微波消毒技術在醫療廢物處理中的應用
摘要:本文通過對微波技術的調查，全面總結了醫療廢物微波消毒系統的機理、設備組成、影響消毒效果的主要因素、設備的優越性和人體保護注意事項等。
關鍵詞:醫療廢物;微波技術;微波消毒
微波屬于非電離輻射，是一種波長為0.001mm～1m、頻率為300～300000MHz的電磁波。由于其頻率較高，所以又稱超高頻電磁波。微波通常作為一種信息或信息的載體用于電視、廣播、通訊技術中。20世紀70年代以來，微波消毒的研究逐漸深入，微波消毒技術己逐漸成為一種新型的醫療廢物處理技術，但是目前仍僅限于小批量、間隙式的處理醫療廢物，不能滿足大批量、連續式處理醫療廢物的要求。本文提供了一套連續提升、粉碎、殺菌、干燥、輸送打包一體化的醫療廢物處理裝置，可避免二次污染，并采用蒸汽-微波聯合殺菌手段，從而保證了良好的殺菌效果。設備具有投資低、運行操作簡單、安全、有效等優點，適用于中小城市醫療廢物的集中處理及處置。
1 微波殺菌機理
（1）熱效應。微波快速穿透物體并直接使物體分子內部摩擦產熱，導致細菌死亡。
（2）微波的場效應。生物體處于微波場中時，細胞受到沖擊和震蕩，細胞外層結構被破壞，使細胞通透性增強，破壞了細胞內外的物質平衡。電鏡下可見到細胞腫脹，進而出現細胞質崩解融合致細胞死亡。
（3）量子效應。微波場中量子效應波主要是用于激發水分子產生H2O2及其他自由基，形成毒殺細胞的作用。這種作用可使細胞內的各種蛋白、酶、核酸等受到破壞。另外，光子可以增加分子動能，促進熱反應。
綜上所述，微波殺菌是以熱效應為主的一系列綜合因素作用的結果。
2 微波消毒系統
2.1 消毒滅菌微波系統組成（見下圖）。
 消毒滅菌微波系統組成示意圖 |
整個消毒滅菌微波系統主要由供料機構、消毒烘干機構和尾氣處理裝置、打包裝置四部分組成。
（1）供料機構
1）料斗容量為500～750L，可用于裝載醫療廢物；
2）提升系統用于醫療廢物料斗的提升和傾倒；
3）料倉用于接收傾倒下來的醫療廢物，為粉碎作準備；
4）空氣抽濾器可使料倉形成負壓并凈化廢氣；
5）雙軸盤式滾刀破碎機的生產能力500kg/h、刀間距30mm、出料粒度30×100（mm）、配套電機30kW。
（2）消毒烘干機構
1）進料斗連接粉碎箱和螺旋輸送管，用于接收破碎的廢物；
2）螺旋輸送管為夾套式，夾套內走蒸汽，輸送管上面配有8個微波發生箱，每個箱內裝有6個磁控管（輸出功率900W，頻率2455MHz）。
（3）尾氣處理裝置
1）水冷凝器可將廢氣的溫度降低；
2）生物脫臭塔系天津市環境保護科學研究院的專利產品；
3）引風機和煙囪用于造成系統負壓；
（4）打包裝置
將消毒后的醫療廢物進行擠壓后裝入密封運輸箱。
2.2 設備參數
設備占地面積約36m2；螺旋輸送管Φ600mm，長9m，高3.8m。
2.3 工藝流程
醫療廢物裝入料斗，隨提升系統提升至料倉，倉蓋打開，廢物倒入料倉，而后進入粉碎機，由于配置了空氣過濾器，可避免粉碎機中的微細塵粒、氣味污染工作環境。廢物被刀式粉碎機破碎后，經進料斗進入螺旋傳送機。螺旋傳送機上配有微波發生器，廢物在傳送過程中不斷被攪拌，在微波的作用下，廢物得到快速、均勻、徹底的消毒殺菌，同時被干燥。廢物消毒過程產生的廢氣經水冷凝器冷凝后，進入生物脫臭裝置，而后在抽風機作用下經煙囪排出。處理后的廢物被裝入密封運輸箱，再由拖車運到衛生填埋場處置。
車間配有滅菌劑噴射系統，在設備運行過程中或停止后，可及時對設備進行消毒處理。
2.4 運行參數和條件
處理能力為125～250kg/h廢物，處理時間為40～50min，消毒溫度107℃，整套裝置總功率為90kW, 380V。
3 影響消毒效果的主要因素
影響因素可分為兩類：
（1）微波本身固有特性的影響，如微波的頻率、波長、輸出功率、微波照射時間、微波電場均勻性等；
（2）被消毒物品的因素，如物品的性質、溫度、負載量、滅菌包裝材料、含濕量、物體大小、協同劑等。
3.1 微波的波長與頻率影響
一般講，微波頻率高（如2450±50MHz），分子在單位時間內改變方向或轉動次數多，互相碰撞、摩擦增多，因而物體升溫快、消毒時間短、殺菌作用強，但穿透能力差，故只適于處理小件或者厚度不大的物品;微波頻率低（如915±25MHz），加熱速度慢，消毒時間長，但穿透深度大，故可處理大件物品。
3.2 輸出功率與照射時間的影響
微波殺菌效果與磁控管輸出功率的大小與消毒物品暴露時間的長短有關。
在一定的條件下，微波輸出功率越大，作用介質的電場越強，分子運動越劇烈，加熱速度越快，物品升溫速度越快，殺菌作用就越強。
在微波消毒時，應注意功率與消毒物品相匹配。對小量物品使用過高功率，既浪費能量，又易損壞磁控管。只有綜合考慮頻率、功率、時間三者的關系，才能達到滿意的消毒效果。
3.3 微波電場均勻性的影響
微波爐中都有冷點位置，在這個位置上的物品不能接受到如同其它位置的微波輻射，這主要是由于微波爐諧振腔內可能存在能量的死角，在滅菌時就會出現加熱不均勻的情況。因此，物品必須在攪拌的作用下進行殺菌消毒。
3.4 滅菌材料含濕率的影響
吸收微波是微波殺菌的必要條件，水是吸收微波最好的材料，所以滅菌物品的含水率對滅菌效果的影響明顯。含濕率的影響具有三層意義:
（1）不含水分的材料難以用微波滅菌，細菌芽孢經過脫水處理后，微波照射很難將其殺滅。處于干燥狀態的大腸桿菌比液體中的細菌芽孢對微波的抗力還強。
（2）含濕率的最佳范圍因微波輸出功率的大小和照射時間的長短而不同。
（3）含濕率過高會使滅菌效果下降。一般情況下，在其他條件不變時，物品的含濕率過高即負載量過大，會使能量分布密度降低，從而導致微波殺菌效果降低。
3.5 溫度
廢物本身的溫度對殺菌作用會有所影響。溫度低，達到殺菌溫度所需的熱量就多，因而消耗微波的能量高，照射的時間長。
3.6 物品的厚度與容量
物品的消毒效果取決于微波對該物品厚度的穿透深度。需要對物品內部進行消毒時，其厚度一般不應大于微波對物品的穿透深度。在厚度適當的條件下，物品越多，所需照射的時間就越長，才能達到消毒要求。
4 微波殺菌效果
微波殺菌譜廣，可殺滅各種微生物。以9 種菌株進行的試驗表明，只需照射 l 分鐘即可將其全部殺滅（見下表）。
微波照射對細菌殺滅效果表 |
試驗證明，微波照射 l min后可殺滅玻璃安瓿中各種細菌繁殖體（包括真菌）；對巨大桿菌芽孢照射2min，殺滅率為99.90%。
5 微波消毒的特點
（1）節能
微波加熱具有獨到之處。其他加熱方式都是先加熱物體表面，然后熱量由表面傳到內部；而微波則可對物體內部進行直接加熱，且加熱均勻、無能量損失、能量高，處理物品時，穿透性強，瞬時即可穿透到物體內部。
（2）廢物的選擇性
微波消毒在任何情況下都不能用于處理以下廢物：放射性廢物、厚金屬片、過期藥物、含溶劑的桶罐、銀鹽及X光照片、水銀（溫度表、電池等）及其他放射性物品。
（3）作用溫度低，熱損失較小
在產生等量熱效應的前提下，微波作用到物體上的溫度要明顯低于普通加熱。普通加熱殺菌所需溫度在120℃以上，作用20min；而微波殺菌溫度為70℃～105℃，作用1.5～5min。
（4）作用快速
電磁波能量轉換過程速度極快，可在9～10s之內完成。
（5）對生物體作用無選擇性
微波對所有生物體的作用都相同而無選擇性，其殺菌譜廣，可殺滅各種微生物和原蟲等。
（6）微波消毒占地面積小，無污染
微波消毒所需工作面積小，不會造成任何環境危害（無煙、無味、不排放任何污染液、不會形成高溫污染），消毒后廢物無毒性。
（7）運行方便
微波消毒不需連續運轉，可以根據廢物量的多少，自由排班，隨時啟動，隨時關閉。
（8）處理成本低
處理后的醫療廢物體積減少，污染度比生活垃圾還低，可以送至衛生填埋場處置，大大地降低了醫療廢物的處理成本。
6 人體保護注意事項
由于多種原因，微波會從加熱器中或多或少泄漏出來并向空間輻射，這種輻射能量的泄漏稱為漏能。對于這種漏能，只要懂得保護知識，采取有效的防護措施并遵守操作規程，完全可以避免。為了確保工作人員安全，可采取下列一些防護措施。
（1）嚴格設計加熱器，減少輻射漏出
為減少微波源漏能輻射，可將微波源裝置裝在箱內，利用波導或同軸線，將微波能送到加熱器，以減少微波陰極和燈絲出現的能量泄漏。對于微波管的陰極和燈絲部分可采用專門屏蔽。
（2）設置屏蔽，阻擋微波擴散
目前用于屏蔽的材料有反射性和吸收性材料兩大類。屏蔽可用反射性的，如用金屬纖維與合成纖維混合編制而成的屏蔽;亦可用吸收性的，如木板、有機硅橡膠、含碳基鐵填料的聚氯乙烯樹脂等制成的屏蔽，可吸收95％左右的微波。亦可將兩種性質的屏蔽合用。
（3）提供防護裝備，加強個人防護
工作人員進入微波場區時，必須穿戴由金屬絲織成的屏蔽防護服、帽、手套等，并佩戴涂有二氧化鉛層的防護眼鏡。
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