生物發(fā)酵制藥異味污染與治理方案淺析

李艷紅

摘要：生物發(fā)酵制藥是傳統(tǒng)制藥行業(yè)中的重要組成部分。隨著生物技術(shù)和醫(yī)藥技術(shù)的發(fā)展，我國已成為全球最大的抗生素類藥品的生產(chǎn)國與出口國，同時也是抗生素行業(yè)對環(huán)境造成污染最嚴重的國家之一。每年都有大量抗生素被應用于人類疾病治療和養(yǎng)殖業(yè)中。近年來，受到“限抗令”和環(huán)保政策的影響，生物發(fā)酵法制備抗生素的制藥企業(yè)受到一定沖擊，但2019年我國抗生素產(chǎn)量仍達到21.8萬t，其中82%被國內(nèi)消耗，其余出口至國外。除抗生素外，維生素及其衍生物等也是生物發(fā)酵制藥企業(yè)的主要產(chǎn)品，每年可達到30多萬t的產(chǎn)量。在以上藥品的巨大需求和大量生產(chǎn)背景下，生物發(fā)酵制藥過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物（VOCs）和異味是制藥企業(yè)不可忽視的潛在危險源，如不能用最優(yōu)的方法處理，對生產(chǎn)員工、周邊居民的健康和企業(yè)附近生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生嚴重危害。

關(guān)鍵詞：生物發(fā)酵;制藥;異味;污染;治理

引言

與城市污水相比，生物制藥廢水中所含的有機廢物濃度較高，而處理期間產(chǎn)生的惡臭氣體主要成分包括硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）、甲硫醇（CH3SH）、磷化氫（PH3）以及醛類等，此類氣體具備一定的刺激性，若不能對其進行良好處理，不僅會造成環(huán)境污染，危害到周圍居民的身體健康，而且會給企業(yè)形象帶來負面影響。本文以生物處理技術(shù)為例，展開惡臭氣體處理路線的分析，以期為后續(xù)處理路線的優(yōu)化完善奠定基礎(chǔ)。

1揮發(fā)性有機物及異味特征

生物發(fā)酵制藥過程會產(chǎn)生眾多揮發(fā)性有機物（VOCs）和一些刺激性異味（如臭味、甜味、芳香味）。這些VOCs大多含有異味，因此，VOCs和異味有很大的重疊，即異味的來源主要是VOCs。除此以外，異味物質(zhì)還包括有機揮發(fā)性酸（VFAs）和H2S、NH3無機物[4]。世界衛(wèi)生組織對VOCs定義范圍較寬，包括了常溫下沸點50～260℃的各種有機化合物。我國多個行業(yè)的VOCs排放標準中，VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，或在20℃條件下，蒸汽壓大于或者等于10Pa且具有揮發(fā)性的全部有機化合物。2018年制藥工業(yè)大氣污染物企業(yè)邊界排放標準污染物限值（mg·m-3）：苯0.4，甲醛0.2，三氯乙烯0.1，硫酸二甲酯0.5，二氯甲烷4.0，非甲烷有機化合物（NMOC）4.0，臭氣濃度20。

2生物制藥廢水惡臭氣體的種類及來源

含有大量油脂和蛋白質(zhì)的高濃度廢水在收集和輸送過程中極易形成厭氧環(huán)境，廢水中部分有機物會轉(zhuǎn)化成可散發(fā)惡臭氣體的化合物前體，如硫醇、硫醚、酰胺、腐胺等。當廢水流入水處理構(gòu)筑物時，水流的擾動導致硫化氫、氨氣、甲硫醇等惡臭氣體迅速逸散到周邊大氣中。預處理階段隔油池截留的油脂、氣浮池截留的浮渣發(fā)酵后會釋放出大量惡臭氣體。水解酸化池和厭氧池中的厭氧硫化菌以硫酸鹽為最終電子受體，氧化有機污染物以獲取能量，而硫酸鹽則被還原為亞硫酸鹽和硫化物，產(chǎn)生硫化氫、硫醇、硫醚等含硫氣態(tài)化合物。在厭氧微生物作用下，含硫有機物被降解為硫化氫，含氮有機物被轉(zhuǎn)化為氨氮并以氨氣的形式從水中逸散出來。隔油池、氣浮池、沉淀池收集的污泥濃縮脫水，含硫有機物再次聚集，且長期停留，高濃度的惡臭污染物從污泥中釋放，使場站局部大氣質(zhì)量急劇惡化。

3生物制藥廢水惡臭氣體常用處理方法

3.1物化處理技術(shù)

在以生物處理技術(shù)為主體工藝路線中，物化處理方法主要作為廢水的預處理或深度處理單元技術(shù)。制藥工業(yè)廢水處理中通常采用的物化法有：混凝沉淀法、氣浮法、吹脫法、汽提法、臭氧氧化法、微電解（Fe-C）法、Fenton法以及機械蒸發(fā)再壓縮（MVR）技術(shù)等。其中，混凝沉淀法和氣浮法，主要去除廢水中大量懸浮物和部分CODcr，適用于含高懸浮物的制藥廢水;吹脫法和汽提法除使用介質(zhì)不同外，工作原理相同，兩者氨氮去除率均可達60%～90%，適用于含高氨氮、低沸點和易揮發(fā)物質(zhì)制藥廢水;臭氧氧化法，對制藥廢水中CODcr、NH3-N和色度的去除效果顯著，適用于含異味、惡臭、酚、氰等污染物質(zhì)、難降解的制藥廢水預處理或深度處理;Fe-C法，適用于氧化還原電位較高的化學合成制藥廢水生化處理前的預處理，在中性或偏酸性條件下應用，可提高廢水的可生化性;Fenton法，能夠提高廢水BOD5/COD比值，增強可生化性，CODcr去除率能夠達到60%以上，適用于難降解廢水的預處理或廢水深度處理。針對經(jīng)厭氧+好氧工藝處理后的阿維菌素、鹽霉素廢水，采用Fenton氧化法深度處理后，廢水中CODcr由224mg/L降至64.3mg/L，去除率達到71.3%。隨著技術(shù)發(fā)展，對光+Fenton、電+Fenton和微電解+Fenton等聯(lián)合工藝的研究也在不斷的深入;MVR（三效蒸發(fā)）技術(shù)，多用于難處理的高含鹽廢水。工程實踐中，使用MVR技術(shù)將硫酸根含量8000mg/L左右的抗生素廢酸水從2%濃縮至25%。其他研究結(jié)果也表明，多效MVR相比單效MVR系統(tǒng)的功耗更低。

3.2優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境

在對生產(chǎn)環(huán)境進行優(yōu)化時，應對生產(chǎn)環(huán)境進行全面清潔，保持生產(chǎn)環(huán)境符合藥品生產(chǎn)的需要，同時也要注意生產(chǎn)環(huán)境要具有一定的密閉性，某些高活性藥物還應嚴格避免其在生產(chǎn)過程中與外界環(huán)境的接觸，防止藥物與環(huán)境的交叉污染，同時對于生產(chǎn)車間的環(huán)境進行除塵、消毒滅菌等。嚴格要求操作人員穿戴潔凈裝備進入生產(chǎn)車間。對于生產(chǎn)藥品的設施設備也要進行全面清潔，必要時還應設置專門的監(jiān)測設備，實時監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量。在藥品生產(chǎn)完工后要對生產(chǎn)的藥品進行抽樣檢查，確保生產(chǎn)出來的藥品無污染，各項檢查指標符合國家藥品質(zhì)量指標。同時藥品生產(chǎn)完工后，也要注意對藥品包裝進行徹底清潔，防止因包裝清潔不當造成藥品被污染，影響藥品質(zhì)量。

3.2使用先進膜過濾技術(shù)

膜過濾是化工行業(yè)中的重要技術(shù)，近些年在化工制藥企業(yè)中同樣應用較廣泛，不僅適用性較廣，而且不會產(chǎn)生污染，符合環(huán)保技術(shù)的要求。膜過濾技術(shù)的實質(zhì)就是滲水處理，通過給予壓力的方式，令原液通過過濾膜，由于過濾膜表面有小孔密集排布，孔徑在雜質(zhì)直徑以下，因此這種方式可以允許原液中的小分子物質(zhì)和水分通過，將大顆粒雜質(zhì)截留在過濾膜外面，達到物質(zhì)分離的效果。一般情況下，業(yè)內(nèi)將含有小分子物質(zhì)和水分的原液稱為透過液，將含有雜質(zhì)的混合液稱為濃縮液。膜過濾技術(shù)基于過濾能力的不同，可以分為微濾膜、納濾膜和超濾膜等，可以達到提純化工藥物，實用價值尚在不斷開發(fā)中?；ぶ扑幤髽I(yè)中，膜過濾技術(shù)可以顯著達到優(yōu)化工藝的效果，而且膜過濾技術(shù)不會產(chǎn)生較大污染，更不會使化工制藥企業(yè)在技術(shù)成本方面投入較多，自然不會影響化工制藥的經(jīng)濟效益。

3.3更新優(yōu)化生產(chǎn)設備

上文已經(jīng)提到過在制藥生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設備對化學制藥生產(chǎn)效率和藥品質(zhì)量息息相關(guān)。制藥企業(yè)應該將陳舊的設備淘汰，引進先進的設備，如果企業(yè)暫時無法引進新的設備，也要注重對現(xiàn)有設備進行優(yōu)化改造，滿足新型化學藥物生產(chǎn)需求，提高藥品質(zhì)量。除此之外，對于設備操作人員的技術(shù)能力也要進一步提升，或者引進新的操作人才，保證設備操作流程正確，有效降低安全風險并滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，結(jié)合企業(yè)自身生產(chǎn)流程和規(guī)模，將設備的使用率和生產(chǎn)效率發(fā)揮出最大成效。

結(jié)束語

在生物制藥廢水處理過程中，進行臭氣的合理處理屬于非常重要的工作內(nèi)容，通過建立高效可靠的除臭系統(tǒng)來完成臭氣處理，對于提升系統(tǒng)運行過程穩(wěn)定性，減少環(huán)境污染有著積極的意義。

參考文獻

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