制药行业在发酵、合成、提取等生产环节中会产生大量有机废气和异味气体,排放点位分散、组分波动较大,是环保监管的重点行业之一。原料药生产中使用的有机溶剂种类多、消耗量大,废气治理既要兼顾去除效率,也要考虑运行成本。本文从制药废气的排放特征入手,分析PP喷淋塔与活性炭吸附箱组合治理工艺的设计要点。
一、制药行业废气来源与组分特征
制药生产线的废气来源主要集中在以下几个环节:
发酵工序:微生物发酵罐在排气过程中夹带硫化氢、氨气、挥发性脂肪酸以及醇类、酮类物质。这类废气浓度偏低但风量较大,气味扰民是周边投诉的主要原因。
化学合成:原料药合成反应中使用甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷、甲苯等溶剂,在投料、回流、抽滤等操作中逸散。反应釜排出的废气VOCs浓度通常在500-3000mg/m3之间,随工艺步骤切换波动明显。
提取与精制:结晶、干燥、过滤单元中溶剂蒸汽阵发性排出,组分与生产所用溶剂直接相关。
废水站:调节池和曝气池散发的含硫含氮恶臭气体,浓度低但影响范围广。
PP喷淋塔外观(图源:九丰环境)
二、PP喷淋塔预处理工艺
制药废气中常含酸性组分和颗粒物,PP喷淋塔作为前段预处理,主要完成酸碱中和和除尘。
废气从塔底进入,与顶部喷淋的碱液在填料层内逆流接触,气液传质过程中酸性气体被吸收,颗粒物被液滴捕集。净化后的气体经除雾层脱水后进入后段。
以10000m3/h风量为例,塔体直径取1.8-2.0m,高度4.5-5.0m。填料层选用PP多面空心球,填料高度1.2-1.5m,气液接触时间2-3秒。循环液用3%-5%氢氧化钠溶液,pH控制在8.5-10.5,液气比1.5-2.0L/m3。喷嘴采用PP螺旋喷嘴,每平方米截面积布置6-8个,喷淋压力0.2-0.3MPa。
PP材质对盐酸、硫酸等腐蚀性介质有较好的耐受性,在制药废气环境中使用寿命可达8-10年,后期维护成本低于不锈钢和玻璃钢。
三、活性炭吸附箱深度净化
活性炭吸附箱(图源:九丰环境)
喷淋处理后的气体仍含有低浓度VOCs,需要通过活性炭吸附箱做深度净化。
活性炭的微孔结构比表面积在800-1500m2/g之间,通过物理吸附截留有机分子。制药废气风量大、浓度低,适合选用蜂窝状活性炭,阻力小(200-400Pa),更换周期较长。
设计上,吸附箱空塔风速控制在0.4-0.6m/s,活性炭填充层厚度400-500mm,吸附接触时间1-1.5秒。以10000m3/h计,吸附箱截面积约4.5-5.0m2,蜂窝炭用量约1.5-2.0m3。活性炭碘值不低于800mg/g,苯吸附率不低于25%。
需要注意的是,酮类溶剂在活性炭表面吸附时可能放热,处理含丙酮、丁酮等组分的废气时,应控制进气浓度在安全限值以下,并设置温度监测。
四、组合工艺流程
整套治理流程为:车间废气经集气罩收集->PP风管输送->PP喷淋塔(碱液吸收)->除雾脱水->活性炭吸附箱->离心风机->排气筒排放。
风机选型方面,喷淋塔阻力约800-1200Pa,活性炭吸附箱阻力200-400Pa,管道及附件阻力约300-500Pa,系统总阻力1300-2100Pa。选用防爆型离心风机,风量按设计值的1.1倍选型,兼顾初始投资和运行能耗。
五、运行维护要点
循环液管理:每周检测pH值,低于8.0时补碱,一般每1-2周更换一次废液,更换出的废液按危废处置。
活性炭更换:正常运行3-6个月更换一次。排放口VOCs浓度升高或异味加重时应提前更换。废弃活性炭属于危险废物,交由有资质单位处置。
日常巡检:记录循环泵电流、喷淋压力、风机振动、进出口压差等参数。发现喷嘴堵塞时及时拆洗,填料结垢严重时更换填料段。
实际应用中,某原料药企业发酵车间采用PP喷淋塔加蜂窝活性炭组合方案,运行三个月后第三方检测数据显示:非甲烷总烃进口浓度约45mg/m3,出口降至8mg/m3以下;甲苯进口约12mg/m3,出口低于1mg/m3,满足《制药工业大气污染物排放标准》(GB 37823-2019)限值要求。
制药企业应根据自身工艺和排放特征合理选择收集方式和治理设备组合,在保证达标排放的前提下兼顾经济性,同时建立运行台账和自行监测制度,确保设施长期稳定运行。
