一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置、方法和系统

技术领域

本发明属于垃圾处理领域，具体涉及一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置、方法和系统。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

医疗垃圾是指接触过病人血液、肉体等，而由医院生产出的污染性垃圾。如使用过的棉球、纱布、胶布、废水、一次性医疗器具、术后的废弃品、过期的药品等等。据国家卫生部门的医疗检测报告表明，由于医疗垃圾具有空间污染，急性传染和潜伏性污染等特征，其病毒，如新型冠状病毒(COVID-19)、病菌的危害性是普通生活垃圾的几十、几百甚至上千倍。如果处理不当，将造成对环境的严重污染，也可能成为疫病流行的源头。

为尽可能减少携带病毒的医疗和生活垃圾在转移、运输等环节造成的二次污染和传染扩散，最有效的处理方式应是对其进行就地、快速处理。但实际运行中，由于医院、社区护理站点、民营诊所等医疗点数量剧增，垃圾产生量大，存放医疗废弃物的场地有限等，医疗机构普遍存在医废保管和处置难题，特别是医疗废物收集、储存、转运等环节二次污染及病毒传播风险大，因此，更需要就地、快速处理的医疗废弃物无害化处置技术。

传统的病毒灭活方式，有紫外消毒法、蒸汽消毒法、药物消毒法、臭氧消毒法等，但尚无法很好地解决医疗废弃物就地、快速处理的问题。有研究人员提出采用微波消毒，但发明人发现：现有的微波消毒技术，缺少主动调湿环节，而医疗废物具有含湿率分布不均、成分复杂、种类多样、病毒介电常数较低等特点，在微波场中容易形成“冷点”导致加热不均匀，导致微波灭毒效果差、时间长、能耗高。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置、方法和系统。针对样品量少，无包装袋，不密封的样品，如口罩、纱布等散料，进行就地、实时处理，实现病毒在医疗场所内的加热灭杀阻断效果，适合在医疗机构医疗处置现场作为医疗垃圾桶使用。

将医疗废物经喷淋预处理，水分渗透到物料内部，在微波辐射作用下，作为强吸波介质的水分，在微波诱导下产生瞬时高温实现医疗废物整体、快速升温，在热效应、场效应、调湿效应等多效应耦合作用下，可快速高效完成医疗垃圾的病毒灭活处置，经试验研究，病毒灭活率可达99.5％以上。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置、微波腔体、微波发生器；所述箱体内设置微波腔体，所述微波腔体侧面设置有微波发生器，所述微波腔体顶部设置有上腔门，所述微波腔体上部设置有喷淋装置，所述微波腔体底部设置有下腔门；所述箱体上部设置有进料口，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶收集物料。内部有保温层。

本申请中病毒是在微波激发的热效应、场效应、调湿效应等多效应耦合作用下灭活的。耦合效应是加入喷淋水后，配合微波作用下产生的，是单独的微波作用下所不具备的，而且本申请不需要单独的外部蒸汽供应，含湿物料在加热过程中通过精准温度调控不产生水蒸气，只需在物体周围喷淋少量水就可以将病毒灭活，节能降耗，实用性强。

基于上述理念提出了移动式、原位型、高效型的医疗生活垃圾快速无害化处理垃圾桶，可将含病毒废物即时、快速、安全处理。该垃圾桶可投入疫情区、生化实验室使用，缓解负载病毒垃圾处理压力，降低病毒传播风险，具有重要实用价值和现实意义。

本发明的第二个方面，提供了一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活方法，包括：

在密闭环境中，采用液体将待处理的废物浸润，采用微波加热，使水升温但不汽化，使病毒灭活，即得。

在微波消毒研究中发现，微波可通过热效应、场效应多效应耦合作用，通过破坏病毒包膜或改变病毒核酸结构，达到灭活病毒的效果。在对医疗垃圾进行传统微波病毒灭活处理研究中，发现病毒平均灭活率达到90％以上，病毒无法被全部灭活。基于微波诱导耦合增湿强化的理念，提出将医疗废物经增湿预处理，通过微波诱导局域位点产生新的热点实现医疗废物整体快速升温，在热效应、场效应、调湿效应等多效应耦合作用下，可快速高效完成医疗垃圾的病毒灭活处置，经试验研究，病毒灭活率达99.5％以上。同时，由于增湿过程水仅仅加热，不汽化，能耗较低。

本发明的第三个方面，提供了一种垃圾处理装置，包括：任一上述的微波病毒灭活装置。

本发明通过喷水调湿增加吸波能力，促进微波加热升温，但不汽化，目的是实现主动增湿升温；还可以在此基础上，通过在水中添加某些可溶性盐或碱类化合物(如NaCl、NaOH、Na

进一步，可配合紫外灭毒模块，提升灭杀效果，缩短灭杀时间。同时，紫外灭杀对温度无要求，可有效弥补微波内部加热导致物料表面温度相对较低，对物料表面病毒灭杀效果差的缺陷，起到互补的作用。

本发明的有益效果在于：

(1)干预阻断病毒传播的关键途径。由医疗生活垃圾造成的接触传播、气溶胶传播是病毒感染防控的难点，本发明为该传播途径的干预阻断提供了针对性的技术和工艺方案。

(2)微波加热过程快速、高效、方便。在微波热效应、场效应、调湿效应耦合作用下，基于快速性、选择性、整体性的医疗生活垃圾的现场处置优点，在常压下用时仅需2分钟左右病毒灭活率达99.5％以上，且操作方便，即需即用，随时处理，无需专业人员即可完成。

(3)可实现医疗废物原位就地处置。可根据垃圾种类和数量决定处理技术路线和装备规模大小，可模块化、分布式使用，无需对医疗垃圾进行干燥、破碎等预处理。可安装在病房、门诊、生活区、病原微生物实验室等医疗场所内，对产生的垃圾就地实时处理。

(4)本发明通过喷水调湿增加吸波能力，促进微波加热升温，但不汽化。目的是实现主动增湿升温；还可以在此基础上，通过在水中添加某些可溶性盐或碱类化合物(如NaCl、NaOH、Na

(5)本发明还可联合紫外灭毒模块，提升灭杀效果，缩短灭杀时间。同时，紫外灭杀对温度无要求，可有效弥补微波内部加热导致物料表面温度相对较低，对物料表面病毒灭杀效果差的缺陷，起到互补作用。

(6)本发明的结构简单、操作方便、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明中实施例2的装置结构图(喷淋装置设置于微波腔体内)。

图2为本发明中实施例3的装置结构图(喷淋装置设置于微波腔体外)。

图3为本发明中实施例4的装置结构图(紫外发射器与微波相配合)。

图4为本发明中实施例6的装置结构图(设置有送料螺旋)。

其中，1.PLC、2.进料口、3.上腔门、4.第一电动推杆、5.微波腔体、6.医疗垃圾桶、7.液体箱、8.喷淋装置、9.红外测温装置、10.微波发生器、11.第二电动推杆、12下腔门、13紫外发射器、14送料螺旋、15电机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置、微波腔体、微波发生器；所述箱体内设置微波腔体，所述微波腔体侧面设置有微波发生器，所述微波腔体顶部设置有上腔门，所述微波腔体上部设置有喷淋装置，所述微波腔体底部设置有下腔门；所述箱体上部设置有进料口，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶收集物料。内部有保温层。

微波加热过程中，生成的蒸汽，通过气体冷凝净化装置冷凝后再由气体净化装置过滤出来的气体。

在一些实施例中，所述装置中还设置有紫外线发生器，以与微波相互配合，提升灭杀效果，缩短灭杀时间。同时，紫外灭杀对温度无要求，可有效弥补微波内部加热导致物料表面温度相对较低，对物料表面病毒灭杀效果差的缺陷。

在一些实施例中，所述喷淋装置与液体箱相连，以从液体箱吸取液体对废弃物进行喷淋。

在一些实施例中，所述进料口与上腔门对应设置，以使废弃物从进料口进入后，能够顺利进入微波腔体进行病毒灭活。

在一些实施例中，所述微波腔体上设置有红外测温装置，以及时检测微波腔体内的温度，调整微波功率和时间。

在一些实施例中，在微波腔体内设置有送料螺旋，以通过螺旋的转动，使物料在腔体内翻转，使物料受热更均匀。待反应完成后，垃圾会在螺旋的作用下堆积在落料口上方，下腔门是个不锈钢板卡在槽里，通过电动推杆推拉开关。微波停止后，推杆带动不锈钢板伸出，下腔门开启。

在一些实施例中，所述送料螺旋为无轴螺旋。

本发明还提供了一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活方法，包括：

在密闭环境中，采用液体将待处理的废物浸润，采用微波加热，使水升温但不汽化，使病毒灭活，即得。

在一些实施例中，微波功率为300W-1000W，微波加热的时间为50～80s；以获得较好的病毒灭活效果。

在一些实施例中，所述可溶性盐类为双氧水，可成为新的热点，促进微波加热升温的同时，本身还具有一定的杀菌效果。

本发明中“不汽化”主要是通过精准控温实现的，控制温度在65℃，既保证温度，又能控制不蒸发，控制模式为：当温度到达65℃时，微波关闭，温度下降，当温度降低至60℃时，微波开启，以此控温在60℃-65℃之间。

本申请中，灭活过程是一个短时间的过程，过程持续仅为15～25s，因此不需要维持一定的真空度，只需要将腔体做简单的密封和保温即可。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

以一副口罩为例，进入喷淋室后，需要喷淋10ml液体，待完全浸润后，进入微波腔体内部，开启700W微波功率，螺旋转速10r/min，通过红外测温，物料初温25℃，在第15s时，物料温度升为65℃，微波自动停止，然后温度开始降低，当温度降为60℃，微波自动启动，维持温度区间35s，当第50s时停止微波，物料下落至垃圾桶内。

检测步骤如下：

1)利用微波诱导耦合增湿强化装置，对有包膜的病毒(麻疹病毒)进行灭活测试。

2)将病毒接种到Vero/slam细胞上，培养7天后离心(3000rpm，30min)，并收集上清液作为病毒储液。病毒(CCID50＝10-5.7/0.1ml)保存于-80℃，实验前于冰上融化，备用；

3)将口罩剪成10cmx10cm样片，高压灭菌，烘干备用；

4)以一副口罩为例，进入喷淋室后，需要喷淋10ml液体，待完全浸润后，进入微波腔体内部，开启700W微波功率，螺旋转速10r/min，通过红外测温，物料初温25℃，在第15s时，物料温度升为65℃，微波自动停止，然后温度开始降低，当温度降为60℃，微波自动启动，维持温度区间35s，当第50s时停止微波，物料下落至垃圾桶内。

5)将口罩样片迅速放入20ml维持液的离心管中，离心管放入冰中，涡旋混匀，3000g、4℃离心5min；

6)病毒滴度测定采用空斑形成试验：将病毒液接种于单层vero/slam细胞，病毒吸附3h后弃去液体，加入1.5％营养层琼脂糖，待凝固后37℃、5％CO

实施例2：

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置8、微波腔体5、微波发生器10；所述箱体内设置微波腔体5，所述微波腔体5侧面设置有微波发生器10，所述微波腔体5顶部设置有上腔门3，所述微波腔体5上部设置有喷淋装置8和红外测温装置9，所述微波腔体5底部设置有下腔门12；所述箱体上部设置有进料口2，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶6收集物料，内部有保温层。

病毒灭活流程：用完口罩、纸巾、手套、纱布、衣物等含有病菌的垃圾随手扔到垃圾桶入口处，经入口处顶部喷淋装置8，均匀喷洒去离子水在物料上，待物料浸润后，微波上腔门3自动开启，物料落入微波腔7内(腔体保温密封处理)，通过PLC 1控制微波功率、红外测温、等过程参数灭活病毒，使得耦合能作用于物料更加均匀，相应垃圾病毒灭活参数通过前期试验数据设定。待病毒灭活过程结束，下腔门12自动打开，物料落入垃圾袋中，病毒灭活结束。

设备的具体运行方式如下：物料从进料口2进入，进料口2设置有个红外感应装置，感应到物料进入，信号传导至第一电动推杆4(在微波腔体外侧固定)，第一电动推杆4伸出带动上腔门3打开，物料掉入微波腔体5内，3秒后第一电动推杆4缩回，带动上腔门3关闭，此时信号传递给喷淋装置8，根据提前的设定，喷淋量可以控制，待喷淋结束，待物料完全浸润，设定浸润时间为10s，之后，微波启动，红外测温装置9在物料正上方可以检测物料温度变化，经微波处理一段时间后，微波停止，第二电动推杆11带动下腔门12打开，物料掉至医疗垃圾桶6内，3s后，下腔门12关闭。处理结束。

实施例3：

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置8、微波腔体5、微波发生器10；所述箱体内设置微波腔体5，所述微波腔体5侧面设置有微波发生器10，所述微波腔体5顶部设置有上腔门3，所述微波腔体5上部设置有喷淋装置8和红外测温装置9，所述微波腔体5底部设置有下腔门12；所述箱体上部设置有进料口2，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶6收集物料，内部有保温层。

所述喷淋装置8设置在微波腔体5之外。

设备的具体运行方式如下：物料从进料口2进入，进料口2设置有个红外感应装置，感应到物料进入，信号传递给喷淋装置8，根据提前的设定，喷淋量可以控制，待喷淋结束，待物料完全浸润，设定浸润时间为10s，之后信号传导至第一电动推杆4(在微波腔体外侧固定)，第一电动推杆4伸出带动上腔门3打开，物料掉入微波腔体7内，3秒后第一电动推杆4缩回，带动上腔门3关闭，此时，微波启动，红外测温装置9在物料正上方可以检测物料温度变化，经微波处理一段时间后，微波停止，第二电动推杆11带动下腔门12打开，物料掉至医疗垃圾桶6内，3s后，下腔门12关闭。处理结束。

实施例4：

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置8、微波腔体5、微波发生器10；所述箱体内设置微波腔体5，所述微波腔体5侧面设置有微波发生器10，所述微波腔体5顶部设置有上腔门3，所述微波腔体5上部设置有喷淋装置8和红外测温装置9。，所述微波腔体5底部设置有下腔门12；所述箱体上部设置有进料口2，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶6收集物料，内部有保温层。

所述装置中还设置有紫外线发生器，以与微波相互配合，提升灭杀效果，缩短灭杀时间。同时，紫外灭杀对温度无要求，可有效弥补微波内部加热导致物料表面温度相对较低，对物料表面病毒灭杀效果差的缺陷。

实施例5：

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置8、微波腔体5、微波发生器10；所述箱体内设置微波腔体5，所述微波腔体5侧面设置有微波发生器10，所述微波腔体5顶部设置有上腔门3，所述微波腔体5上部设置有喷淋装置8，所述微波腔体5底部设置有下腔门12；所述箱体上部设置有进料口2，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶6收集物料，内部有保温层。

所述喷淋装置10与液体箱9相连。

实施例6：

一种基于微波诱导耦合增湿强化病毒灭活装置，包括：箱体、喷淋装置8、微波腔体5、微波发生器10；所述箱体内设置微波腔体5，所述微波腔体5侧面设置有微波发生器10，所述微波腔体5顶部设置有上腔门3，所述微波腔体5上部设置有喷淋装置8，所述微波腔体5底部设置有下腔门12；所述箱体上部设置有进料口2，下部设置有出料口。出料口接医疗垃圾桶6收集物料，内部有保温层。

在微波腔体5内设置有送料螺旋14，以通过螺旋的转动(由电机15驱动)，使物料在腔体内翻转，使物料受热更均匀。待反应完成后，垃圾会在螺旋的作用下堆积在落料口上方，下腔门12是个不锈钢板卡在槽里，通过第二电动推杆11推拉开关。微波停止后，第二电动推杆11带动不锈钢板伸出，下腔门12开启。

实施例7：

以一副口罩为例，进入喷淋室后，需要喷淋10ml液体，待完全浸润后，进入微波腔体内部，开启300W微波功率，螺旋转速10r/min，通过红外测温，物料初温25℃，在第25s时，物料温度升为65℃，微波自动停止，然后温度开始降低，当温度降为60℃，微波自动启动，维持温度区间25s，当第50s时停止微波，物料下落至垃圾桶内。病毒灭活率91.5％。

实施例8：

以一副口罩为例，进入喷淋室后，需要喷淋10ml液体，待完全浸润后，进入微波腔体内部，开启1000W微波功率，螺旋转速10r/min，通过红外测温，物料初温25℃，在第10s时，物料温度升为65℃，微波自动停止，然后温度开始降低，当温度降为60℃，微波自动启动，维持温度区间40s，当第50s时停止微波，物料下落至垃圾桶内。

病毒灭活率为99.9％。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，只进行了微波处理。由于腔体内部磁场不均，和吸波介质的快速消耗，少量病毒不能完全灭活，经检测后病毒灭活率为90％。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，只进行了蒸汽处理，将病毒载体放入至封闭容器中，蒸汽压力205.8kPa，温度达110℃并维持10分钟以上，病毒才能被完全灭活。与实施例1相比，极大增加了反应压力及处理时间。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。