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医疗废物热解特性及动力学模型研究

邓娜  
【摘要】: 热解技术被认为是极具潜力的医疗废物热化学处理技术,其工艺开发设计的前提和关键在于对医疗废物热解特性的深入了解。本文根据医疗废物有机组分的主要成分特性,将其分为塑料类、橡胶类、生物质类、蛋白质类、合成纤维类、药品类和混合类等7类废物,从各类中选取18种典型的医疗废物,进行了一系列有关热解特性的实验和数学模型研究,包括: 1.单组份医疗废物热解特性的实验和模型研究: (1)对含量较高的大部分医疗废物组分进行元素分析、工业分析和发热量的测定,为热解特性研究提供基础。(2)利用差热-热重分析仪,在N2气氛下对单组分医疗废物样品进行非等温动力学实验;对照热重/微分热重(TG/DTG)曲线,结合样品的主要成分、工业分析和元素分析等信息,剖析废物的热解机理,对每种样品的热解行为进行细致分析和合理解释;对照差热(DTA)曲线,细致分析了热解过程中的热量变化;阐述了热解残余物的性状。研究发现医疗废物的热解行为非常复杂,不同成分样品的热解行为和机理差别很大;由于医疗用品的特殊性,即使样品主要成分或主要热解机理类似,由于杂质和制作工艺过程的不同,导致热解行为也会存在一定差异。(3)采用三种传统的动力学方法对单组分医疗废物的热重数据进行处理,求解动力学参数,并结合废物的热解机理,对得到的结果进行分析。(4)对单组分医疗废物提出一个统一的热解机制并建立热解模型,此模型可模拟所有单组分医疗废物样品的热解行为,适用性很强;可应用该模型预测热解过程中任意时间或温度下原始物样和各阶段产物的质量随温度的变化情况,以指导和优化反应器的设计和运行。 2.医疗废物混合组分热解特性的实验和模型研究: (1)从各类医疗废物中选取代表性的样品,利用热重分析仪进行两两混合热解实验,发现①主要成分为PVC的输液管与其它组分之间均发生了不同程度的相互反应;②导尿管与其它组分混合后,CaCO3的分解温度明显降低,DTG峰形状不变。③其余样品之间未发生明显的相互反应,混合热解特性为单组分热解特性的线性叠加。(2)调整输液管与纱布的混合比例进行热重分析,从热解机理的角度分析其混合热解特性,并根据反应机理,建立了双组分之间相互反应的热解模型,模型结果与实验事实符合良好,验证了二者的反应机制。 另外,利用固定床式热解炉实验装置,在700℃的热解终温下对实际医疗废物进行热解试验,检测热解可燃气成分,监测工艺废气、固样中的有害物质,显示能源化和无害化效果显著。


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