某高校制藥實驗樓廢氣處理改造工藝應用

李宇峰 劉麗孺

摘 要：綠色制藥要求在藥品生產(chǎn)的全部環(huán)節(jié)都要實現(xiàn)"節(jié)能、環(huán)保、無害"，生物與化學合成制藥實驗在制作過程中都會產(chǎn)生大量的帶有異味、污染強、有毒性的氣體和固液體，對于高校實驗室而言其廢氣排放量相對企業(yè)較小，會采用直接排放的方式。由于廢氣中含有苯類、醚類、醇類、氯化物、硫化物和VOCs等50多種揮發(fā)性和不揮發(fā)性有機無機有毒有害物質(zhì)[1]，對附近大氣環(huán)境產(chǎn)生污染。本文就該實驗樓廢氣特征成分與排量進行分析，針對性結(jié)合本工程介紹本工程廢氣處理工藝技術(shù)，經(jīng)過實際檢測達到排放標準，為類似工程提供有效幫助。

關(guān)鍵詞：綠色制藥；實驗樓；廢氣處理；節(jié)能環(huán)保；處理工藝

1引言

制藥原料在混合后發(fā)生物理化學反應過程中會產(chǎn)生有毒有害氣體，通常學校的實驗室排風罩、通風柜收集到的氣體通過風機和排風管送至樓頂，經(jīng)過簡單處理直接排放到大氣中，易造成環(huán)境污染，因此綠色制藥的實施尤為重要。當前我國在藥物研發(fā)實驗過程中的廢氣控制標準和規(guī)范處于起步階段，在制藥工業(yè)污染物排放沿用著《大氣污染綜合排放標注》（GB16297-1996）和《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93），由于控制指標比較寬松，同時對于高校實驗樓的針對性并不具備，雖然廢氣排放量相對于工業(yè)企業(yè)較小，但近年來逐漸引起人們關(guān)注，必須經(jīng)過處理后污染物濃度降低到健康標準才能排放到大氣中[2]。綠色制藥就是在健康、環(huán)保、無害化科研、生產(chǎn)和銷售前提下，還要求具備節(jié)能的效果，本文就該高校制藥實驗樓通風櫥和通風柜設(shè)備收集的廢氣直接排放、成分、濃度及特征，提出相應的節(jié)能、環(huán)保、無害化改造處理工藝。

2該實驗樓通風工程廢氣處理工藝案例

2.1實驗室廢氣組成

本工程中，有3個實驗室，通風與空調(diào)系統(tǒng)獨立采用排風系統(tǒng)，實驗過程全程在實驗臺通風口及通風柜中進行，各自用獨立的通風排風系統(tǒng)，經(jīng)過風管收集后匯入干管輸送到樓頂集中處理后排放。藥學實驗室的廢氣成分復雜，主要與化學合成的藥品種類和使用的化學原料有關(guān)，其特點是：排風間歇性、污染物濃度低、成分復雜和分散等，主要成分有以下：（1）有機廢氣（VOCs）：酮類、胺類、苯類（甲苯、乙苯及其衍生物）、芳香烴、甲烷、乙烷、四氯化碳、三氯化碳、醛類（甲醛、乙醛及其衍生物）、醚類（乙醚等）、醇類及人體揮發(fā)出的有機氣體等（2）無機廢氣：硫化物（二氧化硫、硫化氫等）、二氧化碳、一氧化碳、氮化物（一氧化氮、二氧化氮等）（3）可溶性與部分可溶性揮發(fā)物：氯化物（氯化氫等）、溴化物（溴化氫等）、碘化物等。（4）惡臭物質(zhì)。

TVOCs嚴格控制的污染物及其平均濃度（mg/m3）：苯（28 mg/m3）、甲苯（35 mg/m3）、二甲苯（12 mg/m3）、丙酮（30 mg/m3）。VOCs質(zhì)量濃度檢測設(shè)備儀器：復合式氣體檢測儀、氣相色譜儀等。

2.2實驗室廢氣處理工藝技術(shù)選擇

（1）除氣式空氣凈化物理吸附法。

物理吸附作為一種有效的方法廣泛用于空氣凈化，通?？勺鳛槲絼┑亩嗍蔷哂卸嗫仔浴?nèi)表面積大、阻力小、吸附快還能去除異味的活性炭、硅膠、氧化鋁和分子篩等，1g（約2cm3）活性炭分為顆粒狀活性炭（粒炭）和粉末狀活性炭（粉炭），有效接觸面積達1000m2，吸附能力強大，粒炭用于吸附有害、異味氣體，粉炭用于液體褪色脫色，活性炭吸附凈化分為物理吸附和化學吸附，前者依靠物質(zhì)分子之間的范德華力吸附沸點高于0℃的有機物如部分醛類、酮類、醇類、醚類、酯類、有機酸、烷基苯類類和鹵代烴、H2S、CO、SO2、CS2、NOx和惡臭物質(zhì)等，后者依靠加入化學劑形成吸附質(zhì)與吸附劑之間的化學鍵實現(xiàn)清除，對于沸點低于0℃的甲醛、乙烯、烯烴、胺、酸霧、堿霧、HF、Cl2、HCl和異味等，物理吸附無法清除，必須加入特定的化學劑如溴浸漬活性炭、硫化鈉浸漬活性炭方可清除，利用活性炭吸附具有操作方便、設(shè)備簡單經(jīng)濟性高和易于布置等優(yōu)點[3]。

（2）噴淋室濕式空氣凈化法。

空調(diào)系統(tǒng)的噴水室不僅有熱濕處理功能還具備空氣凈化作用，利用水的吸附和吸收機理還有添加堿/酸實現(xiàn)化學反應滯留污染物的機理，將不同組分在水中的溶解度來分離污染物，對水溶性無機物NH4+、SO42-、NO3-、的凈化效率達78%、92%、92%，對粒徑大于5um的顆粒凈化效率達95%，具有效率高、設(shè)備簡單、投資少和方便安裝調(diào)試優(yōu)點[4]。

（3）放射源與高壓電暈放電負離子法。

空氣是各種氣體的混合物，通常狀態(tài)下呈電中性，但在高壓電暈作用下，會失去電子形成一部分帶正電的正離子和帶負電負離子，國內(nèi)放射源和高壓電暈放電設(shè)備較成熟，負離子空氣凈化機理是利用空氣負離子能依附在固態(tài)或者液態(tài)污染物表面，使之帶電然后相互依附結(jié)合形成大離子，最后借助凝結(jié)或吸附作用沉降下來，達到降低污染物濃度凈化空氣的效果，負離子凈化的優(yōu)點是對人體有好處，能振奮精神、改善神經(jīng)系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)、刺激造血功能促進血液循環(huán)、改善肺部通氣換氣功能和促進新陳代謝的功能，缺點是負離子依附污染物后形成帶電大離子，容易依附在附近居民窗戶、衣物、呼吸道、被子、汽車表面等，造成二次污染。

在本工程中，考慮到一次投資、節(jié)能效果、凈化效率、污染物特征，選擇噴淋室和活性炭吸附的方法。

2.3廢氣量、活性炭量與噴淋室確定

（1）換氣量Q1：以一個房間針對實驗室廢氣特征確定換氣次數(shù)為10次/h，換氣量Q1=通風面積500m2*換氣次數(shù)15次/h=7500m3/h。

（2）廢氣量Q2：50套通風柜1.2*0.8*2.35m+20套萬向排風罩1.8*0.8*2.35m，入口風速0.7m/s，泄露安全系數(shù)1.1，同時開啟系數(shù)0.6，Q2=0.8*2.35*3600*0.7*1.1=5211.36m3/h，取5300。

2.4廢氣處理工藝設(shè)計

因廢氣中含有有機和無機揮發(fā)性氣體、酸霧和堿霧，因此酸堿實驗在獨立排風柜后接噴淋室（2個）排放與普通揮發(fā)性氣體接活性炭裝置末端凈化（10個）。處理流程如下：

（1）風管（630*500mm）+活性炭（1000*800*600mm）+風機（全壓350-900pa轉(zhuǎn)速450r/min）

（2）風管（630*500mm）+噴淋塔+風機（全壓350-900pa轉(zhuǎn)速450r/min）風量6000m3/h

2.5 廢氣排放各項濃度合格檢測

經(jīng)過實際檢測，上述廢氣處理功效達到預期目標，各項指標：有機廢氣（VOCs）：酮類、胺類、苯類（甲苯、乙苯及其衍生物）、芳香烴、甲烷、乙烷、四氯化碳、三氯化碳、醛類（甲醛、乙醛及其衍生物）、醚類（乙醚等）、醇類等（2）無機廢氣：硫化物（二氧化硫、硫化氫等）、二氧化碳、一氧化碳、氮化物（一氧化氮、二氧化氮等）（3）可溶性與部分可溶性揮發(fā)物：氯化物（氯化氫等）、溴化物（溴化氫等）、碘化物等。（4）惡臭物質(zhì)等TVOCs，都控制在可排放標準濃度以內(nèi)。滿足設(shè)計要求。

2.6工程創(chuàng)新點

（1）大學實驗室改造特別是藥學實驗室的通風改造工程的文獻較少。高校制藥實驗樓與工業(yè)企業(yè)不同，在廢氣排放量、廢氣有毒有害成分、通風量等都不同，因此本工程針對性的做出設(shè)計。

（2）通過技術(shù)方案比對、分析、選擇、確定通風量、排風量、風機選型、噴淋室選擇等。實測分析表明，污染物排放降低到標準的75%，系統(tǒng)能耗降低42%，綠色制藥理念的應用落到實處。

3 總結(jié)

本工程通風改造工程中達到預期效果，主要體現(xiàn)在：1）全套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單初投資小，處理工藝完善，凈化效率達75%，能將有毒有害氣體各項指標控制在標準線以下。2）變頻風機與噴淋室與室內(nèi)實現(xiàn)聯(lián)鎖自控，節(jié)能效果好。3）活性炭吸附劑來源廣，更換次數(shù)少，較經(jīng)濟。4）既能實現(xiàn)廢氣處理的同時能有效改善室內(nèi)通風條件，節(jié)省工程造價。為同類大學實驗樓的通風工程改造提供借鑒。

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