制药行业VOCs现状及治理技术的比较与应用

挥发性有机物（VOCs）在紫外线照射下可与大气中的NOx发生光化学反应，产生O3等二次污染物；同时，VOCs可与大气中的颗粒物作用形成二次有机气溶胶，严重威胁着人体及环境的健康与发展，因此VOCs是当前控制霾污染和臭氧污染的核心污染物。制药行业是集多种化学成分和化学加工于一体的化工行业，在生产过程中会使用大量溶剂，特点之一是使用低沸点、高挥发性的有机溶剂；特点之二是恶臭污染，对附近居民的生活有诸多影响。

针对制药行业的VOCs排放情况，我们对制药行业VOCs排放特点、制药行业标准以及华钛高科在VOCs治理方面的优势介绍和分享给大家。

一、制药行业VOCs排放特点

结合不同类型制药工业生产工艺和排污特点，国家环保部把制药工业分为了以下六类：发酵类制药工业、化学合成类制药工业、中药类制药工业、提取类制药工业、生物工程类制药工业和混装制剂类制药工业。制药工业在持续稳定发展的同时，带来了严重的环境问题，其中以发酵类和化学合成类制药工业的 VOCs 污染最为严重。各种制药方法大气污染物排放控制指标不同，见表1：

二、制药行业的国家标准和地方标准

为了贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，防治环境污染，改善环境质量，促进制药工业生产工艺和污染治理技术的进步，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局发布了《制药工业大气污染物排放标准》征求意见稿，新建企业自2018年1月1日起执行本标准，现有企业自2020年1月1日起执行本标准。省级或直辖市环保部门制定了制药行业的地方标准，严格控制制药企业的VOCs排放。没有地方标准的省市，仍执行《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996和《恶臭污染物排放标准》GB14544-1993国家标准。现有制药行业的国家标准和地方标准比较见表2：

从表2可以看出制药行业的国家标准和地方标准比较严格地控制VOCs排放，要比《大气污染物综合排放标准》GB/T16297-1996和《恶臭污染物排放标准》GB/T14544-1993高得多。

三、废气处理常用方法比较

从表3可以看出：前四种处理方法属于回收法，其中吸收法和吸附法对有机废气没有选择性，吸附饱和后的后处理成为难题，均成为二次污染源物；冷凝法处理温度越低，处理效率越好，但处理成单组分成为难题；膜分离技术在全世界共有60套处理废气的装置，在废气上应用不多。

后五种方法均属于焚烧法，把产生的有机废气氧化分解成二氧化碳和水。其中直接燃烧法能产生二次污染物、等离子体法处理效率低、生物降解法很少用于废气处理等，而催化燃烧法和光催化法属于高级氧化方法，能够把制药行业废气高效处理。

四、华钛高科光解光催化技术在VOCs治理中的应用

光解光催化技术因具有占地面积小、应用范围广、运行成本低、设计投资少、不产生二次污染等优势已被广泛应用在VOCs废气治理中。利用光解光催化原理设计VOCs废气处理设备时，需要重视和关注八大技术要点与影响因素。

1、材料是核心

在光解光催化设备中用到的材料有两种，一种是光催化材料，另一种是臭氧催化材料。

使用公司独有的前驱体原位烧结技术制备的光催化材料具有多级复合纳米颗粒釉状结构，颗粒的表面裸露，比表面很大（可达100m2/g），光催化活性高；颗粒之间以共价键结合，颗粒之间结合力强，与基底的附着力很强，可超声清洗不掉粉，使用寿命长。光催化材料的催化性能是市场同类产品的8-10倍，并且已经通过日本神奈川科学技术研究院的权威认证。

同时，公司通过原位烧结技术将臭氧催化剂活性成分负载到泡沫陶瓷或者蜂窝陶瓷上，高效催化分解臭氧，是市场同类产品的4.5倍，可以高效除去光解产生的臭氧并且协同高效氧化分解VOCs废气。

2、光解光催化降解模型

建立光解光催化VOCs降解模型，为具体应用环境提供理论和设计依据。该VOCs降解模型，可以模拟数千风量、数百ppm浓度、不同湿度、不同背底VOCs气体、不同阵列条件下的降解性能，形成了丰富的工艺数据库，为指导复杂工况条件下的VOCs处理系统设计提供了工艺包和解决方案。

3、光解光催化的反应机理

光解：采用高能紫外灯照射废气，破坏有机废气分子的化学键，使之裂解成游离状态的原子或基团；同时通过裂解混合空气中的氧气，使之形成游离的氧原子并结合氧气形成臭氧。臭氧具有强氧化性，能够与有机废气被裂解生成的原子发生氧化反应生成短链分子、二氧化碳和水。

光催化：采用254nm紫外灯为激发光源，激发价带上的电子（e-）跃迁到导带，在价带上产生相应的空穴（h+），生成具有极强氧化作用的超氧负离子和羟基自由基，将有机废气氧化分解成二氧化碳和水。

4、光解光催化箱体设计

采用Ansys Fluent 6.0软件对VOCs降解模型流场进行空气动力学模拟，确定空气动力学的合理性，并且确定空气停留的时间。

5、湿度很重要

在多相光催化反应中，只有控制适宜的环境湿度，才能保证光催化在废气处理上快速、高效、安全的应用，因为湿度对吸附-光催化的协同净化能力既有促进作用又有负面作用，高湿度有利于吸附态有机物的光催化去除，但与此同时也抑制了有机物在广催化剂表面的富集吸附。

6、温度很重要

紫外灯管的功率输出对温度有很强的依赖性，控制温度在50℃左右是最合适的。

7、前处理很重要

除尘、除油、控湿对提高光催化能力是很重要的

8、减少臭氧的排放是关键

使用臭氧催化剂，使臭氧分解甚至可以零排放，减少二次污染，同时协同臭氧分解VOCs气体。

五、华钛高科催化燃烧技术在废气治理中的应用

催化燃烧技术是在催化燃烧催化剂的作用下，将VOCs废气在200~400℃的低温条件下分解为CO2和H2O，是净化碳氢化合物废气、消除恶臭的有效手段。催化燃烧技术可处理的VOCs气体见表4。

通过表4可以看出：催化燃烧可处理的有机废气种类众多，但是在处理可聚合的烯烃和苯酚类时，需要引起设备设计者的注意；另外，由于催化剂容易在含硫、含卤的气氛中中毒，所以只可处理低硫、低卤素浓度的废气或者使用耐硫、耐卤素的催化剂。为了更好地发挥催化燃烧催化剂的性能，在设计VOCs废气处理装置时，需关注以下关键问题。

1、催化剂是关键

利用华钛高科独有的原材料加工技术制备的催化燃烧催化剂，具有在低温下氧化有机废气效率高、寿命长等特点，原因在于催化剂比表面积大、分散性好、储氧功能高、热稳定性高；同时公司生产的催化剂具有贵金属使用量少的优势。与市场同类产品相比，具有起燃温度低、节能的效果。图3是不同气体的燃烧温度。

特别要强调的是，在处理含氮的废气（包括乙腈、丙烯腈、胺类、肼类等）时，要使用氨气分解催化剂，能够把氮控制在氮气而不是氮氧化物。如果使用常用的催化燃烧催化剂，将产生大量的NOx二次污染物，这种处理情况是要绝对禁止。

2、催化燃烧反应器

设计单室催化燃烧反应器，对实验室评测系统进行放大实验，模拟不同风量、不同VOCs浓度、不同VOCs处理气体、含硫和含卤素气体、不同湿度、不同氧浓度、不同VOCs混合气体情况下的催化效率，积累丰富的工艺数据，为具体应用环境中的设备设计提供大数据库。

3、前处理很重要

废气中的粉尘、颗粒物的浓度应控制在5mg/m3以下；油雾、有机硅或有机磷应该进行通过前处理来避免。

4、催化剂使用时的注意事项

废气中的砷、重金属等导致催化剂中毒成分；废气卤素、硫、磷等成分浓度不宜过高，应控制在卤素浓度在3ppm以下、硫化合物的浓度低于5ppm；废气浓度相对稳定等。

六、总结

制药行业产生的有机废气种类多、产生量大、有毒有害难处理，按照国家VOCs控制要求，必须对各种有机废气进行治理。在制药废气处理上，技术上应考虑的因素包括废气性质（组成、含量、温度、压力等）、要求的废气净化效率、设备运行安全性、与生产工艺的协同性等。

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