制药有机废气净化技术及应用

1 制药行业的VOC废气特点 

挥发性有机物(VOCs) 一般是含有氧、氮和硫原子的化合 物。制药行业废气具有处理难度大、成分不简单、流量大、浓 度低等特点。特别是对于制药行业废气中的VOCs 含量排放 要求愈加严格。制药工业常使用沸点低、易挥发有机溶剂，排 放的尾气中含有一定浓度的VOCs成分，制药行业多数VOCs 有恶臭异味，长期暴露在被VOCs环境中可导致人体出现中毒 的现象，一些VOCs具有易燃易爆性等安全隐患; VOCs中的卤 代烃可破坏臭氧层，影响大气环境质量。

2 制药行业VOC废气治理技术

2. 1 吸收法 

吸收法是通过液体吸收剂来净化制药有机废气中VOC成 分，原理是使废气中的气体污染物与吸收液两者发生反应，以 此达到净化效果。其反应根据是否发生化学反应可分为两种: 物理吸收和化学吸收。吸收法因具有操作简单、工艺成熟、成 本低等优势，广泛应用于制药行业的气体流量大和浓度范围广 的废气治理领域中，对吸附剂的选择是该技术的关键。不足之 处是吸收后的溶液需要对其净化处理，否则将导致废水二次污 染。例如制药行业的含有甲醇或乙醇的易溶性组分废气，一 般采用水溶液吸收净化; 含有酸酐的尾气常采用碱性水溶液吸 收净化。

2. 2 吸附法

 吸附法的原理是通过吸附剂来净化制药有机废气中VOC 成分，目前常用的多孔固体吸附剂主要有活性炭、硅藻土、硅 胶、分子筛、活性氧化铝、沸石等。活性炭因其具有较大表面 积的内部孔结构、成本较低、适用范围广和比较稳定等特性， 因此应用最为广泛，主要是通过煤、木材和石油焦等原材料经 过“碳化”和“活化”等工艺制成。

2. 3 冷凝法 

冷凝法的原理是根据VOC饱和蒸气压受温度影响变化的 特点，通过降温冷凝方法使有机废气组分冷凝并分离，通过气 体与冷却介质的接触方式主要分为两种: 接触冷凝和表面接触 间接冷凝。接触冷凝法是将含有VOC的气体与冷却液直接接 触，优点是冷却效率高，节约冷量，缺点是冷却液与VOC组分 混合后将影响冷却剂质量，需要进一步净化冷却剂。表面接触 间接冷凝是通过换热器壁面换热冷凝，优点是可以获得冷凝后 的液体物料，易于回收利用。在制药行业为提高VOC净化效 率，一般采用二级冷凝法。

2. 4 燃烧法 

燃烧法是通过燃烧的方式直接氧化分解VOC分子，根据 原理可分为三种方法: 直接燃烧法(CO)、蓄热燃烧法(ＲTO) 和催化燃烧法(ＲCO)［7］。直接燃烧法( CO) 是在燃气( 或电加 热) 辅助燃烧的条件下高温燃烧，把VOC分子彻底氧化分解为 终极产物。蓄热燃烧法是通过两个蓄热炉交替使用，产生的热 能储存在蓄热体内用于下一次循环加热，使VOC分子直接分 解成终极稳定物质的燃烧净化设备。蓄热式氧化焚烧法(ＲTO) 不足之处为设备易腐蚀、燃料消耗快、成本高和易造成二次污染等。催化燃烧法(ＲCO)是在催化剂的活性物质作用于，降低 VOC 氧化的温度，提高氧化效率。燃烧法适合于高浓度VOC 废气的处理，具有净化效率高，处理气体流量和弹性范围大等 优点; 不足之处是设备费用高，对废气中夹带粉尘颗粒物较敏 感。

2. 5 生物处理法 

生物法处理废气的基础是微生物净化废水，原理是通过微 生物降解多种有机物和某些无机物，对VOC组分进行分解成 H2 O 和 CO2 ，从而达到净化效果。生物处理分主要有两种方 法: 生物吸收法和生物过滤法。生物吸收法是将有机废气经过 吸收从气相转到液相，然后利用微生物处理废水。生物过滤法 是通过附着在固体过滤材料表面的微生物来治理有机废气，从 而达到净化目的。生物处理法具有能源消耗低、无二次污染、 安全性好、成本低等优势。不足之处是占地面积较大、系统弹 性小和受环境温度影响大等。该技术具有较大的优越性和应用 性，未来研究发展方向主要集中以下几个方面在: ①微生物菌 种的选择和培养; ②开发更适合于微生物生长的填料; ③研发 高效、传质性能良好的生物反应器; ④构建成本低、运行可 靠、净化率高的一体化工艺。

2. 6 紫外光催化－氧化法 

紫外光催化氧化是一种新兴的VOC净化技术，在一定波长 光的驱动下，纳米二氧化钛光催化剂产生的强氧化性羟基自由 基和负氧离子，将气体中VOC分解为小分子物质。紫外光催化 氧化法具有设备简易、反应条件温和、投资低、能耗低等优 势。但紫外光催化－氧化法仅适用于低浓度VOC废气净化，催 化剂活性和净化效率的稳定性较低［8］。如发酵废气与废水处理 站废气，可以根据实际的废气状况进行单一或者联合使用，也 可与生物过滤净化技术联用，以满足更高的环保处理要求标 准［9］。不足之处在于催化剂效果容易不稳定、活性大幅度降低 等现象，因此该领域的研究重点方向是开发出高效且稳定的催 化剂。沙昊雷等［10］研究紫外光－生物过滤联合降解苯乙烯，实 验采用主波长为185 nm的紫外装置和选择适宜填料挂膜的生 物滴滤塔，入口苯乙烯为320～583 mg/m3。实验结果表明工艺 稳定时苯乙烯去除率保持在95%以上，且试验中紫外光解技术 的总效率比生物装置更高。

2. 7 低温等离子体净化法

 低温等离子体( NTP) 是物质的第四态，在高电压作用下， 电极在气体中放电产生大量活性粒子，VOC分子在气相中经过 电离、激活、裂解等一系列物理和化学反应，氧化为小分子物 质，甚至达到终极产物。