易 斌，徐遵主，李 明，張紀文

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份公司，江蘇 南京 210000)

隨著國外生產(chǎn)成本及環(huán)保壓力的增加，原料藥企業(yè)加速向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，我國原料藥行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷攀升。原料藥生產(chǎn)在創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益的同時，也帶來了較大的環(huán)境負面效應(yīng)。其中，原料藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物(VOCs)，逐漸成為工業(yè)領(lǐng)域VOCs污染排放的主要來源之一，不利于大氣環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，并逐漸對藥企附近的居民健康帶來較大隱患。原料藥行業(yè)的有機廢氣存在排放總量較大、排放濃度高且波動性強、毒性大、排放點源多等特點，無論是廢氣收集還是末端治理，都面臨著較大困難。在可持續(xù)發(fā)展和打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的目標(biāo)導(dǎo)向下，如何持續(xù)減少醫(yī)藥化工行業(yè)的VOCs排放量，使得醫(yī)藥化工行業(yè)從高污染邁向綠色發(fā)展，是當(dāng)前企業(yè)、治污機構(gòu)及政府必須著力研究的課題。

1 項目背景

某制藥企業(yè)始建于上個世紀九十年代，擁有香菇多糖、蛋黃卵磷脂等多條生產(chǎn)線。在《江蘇省化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準》(DB32/3151-2016)發(fā)布后，由于新標(biāo)準排放要求趨嚴，為進一步貫徹建立生態(tài)文明社會的理念，企業(yè)未雨綢繆，按照最新地方標(biāo)準要求，進一步對全廠生產(chǎn)工藝廢氣進行提升改造。

2 廢氣排放現(xiàn)狀

該企業(yè)主要生產(chǎn)香菇多糖、蛋黃卵磷脂等產(chǎn)品。香菇多糖生產(chǎn)線在提取、沉淀、洗滌等生產(chǎn)環(huán)節(jié)排放含乙醇有機廢氣，蛋黃卵磷脂生產(chǎn)線在提取吸附、濃縮蒸餾等生產(chǎn)環(huán)節(jié)排放含乙醇、丙酮的有機廢氣。廢氣總體排放氣量約25000 m3/h，排放濃度約350 mg/m3。提標(biāo)改造前，廢氣處理依據(jù)原環(huán)境影響評估報告落實，采用一級水噴淋和一級活性炭吸附串聯(lián)工藝處理。

廢氣排放環(huán)節(jié)見表1。

表1 廢氣排放環(huán)節(jié)

3 主要問題

經(jīng)對原有廢氣處理系統(tǒng)調(diào)研及監(jiān)測，主要存在如下問題：

(1)《江蘇省化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準》(DB32/3151-2016)實施后，生產(chǎn)線原有治理系統(tǒng)無法穩(wěn)定滿足該標(biāo)準，將會出現(xiàn)少數(shù)瞬時超標(biāo)情況；

(2)處理系統(tǒng)的活性炭更換周期過短，根據(jù)尾氣監(jiān)測結(jié)果，活性炭更換1個月后，出現(xiàn)活性炭吸附前后的VOCs濃度倒掛，據(jù)此推測活性炭吸附1個月時已經(jīng)飽和。頻繁的活性炭更換，費時費力，企業(yè)運維管理成本高。

4 提標(biāo)改造方案

4.1 改造思路

提標(biāo)改造思路主要針對原廢氣處理系統(tǒng)存在的問題，即提高廢氣處理效率，降低運維管理難度，降低運行成本。根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工況特征，結(jié)合行業(yè)內(nèi)已有工程實踐，在確保污染物達標(biāo)排放的前提下，盡可能采用簡單、成熟、可靠、經(jīng)濟的處理工藝，達到排放穩(wěn)定、經(jīng)濟合理、管理方便的目的。

4.2 廢氣處理提標(biāo)改造工藝方案

(1)提標(biāo)工藝

企業(yè)生產(chǎn)車間主要污染物為乙醇和丙酮，排放氣量約25000 m3/h，排放廢氣溫度為常溫，原廢氣處理工藝為“一級水洗+一級活性炭吸附”。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，原有一級水洗處理設(shè)備可正常運行，原有一級活性炭吸附器內(nèi)部結(jié)構(gòu)已腐蝕嚴重，處理效果已基本喪失，因而針對原有廢氣處理系統(tǒng)，采取保留原有可用設(shè)備，更換淘汰設(shè)備，保留原有一級水洗塔，同時更換活性炭吸附罐?？紤]廢氣污染物乙醇和丙酮具有良好的水溶性，在原有水洗塔后段新增一級水洗塔，提高水洗凈化效率，降低后段活性炭吸附負荷；考慮活性炭的穿透吸附量，將原有拋棄法活性炭吸附工藝改造為蒸汽再生法活性炭吸附工藝；為降低廢氣濕度[1]，避免濕度影響活性炭吸附效果，在吸附器前段增加一座除濕塔。經(jīng)改造后，廢氣處理工藝變更為“兩級水洗+除霧+活性炭吸附--蒸汽再生”。

改造后工藝流程圖見圖1。

圖1 改造后廢氣處理工藝流程圖

(2)工藝原理

提標(biāo)后的廢氣處理工藝包含水洗、除霧、吸附、蒸汽再生脫附等工藝段，其中水洗[2]和除霧作為配套吸附工藝的預(yù)處理工藝段，利用高比表面積的填料層上的氣液逆流接觸發(fā)生傳質(zhì)，使得廢氣中的水溶性成分，如乙醇、丙酮，溶于吸收液中，實現(xiàn)一部分有機污染物從廢氣中脫離出來，從而實現(xiàn)降低廢氣中有機污染物濃度的目的。經(jīng)過水洗后，廢氣中夾帶了液沫，濕度增大，不利于活性炭吸附，因此通過設(shè)置一座除霧塔，通過濾水填料濾除廢氣中的液沫，降低廢氣濕度。經(jīng)過預(yù)處理后，廢氣進入吸附段，通過活性炭罐中的兩個炭層，廢氣中的有機污染物炭層中的柱狀活性炭充分接觸，在分子間的范德華力的作用下，有機物被活性炭發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)吸附[3]，與廢氣分離，從而實現(xiàn)廢氣凈化。但活性炭的吸附存在容量限制，一旦吸附飽和即失去吸附效果，因此，為了保持活性炭的吸附性能，減少活性炭更換次數(shù)，提標(biāo)改造時增加了活性炭蒸汽脫附再生功能，脫附時，引入廠區(qū)高溫蒸汽至吸附罐內(nèi)，活性炭層隨之升溫，被吸附的有機污染物分子動能增大，逐步擺脫范德華力的束縛，從活性炭中解吸[4]脫離出來，脫離出來的高溫高濃度的廢氣經(jīng)冷凝器冷凝[5]，液化成廢液作為危廢處置。經(jīng)過蒸汽再生脫附后的活性炭，冷卻至常溫后，恢復(fù)吸附性能，進入下一輪的吸附過程。

4.3 新增廢氣處理設(shè)備選型

(1)吸收塔

處理風(fēng)量25000 CMH，直立逆流式，塔徑2600 mm，塔高5000 mm，兩層填料，每層填料高500 mm，空塔氣速1.3 m/s，材質(zhì)為玻璃鋼，噴嘴型式為非阻塞型(噴角為：120°)，附屬配套維修人孔、溢流口、排放口、供應(yīng)水口、補水電磁閥、浮球閥、連桿液位計等。吸收塔配套的循環(huán)噴淋泵參數(shù)選型為：流量60 m3/h，揚程20 m，功率11 kW。

(2)除霧器

處理風(fēng)量25000 CMH，除霧器操作氣速取3.5 m/s，塔徑1600 mm，高度3000 mm，濾水填料高度500 mm，塔體材質(zhì)FRP。

(3)引風(fēng)機

引風(fēng)機風(fēng)量取30000 CMH，全壓3500 pa，功率45 kW，材質(zhì)FRP。

(4)活性炭吸附罐

處理風(fēng)量25000 CMH，過流氣速0.4 m/s，吸附罐外形尺寸為Ф3500 mm×7000 mm，材質(zhì)不銹鋼304，再生型顆粒活性炭裝填量為10 m3，活性炭四氯化炭吸附率≥70%。附屬配套氣動閥、熱電偶、爆破片、壓力計、冷凝器、蒸汽管道系統(tǒng)、干燥管道系統(tǒng)等。

4.4 改造效果分析

(1)排放濃度對比

提標(biāo)改造后，最終VOCs平均排放濃度約25 mg/m3，遠低于《江蘇省化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機物排放標(biāo)準》(DB32/3151-2016)中要求的80 mg/m3，同時也低于改造前的VOCs平均排放濃度75 mg/m3，最終VOCs平均排放濃度降幅約66.7%，改進效果較明顯，也確保了該企業(yè)廢氣的穩(wěn)定達標(biāo)排放。

(2)活性炭更換頻次對比

經(jīng)檢測分析，改造前活性炭吸附約1個月內(nèi)即吸附飽和，每年至少需更換活性炭12次。提標(biāo)改造后，活性炭采用再生脫附型活性炭，僅需定期采用高溫蒸汽對吸附了VOCs的活性炭脫附再生，大大延長了活性炭的使用壽命，再生型活性炭可再生循環(huán)使用。根據(jù)本項目實踐經(jīng)驗，在運行2年后，本項目的再生型活性炭經(jīng)采樣送檢，四氯化炭吸附率僅下降了約2%。因而，改造后，活性炭使用壽命大為延長，2年更換1次即可。

(3)活性炭更換費用對比

活性炭更換費用包含新活性炭采購費用和廢棄活性炭的處置費用，改造前后活性炭更換費用對比情況見表2。該項目改造前后的活性炭采購價分別為6000元/噸(普通型)、20000元/噸(再生型)，廢活性炭處置費用約8000元/噸。

表2 活性炭更換費用對比

由表2對比可知，改造后，在活性炭更換費用上，活性炭吸附再生工藝具有明顯優(yōu)勢，為企業(yè)節(jié)約了運行費用。

5 結(jié) 語

(1)相較于廢棄法活性炭吸附工藝，活性炭吸附再生工藝對VOCs處理效果更有保障，也更能節(jié)約企業(yè)運行費用，減輕運維壓力；

(2)活性炭吸附再生工藝大大延長了活性炭的使用壽命，減少了活性炭的更換頻次，減少了危險廢物的產(chǎn)生量，更符合循環(huán)經(jīng)濟綠色發(fā)展的理念，將來可在VOCs處理領(lǐng)域推廣應(yīng)用。