醫藥化工企業廢氣控制技術調查
摘要:本文針對醫藥化工企業常見的廢氣問題，調查了目前運用最為廣泛的廢氣控制技術。文章分三個部分對發酵尾氣、溶劑廢氣和惡臭氣體三類廢氣的控制技術進行了闡述。
按污染物的性質歸納，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。醫藥化工企業主要廢氣污染物為發酵尾氣、溶劑氣體和惡臭氣體，作者通過調查和查閱相關文獻對這三類廢氣的控制技術進行了解。
1、發酵尾氣治理技術調查
隨著以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術迅猛發展，生物發酵制品已成為2l 世紀投資最活躍、發展最快的產業之一。因生物發酵藥品具有療效高，毒性低，副作用少等特點，而被廣泛應用于I臨床，甚至將會逐步取代一些化學合成藥物，為人類健康作出越來越大的作用。同時因生物醫藥發酵空氣用量大，一般為1:O.5～1.2(VVM)，大量未處理尾氣排人大氣，使部分發酵代謝產物隨尾氣帶出，甚至有特殊難聞氣味產生，即其藥品成分或中間體濃度在空氣中不斷升高，反過來對人體及環境產生危害。因此，必須對其發酵尾氣進行治理。
發酵排氣成分復雜，國內外的處理方法不多，而且沒有一個徹底、經濟的合理方案。國外一般在發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，但受發酵排氣滅菌蒸汽等影響，膜過濾使用壽命短，維護費用高；而且對尾氣而言，壓降阻力大，這將帶來一系列問題，首先空壓機出口壓力增高，電耗大大增加，而發酵罐壓增高，將對罐內生產菌代謝過程帶來不可預計的影響。國內一般企業還沒有充分認識到排氣中的損失和危害，尾氣一般直接排空，生產方式比較粗放。有措施的也只是采用一般的低效率旋風分離器和噴淋吸收塔。噴淋吸收裝置在一般化工生產中經常采用，而在醫藥發酵排氣中應用，有效率低、易產生吸收劑二次液沫夾帶損失和運行費用高等弊端。
 圖1 高效旋擊分離器結構圖 |
目前國內較為領先的制藥發酵尾氣治理方法采用了高效旋擊分離技術。國內已有大型生物制藥公司使用這一治理技術，并取得了較好效果。以下具體介紹該技術的核心設備——高效旋擊分離器。設備結構圖參見圖1。
原理簡介：氣體從分離器進氣口進入，和排氣管壁碰撞后往下流動，再和導流裝置進行多次碰撞，使細微液霧(滴)和微粒撞擊凝聚成大液滴和大顆粒，在導流裝置作用下，氣流作向下旋轉運動。在離心力作用下，液滴(微粒)被分離，而后在穩流裝置作用下，被分離后的液滴(微粒)不再飛揚帶出，由分離器下部排液管排出，而氣流經中心管由排氣管排出。
特性：高效旋擊分離技術氣液分離效率高達98％～99．99％，比一般旋風分離器高出20％以上，且在風量波動情況下，分離效率穩定，風量適應度好。加工精密，內部無死角、不結垢、不染菌。
2、削減溶劑損耗技術調查
有機溶劑廣泛應用于各種工業過程，尤其是石油化工、醫藥化工、制藥等行業都是有機溶劑使用量很大的行業，據美國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，醫藥30萬噸，農藥35萬噸，橡膠20萬噸，膠粘劑15萬噸，有機溶劑的排放量是相當巨大。在化工生產過程中有機溶劑一般不參與反應，使用過程中通過回收裝置回收反應液中的溶劑從而實現套用，但由于大多數常用的有機溶劑在常溫下容易揮發，一方面造成資源的浪費，另一方面大量損耗的溶劑以廢氣的形式排入大氣（統稱VOC），研究證明有機溶劑通過人的呼吸和皮膚的吸收，對人的造血系統、神經系統、肝和腎等器官造成損壞，部分有機溶劑已經被列入致癌物，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。西方發達國家在20世紀90年代就頒布法令，對生產過程中排放的揮發性有機化合物進行嚴格控制。
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，化工行業提高溶劑回收效率、減少溶劑排放的方法很多，多數方法技術成熟可靠，目前常用的回收廢氣中有機溶劑的方法有：
冷凝法
冷凝法是最簡單的回收技術，是目前蒸餾回收溶劑的主要方法，基本原理是將廢氣冷卻，使其溫度低于有機物的露點溫度，使有機物冷凝成液滴，從廢氣中直接分離出來，并進行回收。對于高沸點溶劑采用冷凝法（單冷或者雙冷、三冷）回收可以獲得很高的回收效率，而對于低沸點溶劑，在通常操作條件下，由于有機物蒸氣壓的限制，離開冷凝器的排放氣中仍含有一定濃度的VOC，一般不能滿足環境排放標淮。要獲得高的回收率，系統需要很高的壓力或很低的溫度，設備、能耗費用顯著地增加。
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物。吸收分為物理吸收和化學吸收。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物，都將從氣相轉移到液相中，使氣相有機污染物變成液相污染物，吸收液再進一步處理，通常采用精餾來進行溶劑的精制回收，當用非水吸收劑時，還需要進行吸收劑的再生。吸收塔有板式和填料塔兩種，通過改進氣液傳質性能，可以提高有機溶劑的脫除效率。
吸附法
吸附法是目前最為廣泛使用的溶劑深度回收技術，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構，將廢氣中的有機物捕獲。當廢氣通過吸附床時，其中的有機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，需要對其進行脫附再生，循環使用。當吸附劑吸附達到飽合后，通入水蒸氣（或者熱風）加熱吸附床，對吸附劑進行脫附再生，有機物被吹脫放出，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，浙江省醫藥化工企業中目前出于降低生產成本的需要，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，部分企業采用了三級冷凍冷凝回收溶劑，個別生產過程中使用溶劑量很大的企業甚至采用深冷的方法回收廢氣中的溶劑，但由于低沸點溶劑在低溫下飽和蒸汽壓仍較高，經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藥化工企業在采用冷凝法回收溶劑后繼續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、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進行應用。
3、惡臭氣體處理技術調查
石油化學工業和有機合成工業迅速發展的同時，也向大氣中排放了大量有機、無機廢氣，對環境造成嚴重影響，其中以帶有惡臭氣味的氣體影響最為突出。發達國家從20 世紀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。我國1993年頒布了GB14554---93(惡臭污染物排放標準》，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環境造成嚴重影響，而且對人體健康具有極大的危害，會使中樞神經產生障礙、病變，引起慢性病、急性病和死亡。惡臭物質是通過發臭基團，如硫基、羧基等刺激嗅覺細胞，使人感到厭惡和不愉快。惡臭氣體的污染源多，污染面廣，涉及行業多，濃度一般較低，成分復雜，監測難度大。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踐經驗。我國20世紀80年代才開展惡臭氣體污染的調查、測試和標準方面的研究，而對脫臭技術的研究則是從20世紀90年代才開始進行。
各種惡臭氣體處理方法的目的在于經過物理、化學、生物的作用，使惡臭氣體的物質結構發生改變，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缺點，究竟選擇哪一種處理方法更為合適，則要根據惡臭物質的性質、濃度、處理量、當地的衛生要求和經濟情況等具體因素而定，在實踐中也常將幾種方法結合使用。20世紀50年代發展起來的生物法，因具有顯著優點而得到很快發展，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，研究的重點已轉向生物法的研究。
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臭物質，以達到凈化氣體的目的。生物處理大致可以分為3個過程：發臭物質被載體(固定有微生物)吸附；發臭物質向微生物表面擴散、被微生物吸附；微生物將發臭物質氧化分解。不含氮的惡臭物質被分解成CO和H2O，含硫惡臭物質被分解成S，SO32-，SO42-，含氮惡臭物質則被分解成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具有其它傳統方法不可比擬的優越性，如處理效率高、無二次污染、所需的設備簡單、易操作、費用低廉、管理維護方便等，已經得到了各國越來越多的重視，并且在歐美得到了廣泛的應用。我國近年來也有許多科研工作者進行了生物法處理惡臭氣體的研究，并取得了一些研究成果。
但是由于生物反應器涉及氣、液、固三相傳質及生化降解過程，影響因素多而復雜，所以在理論研究方面和實際應用方面還有許多亟待解決的問題。今后的研究主要應集中在：(1) 對于低濃度的、復雜的混合型惡臭氣體的生物處理還有待研究；(2)適合于特定有機物降解的細菌種類和接種方法的研究與開發；(3)廢氣生物處理的動力學及生物學原理的研究；(4)與其它惡臭氣體處理方法結合應用研究，以提高惡臭物質的去除效果；(5)新型、高效生物處理設備的研制。
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