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的全部環節都要實現"節能、環保、無害"，生物與化學合成制藥實驗在制作過程中都會產生大量的帶有異味、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多種揮發性和不揮發性有機無機有毒有害物質[1]，對附近大氣環境產生污染。本文就該實驗樓廢氣特征成分與排量進行分析，針對性結合本工程介紹本工程廢氣處理工藝技術，經過實際檢測達到排放標準，為類似工程提供有效幫助。

關鍵詞：綠色制藥；實驗樓；廢氣處理；節能環保；處理工藝

1引言

制藥原料在混合后發生物理化學反應過程中會產生有毒有害氣體，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，經過簡單處理直接排放到大氣中，易造成環境污染，因此綠色制藥的實施尤為重要。當前我國在藥物研發實驗過程中的廢氣控制標準和規范處于起步階段，在制藥工業污染物排放沿用著《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企業較小，但近年來逐漸引起人們關注，必須經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、環保、無害化科研、生產和銷售前提下，還要求具備節能的效果，本文就該高校制藥實驗樓通風櫥和通風柜設備收集的廢氣直接排放、成分、濃度及特征，提出相應的節能、環保、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，通風與空調系統獨立采用排風系統，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，經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，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物：氯化物（氯化氫等）、溴化物（溴化氫等）、碘化物等。（4）惡臭物質。

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質量濃度檢測設備儀器：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，通常可作為吸附劑的多是具有多孔性、內表面積大、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和惡臭物質等，后者依靠加入化學劑形成吸附質與吸附劑之間的化學鍵實現清除，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、設備簡單經濟性高和易于布置等優點[3]。

（2）噴淋室濕式空氣凈化法。

空調系統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、設備簡單、投資少和方便安裝調試優點[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，國內放射源和高壓電暈放電設備較成熟，負離子空氣凈化機理是利用空氣負離子能依附在固態或者液態污染物表面，使之帶電然后相互依附結合形成大離子，最后借助凝結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，負離子凈化的優點是對人體有好處，能振奮精神、改善神經系統和心血管系統、刺激造血功能促進血液循環、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為10次/h，換氣量Q1=通風面積500m2*換氣次數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1.1，同時開啟系數0.6，Q2=0.8*2.35*3600*0.7*1.1=5211.36m3/h，取5300。

2.4廢氣處理工藝設計

因廢氣中含有有機和無機揮發性氣體、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轉速450r/min）

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

2.5 廢氣排放各項濃度合格檢測

經過實際檢測，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物：氯化物（氯化氫等）、溴化物（溴化氫等）、碘化物等。（4）惡臭物質等TVOCs，都控制在可排放標準濃度以內。滿足設計要求。

2.6工程創新點

（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企業不同，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計。

（2）通過技術方案比對、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%，系統能耗降低42%，綠色制藥理念的應用落到實處。

3 總結

本工程通風改造工程中達到預期效果，主要體現在：1）全套設備結構簡單初投資小，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實現聯鎖自控，節能效果好。3）活性炭吸附劑來源廣，更換次數少，較經濟。4）既能實現廢氣處理的同時能有效改善室內通風條件，節省工程造價。為同類大學實驗樓的通風工程改造提供借鑒。

參考文獻：

[1]王渭軍.制藥企業廢氣處理[J].低碳世界，2017（17）：13-14.

[2]侯德順，鐘紅梅.化學實驗室常見廢棄物的處理[J].河北化工，2009，32（05）：72-73.

[3]朱麗麗.實驗室有毒、有害廢棄物的處理與回收[J].大眾標準化，2010（S2）：57-59.

[4]蔣維，鐘兆平，張蕾.化學實驗室廢氣治理現狀與方法[J].資源環境與工程，2006（05）：575-577.