淺談制藥廠揮發(fā)性有機廢氣處理方法

一、VOCs的定義及危害現(xiàn)狀
VOCs是指在一定條件下具有揮發(fā)性有機化合物的總稱。揮發(fā)性有機化合物主要包括非甲烷總烴、含氧化合物、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等。作為一個制造業(yè)大國， 每年中國排放的VOCs已經(jīng)超過2000萬t， 其絕對排放量要比二氧化硫、氮氧化物以及粉塵的排放量都高， 因此， 控制揮發(fā)性有機物的排放對大氣環(huán)境是非常重要的。
隨著生活水平的提升， 民眾對于生存環(huán)境的要求也越來越高， 對此， 我國陸續(xù)出臺相關(guān)政策法規(guī)來治理VOCs， 如《“十三五” 揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》《大氣污染防治行動計劃》等， 化工、制藥業(yè)作為環(huán)保重點監(jiān)管行業(yè)必須提高VOCs防治處理的水平。

二、VOCs的治理方法
醫(yī)藥化工行業(yè)在有機合成反應(yīng)及離心精制、有機物儲罐無組織揮發(fā)等工況下會產(chǎn)生有機揮發(fā)廢氣。比如原料藥項目、有機物的輸送、反應(yīng)釜的尾氣、儲罐的放空。
2.1 VOCs的傳統(tǒng)治理方法
VOCs不僅來源十分廣泛， 而且其組成成分也十分復(fù)雜， 常見的揮發(fā)性有機化合物包括烴類、醇類、醚類等， 即使對于同一物質(zhì)， 由于其風(fēng)量、濃度的不同， 所需的技術(shù)路線也不盡相同， 因此，沒有一種技術(shù)可以解決所有的VOCs問題。目前，VOCs處理方法有數(shù)十種， 其原理主要有回收有價值溶劑的回收技術(shù)和分解VOCs分子的破壞技術(shù)兩大類， 實際應(yīng)用中更多采用組合式技術(shù)。比如通過采用濃縮和燃燒相結(jié)合的技術(shù)來處理低濃度、大流量的有機廢氣， 進而降低設(shè)備的投資成本。
2.2 VOCs的新型治理方法
通過采用催化燃燒（CO） 和蓄熱式燃燒（RTO）相結(jié)合的技術(shù)， 用較少的能耗完成對VOCs的徹底處理； 依據(jù)VOCs自身的溶解度、沸點等理化性質(zhì)選擇合適的吸附方式。如選擇變溫吸附或變壓吸附進行溶劑回收， 回收時主要根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況來選擇相應(yīng)的吸附方法， 本文主要介紹以下兩種方法。
1） 回收法主要有活性炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術(shù)， 目前主要是通過溫度、壓力、抉擇性吸附劑和抉擇性浸透膜等物理方法來吸附有機揮發(fā)性物質(zhì)。
2） 清除法有熱氧化、催化熄滅、生物氧化及集成技巧。其主要是通過化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)， 比如在熱、催化劑或微生物的作用下， 把有害的有機物轉(zhuǎn)化成無害的CO2和H2O。
三、4 種典型的VOCs處理技術(shù)
3.1 吸附工藝技術(shù)
該吸附技術(shù)是指吸附劑通過物理結(jié)合的方式或化學(xué)反應(yīng)的方式對有害物質(zhì)進行吸附， 進而達到凈化廢氣的目的。該技術(shù)在有機廢氣濃度較低時使用具有較好的效果， 但是不宜直接用該技術(shù)處理高濃度有機廢氣， 可以在冷凝等方式處理后， 再使用該技術(shù)對廢氣進行凈化。在吸附過程中， 吸附劑、設(shè)備、工藝、再生等都是其關(guān)鍵控制點。目前在VOCs 凈化過程中常用的吸附劑有無機和有機吸附劑兩類， 吸附劑應(yīng)選擇有巨大的表面積、良好的選擇性、較強的再生性、較好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性、較大的吸附容量等等。目前市場上的吸附劑種類較多， 常用的有活性炭、分子篩沸石等。
吸附法對有機廢氣的凈化較為徹底。在不使用深冷、高壓的手段下， 可達到對有機成分回收利用的目的， 且該方法無論是設(shè)備還是操作都比較簡單， 具有較高的自動化程度， 不會造成二次污染。
活性炭吸附工藝的優(yōu)點適用于處理各種低濃度的污染物。在實際應(yīng)用中， 活性炭的優(yōu)點為： 低價、低耗能、經(jīng)濟、耐酸堿、耐熱以及具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性， 而且活性炭在使用過程中操作十分簡便， 只需要與空氣相接就可以發(fā)揮作用。但是活性炭也存在一定的缺點， 比如吸附量較小， 在使用過程中容易出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象； 對于吸附劑的消耗比較大， 且吸附能力不強， 使用一定的時間后會使吸附量變小， 甚至失去吸附能力。另外， 吸附時存在吸附的專一性問題， 對混合氣體， 吸附性會減弱， 存在被吸附物質(zhì)的分子直徑與活性炭孔徑不匹配而導(dǎo)致的脫附現(xiàn)象。
3.2 吸收工藝技術(shù)
該吸收技術(shù)的原理是將有機廢氣和吸收劑進行充分的接觸， 從而把廢氣中有害的物質(zhì)吸附出來完成對廢氣的凈化處理， 其主要是采用物理吸收或者是化學(xué)反應(yīng)的方式來完成。當(dāng)完成有害物質(zhì)的吸附之后， 再通過解吸將吸附劑中的有害物質(zhì)清除，從而實現(xiàn)對吸附劑的清洗， 然后進行再生利用， 較常用的吸收劑有酸性溶液、清水等。
吸收工藝的優(yōu)勢是整個系統(tǒng)為閉路循環(huán)， 除蒸汽冷凝水外無廢水、廢液排放， 蒸汽冷凝水可考慮綜合回收利用。該控制系統(tǒng)采用了先進的操控理念， 在正常平穩(wěn)運行的同時減少了人工操作， 真正實現(xiàn)了無人值守、自動運行， 在回收效率、可操作性、低能耗等方面均達到了國內(nèi)先進水平。
3.3 洗滌法工藝技術(shù)
該技術(shù)是指把有機廢氣抽入帶有噴淋系統(tǒng)的洗滌塔中， 氣體通過填料床后可以均勻地、充分與洗滌液進行接觸， 根據(jù)廢氣中有害物質(zhì)的理化性質(zhì)，采用物理吸附的方式或化學(xué)反應(yīng)的方式將污染物清除， 從而使有機廢氣得到凈化。除此之外， 洗滌塔還有降溫、除塵、除油的作用。
清水、植物液、硫酸溶液、氫氧化鈉溶液、次氯酸鈉溶液等是洗滌法中常用的洗滌劑， 其中清水洗滌和植物液洗滌主要利用了污染物在兩種溶液中的溶解性， 植物液中的一些基團也參與了有機物的化學(xué)反應(yīng)。采用硫酸溶液、氫氧化鈉以及次氯酸鈉對有機廢氣的洗滌則是通過化學(xué)反應(yīng)來完成凈化的， 利用的是有害有機物的化學(xué)性質(zhì)。洗滌法的特點是反應(yīng)快速， 洗滌劑與有害氣體的接觸時間比較短， 一般不超過12s； 另外， 洗滌法還具有很強的適用性， 它可以和其他的處理方法共同使用， 對于有機廢氣的預(yù)處理十分有效。
洗滌設(shè)備一般都采用立式結(jié)構(gòu)， 主要有以下幾點優(yōu)勢， 一是占用空間較??； 二是操作簡便， 需要隔一段時間進行一次洗滌液的更換； 三是使用過程中的工藝流程比較靈活， 如用于處理不同的氣體，只需更換相應(yīng)的洗滌液； 四是建設(shè)成本低。
3.4 冷凝工藝技術(shù)
在不同溫度以及壓力下， 氣態(tài)的污染物具有不同的飽和度， 冷凝工藝就是基于該原理， 通過降低氣態(tài)污染物的溫度以及增加氣態(tài)污染物的壓力來完成有機物的凝結(jié)， 最終進行凈化回收。對于那些低流速、高濃度的廢氣， 主要使用冷凝技術(shù)進行凈化， 并且該技術(shù)在處理沸點大于36.85 ℃、體積分?jǐn)?shù)大于0.005%的廢氣特別有效。但是對于一些較低沸點的廢氣， 在對其進行冷凝時， 就需要更大的壓力、更低的溫度， 想要達到這種條件， 無疑會花費較大的成本。冷凝工藝在處理廢氣的過程中效率會受到溫度以及壓力的限制， 所以處理效率比較低，故在實際應(yīng)用中主要將其用于廢氣的預(yù)處理以及前級凈化， 處理后的氣體還需進一步處理才能排放， 且回收的溶劑也不能直接利用， 需要進一步的處理。
綜上所述， 對于制藥廠所產(chǎn)生的有機廢氣， 要從源頭、中端以及末端對其進行全方位的綜合治理， 并根據(jù)實際工況選擇合適的處理工藝技術(shù)。首先要從源頭和過程控制（即對泵、壓縮機、閥門、法蘭等易發(fā)生泄漏的設(shè)備與管線組件） 進行定期檢測， 若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時對其進行處理， 從而達到降低乃至杜絕發(fā)生跑、冒、滴、漏的目的； 在藥品生產(chǎn)過程中， 通過對密閉的、一體化的技術(shù)以及設(shè)備的使用， 減少有機廢氣的泄露， 并對廢氣進行收集、分類、處理； 可以收集有機溶媒罐區(qū)在進料及存儲的過程中所排放的VOCs并送到回收設(shè)備。
接著對廢氣末端治理與綜合利用。當(dāng)末端廢氣中污染物質(zhì)量濃度較低時， 對于能回收的廢氣， 可通過吸附對有機試劑進行回收、處理之后再排放； 對于沒有回收價值的廢氣來說， 可通過多種技術(shù)， 比如濃縮燃燒技術(shù)、等離子體技術(shù)或紫外光高級氧化技術(shù)等凈化后達標(biāo)排放； 對于質(zhì)量濃度處于中等的有機廢氣， 可通過吸附將有機溶劑回收， 然后再通過催化燃燒或熱力焚燒將廢氣凈化， 還可以利用凈化過程中所產(chǎn)生的熱量。對于高濃度VOCs的廢氣， 則可以通過冷凝、吸附等技術(shù)將有機溶劑回收， 再結(jié)合其他技術(shù)凈化廢氣。
來源：《科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力》