Технологии за обезвреждане на болнични отпадъци

Групата на болничните отпадъци включва инфекциозни отпадъци, използвани остри предмети, фармацевтични отпадъци, отпадъци, съдържащи опасни химични вещества и препарати, отпадъци със съдържание на тежки метали. Медицинските отпадъци се класифицират като опасни въз основа на едно или на комбинация от свойства - съдържание на инфекциозни микроорганизми, цитотоксичност или генотоксичност, мутагенност, токсичност за репродукция, съдържание на токсични химикали и др.

Неправилното съхранение и обезвреждане на тези видове отпадъци създава рискове за околната среда и човешкото здраве. Основните процеси за третиране на медицинските отпадъци са 5 – механични, химични, радиационни, биологични и термични.

Механични процеси
Механичните методи се използват като добавка към четирите основни процеса за третиране на болнични отпадъци. Механичните процеси обхващат шредиране, смилане, разбъркване и компактиране. Като цяло тези процеси се прилагат с цел подобряване степента на топлообмен, проникване на пара или контакт с химичния дезинфектант. Механичните процеси се прилагат и за намаляване на обема на третираните отпадъци или за елиминиране на физическите опасности, когато се третират остри предмети.

Освен ако шредерите, бъркалките и другите механични съоръжения не са част от затворена система за третиране, те не трябва да бъдат използвани преди дезинфекцията на постъпващите отпадъци. Ако това не се спазва, работниците са в риск от експозиция на патогени в изпусканите при механичната деструкция аерозоли.

В случай че механичните процеси са част от затворена система, технологията трябва да бъде проектирана така, че въздухът в и от механичния процес да се дезинфекцира, преди да бъде изпуснат в работната или в околната среда.

Химични технологии
При химичните процеси се използват химични дезинфектанти за унищожаване на патогените в отпадъците. Ефективността на микробиалната инактивация зависи от вида химичен дезинфектант, неговата концентрация, възможността за експозиция на всички повърхности, времето за контакт, но може да се повлияе и от температурата, pH, твърдостта на водата и количеството органика в отпадъците. Най-широко прилаганите технологии са на базата на третиране с хлор, като се използва или разтворен хлорен диоксид или натриев хипохлорит.

Други технологии използват четвъртични амониеви соли, варова каша или калциев оксид. В последните години развитие претърпява третирането с озон. При по-старите технологии са се употребявали пероксиоцетна киселина, йодофори и формалдехид. Специфичен случай на химично третиране е алкалната хидролиза, при която се използват основи за разлагането на отпадъците в подгрявани резервоари от неръждаема стомана. Редуцирането на обема на отпадъците зависи от вида и степента на шредиране, смилане и разбъркване.

Радиационни и биологични методи
Известно е, че някои видове радиация унищожават патогени. Тъй като йонизираща радиация, използваща електронни лъчи, и кобалт-60 се използват за стерилизация на медицински инструменти, същата концепция е тествана и за третиране на болнични отпадъци. Ефективността на микробиалната инактивация зависи от дозата, абсорбирана от отпадъците. Прилага се също и UV-C радиация, но като спомагателна технология за третиране на медицински отпадъци.

Понятието биологични методи за третиране на отпадъци се отнася до естественото разлагане на органичната материя. Някои системи за биологично третиране използват ензими за ускоряване на деструкцията на органичните отпадъци, съдържащи патогени.

Термични методи
Тези процеси използват топлинна енергия за унищожаване на патогените в отпадъците. Процесът се прилага в повечето съоръжения за третиране в световен мащаб. Тази категория може да бъде разделена на нискотемпературни и високотемпературни процеси. Съществуват ясни различия между протичащите термохимични реакции, физичните промени, които претърпяват отпадъците, и отделящите се емисии при нискотемпературните и високотемпературните процеси.

Нискотемпературните процеси използват термична енергия при температури, достатъчно високи да унищожат микроорганизмите, но недостатъчни да доведат до изгаряне или пиролиза на отпадъците. Нискотемпературните процеси се провеждат при температури между 100°C и 180°C.

Те могат да се осъществят както в мокра, така и в суха среда. Мокрото термично третиране включва употребата на пара за дезинфекция на отпадъците. Технологиите, ползващи този процес, са автоклавни системи, хибридни автоклавни системи и системи за непрекъснато третиране с пара.

Автоклавът се състои от метална камера, проектирана да издържа на високи налягания, със стабилна врата и система от тръби и клапи, през които преминава парата. Някои автоклави са проектирани с кожух около камерата, като пара се внася и в пространството между кожуха и камерата, и в самата камера. Загряването на камерата от външната страна редуцира кондензацията по вътрешните стени на камерата и позволява ползването на пара с по-ниска температура.

Тъй като конструирането на автоклави без кожух за пара (реторти) е по-евтино, те се прилагат в голям мащаб. В автоклав могат да се третират медицински отпадъци като игли, материали, замърсени с кръв и телесни течности, превръзки, марли, спално бельо. Не могат да бъдат обезвреждани летливи и полулетливи органични вещества, отпадъци от химиотерапия, живак и други опасни химични отпадъци.

Автоклавите могат да третират от 20 l до над 20 000 l медицински отпадъци на цикъл. Капацитетът им варира от 1 kg/h до 2700 kg/h, като се включва времето за зареждане, самото третиране и отстраняване на отпадъците.

Микровълновото третиране също е мокър нискотемпературен процес. При микровълновите системи дезинфекцията се осъществява посредством действието на мокра топлина (гореща вода и пара, генериращи се от микровълновата енергия). Микровълновите съоръжения оперират при микровълнова честота от 2450 MHz. Серийните микровълнови технологии обикновено са малки съоръжения, докато технологиите за непрекъснато микровълново третиране са с по-големи размери.

Отпадъците, които се третират микровълново са идентични на тези, които се обезвреждат в автоклав – остри предмети, материали, замърсени с кръв и телесни течности, превръзки, марли и спално бельо. Иглите и други остри метални предмети трябва да са поставени в непробиваеми контейнери.

Контейнерите не трябва да се затварят херметически, за да може да проникне парата. Летливи и полулетливи органични съединения, живак и други опасни химикали не трябва да се третират микровълново. Капацитетите на тези системи варират в граници 30 до 210 kg/h.
Технология, подобна на микровълновото третиране, е електротермичнатa деактивация (ЕТД). ЕТД използва нискочестотни радиовълни при 64 MHz за получаване на силно електрическо поле, което води до загряване на медицинските отпадъци и унищожаване на патогените.

Технологиите, базиращи се на обработка с пара, които не включват последващо намаляване на размерите, и микровълновите технологии, които не включват шредиране на отпадъците, постигат минимално намаляване на обема (основно чрез премахване на въздуха и стопяване на някои пластмаси).

При хибридните автоклави, системите за непрекъснато третиране с пара и микровълновите съоръжения, които включват шредиране и разбъркване, могат да бъдат постигнати от 60% до 80% намаляване на обема на отпадъците, в зависимост от използвания вид шредиране. При технологиите, основаващи се на третиране с пара, които включват и цикъл на сушене, може да се постигне редуциране на теглото с 15-20%.

Сухите термични процеси използват горещ въздух, без да се добавя вода или пара, и оперират при температури, по-ниски от тези на горене. В сухите термични системи отпадъците се нагряват чрез проводимост, конвекция и/или термична радиация от инфрачервени или съпротивителни нагреватели. Друга технология използва топлината от триенето между отпадъците като източник за нагряване. Тези инсталации обикновено са малкомащабни.

Високотемпературните термични процеси се осъществяват при повече от 180°C. Изгарянето е процес на високотемпературно сухо окисление, което редуцира органичните и горими отпадъци до неорганична, негорима материя и води до значително намаляване обема и теглото на отпадъците. Високотемпературните термични процеси протичат при температури от 200°C до над 1000°C.

Те включват химично и физично разлагане на органичната материя чрез процесите на изгаряне, пиролиза или газификация. Недостатък на тези технологии е генерирането на емисии и пепел с опасни свойства. Изгарянето на медицински отпадъци води до отделянето на газови емисии, състоящи се от пара, въглероден диоксид, азотни оксиди, разнообразие от летливи вещества (метали, халогенни киселини, продукти на непълно горене) и прах.

Известни са редица технологии за изгаряне на отпадъци, но за обезвреждане на болничните отпадъци най-често се използват двукамерни инсинератори. Те се състоят от първична горивна камера, вторична горивна камера и система за контрол на замърсяването. Желателно е да са снабдени и със система за зареждане на отпадъците, предотвратяваща понижаването на температурата в първичната камера и система за събиране на пепел.

Отпадъците се зареждат в първичната горивна камера със шнек. Температурата в първичната камера е над 850°C, като тя се поддържа от няколко газови горелки. Парите, получаващи се в първичната камера, преминават във вторичната горивна камера, която е снабдена с една или повече горелки. Вторичната камера се проектира така, че да понесе висока турбулентност, по-високи температури (1100°C за медицински отпадъци) и минимум 2 s време на престой на отпадъците.

Отпадъчните газове от вторичната горивна камера преминават през система за пречистване, която може да включва система за охлаждане на газовете, мокър или сух скрубер, ръкавен филтър, циклон, електрофилтър, каталитичен окислител и др. След пречистване газовете се изпускат в атмосферата през комин.

В инсинераторите могат да се обезвреждат редица болнични отпадъци – остри предмети, материали, замърсени с кръв и телесни течности, превръзки, марли, спално бельо. Във високотемпературните съоръжения (>1200°C) се третират термично химични отпадъци, фармацевтични, халогенирани (PVC) и цитотоксични отпадъци.

Инсинерацията на болнични отпадъци е целесъобразна, само ако калоричната стойност на отпадъците надвишава 8370 kJ/kg. Въпреки че пластмасите могат да превишат 16 740 kJ/kg, някои медицински отпадъци са с високо влагосъдържание и имат много по-ниска калорична стойност, което доказва, че с цел постигане на по-висока обща калорична стойност медицинските отпадъци трябва да се смесват.

Отпадъците, които се подлагат на изгаряне, трябва да съдържат повече от 60% горими компоненти и негорима фракция – по-малко от 5%. Влагосъдържанието трябва да е по-малко от 30%. Капацитетът на инсинераторите варира в граници от 10 kg/h до 100 t/d.