医疗废物, 是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或间接感染性、毒性以及其他危害性的废物^[1].我国医疗废物分类按照文献[2]主要可分为感染性、损伤性、病理性、化学性和药物性医疗废物.由于医疗废物中存在传染性病菌、病毒、化学污染物等有害物质, 若处置不当, 易造成水体、大气、土壤等环境污染, 并对人类健康和生命安全构成威胁^{[3, 4]}.随着我国医疗技术的提高和医疗服务范围的不断扩大, 医疗废物产生量逐渐增加, 医疗废物的处置能力也不断提高.文献[5]显示2015年, 全国246个大、中城市医疗废物产生量为69.7万t, 相比2014年增加了7.5万t, 处置量为69.5万t, 大部分城市的医疗废物处置率都达到了100%.文献[6]显示2016年, 全国214个大、中城市医疗废物产生量为72.1万t, 处置量为72.0万t, 大部分城市的医疗废物处置率都达到了100%.

针对医疗废物的处置, 国内外采用的技术有所差异.在美国, 采用焚烧法处置的医疗废物占49%~60%, 采用高温蒸汽灭菌法处置的占20%~37%, 采用其他技术处置的医疗废物占4%~5%^{[7, 8]}; 在欧洲, 医疗废物无害化处理技术主要有联合焚烧、高温蒸汽灭菌、焚烧-高温蒸汽灭菌、机械-化学消毒和微波辐射等技术^[9]; 在我国, 医疗废物的处置技术主要可分为回转窑焚烧法、热解法、高温蒸汽灭菌法、化学消毒法、微波消毒法等5种^{[10, 11]}.本文针对目前我国应用的5种医疗废物处置技术进行了分析和比较, 并通过层次分析法对这5种方法进行了定量评估和筛选, 在此基础上, 对最优和次优备选方案排序权重进行了灵敏度分析, 得出导致排序结果变化的灵敏度权重及指标临界值.

1 医疗废物处置技术比较

针对医疗废物处置技术的应用, 环境保护部颁发了一系列技术规范和指南文件^{[4, 12~15]}.

1.1 回转窑焚烧法

回转窑焚烧法是一种高温热化学反应技术, 其焚烧系统由回转窑和二燃室组成.回转窑内采用富氧燃烧方式, 燃烧温度控制在850~1 000℃, 二燃室的温度维持在900~1 200℃^{[4, 12]}.回转窑焚烧法适用于所有类型的医疗废物, 对于日产生量10 t以上的地区宜优先采用回转窑焚烧法.回转窑焚烧法具有适用范围广, 处理量大, 运行稳定, 燃烧完全, 处置效果好, 技术成熟等优点; 但不足之处为投资和运行成本高, 在焚烧过程中产生二英、多环芳烃等有害物质, 易造成环境污染^{[16, 17]}.

1.2 热解法

热解法是一种热化学反应技术, 根据医疗废物进料方式的不同又可分为连续热解法和间歇热解法.采用热解法, 一燃室的温度在还原吸热阶段控制在35~350℃, 氧化放热阶段炉内温度不高于800℃, 二燃室的温度不低于850℃(对于化学性和药物性医疗废物, 二燃室的温度不低于1 100℃).热解法适用于所有类型的医疗废物, 但由于热解法运行维护要求较高、成本较高, 因此对于日产生量5~10 t且经济发达的地区宜采用热解法^[4].

热解法具有适用范围广, 处理彻底, 运行成本低于回转窑焚烧法, 排烟量低, 热利用率高, 对二英的生成起到了控制作用, 一定程度上抑制了二英的产生等优势; 缺点为不易实现稳定燃烧, 可能产生废气、废物, 有潜在的二次污染的可能^{[17, 18]}.

1.3 高温蒸汽灭菌法

高温蒸汽灭菌法即高温蒸煮法, 是利用水蒸汽释放出的潜热使病原微生物发生蛋白质变性和凝固, 对医疗废物进行消毒处理.该技术主要包括先蒸汽处理后破碎和蒸汽处理与破碎同时进行两种工艺形式^[4].高温蒸汽灭菌法适用于处理文献[19]中的感染性和损伤性废物, 不适用于处理病理性废物、药物性废物和化学性废物以及含汞和挥发性有机物高的医疗废物, 不适用于可重复使用的医疗器械的消毒或灭菌^[13].采用高温蒸汽法要求杀菌室内处理温度不低于134℃、压力不小于220 kPa, 处理时间不少于45 min.高温蒸汽灭菌法具有投资少、运行费用低、操作简单、易于检测、处置效果好、环境污染小等优点, 缺点为冷凝液和蒸汽锅炉废气需进一步处理^{[4, 17]}.

1.4 化学消毒法

化学消毒法是指利用化学消毒剂杀灭病原微生物的消毒方法, 常用的化学消毒剂主要有石灰粉、次氯酸钠、次氯酸钙和二氧化氯等.化学消毒法可分为干式化学消毒法和湿式化学消毒法两种方式, 其中干法处理宜采用破碎与消毒同时进行的方式, 而湿法处理适宜采用先破碎后消毒处理的方式.干法处理由于设备简单, 操作容易, 无废液产生、对环境污染小等优点, 运用相对较多.化学消毒法适用于处理文献[19]中的感染性废物、损伤性废物和病理性废物(人体器官和传染性的动物尸体等除外), 不适用于处理药物性废物和化学性废物^[14].

1.5 微波消毒法

微波消毒法是指通过微波振动水分子产生的热量实现对传染性病菌的灭活, 对医疗废物进行消毒处理.微波消毒法适用于处理文献[19]中的感染性废物、损伤性废物、病理性废物(人体器官和传染性的动物尸体等除外), 不适用于处理药物性废物、化学性废物^[15].微波消毒具有杀菌谱广、无残留物、除臭效果好、清洁卫生、操作简便等优点^[4], 不足之处为建设和运行成本较高, 不适合血液和危险化学物质的处理^[16].

综上可以看出, 回转窑焚烧法和热解法适用于所有类型医疗废物的处置, 目前主要应用于大规模医疗废物集中处置; 而高温蒸汽灭菌法、化学消毒法和微波消毒法由于技术适用性限制, 目前主要应用于中小规模的医疗废物集中处置.截至2014年10月底, 文献[20]确定的287个医疗废物集中处置设施中, 采用焚烧技术和非焚烧技术的设施数量分别为147座和140座, 分别占51%和49%, 表明焚烧处置技术是目前我国医疗废物处置应用最广泛的技术, 而且在其他技术尚未形成规模的条件下, 医疗废物焚烧处置方式在我国现阶段仍然是首要选择.在非焚烧处置设施中, 124座采用高温蒸汽灭菌法进行处置, 占文献[20]内医疗废物处置设施数量的40%以上, 表明高温蒸汽灭菌法已逐渐成为中小规模医疗废物集中处置设施的主流技术^{[21, 22]}.

2 医疗废物处置技术评价及筛选

针对医疗废物处置技术目前尚无公认的评价方法, 但针对危险废物处理处置技术评价, 目前国内外主要方法包括层次分析(analytic hierarchy process, AHP)法、专家评价法、生命周期评价(life cycle assessment, LCA)法和环境技术评价(environmental technology assessment, EnTA)法^[23].其中专家评价法由于受专家知识面的限制, 无统一评价标准, 人为因素影响大; LCA法数据获取困难, 数据的完整性和精确度难以保证, 成本高, 耗时长; EnTA法成本高, 操作复杂; 而AHP法将定性分析和定量分析有效结合, 保证了模型的系统性和合理性, 是一种简单实用的多准则决策方法^{[24, 25]}.因此本文采用层次分析(AHP)法进行医疗废物处置技术评价及筛选, 并在此基础上, 对最优和次优备选方案排序权重进行了灵敏度分析, 得出导致排序结果变化的灵敏度权重及指标临界值.

2.1 层次结构模型的建立

层次分析法结构模型主要分为目标层、准则层和方案层^{[26, 27]}.医疗废物处置技术层次结构模型的建立如图 1所示.在层次结构模型中, 目标层是医疗废物处置技术方案选择, 准则层包括社会因素、技术因素、经济因素、环境因素这4项, 子准则层包括公众接受程度、选址难度、管理要求、技术适用性、技术先进性、技术可靠性、投资成本、运行维护费、经济效益、废渣、废水、废气这12项, 方案层包括回转窑焚烧法、热解法、高温蒸汽灭菌法、化学消毒法、微波消毒法这5项.

2.2 构造判断矩阵

建立准确的判断矩阵是层次分析法解决问题的关键, 而群体规模的大小对交互过程有着直接的影响, 为了综合考虑决策的质量和意见的一致性, 本文采用5人群决策^{[28, 29]}.根据图 1构建的医疗废物处置技术层次结构模型由5位专家进行打分, 参考判断矩阵标度(如表 1)^[30~32], 根据专家意见和数据资料构造出5组(每组17个)判断矩阵.

2.3 判断矩阵的一致性检验

为了保证计算结果的科学性和可靠性, 需对判断矩阵进行一致性检验^{[30, 33]}, 即:

(1)

(2)

式中, λ_max为判断矩阵的最大特征根; n为判断矩阵阶数; RI为与n对应的平均随机一致性取值^[33](见表 2).当CR＜0.1时, 可认为判断矩阵有较满意的一致性, 否则要对原判断矩阵进行调整.本文构造的判断矩阵, 经一致性检验, CR均小于0.1, 因此各权重值都可以应用.

2.4 权重计算

对于专家的决策结果集结的方法有两大类, 一种是对判断矩阵的集结, 如加权几何平均群判断矩阵法、加权算数平均群判断矩阵法; 另一种为对排序向量的集结, 如加权几何平均群排序向量法、加权算数平均群排序向量法等^[29].由于第一种方法构造群判断矩阵在一致性和互反性上容易出现问题, 因此一般情况下采用第二种方法较为适宜^{[28, 29]}.本文采用加权集合平均群排序向量法对每位专家计算结果进行集结, 各位专家的评价结果均采用平均权重, 具体结果见表 3.

在AHP决策中, 假设方案的价值衡量在每个指标上均为越大越好, 且所有方案的同一指标值综合为1, 即加权综合评价值的最大方案为最优方案^[34].从表 3中可以看出, 采用层次分析法进行医疗废物处置技术评价的结果显示, 准则层中4个影响因素指标的权重依次为社会因素(0.370 2)、环境因素(0.257 3)、技术因素(0.211 0)、经济因素(0.161 5), 表明社会因素和环境因素是医疗废物处置技术筛选的关键因素, 也是技术方案在推广过程中最需要关注的因素; 同时, 对于备选方案的技术因素和经济因素也应在技术筛选和推广过程中加以考虑.子准则层中各指标对总目标的权重结果表明, 公众接受程度(0.166 9)排在第一位, 废气(0.141 8)和管理要求(0.105 6)也应重点考虑.

医疗废物处置技术的最终技术方案对总体目标的权重影响表明:高温蒸汽灭菌法所占权重最高(0.229 4), 其次为化学消毒法(0.221 8), 微波消毒法权重为0.206 6, 回转窑焚烧法权重为0.203 3, 热解法权重为0.138 8.说明高温蒸汽灭菌法用于医疗废物处置时在社会、环境、技术和经济这4个因素方面综合效益与其他4种方法相比最优, 化学消毒法次之.结合当前国内医疗废物处置情况, 回转窑焚烧法是目前应用最广泛的处置技术, 但由于其在焚烧过程中产生二英、多环芳烃等有害物质, 对环境污染严重, 非焚烧技术逐步被广泛应用, 其中高温蒸汽灭菌法是应用最多的非焚烧处置技术.因此综合考虑, 高温蒸汽灭菌法是医疗废物处置较为适宜的技术方案.

2.5 灵敏度分析

通过灵敏度分析, 能够确定某个要素权重发生变化时, 对各个备选技术方案权重产生了什么样的影响, 从而做出更高层次的决策.从以上备选方案的综合评价值可以看出, 高温蒸汽灭菌法为最优处置方案, 化学消毒法为次优方案.为验证算法的准确性, 以最优方案高温蒸汽灭菌法和次优方案化学消毒法进行灵敏度分析, 分别分析了某个要素权重从0到1变化时备选方案权重的变化情况, 结果如表 4所示.

从表 4中可以看出在准则层各因素从0~1发生变化时, 备选方案的权重均会发生变化且备选方案的排序也会出现不同, 根据软件计算得出备选方案排序发生变化的各因素变化点分别为社会因素(0.210 0)、环境因素(0.350 0)、技术因素(0.120 0)、经济因素(0.240 0).在子准则层各因素从0~1发生变化时, 只有在选址难度在0.740 0时, 备选方案(高温蒸汽灭菌法和化学消毒法)的权重排序发生变化, 说明子准则层各因素对备选方案权重排序影响较小.

3 结论

(1) 目前我国医疗废物的处置技术主要有回转窑焚烧法、热解法、高温蒸汽灭菌法、化学消毒法和微波消毒法.其中回转窑焚烧法和热解法是目前我国医疗废物处置应用最广泛的技术.

(2) 采用层次分析法对各种医疗废物处置技术进行评价, 表明高温蒸汽灭菌法用于医疗废物处置时在社会、环境、技术和经济4个因素方面综合效益与其他4种方法相比最优, 权重为0.229 4, 化学消毒法次之, 权重为0.221 8.

(3) 对最优方案高温蒸汽灭菌法和次优方案化学消毒法进行灵敏度分析表明, 导致备选方案排序发生变化的准则层各因素变化点分别为社会因素(0.2100)、环境因素(0.3500)、技术因素(0.1200)、经济因素(0.2400), 子准则层各因素对备选方案权重排序影响较小.