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医疗废物消毒处理是指杀灭或消除医疗废物中的病原微生物,使其潜在的感染性危害被消除的过程[1]。消除感染性危害是处置医疗废物的主要目的,故精准施策的消毒处理技术成为目前欧美发达国家和地区处理医疗废物的主流技术[2-3]。消毒处理技术主要包括高温蒸汽、微波消毒、化学消毒[1-3]。2004年,原国家环保总局印发了《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》[4],为从无到有建立我国医疗废物集中处置体系提供了蓝图;为配合该规划的实施,2006年,《医疗废物高温蒸汽集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 276-2006)[5](以下简称“高温蒸汽技术规范”)、《医疗废物微波消毒集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 229-2006)[6](以下简称“微波消毒技术规范”)、《医疗废物化学消毒集中处理工程技术规范(试行)》(HJ/T 228-2006)[7](以下简称“化学消毒技术规范”)等医疗废物消毒集中处理工程技术规范相继出台。这些技术规范作为医疗废物管理体系的关键部分,在10多年间较好指导了医疗废物集中消毒处理工作,集中消毒处理设施数量由技术规范发布之初的不足10个增长到目前的200多个。随着医疗废物处置行业的发展和生态环境管理形势的变化,消毒技术规范的部分内容逐渐显露出不适应之处。在此背景下,2013年原环境保护部下达了修订高温蒸汽、微波消毒、化学消毒等医疗废物消毒集中处理工程技术规范的任务。“十三五”期间,尤其新型冠状病毒肺炎疫情发生以后,医疗废物集中处置工作得到大力推进,医疗废物管理体系得以加速完善,《医疗废物处理处置污染控制标准》(GB 39707-2020)[1]于2020年底发布并于2021年7月1日实施,修订后的3项医疗废物消毒集中处理工程技术规范于2021年4月发布实施[8-10]。“十四五”期间,医疗废物消毒处理技术有望在小型城市或县城的医疗废物处理、医疗废物应急能力储备和应急处置等方面得到广泛应用。对上述3项技术规范的修订思路及修订内容进行剖析,有利于新旧标准实施的衔接,以及更好发挥技术规范对医疗废物消毒集中处理工程的指导作用。
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2006年发布的3项医疗废物消毒集中处理工程技术规范为指导性标准,用于指导采用消毒技术处理医疗废物的集中处理工程的规划、设计、施工和运行管理。当时,我国医疗废物处置技术路线处于摸索阶段,2004年发布的《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》[4]鼓励发展焚烧技术,当时消毒处理技术的理论和实践尚属空白。2004年11月,我国开始实施《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》[11]。公约的核心内容之一是减少并最终消除持久性有机污染物(POPs),而医疗废物焚烧处置因其过程产生及排放二恶英等有毒有害污染物被列为公约优先控制的重点行业[12-14]。在规划实践和履约工作的推动下,操作简单、运行灵活且处理过程不产生有毒有害物质的消毒处理技术得到越来越多的关注和应用[12]。3项医疗废物消毒集中处理工程技术规范的发布实施成为我国医疗废物处置技术路线优化调整的标志性节点。自此,新建处理规模5 t∙d−1以下的医疗废物集中处置设施大多采用高温蒸汽、微波消毒、化学消毒等消毒处理技术。据统计,2018年407个医疗废物经营许可证持证单位中,255个采用消毒处理技术,数量占比约2/3[15]。医疗废物处理处置技术的应用情况参见图1。新型冠状病毒肺炎疫情发生之后,消毒处理设施数量及处理能力继续保持快速增长。武汉、三亚等地新建或扩建了一批医疗废物集中消毒处理工程;同时,沈阳、哈尔滨等地医疗废物集中处置中心新增消毒处理设备作为焚烧处置能力的应急备用补充。所以,此时发布修订后的3项技术规范将更好指导新时期医疗废物消毒集中处理工程的建设和运行。
在《医疗废物处理处置污染控制标准》(GB 39707-2020)[1]实施之前,由于医疗废物消毒处理的污染控制缺乏强制性标准,故3项技术规范实际执行过程中具有一定强制性。医疗废物消毒处理技术路线基本成熟之后,在管理需求的推动下,3项技术规范逐渐与危险废物管理法规[16-17]及生活垃圾污染控制标准[18-19]形成良好衔接。根据《国家危险废物名录》[16-17],经消毒处理的医疗废物仍然属于危险废物;《国家危险废物名录》附录《危险废物豁免管理清单》[17]中进一步说明,感染性、损伤性医疗废物按照高温蒸汽技术规范或微波消毒技术规范或化学消毒技术规范进行处理后,可按生活垃圾运输,并可进入生活垃圾填埋场填埋或进入生活垃圾焚烧厂焚烧。根据《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB 16889-2008)[18]、《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2014)[19],感染性医疗废物按照高温蒸汽、微波消毒、化学消毒等集中处理工程技术规范要求消毒处理后可直接进入生活垃圾焚烧炉及填埋场进行处置。随着近年来生活垃圾焚烧处置能力的不断提升,利用生活垃圾焚烧炉处置经消毒处理医疗废物的技术路线得到逐步推广。相关研究和实践表明,生活垃圾中掺烧质量分数低于5%的医疗废物不会对焚烧炉运行状况造成明显影响[20-21]。
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1)引导医疗废物处置设施合理布局。相较3项规范制定之时,固体废物处置产业整体格局变化较大,医疗废物处置设施布局也随之改变。一是危险废物焚烧设施、生活垃圾焚烧设施的建设近年来得到大力推进,危险废物焚烧设施协同处置医疗废物、医疗废物消毒处理设施与生活垃圾焚烧设施合并建设等技术路线在此基础上实现了推广应用,医疗废物处置已不再基本依赖独立存在的医疗废物处置设施。二是原有一个地级市配置一个医疗废物集中处置设施的独家特许经营模式显示出技术提升疲软、应急能力薄弱等诸多弊端,武汉、邯郸、温州等城市已建成投运多个处置设施。三是新冠肺炎疫情之后,医疗废物集中处置设施的功能定位进一步清晰,除常态下的医疗废物处置外,还应担负部分突发疫情状况下医疗废物的应急处置工作[20]。因此,设施布局和规模确定需要统筹考虑相关情况,原有技术规范“处理规模适宜在10 t∙d−1以下”“处理厂原则上仅宜配备单台处理设备”等建设规模方面的要求已不能与实际发展需求相匹配,亟需进行调整。实际上,单台医疗废物消毒设备的规模因其采用的技术有所限制,但通过设备并联的方式可实现各种规模的处理能力。近年来我国已建成投产了一批规模大于10 t∙d−1的医疗废物集中消毒处理设施(表1)。
2)推动消毒处理新技术新工艺应用。3项技术规范制定之时,我国医疗废物集中消毒处理的工程实践经验不足,工艺类型、运行参数、二次污染防治措施等主要依据国外相关法规及设施运行经验确定。在实施过程中,原版技术规范逐渐暴露出工艺分类不合理,工艺选择导向不准确等问题。此外,近年来出现了一批医疗废物消毒处理的新技术、新工艺,如高温干热处理技术、摩擦热处理技术、微波与高温蒸汽组合消毒工艺、环氧乙烷消毒工艺、高温蒸汽破碎消毒处理一体式设备、旋转高温蒸汽处理设备等,而原有技术规范中没有与这些新技术、新工艺匹配的技术要求,也未能明确新技术、新工艺投入应用的前提条件,这使得新技术、新工艺在应用过程中由于缺乏相关依据遭遇不小阻力,这种境况直至2014年后环境技术验证评价工作开展方得以改善[22]。新技术、新工艺的推广应用是促进行业创新发展的必要条件,2021年5月国务院办公厅印发的《强化危险废物监管和利用处置能力改革实施方案》[23]明确鼓励推广应用医疗废物集中处置新技术、新设备。
3)促进消毒集中处理设施规范运行。相较3项技术规范制定之时,当前环境保护形势发生了极大变化,对于包括医疗废物处置单位在内的危险废物处置单位的环境管理不断强化、逐步规范,医疗废物集中消毒处理设施的设计、建设、运行等也应匹配当前相关要求。后续发布的上位标准《医疗废物处理处置污染控制标准》(GB 39707-2020)[1]进一步明确了医疗废物消毒处理设施产生的废气、废水及固体废物污染防治要求,如提出了消毒处理设施废气中非甲烷总烃和颗粒物的排放限值,技术规范中则应明确集中处理设施应采取的相关技术措施以实现污染物的达标排放。原有技术规范的部分技术要求较为模糊或缺乏可操作性,如未对厂区废气、废水的收集、处理方式给予较为明确的技术指导,又如要求破碎单元“物料破碎后粒径不应大于5 cm”,而实际中,软质物料破碎后是否达到粒径要求很难衡量。
4)衔接医疗废物相关法规标准要求。3项技术规范制定之时,我国医疗废物制度体系尚未建立,医疗废物消毒处理缺乏有针对性的污染排放标准,技术规范的功能定位并不明确,“严禁医疗废物回收利用”“集中处理单位必须按照《危险废物经营许可证管理办法》[24]获得许可证后方可运行”,以及对处理工程产生的固体废物性质判定等表述超越了技术规范的涵盖范畴,随着医疗废物、危险废物相关法规标准的逐渐完善,技术规范也应回归其本职功能。同时,原有3个技术规范的相关要求也存在不一致之处。例如,在技术适用性方面,高温蒸汽技术规范规定高温蒸汽技术的适用对象不包括病理性废物,而微波消毒技术规范和化学消毒技术规范规定微波消毒、化学消毒技术的适用对象包括部分不可辨识的病理性废物,从技术角度而言消毒处理技术适宜处理的医疗废物种类相同;在消毒处理效果检测方面,高温蒸汽技术规范要求处理设施具备检测能力,并开展频率不少于1周1次的自行检测和不少于半年1次的委托检测,而微波消毒技术规范和化学消毒技术规范并未对处理设施的自行检测能力提出要求,仅规定检测频率不少于每年2次。
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1)调整消毒集中处理工程的规模要求。基于对医疗废物处置行业发展趋势的研判,修订后的技术规范不再设置消毒集中处理工程的规模限制,而提出了确定建设规模需统筹考虑的4个因素:一是服务区域内医疗废物产生量、成分特点、变化趋势、医疗废物收运体系等;二是消毒处理技术的适用性,即可进行消毒处理的医疗废物的比例;三是规模设计应根据当地实际情况预留足够的裕量,并考虑检修状况下的备用能力;四是所在城市或区域内其它医疗废物处置设施、危险废物焚烧设施等在规模、技术适用性方面的优势互补和资源共享。同时,为了便于统筹评估、调度区域内的医疗废物集中处理能力,修订后的技术规范统一了处理规模的测算方法,单台消毒处理设备的规模应根据消毒舱容积及单批次处理时间确定,医疗废物容重按0.1~0.12 t∙m−3计,日运行时间按16 h计。
2)完善消毒集中处理工艺的技术要求。修订后的技术规范根据高温蒸汽、微波消毒、化学消毒处理技术近年来的技术应用情况调整了高温蒸汽工艺类型(表2),增加了微波与高温蒸汽组合消毒工艺、环氧乙烷消毒工艺的技术要求,并结合处理工程实际运行情况进一步明确了相应工艺的技术参数[8-10]。高温干热消毒处理技术的工艺参数在《医疗废物处理处置污染控制标准》(GB 39707-2020)[1]中提出了明确了要求。由于生物检测方法无法在短时间内得到消毒处理效果的结果,故消毒处理过程的工艺参数控制成为确保消毒处理效果的重要手段。同时,基于医疗废物领域环境技术验证评价工作取得的成效和经验[22,25],修订后的技术规范明确新技术、新工艺在应用之前,应由第三方专业机构对技术、工艺、材料、装备、消毒处理效果及污染物排放等进行评估并出具详细评估报告,以确保其具备推广应用的基础。
3)强化处理工程污染控制的技术要求。为强化医疗废物消毒集中处理工程污染控制的技术要求,修订后的技术规范单独设置了废气、废水、固废、噪声污染控制章节,分别提出了具体的污染控制技术要求。在减少无组织废气排放方面,技术规范要求在集中处理设备的进料口、出料口以及破碎设备等处设置集气装置,将产生废气处理后排放;在加强废水污染控制方面,技术规范要求在集中处理工程生产区域进行地面硬化并设置废水导流系统,所收集的生产废水及初期雨水排入厂区污水处理设施;在降低固体废物环境风险方面,技术规范要求废弃净化装置失效的填料及废水处理设施产生的污泥经消毒处理后再进行后续处置。与此同时,技术规范的工艺设计部分也充分考虑了降低污染物排放及环境风险的措施,如高温蒸汽技术规范要求蒸汽消毒后对物料进行冷却处理,当破碎单元位于蒸汽消毒处理单元之前时采用一体化全封闭设备。
基于行业发展状况和风险防控需求,修订后的技术规范对集中处理工程污染物排放和消毒处理效果提出了具有可操作性的检测技术要求。对于废气、废水污染物排放,修订后的技术规范明确要求集中处理工程应配备相应的场所、设备、用品,具备自行检测能力。对于消毒处理效果,修订后的技术规范并未强制要求集中处理工程具备自行检测能力,但要求运营单位至少每季度须委托具有相应能力或资质的单位开展1次检测;同时,为引导集中处理工程有效开展消毒处理效果检测,3项修订后的技术规范分别以资料性附录形式提供了消毒处理效果检测方法指导。此外,3项技术规范分别根据自身技术特点提出了相应检测要求,如高温蒸汽技术规范明确了蒸汽穿透性能检测的技术要求,微波消毒技术规范要求配置微波泄漏自动检测及报警装置。
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1)修订后的3项技术规范延续了原有定位,适用于医疗废物消毒集中处理工程。新建医疗废物消毒集中处理设施应严格按照相关技术要求进行设计、施工,已有设施应尽快开展升级改造;依托生活垃圾焚烧设施建设的医疗废物消毒集中处理设施也应符合技术规范的要求;对于小型和移动式医疗废物处理设施的设计、施工、验收和运行维护的技术要求,如无针对性指导文件,也可参照相应的集中处理技术规范执行。
2)修订后的3项技术规范对医疗废物高温蒸汽、微波消毒、化学消毒处理设施的建设、运行提出了更明确、更合理的技术要求,涉及固体废物性质判别等环境管理相关内容时应依据相关法规标准。对于采用高温干热、摩擦热等新型消毒处理技术的集中处理设施,接收贮存、清洗消毒等共性环节应依照修订后的技术规范中的相应要求执行。新技术、新工艺的消毒处理效果应不低于3项技术规范的要求,即对应生物指示物的杀灭对数值不小于4[8-10],废水、废气、固废、噪声等污染控制应执行《医疗废物处理处置污染控制标准》(GB 39707-2020)[1]的要求。
3)原有3项技术规范为指导性标准,被相关国家强制性法规、标准引用后,其相应部分的执行效力有所提升,此次修订并重新发布后,3项技术规范本身已具有强制性,医疗废物消毒集中处理工程应严格遵照相关技术要求执行。
医疗废物消毒集中处理工程技术规范修订思路及实施建议
Revision ideas and implementation suggestions on technical specifications for disinfection centralized treatment engineering of medical waste
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摘要: 高温蒸汽、微波消毒、化学消毒3项医疗废物消毒集中处理工程技术规范发布实施以来,对引导和规范我国医疗废物消毒集中处理工程建设和运行发挥了有益作用。然而,随着行业发展和技术升级,尤其是新型冠状病毒肺炎疫情发生之后,医疗废物处置行业面临新的挑战和机遇,医疗废物消毒集中处理工程的建设和运行也亟需与之匹配。在此背景下,修订后的高温蒸汽、微波消毒、化学消毒3项医疗废物消毒集中处理工程技术规范于2021年4月发布实施。基于对技术规范实施情况和行业发展现状的梳理,分析了上述3项技术规范修订的必要性,阐释了3项技术规范在建设规模、消毒处理工艺要求、污染控制技术要求、消毒效果检测频率等方面的修订思路,并且针对3项技术规范的实施提出了明确适用情景、明确技术定位、明确法律效力的建议。本研究可为新时期医疗废物消毒集中处理工程的建设和运行提供参考。Abstract: Three technical specifications for centralized treatment engineering of medical waste, which were issued in 2006, have played significant roles in guiding and standardizing the construction and operation of centralized treatment engineering of medical waste in over ten years period. However, with development of industry and upgrading of technologies, especially after the coronavirus disease 2019 (COVID-19) epidemic, the medical waste disposal industry faces new opportunities and challenges, and the construction and operation of the centralized treatment engineering of medical waste needs some adjustments. Under such circumstances, revised three technical specifications were issued and implemented in April 2021. Based on the review of the implementation situations of the technical specifications and the development status of the industry, this study analyzed the necessity of the revision of the technical specifications, and explained the revision ideas of the three technical specifications in terms of construction scale, disinfection treatment technical requirements, pollution control technical requirements and disinfection effect detection frequency. Moreover, to promote the implementation of the revised specifications, suggestions were put forward on clarifying the application scenarios, the technical positioning and the legal effect of the specifications. This study can provide a reference for the construction and operation of medical waste disinfection centralized treatment project in the new era.
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目前,我国已连续11年成为机动车产销第一大国,随之也带来了一定的大气污染问题。据统计,2020年全国汽车保有量2.81×108 辆,占总机动车保有量(3.72×108 辆)的76%,对污染物排放总量的贡献率超过90%[1],对城市大气中PM2.5和O3等二次污染的贡献也十分突出[2,3],而且汽车还是CO2、CH4等温室气体排放的主要来源[4]。为此,我国环保部门相继出台了一系列排放标准以控制汽车尾气排放。
汽车尾气排放与汽车劣化密切相关,汽车劣化近年越来越引起人们的关注,劣化不仅反映汽车在使用过程中排放增加的速率也反映着车辆排放水平的下降[5]。目前,国内外诸多学者对汽车排放劣化系数的影响因素进行了不同程度的分析研究。行驶里程的增加是排放劣化的最主要原因[6]。很多研究发现,汽车的行驶里程和使用年限呈线性关系,且污染物排放因子随着使用年限和行驶里程的增加呈现不断增加的趋势[7-9]。ZHAN等[10]研究发现,汽车排放劣化与车龄之间是否存在明显的线性关系,取决于汽车的排放标准和污染物种类。陈永钊等[11]对ASM5025工况下不同车型汽油车随行驶里程劣化的规律进行了总结,结果表明,排放浓度随行驶里程的增加呈现出先缓慢增长,随后线性快速增长,最后震荡缓慢增长趋势,且轻型客货车的排放劣化速度高于轿车。CHIANG等[12]应用FTP-75测试程序研究了新车、在用车和高排放汽油车的污染物排放规律,发现:排放随着冷启动、热启动、稳定模式的顺序降低,高排放车辆的污染物排放因子比新车和在用车高。BORKEN-KLEEFELD和CHEN[13]通过对瑞士苏黎世13年间收集到的排放遥感记录分析发现,欧3和欧4标准的汽油车的劣化速度要高于欧1和欧2标准的汽油车。温溢等[14]和HE等[15]分别对不同地区高里程出租车更换新的催化转化器前后的污染物排放特性进行了测试,结果显示,更换催化转化器后污染物的排放由超标数倍降低到国家标准限值以内,排放量分别减少了95%和70%以上,这说明催化器的老化是出租车排放增加的原因。马杰等[16]通过耐久性道路实验发现我国实测劣化系数与欧洲标准推荐劣化系数之间存在较大差异,其主要原因是我国使用的油品质量较低。ZHANG等[17]和范菊旺[18]的研究表明,轻型机动车的检查/维护制度可减缓机动车污染物排放劣化。
目前,国外的研究主要基于长年累积的道路尾气排放遥感测试数据来评估尾气排放的劣化情况,但是遥感测试是对某一固定位置尾气排放的监测,仅能反映机动车在不同行驶里程下排放的平均水平[19-20]。国内的研究则主要采用底盘测功机对机动车进行双怠速法、稳态加载模拟工况(ASM)、简易瞬态工况(VMAS)等简单实验,缺乏GB18352.5-2013[21]规定的I型实验下的测试数据。因此,为了更加准确地了解机动车的排放特征,本研究以轻型汽油车为研究对象,利用底盘测功机对汽油车进行I型实验,收集相关测试数据以分析国五轻型汽油车气态污染物NOx、THC和CO的排放随行驶里程的劣化规律,并应用线性拟合方法计算出各种污染物的劣化系数。这对于准确估计机动车的尾气排放,制订相关减排措施具有重要意义。
1. 实验设备与方法
1.1 测试车辆
为全面反映轻型汽油车的排放劣化特征,根据汽车品牌和汽车档次,以及我国汽油车保有量和品牌市场份额占比,从市场选取12辆不同车型且满足国五排放标准的典型在用轻型汽油车作为测试车辆,包括进气道喷射(PFI)和缸内直接喷射(GDI)2种不同技术以及自然吸气和增压中冷2种不同进气方式,涉及国内不同厂家生产的欧系、日系、美系等汽车品牌。为保障数据的准确性和可靠性,测试车辆均性能稳定、运行良好。测试车辆所涉及的详细信息如表1所示。
表 1 测试车辆基本信息Table 1. Basic information for testing vehicles编号 生产日期 喷油方式 进气方式 排量/L 1 2015-03 多点电喷 自然吸气 1.0 2 2012-11 多点电喷 增压中冷 1.4 3 2013-08 多点电喷 自然吸气 1.5 4 2015-08 多点电喷 自然吸气 1.5 5 2012-08 缸内直喷 增压中冷 2.0 6 2014-08 多点电喷 自然吸气 2.0 7 2013-08 多点电喷 自然吸气 2.0 8 2013-03 缸内直喷 增压中冷 2.0 9 2015-08 缸内直喷 自然吸气 2.4 10 2013-05 多点电喷 自然吸气 2.4 11 2013-08 多点电喷 自然吸气 2.5 12 2014-06 多点电喷 自然吸气 3.5 1.2 实验设备
实验应用整车台架测试系统,12辆汽油车排放耐久性测试均在底盘测功机上进行。主要设备包括:耐久道路实验记录仪、底盘测功机、CVS-7400定容稀释取样系统和AMA4000排气分析系统、S7520/30高低温环境仓、气态污染物采集测试系统。
1.3 实验方法
本研究采用底盘测功机测试法,按照《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》(GB18352.5-2013)[21]规定的常温冷启动排放测试(Ⅰ型实验)对12辆在用车的尾气污染物进行测定,车辆实验前需进行3 000 km左右的磨合工况。测试时将汽油车驱动轮放置在底盘测功机上,启动车辆完成1个标准工况的全循环过程,测得车辆的NOx、THC和CO的排放因子。每辆车在每行驶(10 000±400) km时进行1次数据收集,共行驶10×104 km左右。汽油车尾气直接进入全流式排气稀释系统(CVS)通道,与经过高效过滤系统(HEPA)净化的背景稀释气充分混合,利用排气分析仪对尾气中NOx、THC和CO进行采样。分别采用非扩散紫外线谐振吸收(NDUVR)型、氢火焰离子化(FID)型、不分光红外线吸收型(NDIR)型分析仪进行分析。测试前需对底盘测功机和测试车辆等进行检查并预热。测试过程中,保证实验室内温度在20~30 ℃,注意监测机动车的油温水温以及排气流量。每台车检测结束后使用清洁空气对采样系统进行清洗[21]。12辆汽油车共测得125组行驶里程数据,删除部分参数丢失的数据,经过数据筛选,保留得到119组有效数据。
1.4 劣化系数
劣化系数可以反映轻型汽油车随行驶里程的劣化情况[22]。国家标准规定,应对国五车辆实施160 000 km的耐久性实验(Ⅴ型实验)[21]。耐久性实验所要求的行驶里程对应的排放量如式(1)所示。
Mi=aXi+b (1) 式中:Mi表示污染物行驶里程对应的污染物排放量,g·km−1;Xi表示行驶里程,km;a和b分别是拟合线性方程的斜率和截距。劣化系数DF(deterioration factors)[21]的计算如式(2)所示。
DF=Mi2/Mi1 (2) 式中:DF表示劣化系数,Mi1和Mi2分别表示行驶里程为6 400和16×104 km时污染物i的排放量,g·km−1。
2. 结果与讨论
2.1 100 000 km排放因子
对12辆国五排放水平轻型汽油车排放数据进行统计,按照排量大小进行编号,行驶10×104 km时NOx、THC和CO的排放结果和污染物排放限值如图1所示。以排量2.0 L为界,编号1~3的汽油车排量小于2.0 L,编号5~8的汽油车排量为2.0 L,编号9~12的汽油车排量大于2.0 L。对不同排量范围的汽油车排放因子进行分析发现,NOx的排放因子表现出随排量增加而降低的趋势,3个排量范围的排放因子分别为0.041、0.017、0.016 g·km−1,其中,排量小于2.0 L的汽油车NOx排放因子远高于大排量汽油车。THC的排放因子随排量变化的趋势和NOx相同,排放因子分别为0.052、0.042、0.037 g·km−1。3个CO排量范围的排放因子分别为0.385、0.489、0.332 g·km−1,排量2.0 L的汽油车排放因子最高。从整体上看,排量大于2.0 L的大排量汽油车3种污染物的排放因子均是最小的,这与徐俊芳等[23]的研究结果类似。经分析可知,污染物排放量很大程度上受排放控制技术的影响,随着排量的增加,在追求动力性及燃油经济性的同时,车辆采用了更高效的排放控制技术,污染物排放量就越低。排量为2.0 L的5~8号汽油车NOx和THC的排放因子车辆差异性较大,其中6号车辆(YQZ7204AE5)THC和CO的排放因子均低于同排量的其他车辆,这可能是由于它的出厂年份最新,采用的三元催化器和排放控制系统在高里程时仍旧保持较好效果。
根据国五阶段轻型汽油车Ⅰ型实验排放限值(第一类车),NOx、THC和CO排放限值分别是0.06、0.1、1.0 g·km−1。将排放因子与排放限值进行对比可知,12辆样车的排放因子均远低于国Ⅴ阶段排放要求。计算12辆车行驶10×104 km的NOx、THC和CO的平均排放因子,分别为0.025、0.044、0.402 g·km−1,为国五排放限值的41.6%、44.0%、40.2%,这说明,下一阶段排放限值的制定仍具有进一步加严的空间。
2.2 污染物排放随行驶里程的变化
本研究以l×104 km为单位,将12辆汽油车测得的119组数据根据进气方式分为增压中冷和自然吸气2类,然后按行驶里程分组对组内污染物排放量求平均,得到了如图2所示的不同进气方式下NOx、THC和CO的排放因子随行驶里程的变化规律。3种污染物的排放因子在2种不同的进气方式下,均随行驶里程的增加而增加,对测试数据进行线性拟合,R2均在0.48~0.7。这表明,在汽油车可能因型号不同而导致排放控制技术等参数不同的情况下,污染物排放量和行驶里程具有线性关系。
具体区分2种不同的进气方式,自然吸气技术是利用大气压将空气压入燃烧室,而增压中冷技术是利用废气能量驱动涡轮带动压气机工作,提升进气压力和充气量,大幅提升汽油机的动力性,同时通过中段冷却器冷却的技术手段来抑制爆震现象的发生[24]。增压中冷技术下,污染物的排放因子有较为明显的波动,线性拟合较差,R2在0.5左右;自然吸气方式下,6×104 km前3种污染物的排放劣化速度较慢且较为稳定,可能与发动机等老化程度较低有关;6×104 km后排放因子出现较为明显的波动式上升趋势,尤其是NOx。经分析发现,这是由于随着行驶里程的增加,三元催化器和发动机逐渐老化磨损导致排放增加[25]。对比2种进气方式下污染物排放劣化情况,增压中冷技术下的NOx和CO排放因子整体高于自然吸气技术下的NOx和CO排放因子。这主要是因为,涡轮增压发动机消耗了更多的燃料(导致更多的CO)和缸内温度升高(导致了更多的NOx)[26]。而2种不同进气方式下的THC排放因子在3×104 km前较为接近,而在8×104 km后增压中冷技术下的排放因子较高。此外,增压中冷技术下3种污染物的劣化速度均高于自然吸气技术下的劣化速度。3种污染物中,污染物CO的排放劣化速度最大,THC和NOx的排放劣化速度较为接近,增压中冷技术下NOx排放劣化速度最小,自然吸气技术下THC的排放劣化速度最小。然而随着行驶里程的增加,涡轮增压器长时间处于高温高压的情况下,老化速度很快,寿命较短[27]。因此,带来了较高的污染物排放劣化速度,高里程时也更容易产生较高的排放。
2.3 污染物排放劣化系数分析
根据1.4的计算方法求得12辆测试车辆不同污染物的劣化系数,如图3所示。12辆车不同车型劣化系数差别较大,这可能与车辆本身特性和排放控制系统的运行情况有关。由轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)可知NOx、THC和CO推荐的劣化系数值分别为1.6、1.3和1.5[21]。污染物NOx、THC和CO的劣化系数超标情况较为严重,小于标准推荐值的样本车辆所占比例较小,分别占总样本的25%、25%和33%。其中,NOx超出标准推荐值50%以内的车辆占比为50%,超标最多的车辆大约超标2.6倍。而THC和CO超出标准推荐值50%以内的车辆占比均为33%,超标最多的车辆分别超标4.4倍和5.9倍。通过计算得到NOx、THC和CO污染物劣化系数的平均值分别为2.0、2.1和2.6,分别超出标准推荐值25%、61%和73%。这是因为,污染物CO和THC对三元催化器和发动机老化的敏感性相较于NOx更强烈,使得劣化较大,需要对汽油车CO和THC的排放劣化加强重视。
2.4 讨论
车辆的使用程度对其污染物排放的劣化程度具有重要的影响[28]。本研究基于国五车型在10×104 km时Ⅰ型实验排放量远低于ZHANG等[9]所研究的欧4车型8×104 km内平均排放量。这表明,排放标准的提高可有效控制车辆污染物排放。马杰等[17]基于国Ⅲ车辆进行8×104 km耐久性实验,计算得出各个车型NOx、THC和CO的劣化系数分别为1.95、1.59和1.78,比本研究利用线性拟合插值160 000 km计算的劣化系数略小。这进一步说明污染物排放劣化随着行驶里程的增加而增加。CORVALAN等[29]根据从底盘测功机采集的测试数据计算了轻型汽油车的劣化系数,NOx、THC和CO的劣化系数分别为3.04、3.23和1.72,CO的劣化系数比本研究略小,THC和NOx的劣化系数分别是本研究的1.24倍和1.52倍。可见,排放标准的加严和尾气后处理技术的提高可以有效的降低汽油车尾气排放的劣化程度。
3. 结论
1)使用底盘测功机对12辆国五排放水平的汽油车进行了整车实验,研究了汽车劣化对气态常规污染物(NOx、THC和CO)排放的影响,实验车辆排放因子平均值为0.025、0.044、0.402 g·km−1。
2)车辆污染物排放因子和行驶里程之间存在显著的线性关系,NOx、THC和CO等污染物的增长趋势随着里程的增加而显著增加。不同进气方式也会影响污染物的排放,增压中冷技术下污染物排放因子值具有较大离散性,且污染物劣化速度大于自然吸气技术下的车辆。
3) NOx、THC和CO污染物劣化系数的平均值分别为2.0、2.1和2.6,劣化系数的快速增大与三元催化器和发动机老化有关。因此,对高里程车辆需要加强检查和维护,延缓车辆劣化趋势。
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表 1 部分规模大于10 t∙d−1的医疗废物消毒处理机构
Table 1. A part of medical waste disinfection treatment facilities with capacity over 10 t∙d−1
处理机构 消毒处理技术 处理规模/(t∙d-1) 武汉千子山处置中心 高温蒸汽消毒 60 长沙处置中心 高温蒸汽消毒 40 沈阳处置中心 微波消毒 30 许昌处置中心 微波消毒 15 杭州处置中心 化学消毒 110 黑龙江处置中心 高温干热消毒 20 表 2 医疗废物消毒集中处理技术规范修订前后工艺类型对照
Table 2. Comparison of process types before and after revision of technical specifications for disinfection centralized treatment engineering
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