制藥是社會的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，關(guān)系到國民健康。 21世紀(jì)以來，國內(nèi)制藥產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，為我國民生帶來保障的同時(shí)，其制造過程中所產(chǎn)生的污染也不可避免地給環(huán)境帶來了壓力。 制藥工藝包括發(fā)酵、化學(xué)合成、生物工程、提取等多種，均可能生成一定的廢氣，對大氣環(huán)境造成污染，威脅生態(tài)，危害人類健康。 在中央和地方逐步加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與治理的背景下，制藥企業(yè)也成了相關(guān)部門的重點(diǎn)關(guān)注對象，為此梳理和總結(jié)制藥過程中有機(jī)廢氣的處理工藝是十分必要的。

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(相關(guān)資料圖)

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制藥車間廢氣及其危害為實(shí)現(xiàn)既定的藥效，藥品的成分是復(fù)雜的，且這些成分需要以一定的方式組合起來，而這就決定了藥物制造是一個(gè)復(fù)雜的流程，也難以避免地產(chǎn)生各類廢氣，尤其是有機(jī)廢氣。 （1）含硫化合物，能夠進(jìn)一步產(chǎn)生硫化氫和二氧化硫，甚至產(chǎn)生三氧化硫、硫酸和其他硫酸根化合物。 （2）含氮化合物，可以再生成一氧化氮、二氧化氮，甚至硝酸、硝酸化合物以及臭氧。 （3）碳?xì)浠衔铮M(jìn)一步生成一氧化碳和二氧化碳。 （4）碳?xì)浠衔?，很容易生成揮發(fā)性有機(jī)物結(jié)合體，再生成醛類和酮類物質(zhì)。 （5）鹵素化合物，可進(jìn)一步生成氯化氫、氟化氫等污染物。 （6）無機(jī)顆粒物，主要是粉碎、碾磨、篩分、焚燒等工藝后產(chǎn)生的粉塵和煙塵。而另一方面，因?yàn)樵诩庸み^程中需要使用大量的揮發(fā)性有機(jī)溶劑比如乙酸乙酯、丙酮、苯類、醇類、醋酸丁酯等，也會產(chǎn)生VOCs 污染。 由此可見，制藥過程所產(chǎn)生的廢氣不僅成分復(fù)雜、類型多元化，其廢氣總量、流量也大，處理較為困難。制藥廢氣中很多污染物都有一定的污染性，會對環(huán)境和人體造成危害。其中存在的部分顆粒物即粉塵、煙塵，會損害人類的眼睛、鼻腔、咽部、肺臟等器官，還會攜帶一定的有害微生物；一氧化碳濃度過高會引發(fā)人體中毒；氮氧化物傷害人體多種器官，腐蝕人體皮膚；硫氧化物刺激眼睛，可致癌；VOCs 多有毒性，部分有致癌能力，傷及肝臟、腎臟、循環(huán)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等。而這些污染物又具有破壞臭氧層、腐蝕周邊建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施、危害動植物破壞生態(tài)系統(tǒng)、易燃易爆等“能力”，危害巨大。

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制藥車間顆粒廢氣治理工藝制藥過程中所產(chǎn)生的煙塵和粉塵，一般能夠采用機(jī)械、洗滌、過濾、靜電等方式進(jìn)行消除。

2.1

機(jī)械除塵工藝

該方式主要根據(jù)廢氣顆粒物的自身物理性質(zhì)，通過機(jī)械干預(yù)，使得其在一定的運(yùn)動或平衡后基于慣性、離心性和重力來逐步分離。其中重力沉降室是在上面設(shè)置一個(gè)煙塵通過的管道，并在中間位置留充分的時(shí)間，并設(shè)置相應(yīng)的上下障礙，使得粉塵與煙塵依靠自己的重力降到下面的裝置中，而不含有煙塵和粉塵的相對干凈的氣體則通過另一側(cè)的管道口流出。慣性除塵器則是給含塵氣體一個(gè)較大的向下推力，使得其沿著固定的方向前進(jìn)，然后在吸塵筐上方急劇轉(zhuǎn)彎，使得空氣能夠轉(zhuǎn)彎流走，而粉塵煙塵則可以憑借慣性滯留在筐中，使得空氣盡量得到凈化。旋風(fēng)除塵器則是設(shè)置立體錐形的裝置，含塵氣體進(jìn)入后被旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，煙塵和粉塵因?yàn)殡x心力而被逐步分離到底部，而凈化后的空氣則在中間上升排出。

2.2

洗滌除塵工藝

對于廢氣中存在的顆粒物，也可以采用洗滌的方式進(jìn)行消除。具體的方法是用純凈水或者帶有一定洗滌功能的液體，讓廢氣從液體中穿過，而顆粒物隨之能夠與液體結(jié)合，干凈的空氣則可以從水中溢出，由此就可以對空氣進(jìn)行凈化。為提升去除的效率，也可以將液體物質(zhì)形成一道膜，使得廢氣的穿越更為簡單迅速。這種借助水體來除塵的方式也被稱為濕式法。在實(shí)踐中，會以噴淋洗滌除塵器作為基礎(chǔ)性裝置。在一般的壓強(qiáng)和氣體輸入速率下，去除效率可以達(dá)到80%，為提升該效率，可以采用增加壓強(qiáng)等方式。

2.3

過濾除塵工藝

對于廢氣中的煙塵和粉塵顆粒物，還可以采用過濾的方式將其滯留。因?yàn)轭w粒物的體積較小，要對其成功過濾就需要更小的過濾膜。一般來說，制藥車間產(chǎn)生的粉塵顆粒直徑在60 μm 左右，這就需要其過濾膜的孔徑在10 μm 左右。相關(guān)研究表明，過濾方式具有較好的除塵效果，同時(shí)減小風(fēng)速。增加顆粒層厚度能夠提升除塵的效果。隨著過濾工作的開展，粉塵煙塵顆粒會聚集在過濾膜的一側(cè)，這就需要進(jìn)一步將其清除，以供反復(fù)使用。實(shí)踐中也可以將過濾和機(jī)械2種工藝結(jié)合，使得煙塵和粉塵顆粒能夠先被分離后，再經(jīng)過過濾膜，使得空氣的凈化效果更佳，甚至粉塵煙塵去除率達(dá)到99%。

2.4

靜電除塵工藝

對于粉塵和煙塵顆粒物，采用高壓靜電場，能夠?qū)⑵湮降秸?fù)兩極處，由此實(shí)現(xiàn)對廢氣的凈化。在實(shí)踐中，該工藝更適合煙塵的處理，因?yàn)閺?qiáng)大的電場，能夠更為精準(zhǔn)地吸附離子，使得去除率高達(dá)99% 以上。而對于粉塵顆粒物該方法的去除效果不佳。因此經(jīng)?？吹揭恍┲扑帍S的煙囪上方就安裝了該類設(shè)備，將排放的煙塵直接通過強(qiáng)大的電場，煙氣得到較好的處理后直接排放到空氣中。

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制藥車間有機(jī)廢氣治理工藝除了粉塵、煙塵等微小顆粒物，制藥車間還會釋放一定的有機(jī)廢氣，對此可以采用的治理工藝包括吸收、吸附、冷凝、燃燒、生物處理、光催化氧化、等離子體凈化等。

3.1

吸收工藝

該方法是指通過一定的溶液對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸收，使得污染物被滯留在液體中，而干凈的空氣能夠被釋放出去。該方法治理有機(jī)廢氣與采用洗滌工藝去除粉塵煙塵的原理近似，不同的是該方法不僅將有機(jī)污染物溶于水，還可以將其與液體中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，生成其他的無害物質(zhì)。一般來說，吸收液中會以氫氧化鈉、碳酸鈉、石灰、氨水等堿性物質(zhì)為溶劑，或者以硫酸、鹽酸為溶劑，甚至以簡單的脂、醚、酮類物質(zhì)為溶劑，相應(yīng)地對各類有機(jī)廢氣進(jìn)行吸收和溶解。一般來說采用該方法所帶來的有機(jī)廢氣處理效率可以達(dá)到95% 以上。

3.2

吸附工藝

吸附工藝的原理是利用一些具有吸附能力的材料將污染物吸附在表面，使得其集中并得以進(jìn)一步的處理。目前常見的吸附材料包括活性炭、分子篩、沸石、硅藻土、硅膠、活性氧化鋁等。吸附的工藝決定了其需要較多的材料對一定范圍的污染物進(jìn)行吸附，即很難同時(shí)快速地處理大量的污染物?；谄漭^好的處理能力和不足的處理量度，適合一些毒性大但濃度不高的污染物的處理。在吸附后可以再濕式回收、焚燒等。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用活性炭作為吸附材料，給予充分的接觸時(shí)間，能夠吸附95% 以上是污染物。因?yàn)檫@些材料需要更換，無論是更換時(shí)需要的人工還是材料本身，都需要更多的成本。

3.3

冷凝工藝

利用不同空氣成分凝點(diǎn)不同的原理，將有機(jī)廢氣進(jìn)行降溫、加壓處理，使得有機(jī)廢氣能夠脫離于空氣，因?yàn)橛玫搅死淠募夹g(shù)，被稱為冷凝法。在實(shí)踐中需要用到冷卻液，如果需要接觸冷卻液，就稱之為接觸冷凝工藝，如果不需要接觸冷凝液，則稱之為表面接觸冷凝工藝，是依靠冷卻壁進(jìn)行熱量的傳導(dǎo)。采用該工藝的優(yōu)勢是處理的廢氣可以根據(jù)不同的冷凝點(diǎn)獲得單一的物質(zhì)，因此具有很高的純度，能夠被回收利用。

3.4

燃燒凈化工藝

有機(jī)廢氣所含的物質(zhì)多是以碳、氫、氧為主，這些有機(jī)物在燃燒后通常生成的是沒有危害的水和二氧化碳。由此可見利用焚燒的工藝，能夠便捷地去除有機(jī)污染物。在實(shí)踐中，可以采用直接焚燒、熱力焚燒、催化焚燒3 種方式。其中直接焚燒是指用其他的火源直接將廢氣加熱到燃點(diǎn)，與氧氣發(fā)生焚燒反應(yīng)，這適合一些密度比較高的廢氣，即密度高到可以直接焚燒；熱力焚燒則是指通過其他加熱手段一直對氣體進(jìn)行加熱，使得其處于較高的溫度環(huán)境下與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并不一定能夠自我焚燒，這適合一些密度較低的廢氣；催化燃燒是指利用催化劑，將廢氣置于300℃左右的溫度下，使得其與氧氣反應(yīng)生成水與二氧化碳。相對來說，催化燃燒具有更高的安全性，不需要太高的溫度，但缺點(diǎn)是催化劑往往具有毒性。 在實(shí)際探索中，可以采用蓄熱式焚燒爐來開展直接焚燒工作，能夠?yàn)橛袡C(jī)廢氣的燃燒提供高溫條件，這種焚燒所釋放的熱能還能夠由蓄熱體吸收，進(jìn)而對后續(xù)的有機(jī)廢氣提供熱量促使其繼續(xù)焚燒。這種裝置具有較高的處理效率，也能夠一次性處理較多的廢氣，但不足之處是成本較高，需要初期投入較大的資金。為使得不同特點(diǎn)的廢氣都可以焚燒，也可以將直接焚燒與熱力焚燒結(jié)合，不同時(shí)間段或者不同的焚燒空間結(jié)合。事實(shí)上，單純地進(jìn)行焚燒也不一定將廢氣中所有污染物進(jìn)行消除，因此對于焚燒后的空氣，也可以繼續(xù)進(jìn)行洗滌，而此次洗滌因?yàn)橛休^高的溫度加持，在管道中噴灑相應(yīng)的液體比如水，效果更佳。采用焚燒和洗滌結(jié)合的方式，去除率可達(dá)99% 以上。

3.5

生物處理工藝

生物的新陳代謝具有“化腐朽為神奇”的功效，能將一些污染物吸收，通過內(nèi)部的生物運(yùn)轉(zhuǎn)，生成其他的無害物質(zhì)。其中微生物因?yàn)榉敝逞杆?、生物能量大、可定向培養(yǎng)，成為處理各類污染物質(zhì)的最佳選擇。對于有機(jī)廢氣來說，有多種生物處理方式，先用濕式吸收方法將污染物溶解到水體中，然后在水體中培養(yǎng)微生物使其化解污染物，這被稱為生物吸收法。將微生物吸附在固體的過濾材料上，并直接接觸有機(jī)廢氣，讓污染物被吸附和處理，這被稱為生物過濾法。 相對來說，生物吸收法將污染物固定在水體中，可以有充分的時(shí)間消解，更安全一些，而生物過濾法則因?yàn)闅怏w的流動性，效率不高。根據(jù)技術(shù)原理可以看出，微生物降解廢水廢氣的方法優(yōu)勢明顯，具有較高的安全性，將污染物凈化得也比較徹底，在一次性投資后不需要太高的運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用等。但同樣也有一定的劣勢，包括占地面積大、生物群落需要處理等。近年來學(xué)界又研究了一些其他的生物學(xué)處理工藝，包括生物濾池、生物洗滌、生物滴濾等。其中生物過濾池由水泵、鼓風(fēng)機(jī)、生物填料、補(bǔ)氣管道、過濾池等構(gòu)成；生物洗滌器包括生物洗滌池、再生反應(yīng)池、水泵等構(gòu)件；生物滴濾塔包括風(fēng)機(jī)、水泵、生物填料、噴淋液等構(gòu)件。 實(shí)踐中可以將生物洗滌和生物滴濾兩種方法進(jìn)行組合，可以借用吸收了有機(jī)廢氣的水體作為循環(huán)水，在洗滌塔、生化塔中置入一定的填料，定向培養(yǎng)分解污染物的微生物，持續(xù)一周時(shí)間可將污染物降低90%。

3.6

光催化氧化工藝

該工藝是近年來被發(fā)明的，其基于半導(dǎo)體光催化劑于一定波長光的驅(qū)動下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性羥基自由基和負(fù)氧離子，把有機(jī)廢氣分解成無害的水與二氧化碳。實(shí)踐中最有效的材料是二氧化鈦，因?yàn)槠渥陨頉]有毒性，且在自然界中廣泛存在，獲取的成本比較低，同時(shí)也不需要太苛刻的條件就能夠作為催化劑，成效也比較符合預(yù)期。有一種被稱為多段式臭氧光催化的工藝，其涵蓋了紫外光光解、臭氧氧化、臭氧催化氧化3 個(gè)流程，需要鼓風(fēng)機(jī)、活性炭吸附床、氣泵、臭氧光催化塔等構(gòu)件，制藥有機(jī)廢氣從鼓風(fēng)機(jī)處通過空氣泵進(jìn)入活性炭吸附床，經(jīng)過吸附后被紫外光光解，然后導(dǎo)入臭氧光催化塔，進(jìn)行臭氧氧化和催化氧化，最終得到干凈的氣體。利用這種工藝，對制藥車間的有機(jī)廢氣清除率可達(dá)85%。

3.7

低溫等離子體凈化工藝

該技術(shù)利用了物質(zhì)的等離子形態(tài)的特點(diǎn)，其技術(shù)思路是，物體除了固液氣三相之外，還有等離子形態(tài)，是一種物質(zhì)在氣態(tài)下因?yàn)楸浑婋x而處于的不穩(wěn)定形態(tài)，自身的分子態(tài)會部分破裂，進(jìn)而形成電子、離子、原子和自由基。對于有機(jī)廢氣來說，其形成的該形態(tài)下就會有一定的氫氧根離子、臭氧等。等離子態(tài)，就是這些離子中的正負(fù)電荷數(shù)是等同的。對有機(jī)廢氣施加一個(gè)高壓的電場，使得電子在高速下沖擊有機(jī)廢氣分子，使得其在低溫下形成等離子體狀態(tài)，并由此生成小分子無害物質(zhì)。在實(shí)踐中，治理廢氣會使用脈沖電暈放電或者介質(zhì)阻擋放電的方式，其能夠在常壓下進(jìn)行。

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結(jié)束語因?yàn)閺?fù)雜的制藥流程，在制藥車間會產(chǎn)生各類污染性廢氣，包括顆粒狀粉塵和煙塵，也包括一些有機(jī)污染物?？梢酝ㄟ^多種方式對這些污染物進(jìn)行消除，而為了更好地提升去除效果，降低處理成本，應(yīng)當(dāng)將多種處理方式進(jìn)行結(jié)合，并在生物工程、催化劑等領(lǐng)域進(jìn)行積極創(chuàng)新。

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撰稿人 | 蘇幸

責(zé)任編輯 | 胡靜

審核人 | 何發(fā)