生物發(fā)酵制藥行業(yè)VOCs和異味污染特征與防控技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

生物發(fā)酵制藥行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，主要產(chǎn)品為抗生素和維生素及其衍生物等。目前，我國抗感染類產(chǎn)品中80%為生物發(fā)酵類抗生素，同時(shí)我國還是世界上最大的維生素類藥品的生產(chǎn)國與出口國。生物發(fā)酵制藥行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds ，VOCs）和異味帶來的人體健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)環(huán)境污染也日益受到關(guān)注。
VOCs是指有光化學(xué)反應(yīng)活性的有機(jī)化合物[4]，而異味是指一切刺激嗅覺器官并引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)[5,6]。因此，從污染物成分上看，VOCs與異味污染存在交叉重疊，即大部分VOCs有異味，而異味物質(zhì)還包括H2S和NH3等無機(jī)物。有研究表明，VOCs與異味污染物一般具有較強(qiáng)的刺激性和毒性，部分表現(xiàn)出致畸、致癌和致突變作用，在大氣光化學(xué)反應(yīng)作用下可生成O3和二次有機(jī)氣溶膠（SOA）等污染物，引起光化學(xué)煙霧和灰霾等環(huán)境問題，導(dǎo)致區(qū)域大氣復(fù)合污染。由于存在多種生化反應(yīng)和純化學(xué)合成反應(yīng)過程，生物發(fā)酵制藥在不同產(chǎn)品、不同階段、不同工況下排放廢氣的種類和濃度變化較大。有研究指出，生物發(fā)酵制藥是制藥行業(yè)中VOCs 和異味排放種類最多、濃度最大的一類。然而，國內(nèi)外有關(guān)污染物污染特征和治理技術(shù)的基礎(chǔ)研究均明顯不足，使得VOCs和異味排放問題成為很多發(fā)酵制藥企業(yè)久治不愈的環(huán)保難題，甚至造成企業(yè)面臨不得不搬遷甚至關(guān)停的情況。
“十三五”規(guī)劃綱要中要求重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)行業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物總量下降10%以上。發(fā)酵類原料藥生產(chǎn)作為制藥行業(yè)污染防治的重點(diǎn)，“十三五”規(guī)劃綱要的出臺標(biāo)志著對其排放VOCs和異味等大氣污染物的防治工作提升到了一個(gè)新的水平，但由于在治理手段方面仍有許多技術(shù)瓶頸，亟需進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)以推動(dòng)有關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。因此，本文將針對生物發(fā)酵制藥行業(yè)VOCs和異味污染問題，在總結(jié)分析污染特征的已有認(rèn)識基礎(chǔ)上，歸納適用于生物發(fā)酵制藥行業(yè)的廢氣末端治理技術(shù)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)形成“源頭-過程-末端-管理”系統(tǒng)的VOCs及異味治理技術(shù)思路，以期為生物發(fā)酵制藥企業(yè)制定VOCs和異味污染控制政策，改善環(huán)境空氣質(zhì)量提供思路和參考。
1 VOCs和異味的污染特征
生物發(fā)酵制藥是指通過微生物發(fā)酵的方法生產(chǎn)抗生素和其他的活性成分，不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝大體相似，一般可以分為發(fā)酵和提取兩個(gè)階段，其中發(fā)酵階段包括高溫滅菌和發(fā)酵呼吸兩種工況，提取階段包括固液分離、提煉純化、精制和干燥等步驟。因此，生物發(fā)酵制藥的主要VOCs和異味污染源為發(fā)酵尾氣、提取廢氣、污水處理站廢氣以及菌渣等固廢廢氣。限于發(fā)酵制藥現(xiàn)有的工藝水平，原料與產(chǎn)量的比值高達(dá)200/1，其中相當(dāng)一部分原料以VOCs和異味物質(zhì)的形式排放消耗。有研究表明，發(fā)酵制藥廢氣排放總量的95%以上（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）來自于含有機(jī)溶劑的提取廢氣，而發(fā)酵尾氣的異味和污水處理站的臭味則是造成企業(yè)因廢氣污染受到民眾投訴的主要原因。
1.1 發(fā)酵階段VOCs 和異味的污染特征
發(fā)酵過程中，原料中的蛋白質(zhì)、氨基酸在微生物的作用下發(fā)生脫羧和脫氨產(chǎn)生異臭味，其臭氣濃度一般在5000~7500 之間[18]。此外，發(fā)酵菌種代謝產(chǎn)物也可能具有特殊氣味。發(fā)酵尾氣中多種氣味混合后，導(dǎo)致尾氣的異味特征非常復(fù)雜，形成特殊的“發(fā)酵味”。不同發(fā)酵制藥產(chǎn)品的發(fā)酵尾氣氣味有顯著不同，例如，硫氰酸紅霉素的發(fā)酵尾氣有明顯的霉味和苦澀味，維生素C 的發(fā)酵尾氣帶有酸味，而維生素B的發(fā)酵尾氣則有明顯的甜味等。
據(jù)報(bào)道，青霉素發(fā)酵尾氣中VOCs 種類和濃度在升溫、保壓、降溫和發(fā)酵（呼吸）這4 個(gè)階段中有較大差異，總體來看，氯代烴類所占比例最大（24.6%~78.8%），其次是酯類（11.2%~52.4%），這兩類物質(zhì)占TVOCs 含量的90%以上；其中升溫階段VOCs 含量最高（5416.4 mg•m-3），其次是降溫階段（1099.6 mg•m-3），發(fā)酵階段VOCs含量最低（202.0 mg•m-3），均超過地方有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（DB13/2208-2015）[20]2~90 倍。這是由于滅菌階段處于高溫環(huán)境，有利于有機(jī)溶劑的揮發(fā)。此外，在滅菌階段和發(fā)酵階段的尾氣中均檢測到高濃度的乙酸乙烯酯、三氟三氯乙烷、二氯四氟乙烷、二氯乙烯，但這些高濃度污染物的來源、成因和異味貢獻(xiàn)仍不明確。天津某生物發(fā)酵制藥企業(yè)發(fā)酵塔排放尾氣中主要的污染物為烷烴和含氧有機(jī)物，其中戊烷、丙酮和乙醇占總質(zhì)量濃度的50.6%，乙醇的質(zhì)量濃度百分比高達(dá)22.1%，發(fā)酵塔排氣口的臭氣濃度超過6000。表1總結(jié)了青霉素、泰樂菌素和硫氰酸紅霉素發(fā)酵廢氣中的特征污染物及其理化性質(zhì)。

1.2 提取階段VOCs和異味的污染特征
提取指的是發(fā)酵液的預(yù)處理、固液分離，以及后續(xù)的產(chǎn)品精制純化等過程。提取廢氣的少部分來自于裝置排放的有組織工藝廢氣，可能是連續(xù)的，也可能是間歇的；大部分來自于非密閉式工藝過程中的無組織、間歇式的排放，這部分廢氣通過蒸發(fā)、吹掃和噴濺等方式逸散到大氣中。提取廢氣是制藥企業(yè)主要的VOCs 污染源，具有物質(zhì)濃度高、收集難度大等特征。
據(jù)報(bào)道，青霉素結(jié)晶工序、干燥工序和結(jié)晶車間可監(jiān)測到至少62種VOCs，其中結(jié)晶工序產(chǎn)生的污染物種類最多（55 種），TVOCs濃度范圍為29.6~446.7 mg•m-3，干燥工序和結(jié)晶車間排氣口處TVOC濃度相對較低，分別為8.5~14.3mg•m-3 和3.0~11.6mg•m-3。乙酸丁酯、正丁醇和丙酮作為青霉素提取階段的原料，在各工序排放尾氣中均能檢測到，且各監(jiān)測點(diǎn)污染物濃度波動(dòng)范圍較大，種類復(fù)雜，這是由于所有的化學(xué)反應(yīng)不可能完全進(jìn)行。此外，VOCs在氣相降解過程中與•OH、SO2、氮氧化物等均會發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生二次污染物。Jenkin 等提出的MCM（master chemical mechanism）模型表明，乙酸丁酯和正丁醇在氣相降解過程中涉及100多種物質(zhì)，這也進(jìn)一步解釋了青霉素提取過程中VOCs和異味物質(zhì)種類繁多的原因。
乙酸丁酯、正丙醇和丙酮等有機(jī)溶劑是青霉素、紅霉素和四環(huán)素等抗生素提取過程常用的溶媒，通過調(diào)研分析，這些藥企周邊環(huán)境空氣檢出率最高、檢出濃度最大的污染物基本上是提取階段使用的酯類、醇類和酮類等有機(jī)溶劑。雖然這些含氧有機(jī)物的嗅閾值與硫化物、醛類和有機(jī)酸類物質(zhì)相比較高，但當(dāng)濃度較高時(shí)仍對人體有較大刺激性。例如，乙酸丁酯為水果香味、嗅閾值為0.076mg•m-3，正丙醇為酒精味、嗅閾值為0.23 mg•m-3，丙酮為辛辣甜味、嗅閾值為99.8mg•m-3，而醛類和有機(jī)酸類的嗅閾值一般在0.05mg•m-3 以下。表2 總結(jié)了青霉素、泰樂菌素、硫氰酸紅霉素、維生素C 和維生素B12提取廢氣的特征污染物及其理化性質(zhì)。

1.3 污水處理站和菌渣處理階段VOCs和異味的污染特征
污水處理站產(chǎn)生的廢氣以無組織排放為主，VOCs和異味物質(zhì)種類較多，異臭味污染較為嚴(yán)重。其中污水處理設(shè)施產(chǎn)生的VOCs 和異味主要來自于生化處理（尤其是厭氧）過程中有機(jī)物分解產(chǎn)生的硫化氫、氨、有機(jī)硫化物和有機(jī)酸等，以及廢水中有機(jī)溶劑等污染物的揮發(fā)釋放。另外，污泥濃縮、脫水等處理系統(tǒng)也會有異味產(chǎn)生。
污水處理站產(chǎn)生的廢氣與廢水處理工藝和運(yùn)行工況密切相關(guān)，各處理單元產(chǎn)生的VOCs和異味在種類和濃度上存在極大差異。據(jù)報(bào)道，某維生素C 生產(chǎn)企業(yè)的污水處理站采用預(yù)處理+UASB/IC+SBR工藝，其污水處理能力為2.2萬m3•d-1，各處理單元環(huán)境空氣中共檢測到32 種VOCs，其中沉砂池檢測到的污染物種類最多，為25種，SBR池僅檢測到19種；TVOCs濃度范圍為1.0~32.1mg•m-3，主要的污染物是氯代烴類和酮類，分別占監(jiān)測總量的6.4%~55.8%和10.4%~58.1%，其中沉砂池是整個(gè)廢水處理系統(tǒng)VOCs源強(qiáng)最大的單元。上述作者分析，這是由于污水中含有大量菌絲體、蛋白質(zhì)、殘留的營養(yǎng)物質(zhì)以及生物成的代謝產(chǎn)物，造成沉砂池有機(jī)物濃度較高，沉砂池為半密閉狀態(tài)，劇烈的曝氣作用使大量的VOCs和異味逸散，此外，表面揮發(fā)作用也能夠加劇沉砂池VOCs和異味的排放。
菌渣是發(fā)酵制藥產(chǎn)生的主要固廢，主要成分是微生物菌絲體，代謝產(chǎn)物以及未利用完的有機(jī)物、無機(jī)鹽等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1t發(fā)酵類抗生素原料藥將產(chǎn)生8~10t的新鮮菌渣（含水率約為70%），我國每年的發(fā)酵類抗生素制藥菌渣產(chǎn)量在160~210 萬t 左右。在高溫和長期貯存的條件下，廢渣會進(jìn)行發(fā)酵，產(chǎn)生臭味。例如，新鮮青霉素菌渣的初始狀態(tài)為灰黃色、無味，二次發(fā)酵后，固體會自溶變稀，發(fā)出惡臭味，并產(chǎn)生大量的NH3。因此，菌渣的存放和處置是發(fā)酵制藥企業(yè)在異味治理和精細(xì)化管理上需要進(jìn)一步改進(jìn)完善的內(nèi)容之一。
2 VOCs和異味的末端治理技術(shù)
現(xiàn)有的VOCs處理技術(shù)可應(yīng)用于生物發(fā)酵制藥廢氣的末端治理，包括吸收、吸附、冷凝和膜分離等回收技術(shù)以及高溫燃燒、化學(xué)氧化、光催化、等離子和生物技術(shù)等消除技術(shù)。有關(guān)技術(shù)的概念、原理和適用慮廢氣的污染特征，進(jìn)行有針對性的選擇和設(shè)計(jì)，尤其是發(fā)酵制藥廢氣的VOCs和異味物質(zhì)成分復(fù)雜，而且不同成分的物理和化學(xué)性質(zhì)相差較大，單一的某種技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)污染物的有效凈化，因此，多種技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用已經(jīng)成為目前發(fā)酵制藥行業(yè)VOCs和異味治理的重要發(fā)展方向之一。

2.1 發(fā)酵階段VOCs和異味的末端治理技術(shù)
根據(jù)發(fā)酵尾氣的污染特征，一般沒有必要進(jìn)行物質(zhì)回收，因此發(fā)酵尾氣的末端治理以污染物的消除為主。由于抗生素發(fā)酵尾氣可能帶出抗生素活性物質(zhì)以及氣量較大，目前還未有利用生物法處理的報(bào)道和成功的工程案例。主流的末端治理技術(shù)包括化學(xué)氧化、吸收吸附、光催化氧化和高溫氧化等，其中化學(xué)氧化又包括利用臭氧、液相氧化劑等的常溫氧化和催化氧化。
據(jù)報(bào)道，西安利君制藥采用“臭氧-UV-噴淋”組合工藝對紅霉素發(fā)酵尾氣進(jìn)行處理，即旋風(fēng)分離后的發(fā)酵尾氣首先通入臭氧進(jìn)行一級氧化，之后進(jìn)行紫外光光氧化，最后經(jīng)氧化噴淋和吸收噴淋后排放。利用手持式檢測器對處理前后的污染情況進(jìn)行分析，VOCs 和CH4 的凈化效率分別為79.7%和73.8%，出口H2S的濃度低于儀器檢出限，并且發(fā)酵生產(chǎn)車間周圍已沒有“苦澀味”，發(fā)酵尾氣達(dá)到了無氣味排放的要求。
然而，本研究團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明（數(shù)據(jù)尚未發(fā)表），在多種發(fā)酵尾氣中通入臭氧的氧化除臭效果并不理想，主要是由于反應(yīng)時(shí)間不足、臭氧氧化能力有限，并且臭氧如在后續(xù)噴淋吸收過程中不能很好去除，還可能造成二次污染，增加廢氣的臭氣濃度。因此，在將臭氧應(yīng)用于發(fā)酵尾氣治理的過程中，必須組合其他工藝對處理后的尾氣進(jìn)行妥善處理。
繼光氧化和等離子技術(shù)之后，“吸附濃縮+燃燒”組合工藝正逐漸成為VOCs 和異味治理的主流措施。某青霉素生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)酵尾氣首先采用沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮技術(shù)，其中改性Cu/NaY 型沸石分子篩作為吸附材料，單臺分子篩的處理氣量為3 萬 m3•h-1，總處理規(guī)模為12 萬 m3•h-1，脫附后的濃縮廢氣采用催化氧化技術(shù)進(jìn)行處理。從VOCs去除的角度來看，吸附濃縮技術(shù)可以有效降低廢氣中的VOCs濃度，排氣口TVOCs 濃度從8.0 mg•m-3降至0.5 mg•m-3。值得注意的是，廢氣中檢出的24種污染物的去除率和濃縮倍數(shù)有較大差異，濃度較高的丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯和2-丁酮等有較好的凈化效果，而萘和氯苯等有機(jī)物的凈化和濃縮倍數(shù)都不理想。由于沸石分子篩為無機(jī)水合硅鋁酸鹽成分，對于含硫廢氣的處理效果并不好，若用于含硫廢氣的除臭仍需組合其他工藝。此外，由于發(fā)酵尾氣的相對濕度通常高于60%~80%，在進(jìn)行吸附濃縮處理前需要采用過濾和除濕等前處理步驟。
2.2 提取階段VOCs和異味的末端治理技術(shù)
對于高濃度、組分簡單的提取廢氣，一般首先采用回收技術(shù)進(jìn)行處理。冷凝技術(shù)作為簡單有效的回收方法之一，應(yīng)用較多。例如，丙酮、甲醇和乙醇等有機(jī)溶媒廢氣在9、−5 和−15℃冷凝溫度下的減排效果隨著冷凝溫度降低，處理效果越好，三者在−15℃下的回收率均能達(dá)到90%以上。但該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使廢氣冷卻到−15℃，尾氣中殘留的有機(jī)溶媒含量仍無法達(dá)到文獻(xiàn)中的排放要求。因此，低溫冷凝技術(shù)一般作為高濃度、組分簡單提取廢氣的前處理工序，廢氣的進(jìn)一步處理還應(yīng)配套吸附等后續(xù)工藝。例如，針對青霉素和土霉素生產(chǎn)企業(yè)在提取階段產(chǎn)生的乙酸乙酯和正丁醇，采用的組合工藝為“二級冷凝+活性炭吸附”。
當(dāng)提取廢氣組分較復(fù)雜或回收成本過高、不具有回收價(jià)值時(shí)，可直接使用吸收法、化學(xué)氧化法和燃燒法等技術(shù)去除污染物。有研究表明，單純雙氧水、芬頓試劑、次氯酸鈉溶液對丙酮?dú)怏w的最大去除率可達(dá)85%以上，輔助15W 的UV 光照后能夠促進(jìn)•OH的產(chǎn)生，3種氧化劑對丙酮的去除率均提高5%以上。并且丙酮經(jīng)過雙氧水氧化后，尾氣中除未反應(yīng)完的丙酮外，僅有乙酸生成，而芬頓試劑氧化后的中間產(chǎn)物為乙酸和乙二酸，次氯酸鈉溶液氧化后的中間產(chǎn)物為三氯甲烷[43,44]。
2.3 污水處理站和菌渣處理階段VOCs和異味的末端治理技術(shù)
制藥廢水處理過程中，水解酸化、厭氧消化等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含有甲烷的中、高濃度廢氣常采用化學(xué)氧化、燃燒的方法進(jìn)行處理，好氧和沉淀等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的低濃度廢氣主要是除臭的問題。噴淋吸收是污水處理站處理廢氣最常用并且較為經(jīng)濟(jì)的處理方法之一，常與光氧化、等離子氧化和活性炭吸附等工藝組合，有比較好的除臭效果。含NH3廢氣一般采用水吸收和酸吸收兩種方法進(jìn)行治理，常溫常壓下水噴淋對NH3的吸收效率可達(dá)到70%以上。
某生物發(fā)酵制藥企業(yè)針對水解酸化池和絮凝沉淀池等單元產(chǎn)生的高濃度廢氣建立了中試試驗(yàn)，采用的處理工藝為“二級堿吸收+次氯酸鈉氧化”，其中氧化噴淋塔中有效氯濃度為0.2%。對處理前后氣體的監(jiān)測結(jié)果表明，H2S和 NH3的處理效率分別為83.3%和86.3%，臭氣濃度也從進(jìn)氣口8000降低為出氣口的3000。值得注意的是，工業(yè)級次氯酸鈉具有較大刺激性氣味，作為噴淋的最后一級使用時(shí)極有可能造成氣體出口的二次污染，因此應(yīng)當(dāng)后置水吸收或有其他有效處理工藝。
近年來，生物技術(shù)因投資少、性能可靠和二次污染小等特點(diǎn)被廣泛用于市政惡臭的處理，在制藥行業(yè)VOCs和異味治理上的應(yīng)用也越來越廣泛。生物技術(shù)包括生物滴濾法、生物過濾法和生物洗滌法，其中，生物洗滌法一般只適合處理水溶性較好的氣體，如醇類和酮類，對于大部分水溶性較差的VOCs和異味的處理更多采用生物滴濾法和生物過濾法。生物滴濾法和生物過濾法在填料類型、噴淋方式的區(qū)別以及優(yōu)缺點(diǎn)列于表4中。在某青霉素生產(chǎn)企業(yè)的污水處理站中，苯乙酸與H2S一起形成難聞的臭氣，廠區(qū)的多數(shù)工人對這種混合廢氣過敏，除此之外，這種廢氣還會腐蝕混凝土和金屬構(gòu)筑物。當(dāng)采用填充有ZX03型填料的生物滴濾塔處理時(shí)，在不同進(jìn)氣濃度比例下，H2S的去除率均能夠保持在95%以上。此外，在生物滴濾塔后安裝一個(gè)活性炭吸附裝置能夠確保高濃度負(fù)荷情況下苯乙酸的有效去除，并且此方法對生物滴濾塔壓力損失小，可長期穩(wěn)定運(yùn)行。Balasubramanian 等在生物滴濾塔對單純甲醇、乙醇、丙酮、甲苯以及四者混合氣體去除效率的研究中表明，入口容積負(fù)荷（ILR）、空床停留時(shí)間和物質(zhì)本身的性質(zhì)均是影響去除效率的重要因素，此外，不同污染物間的競爭關(guān)系能夠造成混合氣體處理效率的降低，當(dāng)處理混合氣體時(shí)，ILRmax 僅為240 g•（m3•h）-1，4 種污染物質(zhì)分別進(jìn)行處理時(shí)，ILRmax 能夠達(dá)到380 g•（m3•h）-1。生物過濾法處理某制藥廠污水處理站好氧池產(chǎn)生的較低濃度異味氣體的中試試驗(yàn)表明，以脫硫芽孢桿菌為主的復(fù)合菌群對H2S及NH3的處理效果均較穩(wěn)定，處理效率分別可達(dá)98.1%和95.1%。

菌渣和污泥等固體廢棄物普遍采用堆肥、焚燒、填埋等處置方式。發(fā)酵制藥菌渣中含有大量的有機(jī)物，普遍具有高蛋白、高能量的特點(diǎn)，若經(jīng)合理處置去除殘留效價(jià)，可制作成有機(jī)肥料和飼料。例如，山東某阿維菌素制藥企業(yè)將菌渣制成飼料蛋白和肥料，每噸售賣價(jià)格為500元，不僅使資源得到了再利用，也取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。菌渣制肥通常需要采用高溫干燥和造粒工藝，在這些過程中存在VOCs和異味釋放的問題。銀川某發(fā)酵制藥企業(yè)的復(fù)合肥生產(chǎn)線采用“二級噴淋+生物洗滌+電除霧+光氧化+低溫等離子體氧化”組合工藝處理制肥廢氣，廢氣量約為7 萬m3•h-1，雖然可以實(shí)現(xiàn)排口達(dá)標(biāo)排放，但廠界臭氣濃度仍時(shí)有超標(biāo)。河南省某制藥企業(yè)的抗生素菌渣干燥塔產(chǎn)生的廢氣采用“水膜除塵+堿液噴淋”處理工藝，可以實(shí)現(xiàn)排口煙塵、SO2、NOx、H2S和NH3等指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，處理氣量近15萬m3•h-1。
結(jié)論與展望
總的來說，發(fā)酵制藥行業(yè)產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)工序復(fù)雜，原材料投入量大，許多原料和中間產(chǎn)物以VOCs 和異味的形式排放到環(huán)境中。目前，抗生素原料藥的生產(chǎn)主要集中在我國，因此，抗生素發(fā)酵尾氣污染特征及治理技術(shù)方面并沒有先進(jìn)的國外經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，而我國對發(fā)酵制藥過程中排放的VOCs和異味污染特征的基礎(chǔ)研究相對薄弱，有效治理技術(shù)的研究也相對落后，如果不能很好解決就會存在“建（搬）到哪里，污染到哪里”的問題。針對現(xiàn)有VOCs和異味治理上的普遍問題，構(gòu)建高效的污染防控技術(shù)體系需要“科學(xué)-技術(shù)-管理”三步，通過實(shí)現(xiàn)“源頭削減、過程控制、末端處理、科學(xué)監(jiān)管”的完整技術(shù)體系方法，才能進(jìn)一步推進(jìn)有關(guān)污染治理工作的成效。生物發(fā)酵制藥及其他行業(yè)的VOCs及異味污染防治工作，
未來應(yīng)著重在以下四個(gè)方面進(jìn)行更深入的研究。
3.1 優(yōu)化生產(chǎn)工藝，源頭削減污染排放是VOCs 和異味污染治理的重要內(nèi)容和首要任務(wù)。
發(fā)酵制藥行業(yè)VOCs和異味污染的產(chǎn)生和排放與生產(chǎn)工藝密不可分。生產(chǎn)企業(yè)做好做實(shí)環(huán)保，其實(shí)就是要做好自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與調(diào)整，優(yōu)先從生產(chǎn)工藝水平上下功夫，才能在污染治理上達(dá)到事半功倍的效果。發(fā)酵制藥生產(chǎn)過程中，從物料儲存、調(diào)和、投料到各種化學(xué)或生化反應(yīng)過程中，以及廢水、固廢的集輸、儲存、處理和采樣等，都不可避免的產(chǎn)生VOCs及異味廢氣。因此，今后的廢氣治理應(yīng)糾正過去“重末端、輕源頭”的認(rèn)識錯(cuò)誤，應(yīng)做到以下兩點(diǎn)：首先，從源頭上減輕污染，例如減少高毒性、高VOCs含量的原輔材料使用，研發(fā)篩選更清潔的菌種、提高產(chǎn)率；其次，減少生產(chǎn)過程中VOCs和異味的泄露，除了推廣使用無泄漏、低泄漏設(shè)備，還可以借鑒石化行業(yè)中應(yīng)用較多的泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)（LDAR），該項(xiàng)技術(shù)不僅能夠降低企業(yè)物料損失，有效減少因泄露造成的VOCs 和異味排放，還可以提高工藝安全性和可靠性。
3.2 解析識別關(guān)鍵VOCs 和異味污染因子，是確定治理技術(shù)方案的核心科學(xué)問題。
深入開展針對生物發(fā)酵制藥行業(yè)VOCs和異味污染特征的基礎(chǔ)性研究，綜合考慮污染物的感官效應(yīng)和健康風(fēng)險(xiǎn)，建立更科學(xué)、可靠、快速的污染物識別分析方法，形成針對特定產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的VOCs及異味關(guān)鍵污染物及污染特征識別的技術(shù)方法。在此基礎(chǔ)上，形成發(fā)酵制藥行業(yè)關(guān)鍵污染物清單，同時(shí)形成發(fā)酵制藥企業(yè)的污染源動(dòng)態(tài)清單，從而建立快速、有效追溯VOCs和異味污染事故來源的方法。
3.3 針對污染特征篩選高效合理和經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)是VOCs和異味污染治理的關(guān)鍵手段。
生物發(fā)酵制藥行業(yè)生產(chǎn)工序復(fù)雜，生產(chǎn)工藝操作條件的不同會導(dǎo)致廢氣物理參數(shù)（溫度、濕度）有較大差異，使得VOCs 和異味排放隨工況變化波動(dòng)。此外，廢氣排放點(diǎn)一般較分散，一個(gè)企業(yè)往往有幾個(gè)到十幾個(gè)排放點(diǎn)，還有很多無組織排放點(diǎn)源，使得廢氣的廠界達(dá)標(biāo)（尤其是臭氣濃度指標(biāo)）排放具有一定難度。提高密閉收集效率不僅可以有效降低無組織逸散量和末端處理風(fēng)量，更可以提高VOCs和異味物質(zhì)的回收利用率。此外，進(jìn)一步開發(fā)針對廢氣污染特征的新型處理工藝和新材料具有其必要性和市場價(jià)值。
3.4 先進(jìn)完善的排放標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)程是VOCs 與異味污染治理長效保持的保障。
我國現(xiàn)行的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》自1993年制定實(shí)施以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及民眾環(huán)保意識的提高，已越來越不能滿足環(huán)保監(jiān)管工作的需求。于2017 年發(fā)布的《制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）將VOCs 異味作為重點(diǎn)控制對象，給出了苯、甲醛和二氯甲烷等16種特征污染物的濃度和排放量限值，對臭氣濃度指標(biāo)也提出了更高要求。各地方也已陸續(xù)公布或正在制定適合當(dāng)?shù)厍闆r的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)提升倒逼環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。實(shí)際上，科學(xué)、完整的生物發(fā)酵制藥行業(yè)的VOCs和異味排放標(biāo)準(zhǔn)，在主控因子篩選上不僅要考慮污染物排放限值，還要考慮其對環(huán)境、健康方面的影響，從而避免忽略一些重要的污染物。例如，某發(fā)酵制藥企業(yè)排放尾氣中丙酮（183.2mg•m-3）、乙酸乙酯（91.2mg•m-3）和甲醇（4.6mg•m-3）濃度最高，而評價(jià)VOCs對臭氧生成貢獻(xiàn)的丙烯等效濃度中乙酸乙酯（49.9%）最大，其次為丙酮（13.6%）和二甲苯（12.3%），而在VOCs的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中，苯和二氯甲烷的致癌風(fēng)險(xiǎn)值最大[11]。但由于分析檢測方法的不完善或是各地實(shí)際情況所限，多項(xiàng)指標(biāo)可能還不能實(shí)施，實(shí)際工作中仍以非甲烷總烴和臭氣濃度作為VOCs和異味污染的監(jiān)管指標(biāo)。
此外，由于不同企業(yè)間在產(chǎn)品、工藝、管理水平上的差異，廢氣污染排放特點(diǎn)可能存在相當(dāng)大的差異，為常規(guī)監(jiān)管和制定合理的治理技術(shù)方案帶來一定難度。因此，企業(yè)或工業(yè)園區(qū)作為污染主體，應(yīng)制定更切合自身情況的排放標(biāo)準(zhǔn)和污染防治技術(shù)規(guī)程，提高生產(chǎn)工藝水平的同時(shí)在管理水平上同步提高，推動(dòng)生產(chǎn)與環(huán)保的良性循環(huán)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、幫助企業(yè)渡過陣痛期，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長遠(yuǎn)和健康發(fā)展。

來源：《環(huán)境科學(xué)》