樊曉宇

（西安利君制藥有限責(zé)任公司，陜西西安 710077）

1 紅霉素發(fā)酵工藝概述

紅霉素發(fā)酵采用傳統(tǒng)的三級(jí)發(fā)酵生產(chǎn)工藝，即兩級(jí)種子培養(yǎng)和發(fā)酵生產(chǎn)。一級(jí)種子罐用火焰法接入斜面孢子，培養(yǎng)合格的一級(jí)種子移入二級(jí)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)成熟的二級(jí)種子移入發(fā)酵罐培養(yǎng)。發(fā)酵全過(guò)程依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)隨機(jī)補(bǔ)入葡萄糖、正丙醇、豆油和水等物料。發(fā)酵周期160h～180h。

2 紅霉素生產(chǎn)發(fā)酵尾氣的特點(diǎn)

在紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣主要為發(fā)酵廢氣，其成分主要有：CO2、水蒸氣、及有苦澀味的有機(jī)揮發(fā)物VOC。從單個(gè)發(fā)酵罐全發(fā)酵過(guò)程來(lái)講，發(fā)酵時(shí)間在30h～60h 時(shí)產(chǎn)生的發(fā)酵尾氣帶有苦澀味最濃，這可能是紅霉素次級(jí)代謝過(guò)程中菌絲體分泌紅霉素發(fā)出的氣味?？酀瓪馕兜慕M分十分復(fù)雜，是揮發(fā)性的有機(jī)物，如：有機(jī)酸、醛酮、脂類(lèi)的某種，也可能是某幾種的集合體，簡(jiǎn)稱(chēng)為VOC。隨著紅霉素生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，影響范圍不斷變大，引起了工廠(chǎng)周?chē)用窈铜h(huán)境保護(hù)部門(mén)的干涉。

3 發(fā)酵尾氣苦澀氣味的消除

利用臭氧發(fā)生器制備臭氧，再將在氧化反應(yīng)器經(jīng)臭氧氧化的發(fā)酵尾氣用紫外光照射，使臭氧化解產(chǎn)生活潑的羥基自由基氧化發(fā)酵尾氣揮發(fā)性有機(jī)物VOC，使其降解生成CO2、H2O 和極其微量的有機(jī)酸，達(dá)到消除發(fā)酵尾氣苦澀味的目的。

3.1 苦澀氣味消除過(guò)程

某公司紅霉素發(fā)酵車(chē)間有12 個(gè)206 t 不銹鋼發(fā)酵罐生產(chǎn)硫氰酸紅霉素。在發(fā)酵車(chē)間樓頂上，從各發(fā)酵罐旋風(fēng)分離器排出的0.02MP～0.03MPa 發(fā)酵尾氣依次排入長(zhǎng)12m，直徑900 mm，長(zhǎng)13m 直徑1 400mm，長(zhǎng)27m 直徑1 600mm 沿樓頂面依次連接總長(zhǎng)52m的總尾氣管道，發(fā)酵尾氣接著進(jìn)入沿樓頂面長(zhǎng)54m 直徑2 200mm的長(zhǎng)圓筒氧化反應(yīng)器中。從臭氧制備系統(tǒng)送來(lái)的0.07MPa 臭氧從4 處分別送入氧化反應(yīng)器中，臭氧和發(fā)酵尾氣混合氧化反應(yīng)后，進(jìn)入U(xiǎn)V 照射室，臭氧經(jīng)紫外光照射分解產(chǎn)生羥基自由基，在濕式氧化塔內(nèi)羥基自由基氧化發(fā)酵尾氣揮發(fā)性有機(jī)物VOC，使其降解成CO2、H2O 和微量的有機(jī)酸，再進(jìn)入噴淋洗漿塔，洗滌凈化，對(duì)微量有機(jī)酸用水吸收后排放，洗滌后的發(fā)酵尾氣無(wú)污染排空。系統(tǒng)圖見(jiàn)圖。

圖紅霉素尾氣處理裝置系統(tǒng)圖

3.1.1 臭氧制備系統(tǒng)

此系統(tǒng)由冷凍干燥機(jī)，吸附式富氧機(jī)，臭氧發(fā)生器組成。這些設(shè)備可安裝在距離發(fā)酵樓頂尾氣處理裝置附近的發(fā)酵車(chē)間樓內(nèi)。臭氧用不銹鋼的管道分四處分別送入發(fā)酵樓頂總廠(chǎng)52mm的總尾氣管道中。將0.7MPa 壓縮空氣在冷凍機(jī)內(nèi)冷凍除水，在進(jìn)入吸附式富氧機(jī)，微量水分被除去制成富氧空氣，接著將其送入臭氧發(fā)生器制成臭氧。某公司紅霉素發(fā)酵尾氣苦澀氣味消除系統(tǒng)采用的臭氧發(fā)生器可制備壓力0.07MPa～0.1MPa，濃度20mg/L～35mg/L，產(chǎn)量4 000g/h的臭氧空氣。

3.1.2 氧化反應(yīng)器

氧化反應(yīng)器可根據(jù)工廠(chǎng)發(fā)酵車(chē)間的具體狀況而設(shè)計(jì)。

某公司氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)為沿樓頂屋面設(shè)置，長(zhǎng)54m，直徑2 200mm的薄壁不銹鋼長(zhǎng)圓筒，其內(nèi)部有多個(gè)折流板，分四處通入0.07MPa 臭氧，臭氧和發(fā)酵尾氣在其內(nèi)流動(dòng)混合。氧化反應(yīng)器亦可設(shè)計(jì)為立式設(shè)備。

3.1.3 UV 光子照射室

在UV 照射室混合氣體流經(jīng)通道的上部裝有48個(gè)UV 光子燈管，臭氧在UV 照射下產(chǎn)生羥基自由基，即1mol 臭氧在紫外光照射下能產(chǎn)生2mol 羥基自由基。與單獨(dú)的臭氧對(duì)有機(jī)物的降解相比，通過(guò)紫外線(xiàn)照射，促進(jìn)自由基生成羥基自由基能分解難氧化的物質(zhì)。

3.1.4 濕式氧化塔

濕式氧化塔底部設(shè)有水箱，水箱內(nèi)裝有臭氧曝氣頭，臭氧空氣管路中裝有氧化還原電位自控裝置，可實(shí)現(xiàn)臭氧自動(dòng)投加。塔體內(nèi)裝有塑料填料，塔體外配有循環(huán)水泵，發(fā)酵尾氣在塔內(nèi)被臭氧、羥基自由基進(jìn)一步氧化。濕式氧化塔兩臺(tái)并列安裝。

3.1.5 噴淋洗滌塔

此塔為多級(jí)填料噴淋洗滌塔，由貯液段、填料段、噴淋段、進(jìn)氣段、出氣段組成。塔體外配有循環(huán)水泵，用水對(duì)氧化后的發(fā)酵尾氣進(jìn)行洗滌、凈化，除去苦澀氣味后排放。噴淋洗滌塔兩臺(tái)并列安裝。

3.1.6 系統(tǒng)組合設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

此系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)塔，UV 光子照射室，濕式氧化塔，噴淋洗滌塔的壓力降要互相平衡，它們之間的相連管道管件公稱(chēng)直徑的選擇，整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)量，各級(jí)壓力降的選擇須進(jìn)行計(jì)算。此排風(fēng)處理系統(tǒng)中不要再加入外來(lái)壓頭，即不要再加入通風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的排風(fēng)量必須大于發(fā)酵尾氣量和臭氧空氣量的總和，整個(gè)氣流的壓力降必須小于發(fā)酵尾氣排出的壓力0.02MPa，不然會(huì)使發(fā)酵罐罐壓升高引起染菌。整個(gè)系統(tǒng)部件材質(zhì)為304 不銹鋼。

3.2 紅霉素發(fā)酵尾氣苦澀氣味處理機(jī)理

與單獨(dú)的臭氧對(duì)有機(jī)物的降解相比，羥基自由基能分解難氧化的有機(jī)物。在活性氧中，臭氧的氧化還原電位為2.07V，羥基自由基的氧化還原電位為2.80V。在自然界羥基自由基的氧化性?xún)H次于單質(zhì)氟。

羥基自由基非常活潑，化學(xué)反應(yīng)速度極快，對(duì)大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)速率大多在106-1010mol-1LS-1，基本接近擴(kuò)散速率的控制極限值1010mol-1L S-1。此時(shí)，氧化反應(yīng)的速率主要由羥基自由基的產(chǎn)生速率決定，而且羥基自由基對(duì)各種有機(jī)物的反應(yīng)速率常數(shù)相差不大，可實(shí)現(xiàn)各種有機(jī)物質(zhì)的同步去除[1]。故此處理過(guò)程中把UV 照射室放在氧化反應(yīng)器與濕式氧化塔之間，以便羥基自由基充分發(fā)揮氧化作用。

與普通化學(xué)氧化相比，羥基自由基可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物質(zhì)的完全氧化，在反應(yīng)過(guò)程中羥基自由基可同中間產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)，直至有機(jī)物最后被完全氧化成CO2、H2O 和微量的有機(jī)酸，不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)零污染、零排放。這些有機(jī)酸是水溶性的，能用水洗滌吸收轉(zhuǎn)移到液相排放。這樣就可以去除紅霉素發(fā)酵尾氣中的苦澀氣味，達(dá)到發(fā)酵尾氣無(wú)污染排放。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)和理論

4.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)

表 尾氣處理裝置檢測(cè)數(shù)據(jù)表

用青鳥(niǎo)明華電子儀器有限公司的TY2000-C 復(fù)合氣體檢測(cè)儀在發(fā)酵車(chē)間樓頂對(duì)紅霉素發(fā)酵尾氣處理裝置進(jìn)行了不同時(shí)間段的檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)上表。

4.2 結(jié)論

從上表的檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，本系統(tǒng)消除紅霉素發(fā)酵尾氣的苦澀氣味效果明顯。雖然現(xiàn)場(chǎng)還有微量的VOC，這是因?yàn)榱u基自由基和發(fā)酵尾氣揮發(fā)性有機(jī)物混合不充分，仍有微量VOC 沒(méi)有被完全氧化。但發(fā)酵生產(chǎn)車(chē)間周?chē)褯](méi)有苦澀氣味，工廠(chǎng)周?chē)用癫辉偻对V，市環(huán)保局來(lái)人現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、督查，認(rèn)為紅霉素發(fā)酵尾氣達(dá)到了無(wú)氣味排放的要求。

希望本文能對(duì)有類(lèi)似問(wèn)題的企業(yè)同行提供借鑒和參考，歡迎探討，共同提高。

[1]李靈香玉,馬香娟.羥基自由基OH的特性及其在光化學(xué)氧化反應(yīng)中的機(jī)理[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),2006,35(8):36-39.