發酵技術:發酵尾氣處理方法
隨著以基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程為代表的現代生物技術迅猛發展,生物發酵制品已成為2l世紀投資最活躍、發展最快的產業之一。因生物發酵藥品具有療效高,毒性低,副作用少等特點,而被廣泛應用于I臨床,甚至將會逐步取代一些化學合成藥物,為人類健康作出越來越大的作用。同時因生物醫藥發酵空氣用量大,大量未處理尾氣排人大氣,使部分發酵代謝產物隨尾氣帶出,甚至有特殊難聞氣味產生,即其藥品成分或中間體濃度在空氣中不斷升高,反過來對人體及環境產生危害。因此,必須對其發酵尾氣進行治理。
發酵排氣成分復雜,國內外的處理方法不多,而且沒有一個徹底、經濟的合理方案。國外一般在發酵罐尾氣氣液分離裝置后再安裝膜過濾器,膜過濾器分離效率高,但受發酵排氣滅菌蒸汽等影響,膜過濾使用壽命短,維護費用高;而且對尾氣而言,壓降阻力大,這將帶來一系列問題,首先空壓機出口壓力增高,電耗大大增加,而發酵罐壓增高,將對罐內生產菌代謝過程帶來不可預計的影響。國內一般企業還沒有充分認識到排氣中的損失和危害,尾氣一般直接排空,生產方式比較粗放。有措施的也只是采用一般的低效率旋風分離器和噴淋吸收塔。噴淋吸收裝置在一般化工生產中經常采用,而在醫藥發酵排氣中應用,有效率低、易產生吸收劑二次液沫夾帶損失和運行費用高等弊端。
目前國內較為領先的制藥發酵尾氣治理方法采用了高效旋擊分離技術。國內已有大型生物制藥公司使用這一治理技術,并取得了較好效果。
控制溶劑廢氣最好的辦法就是提高溶劑的回收效率,從源頭減少溶劑的排放,化工行業提高溶劑回收效率、減少溶劑排放的方法很多,多數方法技術成熟可靠,目前常用的回收廢氣中有機溶劑的方法有:
2.1冷凝法
冷凝法是最簡單的回收技術,是目前蒸餾回收溶劑的主要方法,基本原理是將廢氣冷卻,使其溫度低于有機物的露點溫度,使有機物冷凝成液滴,從廢氣中直接分離出來,并進行回收。對于高沸點溶劑采用冷凝法(單冷或者雙冷、三冷)回收可以獲得很高的回收效率,而對于低沸點溶劑,在通常操作條件下,由于有機物蒸氣壓的限制,離開冷凝器的排放氣中仍含有一定濃度的VOC(大量損耗的溶劑以廢氣的形式排入大),一般不能滿足環境排放標淮。要獲得高的回收率,系統需要很高的壓力或很低的溫度,設備、能耗費用顯著地增加。
2.2吸收法
吸收法是利用液體吸收劑與廢氣直接接觸而從廢氣中移出有機物。吸收分為物理吸收和化學吸收。溶劑回收為物理吸收,通常使用的吸收劑為水、柴油、煤油或其他溶劑等。任何可溶于吸收劑的有機物,都將從氣相轉移到液相中,使氣相有機污染物變成液相污染物,吸收液再進一步處理,通常采用精餾來進行溶劑的精制回收,當用非水吸收劑時,還需要進行吸收劑的再生。吸收塔有板式和填料塔兩種,通過改進氣液傳質性能,可以提高有機溶劑的脫除效率。
2.3吸附法
吸附法是目前最為廣泛使用的溶劑深度回收技術,其原理是利用粒狀活性炭、活性炭纖維或沸石等吸附劑的多孔結構,將廢氣中的有機物捕獲。當廢氣通過吸附床時,其中的有機物被吸附劑吸附在床層中,廢氣得到凈化。由于吸附劑的價格較高,需要對其進行脫附再生,循環使用。當吸附劑吸附達到飽合后,通入水蒸氣(或者熱風)加熱吸附床,對吸附劑進行脫附再生,有機物被吹脫放出,并與水蒸氣(或熱空氣)形成蒸氣混合物一起離開吸附床。用冷凝器冷卻蒸汽混合物,使其冷凝為液體。若有機溶劑為水溶性的,則使用精餾法,將液體混合物分離提純;若為水不溶性,則用分離器直接分離回收VOC。
惡臭氣體不僅對生態環境造成嚴重影響,而且對人體健康具有極大的危害,會使中樞神經產生障礙、病變,引起慢性病、急性病和死亡。惡臭物質是通過發臭基團,如硫基、羧基等刺激嗅覺細胞,使人感到厭惡和不愉快。惡臭氣體的污染源多,污染面廣,涉及行業多,濃度一般較低,成分復雜,監測難度大。治理困難。
各種惡臭氣體處理方法的目的在于經過物理、化學、生物的作用,使惡臭氣體的物質結構發生改變,消除惡臭。惡臭氣體常見處理方法有燃燒法、氧化法、吸收法、吸附法、中和法和生物法等。
常見惡臭氣體處理方法比較 |
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處理方法 |
定義 |
適用范圍 |
特點 |
燃燒法 |
通過強氧化反應降解可燃性惡臭物質的方法 |
適用于高濃度、小氣量的可燃性惡臭物質的處理 |
分解效率高,但設備易腐蝕,消耗燃料,成本高,處理中可能生成二次污染物 |
氧化法 |
利用氧化劑氧化惡臭物質的方法 |
適用于中、低濃度惡臭氣體的處理 |
處理效率高,但需要氧化劑,處理費用高 |
吸收法 |
用溶劑吸收臭氣中的惡臭物質而使氣體脫臭的方法 |
適用于高、中濃度的惡臭氣體 |
處理流量大,工藝成熟,但處理效率不高,消耗吸收劑,污染物僅由氣相轉移到液相 |
吸附法 |
利用吸附劑吸附去除惡臭氣體中惡臭物質的方法 |
適用于低濃度的、高凈化要求的惡臭氣體 |
可處理多組分的惡臭氣體,處理效率 |
中合法 |
使用中和脫臭劑減弱惡臭感觀強度的方法 |
適用于需立即、暫時地消除低濃度惡臭氣體影響的場合 |
可快速消除惡臭的影響,靈活性大,但惡臭氣體物質并沒有被去除,且需投加中和劑 |
生物法 |
利用微生物降解惡臭物質而使氣體脫臭的方法 |
適用于可生物降解的水溶性惡臭物質的去除 |
去除效率高,處理裝置簡單,處理成本低廉,運行維護容易,可避免二次污染 |
電離法 |
利用高壓脈沖離子擊斷尾氣分子鏈而使氣體脫臭 |
各種惡臭氣體 |
運行成本極低,運行維護容易,可避免二次污染 |
生物法處理惡臭氣體主要有生物濾池、生物滴濾塔和生物洗滌器3種形式,目前應用最廣泛的是生物濾池和生物滴濾塔。
三種主要生物處理方法比較 |
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處理方法 |
特點 |
優點 |
缺點 |
適用范圍 |
生物濾池 |
單一反應器,微生物和液相固定 |
氣/液表面積比值高,設備簡單,運行費用低 |
反應條件不易控制,進氣濃度發生變化適應慢,占地面積大 |
適用于處理化肥廠、污水處理廠及惡臭物質量濃度介于0.5~1.0g/m3的工農業廢氣 |
生物洗滌器 |
兩個反應器,微生物懸浮于液體中,液相流動 |
設備緊湊,低壓力損失,反應條件容易控制 |
傳質表面積小,需大量供氧才能維持高降解效率,需處理剩余污泥,投資和運行費用高 |
適用于處理工業產生的惡臭物質質量濃度介于1~5g/m3的廢氣 |
生物滴濾池 |
單一反應器,微生物固定,液相流動 |
與生物洗滌塔相比設備簡單 |
傳質表面積小,需處理剩余污泥,運行費用高 |
適用于處理化肥廠、污水處理廠及農業產生的污染物質量濃度低于0.5g/m3的惡臭氣體 |
電離法 |
單一反應器,氣相流動 |
設備緊湊,低壓力損失,反應條件容易控制 |
適用于處理工業產生的惡臭物質質量濃度介于1~5g/m3的廢氣 |
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文章來源:發酵大師網
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