生物發(fā)酵行業(yè)廢氣治理現狀

李天樂　張　帆　王　浩

（安琪酵母股份有限公司湖北宜昌443003）

生物發(fā)酵行業(yè)廢氣治理現狀

李天樂張帆王浩

（安琪酵母股份有限公司湖北宜昌443003）

簡介中國生物發(fā)酵行業(yè)（味精、賴氨酸、藥品）主要的廢氣治理現狀。分析了當前發(fā)酵行業(yè)廢氣治理措施存在的問題，并提出了減少發(fā)酵廢氣排放的措施和建議。

生物發(fā)酵；發(fā)酵廢氣；治理措施

生物發(fā)酵產業(yè)將發(fā)酵技術和現代生物技術的結合，以含淀粉等其他農副產品為主要原料，采用生物細胞或酶的生物催化功能，進行大規(guī)模的物質加工與轉化，用來生產高附加值產品。中國生物發(fā)酵產業(yè)的主要產品仍以味精、賴氨酸、藥品等產品為主，且產量較大。因發(fā)酵工藝涉及環(huán)節(jié)多，發(fā)酵氣體成分復雜，帶有異味，因而受到社會的廣泛關注，采取有效廢氣凈化和異味治理技術，減少發(fā)酵氣體周邊環(huán)境的影響，是當前生物發(fā)酵企業(yè)密切關注的問題。

1　味精行業(yè)廢氣治理

中國是味精生產大國，2010統(tǒng)計數據顯示中國味精生產量位居世界第一位。味精生產主要以玉米淀粉、小麥淀粉為原料，經過液化、糖化、發(fā)酵過程，再分離提取谷氨酸，經精制獲得味精產品［1］；生產工藝過程中產生廢氣，廢氣主要成為為主要含氨、胺、硫醇、硫醚、脂肪酸和硫酸鹽類物質，并帶有惡臭氣味，對周邊環(huán)境產生一定的影響。關于味精發(fā)酵氣體的治理，早期一些味精企業(yè)選擇以水為吸收劑，自行開發(fā)相關的廢氣治理裝置，如壓力水霧化攔阻氣水混合裝置［2］，多級水噴淋塔［3］，利用水吸收廢氣，但對于廢氣中溶解度較低的氣體組分的吸收效果有限。為實現資源化管理，味精生產工廠利用淀粉經發(fā)酵生產味精后剩余的母液，經濃縮、高溫噴漿干燥造粒生產復混肥，其過程中產生了揮發(fā)性的異味氣體。當前研究利用生物法治理味精生產和制肥過程中的廢氣，主要選擇生物滴濾塔［4］，以沸石為填料，液體從塔頂向下噴淋，經底部回流至貯液槽，完成循環(huán)。廢氣體從塔底通入，上升過程中與填料表面的生物膜接觸，經生物凈化后的氣體從塔頂排出。試驗結果顯示生物滴濾塔廢氣的脫臭效率大于95%［5］，生物滴濾器對于去除味精廢氣類復雜氣體具有良好的效果，但當進氣強度較大時，系統(tǒng)的除臭效果不盡人意［6］。通過復合生物塔工藝，即生物滴濾塔-生物過濾塔來進一步提高設備處理能力［7］。

圖1　生物滴濾塔

2　賴氨酸行業(yè)廢氣治理

賴氨酸是僅次于谷氨酸的第二大氨基酸，目前主要用發(fā)酵法生產，中國大部分生產企業(yè)都用玉米淀粉作為原料。賴氨酸發(fā)酵產生的廢氣主要為揮發(fā)性有機物（VOCs），對賴氨酸發(fā)酵尾氣進行監(jiān)測，監(jiān)測結果顯示揮發(fā)性有機物成份達到23種，氣體帶有焦糊味，若不治理，對周邊環(huán)境有較大影響。工程應用中采用等離子技術［8］和光催化氧化技術［9］治理賴氨酸發(fā)酵氣體。采用等離子技術時，發(fā)酵氣體首先通過噴淋塔和除塵設施，然后進入等離子技術反應器，反應器工作電壓90kV，在外加電場的作用下，電極空間內電子獲得能量后撞擊異味氣體分子，破壞其化學鍵，使之轉化為二氧化碳和水，從而達到凈化的目的，但高壓放電存在一定的安全隱患。光催化氧化，讓特定波長的光照射催化劑材料，可以激發(fā)出“電子-空穴”對（一種高能粒子），高能粒子“電子-空穴”，可將害有機污染物碳氫鍵打開，從而被自由基氧化生成CO2、H2O等無毒無味的物質。在工程應用中采用“除塵+光觸媒凈化塔+噴淋吸收塔”［9］，脫臭效率達到99%以上。光催化氧化技術催化劑為TiO2，催化劑載體為蜂窩狀，要求進氣顆粒物濃度小于50mg/m3，否則會引發(fā)催化劑堵塞，紫外線光源的使用壽命為3000h～4000h。

3　發(fā)酵制藥行業(yè)廢氣治理

發(fā)酵制藥指通過微生物的方法，將有機原料通過發(fā)酵、過濾、提純等工序制成藥品的過程，按產品類型可分為抗生素類、維生素類、氨基酸類、其他類等.中國抗感染類產品80%為發(fā)酵類抗生素，抗生素產量位居世界首位，同時中國還是世界上最大的維生素類產品的生產國與出口國［10］。生物發(fā)酵工藝過程中廢氣以VOCs為主，由于部分發(fā)酵代謝產物隨尾氣帶出，廢氣有特殊難聞氣體。典型青霉素生產車間產生廢氣主要成份為乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇［11］；例如，紅霉素發(fā)酵尾氣有苦澀氣味。紅霉素發(fā)酵尾氣治理采用“臭氧氧化+光催化氧化+濕式氧化+噴淋洗滌”工藝［12］，降解VOCs，同時消除苦澀氣味對廠界周邊環(huán)境的影響。當前轉輪濃縮技術逐步應用于發(fā)酵制藥行業(yè)廢氣治理，該技術最初應用于半導體制造、涂裝行業(yè)VOCs治理［13］，轉輪濃縮器是去除有機揮發(fā)物的核心設備，轉輪表面涂覆有吸附VOCs的沸石。其原理是利用沸石低溫吸附、高溫脫附的特性對有機廢氣進行濃縮。濃縮后的廢氣最終通過廢氣焚燒爐、RTO等處理后排放，由于濃縮后的廢氣量僅有待處理廢氣的十分之一以下，從而大大降低了能耗［14］。轉輪濃縮是一項應用于低濃度、高風量有機廢氣凈化的處理技術。對低沸點的有機氣體難以吸附，對高沸點的有機氣體在轉輪上難以脫附，在轉輪上積累使系統(tǒng)出率效率下降。焚燒爐在氧存在下將VOCs分解成CO2和水的無害化過程，反應溫度815.6℃，且停留時間不超過0.75s～1.0s［15］。RTO即蓄熱式氧化焚燒技術，與傳統(tǒng)焚燒爐相比，RTO對燃燒VOCs產生的熱量進行回收用于二次燃燒。燃燒法（焚燒爐、RTO）需不斷消耗燃料，經濟投入大，并且存在爆炸風險，對設備運行及安全管理要求高。

圖2　轉輪濃縮系統(tǒng)［5］

4　結語

味精，賴氨酸，發(fā)酵制藥行業(yè)的排放廢氣主要以VOCs為主，并帶有異味，采取的末端治理措施主要集中在生物法、深度氧化技術（光催化氧化、臭氧氧化、等離子法）、轉輪濃縮技術。我國“十三五”規(guī)劃中，將逐步加大對VOCs排放的監(jiān)管，相關國家法律法規(guī)及標準將日趨嚴格，生物發(fā)酵企業(yè)也采取了相應的廢氣治理措施，但僅僅著眼于末端治理，投入的治理費用高，增加了發(fā)酵企業(yè)的生產成本。因此，有必要推行清潔生產，實現節(jié)能減排。發(fā)酵企業(yè)產品生產過程中物料輸送、加熱中揮發(fā)、沉淀、跑、冒、滴、漏、誤操作等都會造成物料的損失，這就是產生廢氣的來源。應從發(fā)酵產品全生命周期著手，改進物料、工藝，才能夠做到“節(jié)能、降耗、減污、增效”，不斷提高市場競爭能力，達到經濟效益、社會效益、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。

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張帆。