醫(yī)藥化工企業(yè)廢氣控制技術(shù)調(diào)查
摘要:本文針對醫(yī)藥化工企業(yè)常見的廢氣問題，調(diào)查了目前運(yùn)用最為廣泛的廢氣控制技術(shù)。文章分三個部分對發(fā)酵尾氣、溶劑廢氣和惡臭氣體三類廢氣的控制技術(shù)進(jìn)行了闡述。
按污染物的性質(zhì)歸納，大氣污染物可以分為酸性氣體和VOCs兩類，前一類為酸性氣體，后一類為VOCs。醫(yī)藥化工企業(yè)主要廢氣污染物為發(fā)酵尾氣、溶劑氣體和惡臭氣體，作者通過調(diào)查和查閱相關(guān)文獻(xiàn)對這三類廢氣的控制技術(shù)進(jìn)行了解。
1、發(fā)酵尾氣治理技術(shù)調(diào)查
隨著以基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)迅猛發(fā)展，生物發(fā)酵制品已成為2l 世紀(jì)投資最活躍、發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。因生物發(fā)酵藥品具有療效高，毒性低，副作用少等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于I臨床，甚至將會逐步取代一些化學(xué)合成藥物，為人類健康作出越來越大的作用。同時因生物醫(yī)藥發(fā)酵空氣用量大，一般為1:O.5～1.2(VVM)，大量未處理尾氣排人大氣，使部分發(fā)酵代謝產(chǎn)物隨尾氣帶出，甚至有特殊難聞氣味產(chǎn)生，即其藥品成分或中間體濃度在空氣中不斷升高，反過來對人體及環(huán)境產(chǎn)生危害。因此，必須對其發(fā)酵尾氣進(jìn)行治理。
發(fā)酵排氣成分復(fù)雜，國內(nèi)外的處理方法不多，而且沒有一個徹底、經(jīng)濟(jì)的合理方案。國外一般在發(fā)酵罐尾氣氣液分離裝置后再安裝膜過濾器，膜過濾器分離效率高，但受發(fā)酵排氣滅菌蒸汽等影響，膜過濾使用壽命短，維護(hù)費(fèi)用高；而且對尾氣而言，壓降阻力大，這將帶來一系列問題，首先空壓機(jī)出口壓力增高，電耗大大增加，而發(fā)酵罐壓增高，將對罐內(nèi)生產(chǎn)菌代謝過程帶來不可預(yù)計的影響。國內(nèi)一般企業(yè)還沒有充分認(rèn)識到排氣中的損失和危害，尾氣一般直接排空，生產(chǎn)方式比較粗放。有措施的也只是采用一般的低效率旋風(fēng)分離器和噴淋吸收塔。噴淋吸收裝置在一般化工生產(chǎn)中經(jīng)常采用，而在醫(yī)藥發(fā)酵排氣中應(yīng)用，有效率低、易產(chǎn)生吸收劑二次液沫夾帶損失和運(yùn)行費(fèi)用高等弊端。
 圖1 高效旋擊分離器結(jié)構(gòu)圖 |
目前國內(nèi)較為領(lǐng)先的制藥發(fā)酵尾氣治理方法采用了高效旋擊分離技術(shù)。國內(nèi)已有大型生物制藥公司使用這一治理技術(shù)，并取得了較好效果。以下具體介紹該技術(shù)的核心設(shè)備——高效旋擊分離器。設(shè)備結(jié)構(gòu)圖參見圖1。
原理簡介：氣體從分離器進(jìn)氣口進(jìn)入，和排氣管壁碰撞后往下流動，再和導(dǎo)流裝置進(jìn)行多次碰撞，使細(xì)微液霧(滴)和微粒撞擊凝聚成大液滴和大顆粒，在導(dǎo)流裝置作用下，氣流作向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在離心力作用下，液滴(微粒)被分離，而后在穩(wěn)流裝置作用下，被分離后的液滴(微粒)不再飛揚(yáng)帶出，由分離器下部排液管排出，而氣流經(jīng)中心管由排氣管排出。
特性：高效旋擊分離技術(shù)氣液分離效率高達(dá)98％～99．99％，比一般旋風(fēng)分離器高出20％以上，且在風(fēng)量波動情況下，分離效率穩(wěn)定，風(fēng)量適應(yīng)度好。加工精密，內(nèi)部無死角、不結(jié)垢、不染菌。
2、削減溶劑損耗技術(shù)調(diào)查
有機(jī)溶劑廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程，尤其是石油化工、醫(yī)藥化工、制藥等行業(yè)都是有機(jī)溶劑使用量很大的行業(yè)，據(jù)美國EPA報道，1995年，美國共排放VOC為2290 萬噸，中國在1996年共使用溶劑近260萬噸，其中涂料70萬噸，醫(yī)藥30萬噸，農(nóng)藥35萬噸，橡膠20萬噸，膠粘劑15萬噸，有機(jī)溶劑的排放量是相當(dāng)巨大。在化工生產(chǎn)過程中有機(jī)溶劑一般不參與反應(yīng)，使用過程中通過回收裝置回收反應(yīng)液中的溶劑從而實(shí)現(xiàn)套用，但由于大多數(shù)常用的有機(jī)溶劑在常溫下容易揮發(fā)，一方面造成資源的浪費(fèi)，另一方面大量損耗的溶劑以廢氣的形式排入大氣（統(tǒng)稱VOC），研究證明有機(jī)溶劑通過人的呼吸和皮膚的吸收，對人的造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、肝和腎等器官造成損壞，部分有機(jī)溶劑已經(jīng)被列入致癌物，VOC不但對人們的身體健康造成直接的傷害，對人們賴以生存的大氣也同樣造成破壞。西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)90年代就頒布法令，對生產(chǎn)過程中排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行嚴(yán)格控制。
控制溶劑廢氣最好的辦法就是提高溶劑的回收效率，從源頭減少溶劑的排放，化工行業(yè)提高溶劑回收效率、減少溶劑排放的方法很多，多數(shù)方法技術(shù)成熟可靠，目前常用的回收廢氣中有機(jī)溶劑的方法有：
冷凝法
冷凝法是最簡單的回收技術(shù)，是目前蒸餾回收溶劑的主要方法，基本原理是將廢氣冷卻，使其溫度低于有機(jī)物的露點(diǎn)溫度，使有機(jī)物冷凝成液滴，從廢氣中直接分離出來，并進(jìn)行回收。對于高沸點(diǎn)溶劑采用冷凝法（單冷或者雙冷、三冷）回收可以獲得很高的回收效率，而對于低沸點(diǎn)溶劑，在通常操作條件下，由于有機(jī)物蒸氣壓的限制，離開冷凝器的排放氣中仍含有一定濃度的VOC，一般不能滿足環(huán)境排放標(biāo)淮。要獲得高的回收率，系統(tǒng)需要很高的壓力或很低的溫度，設(shè)備、能耗費(fèi)用顯著地增加。
吸收法
吸收法是利用液體吸收劑與廢氣直接接觸而從廢氣中移出有機(jī)物。吸收分為物理吸收和化學(xué)吸收。溶劑回收為物理吸收，通常使用的吸收劑為水、柴油、煤油或其他溶劑等。任何可溶于吸收劑的有機(jī)物，都將從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，使氣相有機(jī)污染物變成液相污染物，吸收液再進(jìn)一步處理，通常采用精餾來進(jìn)行溶劑的精制回收，當(dāng)用非水吸收劑時，還需要進(jìn)行吸收劑的再生。吸收塔有板式和填料塔兩種，通過改進(jìn)氣液傳質(zhì)性能，可以提高有機(jī)溶劑的脫除效率。
吸附法
吸附法是目前最為廣泛使用的溶劑深度回收技術(shù)，其原理是利用粒狀活性炭、活性炭纖維或沸石等吸附劑的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的有機(jī)物捕獲。當(dāng)廢氣通過吸附床時，其中的有機(jī)物被吸附劑吸附在床層中，廢氣得到凈化。由于吸附劑的價格較高，需要對其進(jìn)行脫附再生，循環(huán)使用。當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽合后，通入水蒸氣（或者熱風(fēng)）加熱吸附床，對吸附劑進(jìn)行脫附再生，有機(jī)物被吹脫放出，并與水蒸氣（或熱空氣）形成蒸氣混合物一起離開吸附床。用冷凝器冷卻蒸汽混合物，使其冷凝為液體。若有機(jī)溶劑為水溶性的，則使用精餾法，將液體混合物分離提純；若為水不溶性，則用分離器直接分離回收VOC。
上述三種常用的溶劑回收方法中，冷凝法通常是作為最初的回收措施，浙江省醫(yī)藥化工企業(yè)中目前出于降低生產(chǎn)成本的需要，普遍采用冷凍冷凝法回收溶劑，通常采用的方法包括水冷冷凝和一級水冷、二級冷凍鹽水冷凍的方法，部分企業(yè)采用了三級冷凍冷凝回收溶劑，個別生產(chǎn)過程中使用溶劑量很大的企業(yè)甚至采用深冷的方法回收廢氣中的溶劑，但由于低沸點(diǎn)溶劑在低溫下飽和蒸汽壓仍較高，經(jīng)過冷凝法回收溶劑后，廢氣中的VOC含量仍然較高，如果再采用冷凝法提高回收效率將大大增加回收過程中的能源消耗，另外如果溶劑廢氣中含有較多的不凝性氣體將大大降低溶劑的回收效率，因此目前浙江省少量醫(yī)藥化工企業(yè)在采用冷凝法回收溶劑后繼續(xù)采用吸附法回收剩余溶劑。吸附法尤其是碳纖維吸附回收溶劑是近幾年發(fā)展起來的作為溶劑深度回收的最主要的方法，該方案比較適合于回收低沸點(diǎn)、低濃度的含溶劑廢氣，因此往往作為采用冷凝法后的深度回收技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。
3、惡臭氣體處理技術(shù)調(diào)查
石油化學(xué)工業(yè)和有機(jī)合成工業(yè)迅速發(fā)展的同時，也向大氣中排放了大量有機(jī)、無機(jī)廢氣，對環(huán)境造成嚴(yán)重影響，其中以帶有惡臭氣味的氣體影響最為突出。發(fā)達(dá)國家從20 世紀(jì)50年代開始重視對惡臭氣體污染的研究，并制定了惡臭氣體的測定、評價、控制等一系列法規(guī)。我國1993年頒布了GB14554---93(惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，制定了氨、三甲胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯等惡臭污染物的排放濃度限值。
惡臭氣體不僅對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，而且對人體健康具有極大的危害，會使中樞神經(jīng)產(chǎn)生障礙、病變，引起慢性病、急性病和死亡。惡臭物質(zhì)是通過發(fā)臭基團(tuán)，如硫基、羧基等刺激嗅覺細(xì)胞，使人感到厭惡和不愉快。惡臭氣體的污染源多，污染面廣，涉及行業(yè)多，濃度一般較低，成分復(fù)雜，監(jiān)測難度大。治理困難。
惡臭氣體的濃度較低，處理后要求的惡臭氣體濃度更低，這使得惡臭氣體污染的治理有別于一般空氣污染的治理。國外早在20世紀(jì)50年代末便開始了惡臭氣體污染治理的研究，并積累了豐富的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我國20世紀(jì)80年代才開展惡臭氣體污染的調(diào)查、測試和標(biāo)準(zhǔn)方面的研究，而對脫臭技術(shù)的研究則是從20世紀(jì)90年代才開始進(jìn)行。
各種惡臭氣體處理方法的目的在于經(jīng)過物理、化學(xué)、生物的作用，使惡臭氣體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，消除惡臭。惡臭氣體常見處理方法有燃燒法、氧化法、吸收法、吸附法、中和法和生物法等，其定義、適用范圍和特點(diǎn)見表1。
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表1 常見惡臭氣體處理方法比較
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上表列出的惡臭氣體處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，究竟選擇哪一種處理方法更為合適，則要根據(jù)惡臭物質(zhì)的性質(zhì)、濃度、處理量、當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生要求和經(jīng)濟(jì)情況等具體因素而定，在實(shí)踐中也常將幾種方法結(jié)合使用。20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的生物法，因具有顯著優(yōu)點(diǎn)而得到很快發(fā)展，其中尤以日本、德國、荷蘭等國取得的成效最顯著。我國在20世紀(jì)80年代末才開始這方面的研究。近些年來對惡臭氣體的處理越來越受到人們的重視，研究的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向生物法的研究。
惡臭氣體生物脫臭原理：在水、微生物和氧存在的條件下，利用微生物的代謝作用氧化分解發(fā)臭物質(zhì)，以達(dá)到凈化氣體的目的。生物處理大致可以分為3個過程：發(fā)臭物質(zhì)被載體(固定有微生物)吸附；發(fā)臭物質(zhì)向微生物表面擴(kuò)散、被微生物吸附；微生物將發(fā)臭物質(zhì)氧化分解。不含氮的惡臭物質(zhì)被分解成CO和H2O，含硫惡臭物質(zhì)被分解成S，SO32-，SO42-，含氮惡臭物質(zhì)則被分解成NH4+，NO2-，NO3-。
生物法處理惡臭氣體主要有生物濾池、生物滴濾塔和生物洗滌器3種形式，目前應(yīng)用最廣泛的是生物濾池和生物滴濾塔。三種主要生物處理方法比較見表2。
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表2 三種主要生物處理方法比較
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惡臭氣體的生物處理技術(shù)具有其它傳統(tǒng)方法不可比擬的優(yōu)越性，如處理效率高、無二次污染、所需的設(shè)備簡單、易操作、費(fèi)用低廉、管理維護(hù)方便等，已經(jīng)得到了各國越來越多的重視，并且在歐美得到了廣泛的應(yīng)用。我國近年來也有許多科研工作者進(jìn)行了生物法處理惡臭氣體的研究，并取得了一些研究成果。
但是由于生物反應(yīng)器涉及氣、液、固三相傳質(zhì)及生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，所以在理論研究方面和實(shí)際應(yīng)用方面還有許多亟待解決的問題。今后的研究主要應(yīng)集中在：(1) 對于低濃度的、復(fù)雜的混合型惡臭氣體的生物處理還有待研究；(2)適合于特定有機(jī)物降解的細(xì)菌種類和接種方法的研究與開發(fā)；(3)廢氣生物處理的動力學(xué)及生物學(xué)原理的研究；(4)與其它惡臭氣體處理方法結(jié)合應(yīng)用研究，以提高惡臭物質(zhì)的去除效果；(5)新型、高效生物處理設(shè)備的研制。
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