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浅谈生物除臭法处理制药行业VOC废气

日期:2019-10-29 10:20浏览次数:10

       随着医化行业的发展,随之而来的环境污染问题日益凸显,特别是医化行业有机废气的区域环境污染,严重影响居民的正常生活,制约区域经济发展。在医化行业中大量使用有机溶剂,挥发形成了具有刺激性气味和恶臭的气体,并具有一定毒害性,长期排放必然恶化区域大气环境质量,并对附近居民的身体产生危害。因此,有效治制药行业VOC污染已经成为亟待解决的重要问题。
       1 废气来源
       1.2 生产工艺及废气来源
       在生产过程中,制药企业会使用到一些溶点低、挥发性好的有机溶剂。此类溶剂很可能会随着生产过程挥发出来而导致VOC污染,VOC排放主要发生在投料、反应、溶剂回收、过滤、离心、烘干、出料等操作单元。各单元操作特征:
       ① 投料:小量敏感物料使用真空抽料,大量的敏感物料使用泵投料或泵输送至高位槽投料;
       ② 反应:反应釜的放空口经冷凝回收溶剂后排空;
       ③ 溶剂回收:蒸馏釜的放空口经冷凝回收后排空,若使用减压蒸馏,则废气进入真空系统后外排,回收的溶剂暂存至接收罐;
       ④ 过滤、离心:使用敞口式离心机或敞口式过滤器,采用密闭离心机、过滤器出料时敏感物料直接暴露空气中;
       ⑤ 烘干:烘干废气进入缓冲罐后排放,出料时敏感物料直接暴露于空气中。
       1.3有机废气排放特性
       溶剂废气排放特点主要跟医药化工生产工艺特点有关, 具体表现在:
       1)排放点多, 排放量大, 无组织排放严重。医药化工产品得率低, 溶剂消耗大, 几乎每台生产设备都是溶剂废气排放点, 每个企业都有数十个、甚至上百个溶剂废气排放点, 且溶剂废气大多低空无组织排放, 厂界溶剂废气浓度较高;
       2)间歇性排放多。反应过程基本上为间歇反应, 溶剂废气也呈间歇性排放;
       3)排放不稳定。溶剂废气成分复杂, 污染物种类和浓度变化大, 同一套装置在不同时期可能排放不同性质的污染物;
       4)溶剂废气影响范围广。溶剂废气中的VOCs大多具有恶臭性质, 嗅域值低, 易扩散, 影响范围广;
       5)“跑冒滴漏”等事故排放多。由于生产过程中易燃、易爆物质多, 反应过程激烈, 生产事故风险大, 加上生产装备水平和工艺技术水平较低及管理不善, 造成“跑冒滴漏”等事故排放多。
       2 治理方案选择
       2.1 常见处理方法比较
       选择有机废气处理方法,总体上应根据以下因素:有机污染物质的类型、有机污染物质浓度水平、有机废气的排气温度、有机废气的排放流量、微粒散发的水平、需要达到的污染物控制水平。有机废气的处理方法种类繁多,特点各异,常用的有生物法、光催化氧化法、蓄热式氧化法、冷凝法、吸收法、燃烧法、催化法、吸附法、低温等离子等。
       1)生物法:该法是基于成熟的生物除臭技术上发展起来,具有能耗低、运行费用少的特点,在国外有一定规模的应用。其缺点在于污染物在传质和消解过程中需要有足够的停留时间,从而增大了设备的占地,同时由于微生物具有一定的耐冲击负荷限值,增加了整个处理系统在停启时的控制。
       生物过滤废臭气净化工艺采用微生物降解技术,利用生长在生物填料上的除臭微生物对H2S、SO2、NH3等及大部分挥发性的有机异味物进行降解,净化率可达98-99%。系统寿命长达10年以上,能在室外-20℃-40℃的范围正常工作。可以全年运行,每天连续运行24h,其处理过程不产生二次污染。而且系统占地面积小,节省土地资源。
生物除臭法治理制药行业VOC气体
       2)光催化氧化法:该法是通过光催化氧化反应净化消除挥发性有机气体。所谓光催化氧化反应,就是让太阳光或其他一定能量的光照射光敏半导体催化剂时,激发半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性,能使有机污染物氧化至最终产物CO2和H2O。利用光催化氧化工艺处理废气是一种应用前景非常广阔的方法。但是目前大多数还在是运用于室内空气的净化,主要用于处理低浓度有机废气领域,有效运用于较高浓度有机废气处理的工业应用还很少,处理效率得不到保证。
       3)蓄热式氧化法:该法是利用天然气或燃料油燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度825℃,滞留一定的时间(0.5~1秒),使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。本法的特点:工艺简单、去除率高,通过蓄热材料回收热量,可以达到90~95%的热回收率,但投入成本高。
       4)冷凝法:将废气直接冷凝或吸附浓缩后冷凝,冷凝液经分离回收有价值的有机物。该法用于浓度高、温度低、风量小的废气处理。但此法投资大、能耗高、运行费用大,制药车间废气中的有机物浓度较低,风量大(车间置换风量具体数量由车间空间大小和空间置换次数决定),反应流程出来的有机废气,一般温度较高,浓度较大,成分复杂,回收的溶剂难以处理利用,并易产生二次污染,所以制药废气处理一般不采用此法处理。
       5)吸收法:可分为化学吸收和物理吸收,但制药废气成分复杂,一般不采用化学吸收。物理吸收是选用具有较小的挥发性的液体吸收剂,它与被吸收组分有较高的亲和力,吸收饱和后经加热解析冷却后重新使用。该法用于大气量、温度低、浓度低的废气,装置复杂、投资大,吸收液的选用比较困难,液体吸收法净化率只有60%~80%,这种方法实际应用存在吸收效率不高,一般难以达到国家排放标准,而且存在着二次污染问题,所以制药废气处理一般不采用此法处理。
       6)催化燃烧法:将废气加热到200~300℃经过催化床燃烧,达到净化目的。该法能耗低、净化率高可达95%、无二次污染、工艺简单操作方便。适用于小风量、高温、高浓度的有机废气治理,不适用于低浓度、大风量的有机废气治理。但催化剂容易易中毒,需定期更换催化剂,不适用于含氯、磷等易使催化剂中毒元素的制药废气处理。
       7)吸附法:
       ① 直接吸附法:有机气体直接通过活性炭,可达到95%的净化率,设备简单、投资小、操作方便,但需经常更换活性炭,若无再生装置,则运行费用太高;因此可用于浓度低、污染物不需回收的场合。
       ② 吸附回收法:有机气体经活性炭吸附,该法利用活性炭等吸附剂吸附有机废气,接近饱和后用水蒸汽反吹活性炭进行脱附再生,水蒸汽与脱附出来的有机气体经冷凝、分离,可回收有机液体。该法净化效率较高,但要求提供必要的蒸汽量,适用于低浓度、大风量的制药尾气治理。
       8)低温等离子法:利用介质放电产生的等离子体以极快的速度反复轰击废气中的气体分子,去激活、电离、裂解废气中的各种成分,通过氧化等一系列复杂的化学反应,使复杂大分子污染物转变为一些小分子的安全物质(如CO2和H2O),或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。该法消耗低,具有装置简单,易于操作,占地面积小,使用方便等优点,但是在实际应用中存在着净化效率低的问题。由于是一项新技术,人们对于其作用机理研究不够充分,还没有形成规律性认识,大多没有掌握真正的核心技术。
       3 治理方案
       通过对上述常规方法在制药废气治理上的现状说明,在制药尾气治理行业存在产品落后,运行管理复杂,后期投入高等特点。因而寻找一种高效、高性价比、性能稳定、操作方便,运行费用少并符合环保治理标准的处理技术是行业发展的急切之需。
       对某些制药行业有机废气尾气中风量小、浓度低或浓度不稳定、成分复杂及难以回收利用的场合下,建议采用活性炭吸附法进行处理后排放。
       对某些制药行业有机废气尾气中风量大、浓度中低、成分复杂及难以回收利用的场合下,建议采用生物法滤池/滤床对有机物进行处理排放。
       对某些制药行业有机废气尾气中风量小、浓度高、成分复杂及难以回收利用的场合下,建议采用高效能蓄热式燃烧装置(RTO)处理后排放。
       对某些制药行业有机废气尾气中风量小、浓度高、成分复杂及难以回收利用,不含氯磷等易使催化剂中毒的元素的场合下,建议采用蓄热式催化燃烧装置(RCO)处理后排放。