попадая на общие свалки, представляют потенциальную угрозу населению, особенно детям.
Из пяти классов отходов А, Б, В, Г, Д наиболее опасны отходы класса Б (опасные) и В (чрезвычайно опасные).
Отходы класса Д также чрезвычайно опасны, но это радиоактивные вещества, которые уничтожить невозможно и их обезвреживание осуществляется по методикам, используемым в атомной промышленности.
В связи с этим разработан проект, который может быть положен в основу создания мини-заводов для уничтожения указанных медицинских отходов на месте, где они образуются, т.е. на территории крупных больниц и клиник.
Это самый надежный способ предотвращения распространения внутрибольничных инфекций.
Что представляют собой медицинские отходы?
Это огромное количество разнообразных веществ и предметов: системы переливания крови, остатки пищи, бинты, шприцы с иглами, капельницы, лекарства с просроченным сроком хранения, резиновые шланги и перчатки, картон, газеты, журналы, писчая и туалетная бумага, тубы от лосьонов и паст, медицинские тампоны, изношенные халаты, фартуки, чепчики и др.
Все это составляет так называемую пирамиду мусора.
Калорийность отходов такой пирамиды - около 1000 ккал/кг при влажности до 30%. При такой влажности и калорийности еще возможно автономное горение. В большинстве случаев эти отходы бывают инфицированными и единственным экономически выгодным способом их уничтожения является высокотемпературное сжигание.
Именно такой способ уничтожения опасных медицинских отходов рекомендуют Всемирная организация здравоохранения и Российские санитарные правила.
Химическая обработка также дает неплохие результаты, однако при этом возникает проблема утилизации новых химических продуктов. Кстати, сегодня практически везде инфицированные медицинские отходы перед отправкой на свалку или мусоросжигательный завод замачивают в дезинфекционном растворе. Но это не решает проблему, так как патогенная флора уже привыкла к фурацилину и хлорамину и выживает при температуре до 500 °С, а микроб ботулизма выдерживает нагрев до 600 °С.
В связи с этим инфицированные отходы необходимо сжигать при очень высоких температурах, а не плавить в шлаковых расплавах, как это делается на современных мусоросжигательных заводах. Переработка (утилизация) инфицированных медицинских отходов также весьма опасна и в последнее время не применяется. Что касается дорогостоящего медицинского инструмента, то применяемая ныне практика их обеззараживания в автоклавах при высоких температурах и давлениях полностью себя оправдывает.
Таким образом, в стратегическом плане инфицированные медицинские отходы необходимо уничтожать непосредственно в зоне крупной больницы или клиники с помощью специальных мусоросжигательных мини-заводов.
Производительность мини-завода будет в основном зависеть от числа койко-мест медицинского учреждения. Общепринято считать, что крупным является медицинское учреждение, где число койко-мест в среднем около 1000. С учетом того, что в среднем на одно койко-место приходится около 2,5 кг/сут медицинских отходов, производительность мини-завода должна быть около 100 кг/ч медицинских отходов, т.е. такая, которая принята в нашем проекте.
Мини-завод такой производительности обеспечит уничтожение отходов около 900 т/год.
В проекте, разработанном на основе полученных патентов России 2061345, 2182683, 2184908, 2190157 и 2206831 предусмотрены следующие мероприятия по устранению имеющихся недостатков современных мусоросжигательных заводов:
сортировка отходов перед сжиганием с выделением только алюминиевых и жестяных банок и стеклянных бутылок, измельчение всех остальных отходов, включая медицинские шприцы с иглами, на конических валках;
сушка отходов после измельчения до относительной влажности 12 - 15% с использованием горячего (до 250 - 300 °С) воздуха из системы охлаждения камеры сгорания (топки);
изготовление топки по ракетному принципу из жаростойкого металла с рекуперацией теплоты (нагретый до 500 °С дутьевой воздух из системы охлаждения топки поступает в топку вместе с измельченными и сухими отходами, что позволяет увеличить температуру горения до 2000 °С, при которой практически все органические и вредные неорганические примеси превращаются в безопасные низшие оксиды);
введение для обеспечения экологически чистого горения в состав топки дожигателя, работающего на практически чистом кислороде, получаемом из воздуха адсорбционным способом (такая технология освоена в России и США, и различные образцы генераторов кислорода выпускаются серийно);
удаление диоксинов, осуществляемое как с помощью повышения температуры в топке до 2000 °С, выдержки отходов в камере сгорания до 4 с и введения кислородного дожигателя, так и путем использования горячих групповых циклонов для выделения из продуктов горения аэрозолей и пыли с возвращением их в топку на многократную переработку;
использование природного газа только для розжига топки и осуществление процесса окисления отходов в топке только за счет его автономного горения; при этом минимальная производительность завода должна быть не менее 100 кг/ч.
Мусоросжигательный мини-завод предлагается для сжигания инфицированных медицинских отходов на территории медицинского учреждения.
В состав мини-завода входят четыре основных агрегата: система сортировки и подачи отходов 1-6, система получения кислорода из воздуха с клапанами и коробками 8, высокотемпературная камера сгорания 7 и система газоочистки 9 - 12. Эти агрегаты могут быть размещены в ангаре шириной 4 м, длиной 14 м и высотой 5 м, площадью 56 м2 (рис.1). Они предназначены для уничтожения инфицированных медицинских отходов при температуре около 2000 °С, при которой плавятся даже металлические иглы вместе со шприцами, превращаясь в жидкий металл и шлак.
Сортировка отходов производится сразу за приемным окном После сортировки на столе 2 отходы с помощью ковшевого элеватора 3 подаются в бункер 4 и в валковый измельчитель 5. После измельчения отходы с помощью шнека 6 поступают в высокотемпературную камеру сгорания 7.
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.