浅谈制药厂挥发性有机废气处理方法

摘要：为了达到环保部门降低挥发性有机物的排放量指标,使制药厂有机废气的排放达到要求,笔者通过分析制药厂有机废气产生的原因以及有机废气的理化性质,提出有机废气的处理原则,采用吸附、吸收、洗涤法、冷凝等工艺技术处理有机废气,提高了有机废气防治处理水平。

1 VOCs的定义及危害现状

VOCs是指在一定条件下具有挥发性有机化合物的总称。挥发性有机化合物主要包括非甲烷总烃、含氧化合物、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等。作为一个制造业大国， 每年中国排放的VOCs已经超过2000万t， 其绝对排放量要比二氧化硫、氮氧化物以及粉尘的排放量都高， 因此， 控制挥发性有机物的排放对大气环境是非常重要的。

随着生活水平的提升， 民众对于生存环境的要求也越来越高， 对此， 我国陆续出台相关政策法规来治理VOCs， 如《“十三五” 挥发性有机物污染防治工作方案》《大气污染防治行动计划》等， 化工、制药业作为环保重点监管行业必须提高VOCs防治处理的水平。

2 VOCs的治理方法

医药化工行业在有机合成反应及离心精制、有机物储罐无组织挥发等工况下会产生有机挥发废气。比如原料药项目、有机物的输送、反应釜的尾气、储罐的放空。

2.1 VOCs的传统治理方法

VOCs不仅来源十分广泛， 而且其组成成分也十分复杂， 常见的挥发性有机化合物包括烃类、醇类、醚类等， 即使对于同一物质， 由于其风量、浓度的不同， 所需的技术路线也不尽相同， 因此，没有一种技术可以解决所有的VOCs问题。目前，VOCs处理方法有数十种， 其原理主要有回收有价值溶剂的回收技术和分解VOCs分子的破坏技术两大类， 实际应用中更多采用组合式技术。比如通过采用浓缩和燃烧相结合的技术来处理低浓度、大流量的有机废气， 进而降低设备的投资成本。

2.2 VOCs的新型治理方法

通过采用催化燃烧（CO） 和蓄热式燃烧（RTO）相结合的技术， 用较少的能耗完成对VOCs的彻底处理； 依据VOCs自身的溶解度、沸点等理化性质选择合适的吸附方式。如选择变温吸附或变压吸附进行溶剂回收， 回收时主要根据企业生产情况来选择相应的吸附方法， 本文主要介绍以下两种方法。

1） 回收法主要有活性炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜分离技术， 目前主要是通过温度、压力、抉择性吸附剂和抉择性浸透膜等物理方法来吸附有机挥发性物质。

2） 清除法有热氧化、催化熄灭、生物氧化及集成技巧。其主要是通过化学反应或生化反应， 比如在热、催化剂或微生物的作用下， 把有害的有机物转化成无害的CO2和H2O。

3 4 种典型的VOCs处理技术

3.1 吸附工艺技术

该吸附技术是指吸附剂通过物理结合的方式或化学反应的方式对有害物质进行吸附， 进而达到净化废气的目的。该技术在有机废气浓度较低时使用具有较好的效果， 但是不宜直接用该技术处理高浓度有机废气， 可以在冷凝等方式处理后， 再使用该技术对废气进行净化。在吸附过程中， 吸附剂、设备、工艺、再生等都是其关键控制点。目前在VOCs 净化过程中常用的吸附剂有无机和有机吸附剂两类， 吸附剂应选择有巨大的表面积、良好的选择性、较强的再生性、较好的热稳定性以及化学稳定性、较大的吸附容量等等。目前市场上的吸附剂种类较多， 常用的有活性炭、分子筛沸石等。

吸附法对有机废气的净化较为彻底。在不使用深冷、高压的手段下， 可达到对有机成分回收利用的目的， 且该方法无论是设备还是操作都比较简单， 具有较高的自动化程度， 不会造成二次污染。

活性炭吸附工艺的优点适用于处理各种低浓度的污染物。在实际应用中， 活性炭的优点为： 低价、低耗能、经济、耐酸碱、耐热以及具有很高的化学稳定性， 而且活性炭在使用过程中操作十分简便， 只需要与空气相接就可以发挥作用。但是活性炭也存在一定的缺点， 比如吸附量较小， 在使用过程中容易出现饱和的现象； 对于吸附剂的消耗比较大， 且吸附能力不强， 使用一定的时间后会使吸附量变小， 甚至失去吸附能力。另外， 吸附时存在吸附的专一性问题， 对混合气体， 吸附性会减弱， 存在被吸附物质的分子直径与活性炭孔径不匹配而导致的脱附现象。

3.2 吸收工艺技术

该吸收技术的原理是将有机废气和吸收剂进行充分的接触， 从而把废气中有害的物质吸附出来完成对废气的净化处理， 其主要是采用物理吸收或者是化学反应的方式来完成。当完成有害物质的吸附之后， 再通过解吸将吸附剂中的有害物质清除，从而实现对吸附剂的清洗， 然后进行再生利用， 较常用的吸收剂有酸性溶液、清水等。

吸收工艺的优势是整个系统为闭路循环， 除蒸汽冷凝水外无废水、废液排放， 蒸汽冷凝水可考虑综合回收利用。该控制系统采用了先进的操控理念， 在正常平稳运行的同时减少了人工操作， 真正实现了无人值守、自动运行， 在回收效率、可操作性、低能耗等方面均达到了国内先进水平。

3.3 洗涤法工艺技术

该技术是指把有机废气抽入带有喷淋系统的洗涤塔中， 气体通过填料床后可以均匀地、充分与洗涤液进行接触， 根据废气中有害物质的理化性质，采用物理吸附的方式或化学反应的方式将污染物清除， 从而使有机废气得到净化。除此之外， 洗涤塔还有降温、除尘、除油的作用。

清水、植物液、硫酸溶液、氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液等是洗涤法中常用的洗涤剂， 其中清水洗涤和植物液洗涤主要利用了污染物在两种溶液中的溶解性， 植物液中的一些基团也参与了有机物的化学反应。采用硫酸溶液、氢氧化钠以及次氯酸钠对有机废气的洗涤则是通过化学反应来完成净化的， 利用的是有害有机物的化学性质。洗涤法的特点是反应快速， 洗涤剂与有害气体的接触时间比较短， 一般不超过12s； 另外， 洗涤法还具有很强的适用性， 它可以和其他的处理方法共同使用， 对于有机废气的预处理十分有效。

洗涤设备一般都采用立式结构， 主要有以下几点优势， 一是占用空间较小； 二是操作简便， 需要隔一段时间进行一次洗涤液的更换； 三是使用过程中的工艺流程比较灵活， 如用于处理不同的气体，只需更换相应的洗涤液； 四是建设成本低。

3.4 冷凝工艺技术

在不同温度以及压力下， 气态的污染物具有不同的饱和度， 冷凝工艺就是基于该原理， 通过降低气态污染物的温度以及增加气态污染物的压力来完成有机物的凝结， 最终进行净化回收。对于那些低流速、高浓度的废气， 主要使用冷凝技术进行净化， 并且该技术在处理沸点大于36.85 ℃、体积分数大于0.005%的废气特别有效。但是对于一些较低沸点的废气， 在对其进行冷凝时， 就需要更大的压力、更低的温度， 想要达到这种条件， 无疑会花费较大的成本。冷凝工艺在处理废气的过程中效率会受到温度以及压力的限制， 所以处理效率比较低，故在实际应用中主要将其用于废气的预处理以及前级净化， 处理后的气体还需进一步处理才能排放， 且回收的溶剂也不能直接利用， 需要进一步的处理。

综上所述， 对于制药厂所产生的有机废气， 要从源头、中端以及末端对其进行全方位的综合治理， 并根据实际工况选择合适的处理工艺技术。首先要从源头和过程控制（即对泵、压缩机、阀门、法兰等易发生泄漏的设备与管线组件） 进行定期检测， 若发现问题应及时对其进行处理， 从而达到降低乃至杜绝发生跑、冒、滴、漏的目的； 在药品生产过程中， 通过对密闭的、一体化的技术以及设备的使用， 减少有机废气的泄露， 并对废气进行收集、分类、处理； 可以收集有机溶媒罐区在进料及存储的过程中所排放的VOCs并送到回收设备。

接着对废气末端治理与综合利用。当末端废气中污染物质量浓度较低时， 对于能回收的废气， 可通过吸附对有机试剂进行回收、处理之后再排放； 对于没有回收价值的废气来说， 可通过多种技术， 比如浓缩燃烧技术、等离子体技术或紫外光高级氧化技术等净化后达标排放； 对于质量浓度处于中等的有机废气， 可通过吸附将有机溶剂回收， 然后再通过催化燃烧或热力焚烧将废气净化， 还可以利用净化过程中所产生的热量。对于高浓度VOCs的废气， 则可以通过冷凝、吸附等技术将有机溶剂回收， 再结合其他技术净化废气。