某制药企业废气处理提标改造工程实践

易 斌，徐遵主，李 明，张纪文

(南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏 南京 210000)

随着国外生产成本及环保压力的增加，原料药企业加速向国内转移，我国原料药行业生产规模不断攀升。原料药生产在创造了巨大的经济和社会效益的同时，也带来了较大的环境负面效应。其中，原料药生产过程中产生的挥发性有机物(VOCs)，逐渐成为工业领域VOCs污染排放的主要来源之一，不利于大气环境的可持续发展，并逐渐对药企附近的居民健康带来较大隐患。原料药行业的有机废气存在排放总量较大、排放浓度高且波动性强、毒性大、排放点源多等特点，无论是废气收集还是末端治理，都面临着较大困难。在可持续发展和打赢蓝天保卫战的目标导向下，如何持续减少医药化工行业的VOCs排放量，使得医药化工行业从高污染迈向绿色发展，是当前企业、治污机构及政府必须着力研究的课题。

1 项目背景

某制药企业始建于上个世纪九十年代，拥有香菇多糖、蛋黄卵磷脂等多条生产线。在《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB32/3151-2016)发布后，由于新标准排放要求趋严，为进一步贯彻建立生态文明社会的理念，企业未雨绸缪，按照最新地方标准要求，进一步对全厂生产工艺废气进行提升改造。

2 废气排放现状

该企业主要生产香菇多糖、蛋黄卵磷脂等产品。香菇多糖生产线在提取、沉淀、洗涤等生产环节排放含乙醇有机废气，蛋黄卵磷脂生产线在提取吸附、浓缩蒸馏等生产环节排放含乙醇、丙酮的有机废气。废气总体排放气量约25000 m3/h，排放浓度约350 mg/m3。提标改造前，废气处理依据原环境影响评估报告落实，采用一级水喷淋和一级活性炭吸附串联工艺处理。

废气排放环节见表1。

表1 废气排放环节

3 主要问题

经对原有废气处理系统调研及监测，主要存在如下问题：

(1)《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB32/3151-2016)实施后，生产线原有治理系统无法稳定满足该标准，将会出现少数瞬时超标情况；

(2)处理系统的活性炭更换周期过短，根据尾气监测结果，活性炭更换1个月后，出现活性炭吸附前后的VOCs浓度倒挂，据此推测活性炭吸附1个月时已经饱和。频繁的活性炭更换，费时费力，企业运维管理成本高。

4 提标改造方案

4.1 改造思路

提标改造思路主要针对原废气处理系统存在的问题，即提高废气处理效率，降低运维管理难度，降低运行成本。根据企业的产品结构及工况特征，结合行业内已有工程实践，在确保污染物达标排放的前提下，尽可能采用简单、成熟、可靠、经济的处理工艺，达到排放稳定、经济合理、管理方便的目的。

4.2 废气处理提标改造工艺方案

(1)提标工艺

企业生产车间主要污染物为乙醇和丙酮，排放气量约25000 m3/h，排放废气温度为常温，原废气处理工艺为“一级水洗+一级活性炭吸附”。根据现场调研，原有一级水洗处理设备可正常运行，原有一级活性炭吸附器内部结构已腐蚀严重，处理效果已基本丧失，因而针对原有废气处理系统，采取保留原有可用设备，更换淘汰设备，保留原有一级水洗塔，同时更换活性炭吸附罐。考虑废气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级水洗塔，提高水洗净化效率，降低后段活性炭吸附负荷；考虑活性炭的穿透吸附量，将原有抛弃法活性炭吸附工艺改造为蒸汽再生法活性炭吸附工艺；为降低废气湿度[1]，避免湿度影响活性炭吸附效果，在吸附器前段增加一座除湿塔。经改造后，废气处理工艺变更为“两级水洗+除雾+活性炭吸附--蒸汽再生”。

改造后工艺流程图见图1。

图1 改造后废气处理工艺流程图

(2)工艺原理

提标后的废气处理工艺包含水洗、除雾、吸附、蒸汽再生脱附等工艺段，其中水洗[2]和除雾作为配套吸附工艺的预处理工艺段，利用高比表面积的填料层上的气液逆流接触发生传质，使得废气中的水溶性成分，如乙醇、丙酮，溶于吸收液中，实现一部分有机污染物从废气中脱离出来，从而实现降低废气中有机污染物浓度的目的。经过水洗后，废气中夹带了液沫，湿度增大，不利于活性炭吸附，因此通过设置一座除雾塔，通过滤水填料滤除废气中的液沫，降低废气湿度。经过预处理后，废气进入吸附段，通过活性炭罐中的两个炭层，废气中的有机污染物炭层中的柱状活性炭充分接触，在分子间的范德华力的作用下，有机物被活性炭发达的孔隙结构吸附[3]，与废气分离，从而实现废气净化。但活性炭的吸附存在容量限制，一旦吸附饱和即失去吸附效果，因此，为了保持活性炭的吸附性能，减少活性炭更换次数，提标改造时增加了活性炭蒸汽脱附再生功能，脱附时，引入厂区高温蒸汽至吸附罐内，活性炭层随之升温，被吸附的有机污染物分子动能增大，逐步摆脱范德华力的束缚，从活性炭中解吸[4]脱离出来，脱离出来的高温高浓度的废气经冷凝器冷凝[5]，液化成废液作为危废处置。经过蒸汽再生脱附后的活性炭，冷却至常温后，恢复吸附性能，进入下一轮的吸附过程。

4.3 新增废气处理设备选型

(1)吸收塔

处理风量25000 CMH，直立逆流式，塔径2600 mm，塔高5000 mm，两层填料，每层填料高500 mm，空塔气速1.3 m/s，材质为玻璃钢，喷嘴型式为非阻塞型(喷角为：120°)，附属配套维修人孔、溢流口、排放口、供应水口、补水电磁阀、浮球阀、连杆液位计等。吸收塔配套的循环喷淋泵参数选型为：流量60 m3/h，扬程20 m，功率11 kW。

(2)除雾器

处理风量25000 CMH，除雾器操作气速取3.5 m/s，塔径1600 mm，高度3000 mm，滤水填料高度500 mm，塔体材质FRP。

(3)引风机

引风机风量取30000 CMH，全压3500 pa，功率45 kW，材质FRP。

(4)活性炭吸附罐

处理风量25000 CMH，过流气速0.4 m/s，吸附罐外形尺寸为Ф3500 mm×7000 mm，材质不锈钢304，再生型颗粒活性炭装填量为10 m3，活性炭四氯化炭吸附率≥70%。附属配套气动阀、热电偶、爆破片、压力计、冷凝器、蒸汽管道系统、干燥管道系统等。

4.4 改造效果分析

(1)排放浓度对比

提标改造后，最终VOCs平均排放浓度约25 mg/m3，远低于《江苏省化学工业挥发性有机物排放标准》(DB32/3151-2016)中要求的80 mg/m3，同时也低于改造前的VOCs平均排放浓度75 mg/m3，最终VOCs平均排放浓度降幅约66.7%，改进效果较明显，也确保了该企业废气的稳定达标排放。

(2)活性炭更换频次对比

经检测分析，改造前活性炭吸附约1个月内即吸附饱和，每年至少需更换活性炭12次。提标改造后，活性炭采用再生脱附型活性炭，仅需定期采用高温蒸汽对吸附了VOCs的活性炭脱附再生，大大延长了活性炭的使用寿命，再生型活性炭可再生循环使用。根据本项目实践经验，在运行2年后，本项目的再生型活性炭经采样送检，四氯化炭吸附率仅下降了约2%。因而，改造后，活性炭使用寿命大为延长，2年更换1次即可。

(3)活性炭更换费用对比

活性炭更换费用包含新活性炭采购费用和废弃活性炭的处置费用，改造前后活性炭更换费用对比情况见表2。该项目改造前后的活性炭采购价分别为6000元/吨(普通型)、20000元/吨(再生型)，废活性炭处置费用约8000元/吨。

表2 活性炭更换费用对比

由表2对比可知，改造后，在活性炭更换费用上，活性炭吸附再生工艺具有明显优势，为企业节约了运行费用。

5 结 语

(1)相较于废弃法活性炭吸附工艺，活性炭吸附再生工艺对VOCs处理效果更有保障，也更能节约企业运行费用，减轻运维压力；

(2)活性炭吸附再生工艺大大延长了活性炭的使用寿命，减少了活性炭的更换频次，减少了危险废物的产生量，更符合循环经济绿色发展的理念，将来可在VOCs处理领域推广应用。