微波消毒技术在医疗废物处理中的应用
摘要:本文通过对微波技术的调查，全面总结了医疗废物微波消毒系统的机理、设备组成、影响消毒效果的主要因素、设备的优越性和人体保护注意事项等。
关键词:医疗废物;微波技术;微波消毒
微波属于非电离辐射，是一种波长为0.001mm～1m、频率为300～300000MHz的电磁波。由于其频率较高，所以又称超高频电磁波。微波通常作为一种信息或信息的载体用于电视、广播、通讯技术中。20世纪70年代以来，微波消毒的研究逐渐深入，微波消毒技术己逐渐成为一种新型的医疗废物处理技术，但是目前仍仅限于小批量、间隙式的处理医疗废物，不能满足大批量、连续式处理医疗废物的要求。本文提供了一套连续提升、粉碎、杀菌、干燥、输送打包一体化的医疗废物处理装置，可避免二次污染，并采用蒸汽-微波联合杀菌手段，从而保证了良好的杀菌效果。设备具有投资低、运行操作简单、安全、有效等优点，适用于中小城市医疗废物的集中处理及处置。
1 微波杀菌机理
（1）热效应。微波快速穿透物体并直接使物体分子内部摩擦产热，导致细菌死亡。
（2）微波的场效应。生物体处于微波场中时，细胞受到冲击和震荡，细胞外层结构被破坏，使细胞通透性增强，破坏了细胞内外的物质平衡。电镜下可见到细胞肿胀，进而出现细胞质崩解融合致细胞死亡。
（3）量子效应。微波场中量子效应波主要是用于激发水分子产生H2O2及其他自由基，形成毒杀细胞的作用。这种作用可使细胞内的各种蛋白、酶、核酸等受到破坏。另外，光子可以增加分子动能，促进热反应。
综上所述，微波杀菌是以热效应为主的一系列综合因素作用的结果。
2 微波消毒系统
2.1 消毒灭菌微波系统组成（见下图）。
 消毒灭菌微波系统组成示意图 |
整个消毒灭菌微波系统主要由供料机构、消毒烘干机构和尾气处理装置、打包装置四部分组成。
（1）供料机构
1）料斗容量为500～750L，可用于装载医疗废物；
2）提升系统用于医疗废物料斗的提升和倾倒；
3）料仓用于接收倾倒下来的医疗废物，为粉碎作准备；
4）空气抽滤器可使料仓形成负压并净化废气；
5）双轴盘式滚刀破碎机的生产能力500kg/h、刀间距30mm、出料粒度30×100（mm）、配套电机30kW。
（2）消毒烘干机构
1）进料斗连接粉碎箱和螺旋输送管，用于接收破碎的废物；
2）螺旋输送管为夹套式，夹套内走蒸汽，输送管上面配有8个微波发生箱，每个箱内装有6个磁控管（输出功率900W，频率2455MHz）。
（3）尾气处理装置
1）水冷凝器可将废气的温度降低；
2）生物脱臭塔系天津市环境保护科学研究院的专利产品；
3）引风机和烟囱用于造成系统负压；
（4）打包装置
将消毒后的医疗废物进行挤压后装入密封运输箱。
2.2 设备参数
设备占地面积约36m2；螺旋输送管Φ600mm，长9m，高3.8m。
2.3 工艺流程
医疗废物装入料斗，随提升系统提升至料仓，仓盖打开，废物倒入料仓，而后进入粉碎机，由于配置了空气过滤器，可避免粉碎机中的微细尘粒、气味污染工作环境。废物被刀式粉碎机破碎后，经进料斗进入螺旋传送机。螺旋传送机上配有微波发生器，废物在传送过程中不断被搅拌，在微波的作用下，废物得到快速、均匀、彻底的消毒杀菌，同时被干燥。废物消毒过程产生的废气经水冷凝器冷凝后，进入生物脱臭装置，而后在抽风机作用下经烟囱排出。处理后的废物被装入密封运输箱，再由拖车运到卫生填埋场处置。
车间配有灭菌剂喷射系统，在设备运行过程中或停止后，可及时对设备进行消毒处理。
2.4 运行参数和条件
处理能力为125～250kg/h废物，处理时间为40～50min，消毒温度107℃，整套装置总功率为90kW, 380V。
3 影响消毒效果的主要因素
影响因素可分为两类：
（1）微波本身固有特性的影响，如微波的频率、波长、输出功率、微波照射时间、微波电场均匀性等；
（2）被消毒物品的因素，如物品的性质、温度、负载量、灭菌包装材料、含湿量、物体大小、协同剂等。
3.1 微波的波长与频率影响
一般讲，微波频率高（如2450±50MHz），分子在单位时间内改变方向或转动次数多，互相碰撞、摩擦增多，因而物体升温快、消毒时间短、杀菌作用强，但穿透能力差，故只适于处理小件或者厚度不大的物品;微波频率低（如915±25MHz），加热速度慢，消毒时间长，但穿透深度大，故可处理大件物品。
3.2 输出功率与照射时间的影响
微波杀菌效果与磁控管输出功率的大小与消毒物品暴露时间的长短有关。
在一定的条件下，微波输出功率越大，作用介质的电场越强，分子运动越剧烈，加热速度越快，物品升温速度越快，杀菌作用就越强。
在微波消毒时，应注意功率与消毒物品相匹配。对小量物品使用过高功率，既浪费能量，又易损坏磁控管。只有综合考虑频率、功率、时间三者的关系，才能达到满意的消毒效果。
3.3 微波电场均匀性的影响
微波炉中都有冷点位置，在这个位置上的物品不能接受到如同其它位置的微波辐射，这主要是由于微波炉谐振腔内可能存在能量的死角，在灭菌时就会出现加热不均匀的情况。因此，物品必须在搅拌的作用下进行杀菌消毒。
3.4 灭菌材料含湿率的影响
吸收微波是微波杀菌的必要条件，水是吸收微波最好的材料，所以灭菌物品的含水率对灭菌效果的影响明显。含湿率的影响具有三层意义:
（1）不含水分的材料难以用微波灭菌，细菌芽孢经过脱水处理后，微波照射很难将其杀灭。处于干燥状态的大肠杆菌比液体中的细菌芽孢对微波的抗力还强。
（2）含湿率的最佳范围因微波输出功率的大小和照射时间的长短而不同。
（3）含湿率过高会使灭菌效果下降。一般情况下，在其他条件不变时，物品的含湿率过高即负载量过大，会使能量分布密度降低，从而导致微波杀菌效果降低。
3.5 温度
废物本身的温度对杀菌作用会有所影响。温度低，达到杀菌温度所需的热量就多，因而消耗微波的能量高，照射的时间长。
3.6 物品的厚度与容量
物品的消毒效果取决于微波对该物品厚度的穿透深度。需要对物品内部进行消毒时，其厚度一般不应大于微波对物品的穿透深度。在厚度适当的条件下，物品越多，所需照射的时间就越长，才能达到消毒要求。
4 微波杀菌效果
微波杀菌谱广，可杀灭各种微生物。以9 种菌株进行的试验表明，只需照射 l 分钟即可将其全部杀灭（见下表）。
微波照射对细菌杀灭效果表 |
试验证明，微波照射 l min后可杀灭玻璃安瓿中各种细菌繁殖体（包括真菌）；对巨大杆菌芽孢照射2min，杀灭率为99.90%。
5 微波消毒的特点
（1）节能
微波加热具有独到之处。其他加热方式都是先加热物体表面，然后热量由表面传到内部；而微波则可对物体内部进行直接加热，且加热均匀、无能量损失、能量高，处理物品时，穿透性强，瞬时即可穿透到物体内部。
（2）废物的选择性
微波消毒在任何情况下都不能用于处理以下废物：放射性废物、厚金属片、过期药物、含溶剂的桶罐、银盐及X光照片、水银（温度表、电池等）及其他放射性物品。
（3）作用温度低，热损失较小
在产生等量热效应的前提下，微波作用到物体上的温度要明显低于普通加热。普通加热杀菌所需温度在120℃以上，作用20min；而微波杀菌温度为70℃～105℃，作用1.5～5min。
（4）作用快速
电磁波能量转换过程速度极快，可在9～10s之内完成。
（5）对生物体作用无选择性
微波对所有生物体的作用都相同而无选择性，其杀菌谱广，可杀灭各种微生物和原虫等。
（6）微波消毒占地面积小，无污染
微波消毒所需工作面积小，不会造成任何环境危害（无烟、无味、不排放任何污染液、不会形成高温污染），消毒后废物无毒性。
（7）运行方便
微波消毒不需连续运转，可以根据废物量的多少，自由排班，随时启动，随时关闭。
（8）处理成本低
处理后的医疗废物体积减少，污染度比生活垃圾还低，可以送至卫生填埋场处置，大大地降低了医疗废物的处理成本。
6 人体保护注意事项
由于多种原因，微波会从加热器中或多或少泄漏出来并向空间辐射，这种辐射能量的泄漏称为漏能。对于这种漏能，只要懂得保护知识，采取有效的防护措施并遵守操作规程，完全可以避免。为了确保工作人员安全，可采取下列一些防护措施。
（1）严格设计加热器，减少辐射漏出
为减少微波源漏能辐射，可将微波源装置装在箱内，利用波导或同轴线，将微波能送到加热器，以减少微波阴极和灯丝出现的能量泄漏。对于微波管的阴极和灯丝部分可采用专门屏蔽。
（2）设置屏蔽，阻挡微波扩散
目前用于屏蔽的材料有反射性和吸收性材料两大类。屏蔽可用反射性的，如用金属纤维与合成纤维混合编制而成的屏蔽;亦可用吸收性的，如木板、有机硅橡胶、含碳基铁填料的聚氯乙烯树脂等制成的屏蔽，可吸收95％左右的微波。亦可将两种性质的屏蔽合用。
（3）提供防护装备，加强个人防护
工作人员进入微波场区时，必须穿戴由金属丝织成的屏蔽防护服、帽、手套等，并佩戴涂有二氧化铅层的防护眼镜。
参考文献：
[1] Lupe Perez. Traditional Medical Waste Treatments, Environmental Chemistry.com.
[2] 韩俊淑，王政，吴丽华，武超.医疗废弃物处理技术[J].医疗卫生装备， 2006，1.
[3] 贾尔恒 阿哈提，沙拉，岳战林，米哈古丽.美国危险废物处理处置技术与 应用现状简介[J].新疆环境保护,2005,27（3）.
[4] 李树伟，张京燕，陈志宏.微波—高温高压蒸汽医疗废物无害化处置技术 [J].中国环保产业,2006，1.
[5] Managing Regulated Medical Waste, Guidelines for Implementation of Public Health Law 1389 AA-GG and Environmental Health Regu- lations of 10 NYCRR, Part 70, Department of Health, Information for a Healthy New York.
[6] Review of Clinical Waste Treatment Technologies, Biohazard, Torgam Developments Ltd, London, Uniied Kingdom.
[7] Guidance for evaluating medical waste treatment technologies,final report, Office of Solid Waste, U.S. Environment Protection Agency, Washington, U.S. January 1993.
[8] Alternative Medical Waste Treatment Technologies, the Califor- nia Department of Health Services, Effective Date: February 19, 2004.
[9] Non-Incineration Medical Waste Treatment Technologies, A Re- source For Hospital Administrators, Facility Managers, Health Care Professionals, Environmental Advocates, And Community Members, Health Care Without Harm,Washington DC, August 2001,
[10] 赵由才，张全，蒲敏.医疗废物管理与污染控制技术[J].化学工业出版社.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
