藥廠設(shè)備降碳減排技術(shù)分析

唐 準(zhǔn)

（金陵藥業(yè)股份有限公司南京金陵制藥廠，江蘇南京 210038）

0 引言

近年來我國制藥行業(yè)處于快速發(fā)展階段，在制藥行業(yè)中很多設(shè)備資源消耗巨大，造成了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，這與國家提倡的低碳環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展理念不相符。針對這種情況，制藥廠必須意識到制藥設(shè)備降碳減排的重要性和緊迫性，采取多種技術(shù)措施，將降碳減排工作做實、做細(xì)。

1 制藥設(shè)備降碳減排的重要意義

制藥行業(yè)屬于弱周期、需求剛性行業(yè)，關(guān)系到國計民生，更是中國制造2025 和戰(zhàn)略新興重點(diǎn)行業(yè)。但是很多藥企在制藥過程中會消耗大量的水、電、氣、燃料、原材料等資源，為了實現(xiàn)國家對于制藥行業(yè)降碳減排所要求的“碳中和”和“碳達(dá)峰”等目標(biāo)，采取降碳減排措施已成大勢所趨。制藥廠在設(shè)備中應(yīng)用降碳減排技術(shù)后，藥品生產(chǎn)中原材料和電能方面的成本將顯著降低，這不僅有助于降低各類資源的消耗，還能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)在市場上獲得競爭優(yōu)勢。

制藥設(shè)備的降碳減排工作有3 個重要意義：一是降低企業(yè)在環(huán)境綜合治理方面的成本開支，避免造成環(huán)境污染問題，由此可能帶來的停產(chǎn)和整改等問題也將隨之得到化解；二是企業(yè)實行降碳減排后有助于在產(chǎn)業(yè)內(nèi)形成示范效應(yīng)，得到有關(guān)部門在政策和資金等方面的支持；三是企業(yè)通過開展設(shè)備降碳減排舉措有助于提高相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)水平。從長期來看，這些對于企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都很重要[1]。

2 當(dāng)前制藥設(shè)備降碳減排存在的不足

雖然制藥廠對于設(shè)備降碳減排方面的工作也給予了一定關(guān)注，但在實際執(zhí)行層面仍然存在一些不足。例如，當(dāng)前很多制藥廠所采用的降碳減排措施都是在藥品生產(chǎn)完成后才開始進(jìn)行，主要針對藥品生產(chǎn)后的廢棄物和污染物，利用處理裝置進(jìn)行污染控制，而對于藥品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的降碳減排措施則較為缺乏。因此，制藥廠往往僅實現(xiàn)了降低污染物排放量的目標(biāo)，但并未從根本上實現(xiàn)設(shè)備綜合降碳減排舉措[2]。因此，制藥設(shè)備的降碳減排工作仍有較大提升空間。

3 制藥設(shè)備降碳減排技術(shù)和方法

3.1 空調(diào)系統(tǒng)降碳減排設(shè)計

據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占制藥廠總能耗的50%左右，是降碳減排目標(biāo)的主要突破口[3]。因此，空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先配備節(jié)能空調(diào)裝置，如對變頻節(jié)能電機(jī)的循環(huán)處理和過濾處理等模塊進(jìn)行優(yōu)化，有效利用二次回風(fēng)[4]。其次，由于固體制劑等藥品在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)大量粉塵，且這些粉塵若不處理會隨著空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)而擴(kuò)散，可能帶來嚴(yán)重的空氣污染。為此，應(yīng)在空調(diào)系統(tǒng)中配備獨(dú)立的排風(fēng)中效靜壓箱，并對設(shè)備排風(fēng)進(jìn)行自控風(fēng)壓平衡，這種方式也需注意排風(fēng)對能源的消耗，應(yīng)在降碳和減排之間有效平衡。最后，應(yīng)配置整個空調(diào)系統(tǒng)的自控系統(tǒng)，如應(yīng)用空調(diào)DCS 系統(tǒng)對風(fēng)量，壓差，溫濕度等參數(shù)進(jìn)行綜合管控，在滿足藥廠生產(chǎn)要求前提下，達(dá)到提高效率和降低能耗的作用。

3.2 選擇水冷螺桿機(jī)組

空調(diào)外機(jī)應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)的溴化鋰制冷機(jī)組逐步更換為水冷螺桿機(jī)組。螺桿機(jī)組在冷量衰減方面較溴化鋰機(jī)組更具優(yōu)勢，且二者COP（Coefficient Of Performance，性能系數(shù)）值差距明顯，更可采取多段有級能量調(diào)節(jié)和無級能量調(diào)節(jié)方式工作，因此螺桿機(jī)組的能量消耗更低，更有助于實現(xiàn)降碳減排目標(biāo)（表1）。

表1 溴化鋰?yán)渌畽C(jī)和水冷螺桿機(jī)降碳減排參數(shù)對比

3.3 生產(chǎn)線降碳減排設(shè)計

在很多藥品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，特別是中成藥的生產(chǎn)過程中，需要采用相關(guān)設(shè)備對提取后的浸膏進(jìn)行烘干，而這一流程也是整個運(yùn)行過程中耗能最高的一個環(huán)節(jié)，應(yīng)對此進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計[5]。目前常用的優(yōu)化設(shè)計方式是逆流烘干方式，相對于并流烘干方式，逆流方式的傳熱、傳質(zhì)推動力都較大，所以熱能利用率較高。但是因逆流烘干方式接觸面積大，停留時間長、速度快等特點(diǎn)易引發(fā)焦化現(xiàn)象，并不適用于所有制藥品種，需要在工藝和降碳減排上面進(jìn)行有效平衡。除此之外，在水針生產(chǎn)線中亦可應(yīng)用回收技術(shù)對洗瓶水進(jìn)行再利用。在純化水或注水沖瓶后，水中的顆粒物、有機(jī)溶劑和臭氧等含量均較高，若直接排放則會造成嚴(yán)重環(huán)境污染問題，必須處理后回收再利用。為此可將沖瓶后的洗瓶水進(jìn)行收集，并使用膜過濾器進(jìn)行過濾，過濾后再進(jìn)行消毒，確保水體的各項參數(shù)指標(biāo)都合乎要求后可用于洗瓶預(yù)浸泡工藝使用，更可直接替換自來水用于熱風(fēng)機(jī)冷卻、真空泵循環(huán)水等。

圖1 為江蘇某藥廠減排設(shè)計前后用水量對比，把水針生產(chǎn)線洗瓶水處理后再利用于真空泵用水，真空泵用水量由優(yōu)化前的0.04 m3/d，降至優(yōu)化后的0 m3/ d；每兩周一次的換水量由優(yōu)化前的3 m3/次，降至優(yōu)化后的0 m3/次。

圖1 江蘇某藥廠減排設(shè)計前后用水量對比

3.4 制水系統(tǒng)降碳減排設(shè)計

在藥品的生產(chǎn)過程中，需要使用純水機(jī)制備純化水，很多藥廠純水系統(tǒng)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率不高，低于80%，顯然對制水系統(tǒng)的降碳減排設(shè)計也是整個制藥廠設(shè)備降碳減排的重要突破口。造成純化水生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率偏低的關(guān)鍵原因是系統(tǒng)排水量過大，占比超過總排水量的90%[6]。在傳統(tǒng)制水系統(tǒng)中，通常采用二級反滲透系統(tǒng)除去水中過量的無機(jī)鹽成分，雖然這種工藝性能穩(wěn)定、已經(jīng)得以成熟應(yīng)用，但耗能高和效率低等問題較為突出。為此，當(dāng)前的制藥廠制水系統(tǒng)中普遍采用RO 膜系統(tǒng)濃水回收技術(shù)進(jìn)行節(jié)水降耗，考慮到RO 膜系統(tǒng)的濃水排水量占到系統(tǒng)進(jìn)水量的20%左右，對于濃水進(jìn)行回收很有必要。盡管濃水中的鹽分因聚集作用而含量較高，但這種水經(jīng)過深度處理后仍可進(jìn)行再次利用，如處理過的濃水可回收至原水箱或用于植物灌溉、清潔等工作。

當(dāng)然，除了使用廢水回收處理技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗之外，對水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)也不可或缺。可靈活調(diào)節(jié)制水系統(tǒng)，無機(jī)鹽成分含量低的源水只需采用一級反滲透系統(tǒng)即可，而無機(jī)鹽成分含量較高的源水可不局限于傳統(tǒng)的二級反滲透系統(tǒng)，選用新脫鹽工藝，如納米濾芯預(yù)處理和一級反滲透系統(tǒng)聯(lián)合使用，或小二級反滲透系統(tǒng)和其他預(yù)處理方式的優(yōu)化設(shè)計等，以實現(xiàn)節(jié)水降耗的目標(biāo)[7]。

3.5 清潔能源的應(yīng)用

清潔能源具有較強(qiáng)的再生能力，且在最終排放的過程中通常不會對環(huán)境造成明顯污染，顯然采用清潔能源對于實現(xiàn)制藥設(shè)備的降碳減排目標(biāo)有重要作用。在制藥行業(yè)中，耗能最高的項目是電能，因此為降低因大量用電引發(fā)的碳排放過高問題，制藥廠可引入光伏發(fā)電來對部分基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行供電，同時還可引入電池站或冷凍水蓄水池等儲能站儲存低谷時期的電能來補(bǔ)充用電高峰時期的能源缺口，實現(xiàn)能源的合理利用。同時，在一些設(shè)備的運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，可以利用相關(guān)裝置將這些熱量回收利用，如將收集空壓機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的大量熱能回收并換熱為熱水用于生產(chǎn)生活使用等。當(dāng)然，制藥廠也可采用熱電聯(lián)供方式取代傳統(tǒng)供熱方式，以進(jìn)一步提高能源利用率和降碳減排水平[8]。

3.6 環(huán)境管理信息化系統(tǒng)

制藥廠降碳減排設(shè)計離不開信息化技術(shù)的支撐，因此制藥廠要建立環(huán)境管理信息化系統(tǒng)，加強(qiáng)系統(tǒng)的軟件和硬件兩方面建設(shè)，積極應(yīng)用傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)。如采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）等自動化控制系統(tǒng)對制藥廠房環(huán)境參數(shù)和制藥工藝參數(shù)等進(jìn)行實時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)問題時可第一時間自動調(diào)整，確保制藥過程始終在節(jié)能環(huán)保的要求下進(jìn)行，促進(jìn)制藥廠實現(xiàn)綠色生態(tài)化發(fā)展。

3.7 制藥廠污水站降排技術(shù)應(yīng)用

制藥廠污水主要包含以下4 類，分別是抗生素生產(chǎn)廢水、合成藥物生產(chǎn)廢水、中成藥生產(chǎn)廢水和各類制劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的洗滌廢水，具有成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、毒性大和生化性差等特點(diǎn)。通常采用物化、生化技術(shù)對污水進(jìn)行消毒和凈化處理，以降低污水排放給環(huán)境帶來的污染，有條件的制藥企業(yè)還可將處理后廢水進(jìn)行中水回收利用，如應(yīng)用于水源熱泵系統(tǒng)、衛(wèi)生沖洗等。對于污水處理中剩余的污泥，也需要進(jìn)行深度處理，如臭氧+生物活性炭聯(lián)合工藝等，不僅使污泥達(dá)到徹底的無害化程度，更能夠使之變廢為寶、為制藥廠創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì)效益。

3.8 其他降碳減排技術(shù)的應(yīng)用

制藥廠在日常工作中需注重設(shè)備的更新，及時淘汰使用時間較長的老式設(shè)備，積極引進(jìn)和應(yīng)用國際上領(lǐng)先的高節(jié)能高效率低碳低排放的制藥設(shè)備，如磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)、汽水串聯(lián)噴射真空機(jī)組等設(shè)備，這些工作有助于從源頭上控制設(shè)備的碳排和污染物排放。

4 結(jié)束語

由于制藥設(shè)備在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生較高能耗，因此對其進(jìn)行降碳減排處理是未來發(fā)展的趨勢。制藥廠要發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢，在未來的工作中采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，確保藥品生產(chǎn)工作能緊密結(jié)合降碳減排的發(fā)展大趨勢，從而更快更好地實現(xiàn)降碳減排的最終目標(biāo)，推動制藥廠長期、穩(wěn)定的發(fā)展。