Nhiệt phân plasma là một công nghệ tiên tiến để xử lý chất thải y tế an toàn. Đây là một công nghệ thân thiện với môi trường, giúp chuyển đổi chất thải hữu cơ thành các sản phẩm phụ có ích về mặt thương mại. Nhiệt độ cao do plasma tạo ra cho phép nó xử lý tất cả các loại chất thải bao gồm chất thải rắn đô thị, chất thải y sinh và chất thải nguy hại một cách an toàn và đáng tin cậy.
Chất thải y tế bị nhiệt phân thành CO, H2 và hydrocarbon khi tiếp xúc với hồ quang plasma. Những khí này được đốt cháy và tạo ra nhiệt độ cao (khoảng 1200 °C). Trong quá trình nhiệt phân plasma, các khí nóng được làm nguội từ 500 ° xuống đến 70 °C để tránh các phản ứng tái hợp các phân tử khí ức chế sự hình thành của điôxin và furan.
Kết quả phân tích khí cho thấy khí độc được tìm thấy sau quá trình đốt cháy nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn khí. Môi trường plasma giết chết vi khuẩn ổn định nhiệt.
Giới thiệu
Việc công chúng quan tâm đến việc xử lý chất thải y tế đã dẫn đến gia tăng các quy định và hành động của tòa án. Sự gia tăng đáng kể số lượng chất thải y tế được tạo ra trong các bệnh viện được cho là do việc sử dụng ngày càng nhiều sản phẩm chỉ dùng một lần (disposables), như là các biện pháp phòng ngừa tiếp xúc với các bệnh truyền nhiễm như AIDS, và nói chung, là do sự gia tăng của các cơ sở y tế và y tế công cộng.
Theo kinh nghiệm tính toán số lượng chất thải y tế tạo ra ở các nước phát triển dường như là 1 kg mỗi giường mỗi ca 8 giờ. Các bệnh viện, các đơn vị chăm sóc sức khỏe và các cơ sở nghiên cứu khác trong nước tạo ra hàng chục nghìn tấn chất thải mỗi năm.
Chất thải này thường được trộn lẫn với chất thải rắn đô thị, sau đó vận chuyển đến các bãi chôn lấp, nơi nó có thể góp phần gây ô nhiễm môi trường. Có bốn phương pháp chính để quản lý chất thải bệnh viện: chôn lấp, giảm nguồn, thiêu đốt và tái chế.
Trong lịch sử, chôn lấp là phương pháp xử lý chất thải y tế được ưu tiên lựa chọn nhất. Sự phản đối của công chúng và mối tương quan thuận với ô nhiễm nước ngầm đã dẫn đến lựa chọn này dần dần không được ủng hộ. Ở nhiều quốc gia, chất thải y tế không còn có thể được xử lý trong các bãi chôn lấp, trừ khi nó được khử trùng triệt để đến mức không gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Điều này rất tốn kém.
Đốt chất thải ở ngoài trời không bao giờ có thể thực hiện triệt để, do đó còn sót lại một lượng nhỏ nhiều hợp chất hữu cơ và clo cũng như mầm bệnh. Điều này sẽ dẫn đến việc phát tán các bệnh nguy hiểm. Thiêu đốt hiện đang được sử dụng để tiêu hủy chất thải bệnh viện, đặc biệt là chất thải y sinh và chất thải hóa học nguy hiểm bằng cách giảm khối lượng và tiêu diệt một số thành phần gây hại.
Quá trình này có nhiều nhược điểm, sẽ được mô tả dưới đây. Do đó, xử lý chất thải bệnh viện theo phương pháp được chấp nhận về mặt môi trường là một điều cần thiết quan trọng. Tính kinh tế của xử lý chất thải y tế cũng đáng kinh ngạc. Kết hợp với điều này là chi phí cho xử lý an toàn ngày càng tăng, ước tính ở Mỹ là 100-500 USD/t. Thị trường xử lý chất thải y tế được xác định ở mức 1 tỷ USD hàng năm.
Chất thải y tế
Bệnh viện, các đơn vị chăm sóc sức khỏe, nhà hộ sinh và điều dưỡng, và các cơ sở nghiên cứu tạo ra một lượng lớn chất thải nguy hại. Chúng bao gồm chất thải giải phẫu con người (mô, cơ quan), máu và dịch cơ thể, chất thải vi sinh, chất thải động vật, chất thải lây nhiễm cao, thuốc vứt bỏ, hàng dùng một lần, v.v… Dựa trên tỷ lệ chiếm dụng của bệnh viện, mỗi giường trong các bệnh viện tạo ra 700 g/ngày chất thải.
Chất thải y tế đã được phân thành hai loại:
(i) chất thải chung, không nguy hiểm và không cần xử lý và xử lý đặc biệt, và
(ii) chất thải nguy hại, đòi hỏi phải xử lý đặc biệt, thường là theo các quy định và hướng dẫn cụ thể. Loại thứ hai có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe, an toàn hoặc môi trường.
Có ba loại chất thải nguy hại – chất thải hóa học, chất thải lây nhiễm và chất thải phóng xạ. Chất thải lây nhiễm, được gọi là chất thải túi màu đỏ, bao gồm các vật liệu được coi là mối nguy hại tiềm ẩn cho sức khỏe vì có thể gây ô nhiễm với các vi sinh vật gây bệnh. Các thành phần chất thải y tế điển hình được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1. Thành phần chất thải bệnh viện điển hình
| Chất thải | Khối lượng (%) |
| Các mặt hàng giấy và vải | 50–70 % |
| Nhựa | 20–60 % |
| Đồ thủy tinh | 10–20 % |
| Chất lỏng | 1–10 % |
Xử lý chất thải y tế
Trong nhiều bệnh viện, chất thải y tế bị đốt cháy tại bãi rác ngoài trời. Các bãi chôn lấp được sử dụng để đổ chất thải ô nhiễm và dư lượng độc hại từ lò đốt, thường được thiết kế kém và có thể gây ô nhiễm nước ngầm. Lò đốt bằng dầu và điện được sử dụng để tiêu hủy chất thải ở nhiệt độ thấp (~ 400 còn 700 °C). Một thực tế đáng báo động là việc xử lý khí thứ cấp theo luật định ở 1100 °C hiếm khi được thực hiện. Ngoài ra, nhiều bệnh viện nhỏ cung cấp hợp đồng cho các cơ quan tư nhân để xử lý chất thải của họ và thậm chí không biết liệu nó có bị tiêu hủy đúng cách hay không.
Thiêu đốt và nhược điểm của nó
Thiêu đốt chỉ đơn thuần là đốt chất thải với sự hiện diện của oxy. Lò đốt có vấn đề về kiểm soát khí thải đáng kể, nói chung các lò đốt rác hoạt động ở nhiệt độ thấp (400-500 °C). Có khả năng xảy ra để mầm bệnh sống sót nếu quá trình đốt không hoàn thành hoặc được thực hiện ở nhiệt độ thấp. Luồng khí vượt quá yêu cầu cân bằng hóa học đối với quá trình đốt là rất cần thiết cho lò đốt để tăng cường quá trình đốt. Nhu cầu về luồng không khí dư thừa giới hạn nhiệt độ có thể đạt được. Do không đủ nhiệt độ được tạo ra trong buồng xử lý, lò đốt tạo ra các sản phẩm cực kỳ độc hại như furanes và dioxins. Điều này có thể gây ô nhiễm không khí hoặc các chất ô nhiễm độc hại có thể tồn tại trong xỉ tro đáy (bottom ash), cuối cùng tìm đường vào bãi rác.
Phương pháp không thiêu đốt
Nồi hấp (autoclaves) và hydroclaves thường được sử dụng để khử trùng chất thải, ở giai đoạn sau khi đốt cháy trong lò đốt. Cả hai kỹ thuật này đều sử dụng khử trùng bằng hơi nước với các phương pháp gia nhiệt trực tiếp và gián tiếp. Xử lý chất thải bị ô nhiễm và sử dụng lò đốt để xử lý hoàn toàn làm cho các quy trình này trở nên tẻ nhạt, thiếu hấp dẫn.
Khử trùng bằng lò vi sóng là một quá trình không đốt được sử dụng để tiệt trùng (khử trùng) chất thải y tế. Sau đó, chất thải được khử trùng được trút đổ cùng với chất thải đô thị hoặc được xử lý bằng lò đốt. Nhược điểm chính của quy trình là giảm khối lượng chất thải không nhiều. Kỹ thuật vi sóng cũng đòi hỏi đầu tư cao. Quá trình này cũng cho các công nhân tiếp xúc với máy tiêu hủy tài liệu bị ô nhiễm.
Plasma là kẻ hủy diệt cuối cùng
Hồ quang plasma sử dụng điện cực carbon lần đầu tiên được sử dụng vào những năm 1960 như là một nguồn nhiệt cực mạnh. Tuổi thọ ngắn của các điện cực là một trở ngại lớn trong sự phát triển thành công của công nghệ này.
Với sự phát triển nhanh chóng trong các nguồn plasma, công nghệ plasma đã được áp dụng để phá hủy các hợp chất có độc tính cao và thay đổi các hợp chất chịu lửa theo cách thân thiện với môi trường. Các bức xạ cực tím dồi dào trong plasma nhiệt có thể khử clo hữu cơ. Các lò phản ứng có thể xử lý các vật liệu dạng khí, lỏng và rắn. Đặc điểm nổi bật của công nghệ hủy chất thải dựa trên plasma là đầu phát plasma.
Đầu phát plasma là nguồn plasma phóng điện với plasma được chiết xuất dưới dạng tia thông qua một lỗ mở trong điện cực và ra khỏi giới hạn của không gian cực âm – cực dương. Sự không ổn định nhiệt và điện từ vốn có của cột hồ quang được ổn định bằng dòng khí cưỡng bức dọc theo đường dẫn hiện tại hoặc do tương tác với một bức tường dẫn hướng hoặc bởi từ trường bên ngoài. Nguồn điện DC, RF và vi sóng có thể được sử dụng để tạo ra hồ quang.
Các dự án được thực hiện hiện nay chứng minh rõ ràng rằng công nghệ hồ quang plasma là một công nghệ thương mại hoá được chứng minh tốt, được trình diễn tốt, được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp để xử lý các vật liệu thải khác nhau trên toàn thế giới.
Nguồn: S. K. Nema and K. S. Ganeshprasad (Facilitation Centre for Industrial Plasma Technologies, Institute for Plasma Research, GIDC Electronic Estate, Sector 25, Gandhinagar 382 044, India).
