灾难救援医疗废弃物溯源方法、理化性质及热解特性研究

发布时间：2018-01-10 21:33

本文关键词：灾难救援医疗废弃物溯源方法、理化性质及热解特性研究　出处：《中国人民解放军军事医学科学院》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：伴随重大灾难的发生,事发地原有的医疗废弃物处置设施往往会受到损毁。而灾难发生后,伴随大量伤员的出现,灾区的医疗废弃物处理需求会急速上升,导致必须引入其他的医疗废弃物紧急处理方法。研制具有移动能力的医疗废弃物处理设备是有效解决这个问题的重要对策之一。目前,热解技术被认为是最具潜力的医疗废物热化学处理技术,其工程研发的前提和关键,取决于与医疗废弃物的成分组成及其热解特性有关的基础性研究工作。本文首次根据灾难现场环境的特殊性,以灾难救援医疗废弃物(disaster relief medical waste,简称DRMW)的热解处理技术应用为目的,以DRMW的成分组成及理化特性为重点,分别进行了相关的基础与应用研究。该研究成果可为小型移动式DRMW热解处理装备的工程设计和运行工艺研究提供理论与应用指导。本研究主要包括:1.DRMW溯源重构方法的建立以及成分组成和理化特性研究。DRMW成分组成及理化特性研究,具有典型的追踪、回溯式研究性质,由于无法重现DRMW的现场采样,因而成为开展研究工作的最大难题。本文开创性的建立了DRMW溯源模拟重构方法(RSR),为开展DRMW成分组成、分类及理化特性等研究,提供了全新的解决思路和技术路径。同时,根据热解处置技术研究工作的需要,以物质的材质种类为分类原则,对DRMW进行了重新分类定义。研究结果显示:DRMW主要类型及占比是:塑料(43.2%)、生物质(26.3%)、合成纤维(15.3%)、橡胶(6.6%)、废液(6.6%)、无机盐(0.3%)和金属(1.7%);DRMW的容重为249 Kg/m3;含水率为44.75%。将以上七类材料中的主要成分进行化学分析,结果显示,DRMW主要包含的四类化学物质及占比分别为:聚丙烯(PP)占33.98%、生物质(biomass)占26.30%、聚乙烯(PE)占8.64%、聚氯乙烯(PVC)占4.32%。该研究将为灾区的医疗废弃物的储存、转运、处置管理以及污染防控提供有意义的参考。对四类DRMW实验样品进行了元素分析、工业分析和热值测定,结果显示,DRMW中主要材料的挥发份含量均大于85%,热值平均约为35000kJ/kg,二者都很高,是热解技术的良好原料,不仅为DRMW采用热解技术处理提供了理论支持和物料基础,也是DRMW实现减量化处置的必要条件。2.多组分克级物料热解与产气特性分析实验台设计与研制。借鉴传统热重天平设计原理,根据DRMW研究工作的实际需要,自主研制了具有多组分、大样量(质量量程0~100g)测试功能的热重分析实验台。在保留传统热重天平的温控、反应、称重,气控等系统的基础上,增加了升降系统和采气系统。在研究误差允许范围内,增大了反应系统和称重系统的样品容纳量。该实验台可用于多组分材料热解特性以及组分间交互影响作用的研究,可以提供近似工程实际的热解工况和瞬时升温(等温)的实验条件,满足DRMW热解工艺条件优化研究的需要。3.DRMW程序升温热解实验研究。本研究属于基础研究。在传统热重分析仪上进行主要DRMW微量样品(mg数量级)热解特性研究,主要结论是:(1)不同组分的DRMW具有不同的起始热解温度,热解过程主要集中在一个或两个温度区间进行。程序升温到500℃时,各种组分都已完成了95%以上的热解转化。继续从500℃升到700℃,热解转化率增加幅度不超过5%。(2)在选取相同的动力学模式函数的条件下,如果单纯采用积分法或微分法,以很好的线性相关性作为目标来求解动力学参数,则这两种解法的计算结果偏差较大。本文采用积分法和微分法共同求解的方法,优选出了与计算活化能值最为接近、且线性良好的机理函数及其相关的活化能值,研究证明,此思路是较为科学合理的热解动力学研究思路。(3)聚乙烯与聚丙烯混合热解,热解转化规律不受单组分相互之间影响。聚丙烯与聚氯乙烯、聚丙烯与生物质两组分混合热解实验表明,在程序升温条件下,聚丙烯对热源的争抢作用,以及聚氯乙烯对生物质热解的促进作用,对热解过程的影响极其微弱。由此认为,混合物程序升温热解转化规律不受单组分的相互影响。4.DRMW等温热解实验研究:本研究属于应用基础研究。克级(100克)多组分混合物热解实验,近似于实际的DRMW热解环境。研究主要结论是:(1)DRMW中主要组分及其混合物的热解过程,基本都是集中在某个时间段的区间内,但是热解起始时刻和终了时刻不尽相同。(2)随着等温热解环境温度的升高,热解反应时间缩短了,且各组分的热解时间在相互接近和靠拢。对于多组分混合物等温热解,建议将500℃~600℃作为热解环境温度。(3)DRMW两组分混合时,多数情况下,其热解转化规律都受到了单组分之间的相互影响。等温热解实验结果表明:500℃时,含有生物质的两组分混合物,生物质可以促进热解反应的进行;聚丙烯、聚氯乙烯两组分混合物的热解,不会受到单组分之间的相互影响。(4)程序升温热解和等温热解两种热重分析方法,在热解研究中所起到的作用具有互补性,且各自的实验功能不可替代。程序升温热解实验用于观察、研究温度对热解转化率的影响,该研究内容具有微观性和机理性,属于科学实验基础研究方法。但是,在实际工程应用中,缓慢升温这种运行工况并不存在。等温热解实验用于观察、研究时间对热解转化率的影响,等温热解环境近似于实际工程热解环境。程序升温实验研究可以为等温实验研究确定科学的温度梯度和范围,减少实验的盲目性。后者研究弥补了前者研究中有关时间因素缺失的不足。两种研究方法及研究结果对科学实验和工程应用均有指导意义。
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【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X327;X70

【参考文献】