生物制药发酵废气处理方案

时间：2020-03-13 来源：龙泰环保设备关键词：浏览：

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本项目为制药有限公司在生物发酵过程中产生的异味废气和产品干燥过程中产生的异味废气。

废气产生情况一览表：

废气产生点

废气量m³/h

废气温度℃

污染物

种类

排气筒高度

排放标准

发酵罐

45000

NH₃、H₂S等异味物质

高于屋面5m

《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）表2标准、《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）表2标准

干燥器

38000

60~90

高于屋面5m

排放标准、排气筒高度以《普洛康裕制药有限公司环境影响评价报告书》批复要求为准。

1.1 设计依据

1) 《中华人民共和国环境保护法》（1989-12-26）；

2) 《中华人民共和国大气污染防治法》（2000-04-29）；

3) 环境空气质量标准（GB3095-2012）；

4) 《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；

5) 《恶臭污染物排放标准》（GB14554-1993）；

6) 《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）；

7) 《普洛康裕制药有限公司环境影响报告书》；

8) 《三废手册废气卷》；

9) 《大气污染防治先进技术汇编》（科技部环境保护部）；

10) 《塔设备技术问答》（赫军令等编）；

11) 《大气污染物治理工程技术导则》（HJ2000-2010）；

12) 《环境保护产品技术要求工业废气吸收净化装置》（HJ/T387-2007）；

13) 《工业企业总平面布置设计规范》（GB50187-2012）；

14) 甲方提供的关于废气和车间等的相关资料；

15) 江苏龙泰环保设备制造有限公司治理类似项目废气工程取得的经验。

1.2 设计原则

（1）协助企业采用科学合理的收集方式，在达到收集效果的前提下，尽量减少气量。

（2）积极稳妥地采用新技术、新设备，结合企业的现状和管理水平采用先进、可靠的污染治理工艺，力求运行稳定、费用低、管理方便、维护容易，从而达到彻底消除废气污染、保护环境的目的。

（3）妥善解决项目建设及运行过程中产生的污染物，避免二次污染。

（4）严格执行现行的防火、安全、卫生、环境保护等国家和地方颁布的规范、法规与标准。

（5）选择新型、高效、低噪设备、注意节能降耗。

（6）总平面布置力求紧凑、合理通畅、简洁实用。尽量减小工程占地和施工难度。

（7）严格执行国家有关设计规范、标准，重视消防、安全工作。

（8）依据国家和地方有关环保法律、法规及产业政策要求对工业污染进行治理，充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。

1.3 技术服务单位简介

江苏龙泰环保设备制造有限公司，公司草创十几年，已有相当的客户和成功经验。专业从事空气污染防治，有机废气治理、废气除臭。针对以上行业我公司可以提供设计，制作，安装，维修等一条龙服务。我公司拥有专业的设计技术人员，有丰富的专业知识和实际经验。公司有环保专业人才二十余名，环工系研究生两名，专本科十五名。更有一批专业过更的设备制作施工队伍。

充分考虑了各类废气性质的不稳定性和复杂性，从工程的设计、配套、安装、调试、维护等方面提供了极大的可行性、可靠性和灵活性。

根据收集废气排风量、风速及废气浓度的大小，灵活配置废气废气处理系统，净化处理效率高。安装及维护方便。方便灵活、操作简便，实用有效。

工业成功案例如五百强富士康喷漆废气处理、富士康印刷厂废气处理、富士康污水处理池废气处理、万润精细化工有限公司废气处理、浙江浙晨橡胶有限公司废气处理、安徽金禾实业废气治理、浙江华友钴业废气治理、烟台万华废气治理、潍坊嘉华废气治理、潍坊益华废气治理、潍坊世华废气治理、青岛加华废气治理、双汇集团废气处理废气治理、上药集团常州制药厂废气治理、淮安振方医药化工废气治理、濮阳惠城电子材料股份有限公司废气处理、江苏宗申、徐州兴盛制漆有限公司废气处理、江苏恩华制药股份有限公司废气治理、徐州金蝉特种涂料有限公司、徐州双楚涂料有限公司等项目。

2 工艺技术选择

2.1国内外异味气体控制技术概况

异味是大气、水、土壤、固体废弃物等物质中的异味物质，通过空气介质作用于人的嗅觉器官感知而引起的不愉快感觉并有害于人体健康的一类公害气态污染物质。异味物质的种类很多，迄今为止，凭人的嗅觉即能感受到的恶臭物质有4000多种，但通常大致分为三类：一是含硫的化合物，如硫化氢、硫醇类、二甲基硫、硫醚类及含硫的杂环化合物等；二是含氮的化合物，如氨、胺类、腈类、硝基化合物及含氮杂环化合物等；三是碳、氢或碳、氢、氧组成的化合物（低级醇、醛、脂肪酸等）。其中对人体影响较大的八大恶臭物质是：硫化氢、氨、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、苯乙烯、二甲二硫。而我们通常所指的恶臭气体，是指在空气中扩散带有恶臭的气体，简称臭气。恶臭气体的来源分布广泛，主要来自于固体垃圾处理场、以石油为原料的化工厂、污水泵站、污水处理厂、制药厂、饲料和肥料加工厂、畜牧产品农场、化纤厂、皮革厂、制浆厂、以及公厕、粪便转运站等场所。污水中的蛋白质、脂肪、碳水化合物的厌氧、好氧过程的产物或不完全产物而产生恶臭物质，如硫化氢（H₂S）、氨（NH₃）、吲哚（C₈H₅-NHCH₃）、三甲胺(CH₃)₃N、甲硫醇类CH₃SH、二甲二硫（CH₃SSCH₃）、甲硫醚CH₃SCH₃）、乙醛、低级醇、脂肪酸等，这些物质散发到空气中不仅使人感到不快、恶心、头疼、食欲不振、妨碍睡眠、嗅觉失调、情绪不振、爱发脾气以及诱发哮喘等，而且甚至引起急性病。为了提高居民生活环境质量、杜绝空气污染隐患、恶臭源的控制已成为目前一些地区亟待解决的环境问题之一。

目前，异味废气处理的传统方法有燃烧法、吸收法、吸附法、生物法、光催化法、电催化法等。

1）燃烧法

燃烧法主要有根据燃烧的温度及辅助介质不同又分为直接燃烧法和催化燃烧法两种。

催化燃烧法较适合于高浓度、小风量废气的净化，在处理低浓度的废气时，由于要维持300～400℃的催化燃烧温度，需借助于活性炭吸附等浓缩工艺来提高废气的燃烧热值，但废气中的水气、油污及颗粒物易引起活性炭吸附容量下降及催化剂中毒失活等问题，使得该方法的推广和使用在一定程度上受到了限制。

直接燃烧法是投加辅助燃料与废气一起送入焚烧炉燃烧，直接焚烧工艺成熟，控制一定的温度条件下污染物去除效率高，焚烧彻底，但在使用过程中一般会有一下问题：

①若焚烧含氯、溴代有机物和芳烃类物质时极易产生二恶英类强致癌物质，尤其在焚烧炉启动和关闭过程中更易产生，为避免二恶英类物质产生，须提高燃烧温度在1200℃以上，若保持如此高的燃烧温度不仅运转费用高，而且对焚烧炉的要求也大大提高。

②焚烧含氯代有机物时会产生氯化氢腐蚀问题，尤其是在高温状态下，氯化氢的腐蚀性能大大增强，不仅对管道存在腐蚀，更严重的是会引起焚烧炉的腐蚀。

③焚烧时存在爆炸的潜在危险，尤其是易挥发性可燃气体，若达到其爆炸极限遇明火则有可能引起爆炸。

另外，若废气中含有卤素、氮元素和硫元素的情况下，采用燃烧法极易产生二次污染物质二恶英、氮氧化合物和硫氧化合物。

2）吸收法

利用污染物质的物理和化学性质，使用水或化学吸收液对废气进行吸收去除的方法。该方法在设计操作合理的情况下去除效率很高，运转管理方便，但对设备及运行管理要求极高，而且只有能溶解于吸收液或能与吸收液反应的污染物才能被有效去除。

3）吸附法

该方法是当污染物质通过装有吸附剂（如活性炭、疏水分子筛等）的吸附塔时，利用该吸附剂对污染物的强吸附力，从而达到净化废气的目的。该方法设备简单，去除效果好，多用于净化工艺的末级处理。该方法缺点是对高浓度废气处理效率低、占地面积大、气阻大、吸附剂需经常更换或再生等缺点，而且吸附剂脱附后的气体难于收集而最终又排回大气中，是一种不彻底的解决途径。

4）生物法

生物法是近年来研究较多的一种处理工艺，该方法最突出的优点是处理成本低廉、基本无二次污染。生物法虽然在净化低浓度有机污染物时效果明显，具有能耗低的优点，但存在气阻大、降解速率慢、设备体积庞大、易受污染物浓度及温度的影响，而且该法仅适用于亲水性及易生物降解物质的处理，对疏水性和难生物降解物质的处理还存在一定难度。

5）光催化技术

光敏半导体催化氧化或纳米金属氧化物光催化也是近年来的研究热点，但该技术的降解效率受控于污染物质与催化剂表面界面扩散速率，而且催化剂价格昂贵、很容易中毒失效，目前光催化技术很难用于大规模工业化应用，多局限于实验研究及小风量应用阶段。

6)电催化技术

当外加电压达到气体的着火电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态。电催化技术降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

7）低温等离子法

等离子是物质存在的除固态，液态，气态之外的第四种状态，具有宏观度的电中性与高导电性。等离子体中含有大量活性电子，离子，激发态粒子和光子等。这些活性粒子和气体分子碰撞的结果，产生大量的强氧化性自由基0，有机物分子被这些强氧化性的物质所氧化，最终降解为CO₂和H₂O。等离子体的发生技术主要有：直流电晕放电法、脉冲电晕放电法、介质阻挡放电、表面放电，目前常见的放电反应器电晕放电和介质阻挡放电的气体压强为10⁵Pa，电场强度分别为5×10⁴和10²-10⁵，等离子体的产生采用的都是高压电场放电，对于一些易燃易爆废气的处理存在危险性，因此从安全角度考虑，本项目中不建议采用此法。

低温等离子体的不足之处：

² 易产生火花放电，在高峰值电压下，反应器易产生火花放电，火花放电不仅增大电能消耗，而且破坏放电的正常进行，净化效率低，还存在危险性。

² 当填充材料直径为3mm时，电场强度为4KV/cm时，由于击穿和火花的产生，对苯等有机物的分解并不十分完全。

² 对于低温等离子设备对设备部件的构型设计、制造精度、严密性等要求很高。比如对电场频率、电压、高频的脉冲等参数，成套设备中如果其中的某个参数达不到要求，如电压电低、频率过高或过低等会对离子体的产生量造成很大的影响，甚至会造成爆炸事件。

综上，低温等离子方法存在隐患。

2.2 LTAOP高级氧化技术简介

高级氧化技术是对传统处理技术中的经典化学氧化法，在改革的基础上应运而生的一种新技术方法，它由GLAZE W.H.等人1987年提出。高级氧化技术Advanced Oxidation Processes简称AOP。指O₃在氧化促进剂的作用下产生大量的羟基自由基（OH）使难降解的污染物氧化成CO₂、H₂O和无害羧酸，接近完全矿化。它是最有前景的处理难降解污染物的方法。

我公司在传统的高级氧化的技术之上进行了多年的研究和改进，形成了我公司特有的一套高级氧化技术LTAOP，且此工艺已成功申请发明专利。

采用LTAOP技术处理异味气体，强氧化氧原子、臭氧与有机物反应后，其最终生成物是H₂O、CO₂和无害羧酸。离子发生器产生的强氧化剂在遇水时产生极强的羟基自由基（OH），这些自由基可分解几乎所有有机物，将其所含的氢（H）和碳（C）氧化成水和二氧化碳。除电耗，水耗外，不消耗其他原料，不带来二次污染，无需二次处理。此技术在处理废气方面是国内首创，独一无二。

LTAOP技术作用机理

离子发生器产生在高压放电的情况下产生带有强氧化性的氧原子、O₃，离子在水的作用下形成大量的羟基（OH），羟基（OH）具有极强的氧化能力。在高级氧化分解中，O₃参与直接反应，OH参与间接反应在pH >4条件下90%由间接反应完成。

高级氧化与污染物得反应途径：

直接反应：污染物+O₃→CO₂+H₂O+RCOOH

注：O₃（Eo=2.07V）有选择性，速度慢

间接反应：污染物+OH→CO₂+H₂O+RCOOH

注：OH（Eo=2.8V）电位高，无选择性，速度快，反应能力强，速度快，可引发链反应使有机物彻底降解。

表2-1 几种废气处理工艺的适用范围及优缺点

工艺特点净化工艺	安全性	净化效率	总投资（一次性投资＋运行费用）	能耗	有无二次污染
水（药剂）喷淋+活性炭吸附法（药剂有烧碱、双氧水等几种）	安全	一般（很容易失败）	低	较高	固废需处理
燃烧法	不安全	高	高	非常高	有
低温等离子法	不安全（有机废气易燃易爆）	高	高	较高	无
LTAOP	安全	最高	适中（运行费用是活性炭的1/10）	低	无
生物滤池	安全	一般	高	高	有

（2）优劣性对比图：

从综合比较可知龙泰环保高级氧化法非常安全，运行稳定，去除效率高，运行费用低，无二次污染，是所有处理方法中最优越的废气处理方案。

2.3工艺流程确定

综上所述本方案工艺为“碱洗喷淋+催化氧化+水吸收”。

发酵罐废气、干燥器废气净化工艺详见工艺流程图。

工艺简介：

废气通过收集系统进行收集，然后进入碱洗喷淋塔，除去部分水溶性污染物、酸性污染物和降低废气温度，之后废气进入催化氧化塔，同时离子发生器产生的氧化性气体经管道进入催化氧化塔，经布气装置与废气充分混合，废气发生氧化反应，同时在催化剂的作用下，废气进一步被催化氧化，废气中污染物最终变成CO₂、H₂O和无害羧酸，之后然后进入水吸收塔，无害羧酸被水吸收，通过循环水的更换去除。处理过后的洁净气体通过引风机（干燥废气为前段送风）进入烟囱，达标排放。

2.4编制范围

本设计包含范围：

1. 成套设备：碱洗喷淋塔、离子发生器、催化氧化系统、水吸收系统。

2. 以上成套设备之间的管道阀门等和成套设备的安装。

动力照明电源、给排水等外部条件由业主单位按设计要求提供。

2.5各系统单元描述

2.5.1收集系统

对任何一个高效的废气控制和处理系统而言，废气收集系统都是一个极为重要的关键要素。因为这一系统从源头处决定了废气控制和处理系统的处理大小。作为废气控制和处理系统的一个重要组成部分，废气收集及输送系统设计是一个极为重要的关键要素。废气收集及输送系统设计得合理与否很大程度上影响着整个废气控制和处理系统的处理效果。

本项目发酵罐废气、干燥器废气均由甲方负责收集送至本废气处理系统进气口处。

2.5.2碱洗喷淋塔

碱洗喷淋塔主体材质为SUS304，碱洗塔内置有新型的阶梯环填料（PP），气液接触比表面积大。碱溶液通过雾化喷淋，充分和废气接触，优化气液比。碱喷淋顶部最后一个喷淋组件的上部设有除雾器，废气穿过循环液喷淋层后，再连续流经除雾器（SUS304丝网）时，除去废气中所含液滴。碱喷淋塔设有二级喷淋，增加处理效果。

填料

主要作为提供气液接触界面，布置于喷淋塔喷淋区下部，废气通过托盘后，被均匀分布到整个喷淋塔截面。这种布水装置对于提高吸收效率是必要的，除了使主喷淋区废水分布均匀外，喷淋塔托盘还使得废气与吸收液或喷淋液在托盘上的液膜区域得到充分接触。托盘结构为带分隔围堰的多孔板，托盘被分割成便于从喷淋塔人孔进出的板片，水平搁置在托盘支撑的结构上。填料不容易堵塞，减小风阻。

喷淋装置

喷淋塔内部喷淋系统是由分配母管和喷嘴组成的网状系统。喷淋层上安装螺旋喷嘴（SUS304），其作用是将喷淋液雾化，喷淋液由喷淋塔再循环泵输送到喷嘴，喷入废气中。喷淋系统能使浆液在喷淋塔内均匀分布，流经每个喷淋层的流量相等。

除雾装置

用于分离废气携带的液滴。喷淋塔除雾器布置于喷淋塔顶部最后一个喷淋组件的上部。废气穿过循环浆液喷淋层后，再连续流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在除雾丝网上。

循环泵

喷淋塔再循环泵安装在喷淋塔旁，一用一备，用于预处理去除废气中的水溶性污染物质、酸性污染物质。采用单流和单级立式离心泵，包括泵壳、叶轮、轴、导轴承、出口弯头、底板、进口、密封盒、轴封、基础框架、地脚螺栓、机械密封和所有的管道、阀门及就地仪表和电机。工作原理是叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都能得到提高，从而能够被输送到高处或远处。同时在泵的入口形成负压，使流体能够被不断吸入。泵头采用耐腐蚀材料。

对于本项目的废气处理系统，碱洗喷淋塔的主要作用是将废气温度从降低到常温，同时预处理掉废气中的异味物质，降低后段氧化催化塔的负荷。