【環境監（jiān）測科普（pǔ）】VOCs治理技術在製藥行業中的應用

近年（nián），我國幾大城市相繼出（chū）現霧霾天氣，政（zhèng）府和人民逐（zhú）漸意識到VOCs是城市光化學煙霧決定性的前體物[2]。隨之政府出台（tái）了一（yī）些列（liè）政策（cè），目前我國針對揮發（fā）性有機物的治理（lǐ）方針為先抓重點區域（yù）、重點（diǎn）行業，再逐步深入。因此重點行業麵臨的環（huán）保壓力日益增大。而製藥行業作為我國六大重要汙染行業之一（yī），相（xiàng）比（bǐ）石化、包裝印刷、家具、製鞋、汽車等行業，該（gāi）行業的VOCs排放量大、成（chéng）分複雜、異味嚴重、防治工作起步較晚，相（xiàng）關的政（zhèng）策和管理製度還不健全[3]。

目前針對製藥行業產生的VOCs，治理市場中常采用：冷凝（níng）回收、噴淋吸收、活性炭（tàn）吸附、VOCs濃縮係統、燃（rán）燒、低溫等離子體等技術。燃燒技術在近年被公認為是治（zhì）理VOCs最（zuì）徹底的（de）方法，去除（chú）效（xiào）率高並且穩定，設備市場發展也最（zuì）為蓬勃，但若（ruò）未對（duì）工況（kuàng）進行深入了解，而盲（máng）目的投入焚燒設備，此時設（shè）備不（bú）僅不能達到理想效果，並且還可能（néng）存在安全隱患。最好的治理方案是通過實（shí）地（dì）考察，將環保與節能完美結合。

本文對國內外製（zhì）藥行業中（zhōng）常用到的 VOCs 治理技術進行了總結，對不同治理技（jì）術的優勢、特點及工程案（àn）例應用做了簡單介紹，以期對國內（nèi）同行在製藥行業 VOCs 治理方麵有所借（jiè）鑒。

1製藥行（háng）業VOCs排放（fàng）特（tè）點

1.1製藥行業廢氣排放特點

（1）生產工藝複雜、汙（wū）染物產生量大

製藥行業按藥品（pǐn）的生產工（gōng）藝可分為：發酵（jiào）類、提取類、化學合成類、中藥類、生物工程類和製劑類[3]。其中發酵類（lèi）和化學合成類製藥工業是VOCs的（de）排放大戶。我國是一個化（huà）學原料藥生產大國（guó），尤其是發酵類藥物產品（pǐn）的（de）產能產量位居（jū）世界第一[3]。

發（fā）酵類製藥主要（yào）包括：抗生素、維生素和氨基（jī）酸等。此類製藥工業汙染（rǎn）源主要包括：發酵尾氣、有機溶劑揮發、菌渣、酸堿廢氣及廢水處理裝置產生的惡臭氣體。廢氣特點：風量大、濕度高、VOCs濃度（dù）低且不穩定，常含氯、硫等較難處理的元（yuán）素，組分複雜。菌渣作為危（wēi）險廢（fèi）棄物較難處理（lǐ）。

化（huà）學合成類主（zhǔ）要（yào）品（pǐn）種：合成抗菌藥（yào）、麻醉藥、解熱（rè）鎮痛藥、非甾博（bó）體抗炎藥（yào）、抗病毒藥和抗真菌（jun1）藥、抗腫瘤藥、體藥物等16個大類（lèi）約近千個品種。化學（xué）合成類工業製藥生產過程中，原材料分離過（guò）濾、發（fā）酵萃取、蒸餾回收、淨化（huà）幹燥的環節會產生溶劑蒸發性VOCs排放，閥門、反應槽、泵與其他設（shè）備連接處易（yì）發生逸散性排放。廢氣（qì）主要包括：乙醇、二氯甲烷、異丙醇、丙酮、乙腈等。特點：風量小、VOCs濃度（dù）高、含塵和含水率低。

2013年，我國有藥品生產許（xǔ）可證的企業7232家，其中化學藥（yào）品製劑企業2841家[4]。固體製劑在噴幹造粒階段，廢氣含塵（chén）高、溫度高、含濕率高，此類廢氣最難治理。

生物工程類包括基因工程藥物、基因工程疫苗、克隆工程製備藥物等（děng）。此類（lèi）製藥（yào）廢氣主要來自於溶劑（jì）的（de）揮發，包括乙醇、丙醇、丙酮、甲醛和乙（yǐ）腈等，還存在發酵過程中產生的少量細胞呼吸氣（qì），主要成分為CO2和（hé）N2。

提取類製（zhì）藥，按來源分：人體、動物、植物、海洋生物等，但不包括微生物。此類工藝常分為六個階段：原料的選擇和預處理、原料的粉碎、提取、分離純化、幹燥及保存、製（zhì）劑。主要汙染物來自於清洗、粉碎和包裝時產（chǎn）生的藥塵，以及提取過程中使用的（de）揮（huī）發性有機物的揮發部分。

中藥類分為（wéi）中藥材、中藥飲片和中成藥。廢氣主要來源於（yú）切製等工序產生（shēng）的藥物粉塵和炮製過程（chéng）中產生的藥煙。

（2）間歇排放、波動性大

製藥（yào）生產多采用間歇生（shēng）產方式，汙（wū）染物也間歇性排放。即汙染物在短時間內集中排放。汙染物的排放量、濃度（dù）、瞬時差異較大，從而加大了（le）處理設施的運行難度，最終（zhōng）造成惡劣的環境（jìng）影響。

（3）成分複雜、環境危害大

製（zhì）藥行業產生的汙染物濃度（dù）高、成分複雜。汙染（rǎn）物包括生產過程中（zhōng）使用的原輔材料（包括大量的有機溶劑）、難生（shēng）化降解的（de）化學合成物（wù）質、殘留物成分以及（jí）藥（yào）物降解中間產（chǎn）物。其中許多汙染物為惡臭（chòu）氣體，甚至（zhì）劇毒或致癌物（wù）質。

總體來說（shuō），我國製藥行業（yè），原（yuán）材料投入量大，產出比小，其大部分物質（zhì）最終（zhōng）成為廢棄物，從而汙染（rǎn）水體和大氣，並且廢氣量大，廢物成分複雜，種類繁雜，汙染（rǎn）危害嚴重，因此（cǐ）該行業的廢氣治理難度大。

1.2 製藥行業VOCs主要成分

醫藥行業製藥過（guò）程產生的（de）VOCs主要為甲醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲（jiǎ）烷、乙酸乙酯、三乙胺、二甲基甲酰胺、醋（cù）酸丁酯（zhǐ）、正丙（bǐng）醇、乙醇、異丙（bǐng）醇、乙腈、環氧乙烷、甲醛等[3]。不（bú）同的製藥方式會產生不同的（de）廢氣，發酵製藥過程中，主要是在（zài）提取和精製中（zhōng）產生溶媒廢氣、菌渣幹燥廢氣等，其成分中丙酮和乙酸乙酯所占比例高，分別為65%、30.41%[5]。對於化學合成製藥來說，則是異丙醇、丙酮、乙醇所占比例最高，分別（bié）44.27%、35.39%、9.78%[5]。

1.3製藥行業VOCs優先控製排序

製藥行業排放的有機汙染物常為高危、致癌物質。何華飛[5]等人參照胡冠九采用的由美國科學院定義的VOCs評價（jià）模型，對（duì）各製藥類型釋放的VOCs作風險評（píng）價，從而確定出製藥行業產生VOCs的優先控製順（shùn）序。通過計算（suàn），發酵類製藥、提取類製藥、化學合成製藥、生物工程類製藥4種製藥類型釋放的VOCs風險值為5.4×10-7~3.2×10-5/a，接近國際輻射防護委員會（ICRP）推薦的最大可接受（shòu）值（5.0×10-5/a）。該文調查的4種製藥類型（xíng）的主要VOCs的風（fēng）險值大小排序為：發（fā）酵類，丙酮>乙酸乙酯>甲苯>苯>二氯甲烷>甲醇；提取類，丙（bǐng）酮>乙（yǐ）酸乙酯>苯（běn）>乙醇；化學合成類，異丙醇>丙酮>甲苯>二氯甲烷>環氧乙烷>乙腈>乙醇。

1.4製藥行業VOCs治理現狀及難點

目前我國還沒有出台製藥行業VOCs排（pái）放的行業（yè）標準，2010年上海修訂了2006年發布的（de）地方標準《生物製藥行業汙染物排放標準》（DB 31/373-2010）；2014年，浙江省發布了（le）《生物製（zhì）藥工業汙染物排放標準（zhǔn）》（DB 33/923-2014）；2014年（nián）天（tiān）津市《工業企業揮發性有機物排放控製（zhì）標準》（DB 12/524-2014）正式發布實（shí）施，其中含針對醫藥製造行業VOCs排放控製標準。2015年，河北省製定了（le）《青黴素類（lèi）製藥揮（huī）發性有機物和（hé）惡臭特征汙染物排放標準》（DB 13/2208-2015）。2016年環境保（bǎo）護（hù）部發布了《關於揮發性有機物（wù）排汙（wū）收費試（shì）點有關具體工作的通知》，雖然目前全國已有十個（gè）省市相繼發布了《VOCs排放收費標準》，但此收費標準主要針對石化行業和印刷包裝行業。因此製藥行（háng）業的VOCs治理（lǐ）起步晚，政策不健全，汙染市場大。

環保部公開數據（jù）顯示，2009年中國製藥工業總產值占（zhàn）全國GDP不到3%，而汙染排放總量卻占到了6%，被公眾稱為“前門製藥治病，後門排汙致病”[6]。根據國家統計局發布的環境統（tǒng）計數據 2013顯示，全（quán）國醫藥製造業工業廢氣（qì）排放總量高達1741億m3[7]。製藥企業使（shǐ）用的有機（jī）溶劑種類多、產（chǎn）生點位複雜（zá），如儲運輸送、反應過程（chéng）、末端治理等很多環（huán）節均（jun1）會有VOCs產生。製藥行業廢氣較石油（yóu）化工、包裝印刷、塗（tú）裝、家具、製鞋等行業廢氣治理的難點在於（yú），廢氣濕度高，VOCs濃度不穩定；組分多，且（qiě）常含氯、硫等使催化劑中毒的元素（sù），治理難度大；製藥企業多為老廠區，廠區設計時未考慮環保設備安裝布局；且很多廠區為防爆車間（jiān），對環保設備（bèi）要求高，從而大大增加了治理成本。製藥企業 VOCs 治理問題已經受（shòu）到社會廣泛關注，保護環境、治（zhì）理VOCs成為醫（yī）藥行業一項重要而艱巨的任務（wù）。

2 VOCs治理技術的應用

2.1沸（fèi）石濃縮轉輪係統

（1）技術原理

沸石（shí）濃縮轉輪是全球公認的最高效的廢氣濃縮（suō）技術。其主要（yào）原理是利用連續變溫的（de）吸附、脫附工藝，使（shǐ）低濃度、大風量有機廢氣濃縮為高濃度（dù）、小流量濃縮氣體。沸石轉輪濃縮吸附裝置分為三個區域，分別（bié）為吸附區、再生區和冷卻（què）區（qū），各個區域由（yóu）耐（nài）熱、耐溶劑的密封性材料分隔。待（dài）處理（lǐ）的氣體在引風機的作用下（xià），通過吸附區域（yù），汙染（rǎn）物被（bèi）分子篩截留吸附，潔淨氣體達標排放。轉輪在皮帶的帶動下，進入到再生區，吸附（fù）在分子篩上的（de）汙染物質（zhì）在高（gāo）溫再生風及再生風機作（zuò）用下，從分子（zǐ）篩上脫附下來，分子篩得（dé）以再生（shēng）。轉輪繼續轉動，進入冷（lěng）卻區，此時由冷卻的潔淨氣體或待處理氣體（tǐ）對分子篩進行冷吹，使其迅速降溫，恢複其吸附功能。原理見圖1。

圖1沸石（shí）轉輪濃縮係統（tǒng）圖

（2）技術優（yōu）勢

操作連續性、效率穩定性、廢氣排放狀況等方麵均優於固定床係統，同時亦有低壓損、無吸附（fù）材料損耗、靈活組裝的有點。沸石不可燃，安全性能好，可以在高溫（wēn）下進行脫附再生（shēng）（最高可達300℃），對於大部分有機（jī）化合物可以（yǐ）進行處理，尤其是在吸（xī）附高（gāo）沸點有機物時，優勢更加凸顯（xiǎn）。

（3）技術特點

沸石轉輪常與回收（shōu）係統和燃燒係統組合使用，常用於低濃度、大風量的VOC工（gōng）況（kuàng）。沸石轉（zhuǎn）輪利用（yòng）吸附性極好的疏水性分子篩作為吸附劑，能夠適用於更多種類（lèi）的VOC，以及不同的運轉條（tiáo）件。即使是苯乙烯和環己（jǐ）酮等具有熱（rè）聚合性高的VOC，也能使用疏水性（xìng）分（fèn）子篩高效（xiào）率地進行處理。濃縮轉輪的核心（xīn）部件因為是在高溫下燒結處理而（ér）成的，完全是無機物（wù）的結合體。如果發生蜂窩通路（lù）堵塞時，可以（yǐ）進行水洗，分子篩轉（zhuǎn）輪也可以根據（jù）實際情況通過熱處理進行高溫活化

（4）案例

某製藥廠發酵車間尾氣治理，風量15000m3/h，廢氣（qì）主要（yào）成分：乙酸乙酯、乙（yǐ）酸丁酯、丙酮等，VOCs初始濃度為1350mg/m3。因乙酸丁酯沸點高，采（cǎi）用沸石轉輪（lún）濃縮係統，VOCs濃縮8倍。經過濃縮係統吸附後排氣中VOCs濃度低於20mg/m3。濃縮後的高濃解析氣量約為9000m3/h，高濃解析氣的通過氧化法進行進一步無害化處理，最終實現（xiàn）有機廢氣的達標（biāo）排放。