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【解析】源头控制技术和末端治理技术原理

发表时间:2016-10-07
近年来,我国环境污染问题越来越严重,医药行业这个“排污大户”,一次次被推向风口浪尖,环保问题已成为广大制药企业共同面临的严峻挑战。据环保部之前公布的数据显示,中国制药生产总产值约占全国GDP的比例不到3%,而污染排放总量却占到了6%左右,其中高污染、高能耗的原料药行业问题尤为突出。


我国的制药行业的VOCs防控工作与国外状况相近,也在走转移、技术升级和加强防控三种途径,不同的是转移多在国内不同的地区的进行,传统原料药逐渐从中东部人口密集、经济较发达地区向西北、东北人口密度小、经济欠发达地区转移,产品转移的同时污染也跟着转移,问题并没有彻底解决,需要关注。在技术升级方面主要体现在产品升级和工艺技术升级,逐渐淘汰污染大的产品和工艺,能源消耗少、污染排放少的产品和工艺逐渐开发与应用。国内外VOCs控制技术种类基本相同,但技术水平和应用情况有很大差异。


控制技术可以分为两大类:源头控制技术和末端治理技术。

(1) 源头控制技术
减少物料的暴露与挥发是源头控制的技术的主要目标,改进生产工艺是源头控制的主要手段,主要设备和容器装卸料是VOCs挥发的重要环节,通过减少装卸料时的物料暴露减少VOCs挥发,如采用封闭管道输送物料、容器内溶剂表面采用氮封或液封技术、输送动力采用压缩氮气等等。离心机、过滤机等固液分离机械采用全封闭设备、干燥设备采用循环风干燥设备、真空设备采用干式真空泵、溶剂的储罐设置为浮顶罐或加装呼吸平衡气囊等都可以减少VOCs的产生量。

我国制药企业VOCs源头控制技术的应用尚不广泛,没有形成行业规范或标准,也没有形成行业习惯, VOCs源头控制还属于初级阶段。


(2)末端治理技术
冷凝和吸附、吸收是最常规的VOCs治理技术,近年来焚烧技术、生产洗涤、生物处理、低温等离子氧化、光氧化、高能电子处理、生物处理等方法也相继出现。
①冷凝
主要针对高浓度VOCs的初步处理,常用于溶剂回收,例如从真空泵排气、干燥排气中回收溶剂。冷凝法处理后的VOCs含量仍然很高,甚至可以达到10000mg/l以上,需要后续处理。
②吸附

吸附法处理效果好,可以把中VOCs浓度降低到10ppm以下,但是吸附剂再生问题需要解决,单床不再生的吸附方法逐渐被限制使用。多床交替再生或转轮连续吸附解析工艺逐渐得到广泛应用。常用的吸附材料有活性炭和分子筛,活性炭使用广泛,颗粒炭、柱状炭和活性炭纤维都有使用,现场蒸汽再生或氮气再生,再生经冷凝回收其中的VOCs成分。多床交替活性炭吸附回收溶剂技术在制药企业已经有较多应用,在降低溶剂消耗、减少VOCs排放方面发挥了重要作用。分子筛为无机吸附材料,疏水分子筛广泛用于石化、喷涂等行业VOCs治理,在制药行业也开始使用。因为分子筛为惰性材料,可以用热空气再生,解析后的可以采用焚烧法处理,因此分子筛转轮浓缩+热力焚烧成为低浓度、大风量处理的有效办法,对于处理没有回收价值的VOCs,比活性炭更有竞争力。当前分子筛转轮目前需要进口,主要制造商有瑞典的Munters、DST 公司和ProFlute公司,日本西部技研、NICHIAS和东洋纺公司,美国atea-WKUSA等。吸附法缺点在于需要对进行除尘、除水预处理,否则吸附效果会受影响,活性炭吸附有着火的风险。


③吸收
对于水溶性VOCs,采用水、稀酸、稀碱、氧化剂溶液吸收,是有效的办法,被企业广泛使用。对于非水溶性VOCs吸收需要采用吸收液吸收,如白油、变压器油、离子液等,成本高,利用不多。受饱和蒸汽压和传质速度影响,吸收法的排气一般会有较高VOCs残留,只使用于高浓度VOCs的处理,需要与其他方法联合使用才能做到达标排放后控制异味。吸收法会产生废水或废液二次污染。
④热氧化
热氧化是最彻底的去除VOCs的办法,适用于高浓度、没有回收价值的处理。低浓度、大气量直接焚烧成本很高,需要先浓缩。热氧化技术包括直接焚烧(TO)、蓄热焚烧(RTO)、催化燃烧(RCO),其中蓄热燃烧技术的应用广泛。目前从事蓄热式燃烧装置(RTO)公司包括杭州科迈科环保公司、扬州恒通环保公司等,主要产品包括两室和三室RTO,对于多蓄热室旋转换向的RTO 的开发尚处于研究阶段,国产的低阻高蓄热能力陶瓷体的性能和国外公司相比,如美国Lantec.ProductsInc和Koch Knight LLC公司的产品还有较大的差距。催化燃烧(RCO)焚烧温度低,辅助燃料用量少,但适用条件要求高,效果不稳定,适用较少。
⑤生物法

生物法适用于中低浓度VOCs和气体处理,处理后中VOCs含量可以降低到较低水平,但不如吸附法。受气候条件、成分变化影响,生物法处理效果不稳定。生物洗涤、生物滴滤池、生物过滤是三种不同的生物方法,最常用的是生物滴滤池。生物法在污水处理的除臭工程中有较多应用,对缓解污水厂发挥了作用,但需要与其他方法联合使用才能稳定解决异味问题。


⑥低温等离子

产生低温等离子体的方法有电晕放电和介质阻挡放电(Dielectric Barrier Disge, DBD)两种方法。DBD等离子体也因其兼有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电大气压下运行的特点,在气态污染物降解方面效果显著,使其成为具有生产应用前景的气态污染物控制有效技术。等离子法对VOCs去除不彻底,单独应用效果不理想,为进一步提高DBD等离子体能效利用率和污染物净化效率等问题,研究人员开始从单用DBD等离子体方法转向DBD与其它技术协同降解污染物,例如,DBD-催化、DBD-UV、DBD-O3、DBD-吸附法、DBD-生物法等,其中,DBD-生物法和DBD-UV(紫外光)联合处理技术在污染物去除率和能效利用方面优势明显,成为具有推广价值的低浓度VOCs及异味气体净化工艺技术。


⑦光氧化和催化氧化
光氧化和催化氧化是通过臭氧对VOCs物质氧化分解,只适合处理小气量低浓度,在条件适合的条件下可以取得较好的处理效果。
⑧综合技术
制药情况复杂,单一技术难以解决问题,因此需要根据特点选用多种技术形成技术组合,发挥不同技术的优势,达到处理目标。合理的技术组合是制药行业VOCs治理技术的发展方向,例如转轮浓缩+RTO技术组合可以处理大风量、低浓度,并达到很高的处理效果;吸收+生物+催化氧化技术组合可以很好地解决污水处理厂问题;冷凝+活性炭吸附组合技术实现单一生产溶剂高效回收。
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