某高校制药实验楼废气处理改造工艺应用

李宇峰 刘丽孺

摘 要：绿色制药要求在药品生产的全部环节都要实现"节能、环保、无害"，生物与化学合成制药实验在制作过程中都会产生大量的带有异味、污染强、有毒性的气体和固液体，对于高校实验室而言其废气排放量相对企业较小，会采用直接排放的方式。由于废气中含有苯类、醚类、醇类、氯化物、硫化物和VOCs等50多种挥发性和不挥发性有机无机有毒有害物质[1]，对附近大气环境产生污染。本文就该实验楼废气特征成分与排量进行分析，针对性结合本工程介绍本工程废气处理工艺技术，经过实际检测达到排放标准，为类似工程提供有效帮助。

关键词：绿色制药；实验楼；废气处理；节能环保；处理工艺

1引言

制药原料在混合后发生物理化学反应过程中会产生有毒有害气体，通常学校的实验室排风罩、通风柜收集到的气体通过风机和排风管送至楼顶，经过简单处理直接排放到大气中，易造成环境污染，因此绿色制药的实施尤为重要。当前我国在药物研发实验过程中的废气控制标准和规范处于起步阶段，在制药工业污染物排放沿用着《大气污染综合排放标注》（GB16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93），由于控制指标比较宽松，同时对于高校实验楼的针对性并不具备，虽然废气排放量相对于工业企业较小，但近年来逐渐引起人们关注，必须经过处理后污染物浓度降低到健康标准才能排放到大气中[2]。绿色制药就是在健康、环保、无害化科研、生产和销售前提下，还要求具备节能的效果，本文就该高校制药实验楼通风橱和通风柜设备收集的废气直接排放、成分、浓度及特征，提出相应的节能、环保、无害化改造处理工艺。

2该实验楼通风工程废气处理工艺案例

2.1实验室废气组成

本工程中，有3个实验室，通风与空调系统独立采用排风系统，实验过程全程在实验台通风口及通风柜中进行，各自用独立的通风排风系统，经过风管收集后汇入干管输送到楼顶集中处理后排放。药学实验室的废气成分复杂，主要与化学合成的药品種类和使用的化学原料有关，其特点是：排风间歇性、污染物浓度低、成分复杂和分散等，主要成分有以下：（1）有机废气（VOCs）：酮类、胺类、苯类（甲苯、乙苯及其衍生物）、芳香烃、甲烷、乙烷、四氯化碳、三氯化碳、醛类（甲醛、乙醛及其衍生物）、醚类（乙醚等）、醇类及人体挥发出的有机气体等（2）无机废气：硫化物（二氧化硫、硫化氢等）、二氧化碳、一氧化碳、氮化物（一氧化氮、二氧化氮等）（3）可溶性与部分可溶性挥发物：氯化物（氯化氢等）、溴化物（溴化氢等）、碘化物等。（4）恶臭物质。

TVOCs严格控制的污染物及其平均浓度（mg/m3）：苯（28 mg/m3）、甲苯（35 mg/m3）、二甲苯（12 mg/m3）、丙酮（30 mg/m3）。VOCs质量浓度检测设备仪器：复合式气体检测仪、气相色谱仪等。

2.2实验室废气处理工艺技术选择

（1）除气式空气净化物理吸附法。

物理吸附作为一种有效的方法广泛用于空气净化，通常可作为吸附剂的多是具有多孔性、内表面积大、阻力小、吸附快还能去除异味的活性炭、硅胶、氧化铝和分子筛等，1g（约2cm3）活性炭分为颗粒状活性炭（粒炭）和粉末状活性炭（粉炭），有效接触面积达1000m2，吸附能力强大，粒炭用于吸附有害、异味气体，粉炭用于液体褪色脱色，活性炭吸附净化分为物理吸附和化学吸附，前者依靠物质分子之间的范德华力吸附沸点高于0℃的有机物如部分醛类、酮类、醇类、醚类、酯类、有机酸、烷基苯类类和卤代烃、H2S、CO、SO2、CS2、NOx和恶臭物质等，后者依靠加入化学剂形成吸附质与吸附剂之间的化学键实现清除，对于沸点低于0℃的甲醛、乙烯、烯烃、胺、酸雾、碱雾、HF、Cl2、HCl和异味等，物理吸附无法清除，必须加入特定的化学剂如溴浸渍活性炭、硫化钠浸渍活性炭方可清除，利用活性炭吸附具有操作方便、设备简单经济性高和易于布置等优点[3]。

（2）喷淋室湿式空气净化法。

空调系统的喷水室不仅有热湿处理功能还具备空气净化作用，利用水的吸附和吸收机理还有添加碱/酸实现化学反应滞留污染物的机理，将不同组分在水中的溶解度来分离污染物，对水溶性无机物NH4+、SO42-、NO3-、的净化效率达78%、92%、92%，对粒径大于5um的颗粒净化效率达95%，具有效率高、设备简单、投资少和方便安装调试优点[4]。

（3）放射源与高压电晕放电负离子法。

空气是各种气体的混合物，通常状态下呈电中性，但在高压电晕作用下，会失去电子形成一部分带正电的正离子和带负电负离子，国内放射源和高压电晕放电设备较成熟，负离子空气净化机理是利用空气负离子能依附在固态或者液态污染物表面，使之带电然后相互依附结合形成大离子，最后借助凝结或吸附作用沉降下来，达到降低污染物浓度净化空气的效果，负离子净化的优点是对人体有好处，能振奋精神、改善神经系统和心血管系统、刺激造血功能促进血液循环、改善肺部通气换气功能和促进新陈代谢的功能，缺点是负离子依附污染物后形成带电大离子，容易依附在附近居民窗户、衣物、呼吸道、被子、汽车表面等，造成二次污染。

在本工程中，考虑到一次投资、节能效果、净化效率、污染物特征，选择喷淋室和活性炭吸附的方法。

2.3废气量、活性炭量与喷淋室确定

（1）换气量Q1：以一个房间针对实验室废气特征确定换气次数为10次/h，换气量Q1=通风面积500m2*换气次数15次/h=7500m3/h。

（2）废气量Q2：50套通风柜1.2*0.8*2.35m+20套万向排风罩1.8*0.8*2.35m，入口风速0.7m/s，泄露安全系数1.1，同时开启系数0.6，Q2=0.8*2.35*3600*0.7*1.1=5211.36m3/h，取5300。

2.4废气处理工艺设计

因廢气中含有有机和无机挥发性气体、酸雾和碱雾，因此酸碱实验在独立排风柜后接喷淋室（2个）排放与普通挥发性气体接活性炭装置末端净化（10个）。处理流程如下：

（1）风管（630*500mm）+活性炭（1000*800*600mm）+风机（全压350-900pa转速450r/min）

（2）风管（630*500mm）+喷淋塔+风机（全压350-900pa转速450r/min）风量6000m3/h

2.5 废气排放各项浓度合格检测

经过实际检测，上述废气处理功效达到预期目标，各项指标：有机废气（VOCs）：酮类、胺类、苯类（甲苯、乙苯及其衍生物）、芳香烃、甲烷、乙烷、四氯化碳、三氯化碳、醛类（甲醛、乙醛及其衍生物）、醚类（乙醚等）、醇类等（2）无机废气：硫化物（二氧化硫、硫化氢等）、二氧化碳、一氧化碳、氮化物（一氧化氮、二氧化氮等）（3）可溶性与部分可溶性挥发物：氯化物（氯化氢等）、溴化物（溴化氢等）、碘化物等。（4）恶臭物质等TVOCs，都控制在可排放标准浓度以内。满足设计要求。

2.6工程创新点

（1）大学实验室改造特别是药学实验室的通风改造工程的文献较少。高校制药实验楼与工业企业不同，在废气排放量、废气有毒有害成分、通风量等都不同，因此本工程针对性的做出设计。

（2）通过技术方案比对、分析、选择、确定通风量、排风量、风机选型、喷淋室选择等。实测分析表明，污染物排放降低到标准的75%，系统能耗降低42%，绿色制药理念的应用落到实处。

3 总结

本工程通风改造工程中达到预期效果，主要体现在：1）全套设备结构简单初投资小，处理工艺完善，净化效率达75%，能将有毒有害气体各项指标控制在标准线以下。2）变频风机与喷淋室与室内实现联锁自控，节能效果好。3）活性炭吸附剂来源广，更换次数少，较经济。4）既能实现废气处理的同时能有效改善室内通风条件，节省工程造价。为同类大学实验楼的通风工程改造提供借鉴。

参考文献：

[1]王渭军.制药企业废气处理[J].低碳世界，2017（17）：13-14.

[2]侯德顺，钟红梅.化学实验室常见废弃物的处理[J].河北化工，2009，32（05）：72-73.

[3]朱丽丽.实验室有毒、有害废弃物的处理与回收[J].大众标准化，2010（S2）：57-59.

[4]蒋维，钟兆平，张蕾.化学实验室废气治理现状与方法[J].资源环境与工程，2006（05）：575-577.