发酵制药行业发酵尾气治理技术

发酵制药行业发酵尾气治理技术

彭德明1王倩2

翔宇药业股份有限公司山东临沂276023

摘要：通过结合目前现有生物制药企业发酵废气产生进行研究，了解其中废气组成，根据企业采用废气防治措施验证其处理效果。

关键词：发酵制药；尾气治理

引言

发酵类制药行业是我国国民经济的重要组成之一，发酵类制药是指利用微生物将有机原料在有氧或无氧条件下经过发酵，产生发酵液，利用过滤、提纯等手段生产药品的过程。在国家西部大开发以及在国家援疆、兴疆的一系列举措下，一大批国内知名的生物制药企业落户，随着生物制药产业快速的发展，相关生产企业在所在地区生产营运过程中产生的环境问题也逐步成为群众关注的焦点，并有可能激化形成新的不稳定因素。主要原因是生物制药行业生产过程中，会产生大量含有挥发性有机物和恶臭污染物的废气，恶臭或异味废气严重的影响了周边居民群众的正常生产生活。

1.尾气分析的意义

在温度、PH、溶解氧、尾气组分等参数中，尾气组分浓度的变化反映了整个发酵过程中物质的变化情况，尤其对于耗氧和兼性好氧发酵来说，尾气中CO2的变化，反映了发酵过程中微生物的代谢状态和代谢途径，已经被作为衡量发酵水平的重要指标气体。通过在线检测CO2和O2的变化，可以计算获得摄氧率，二氧化碳释放速率、呼吸熵等呼吸代谢参数。OUR是单位时间、单位体积发酵液中细胞消耗的氧气量，C是单位时间、单位体积发酵液中细胞释放的二氧化碳量，Rq是C除以OUR所得的商，这些指标直接反映了细胞的生长代谢状态，对于发酵状态识别、供氧控制优化、流加补料以及故障预判等，都具有指导意义。尤其在工业发酵的放大过程中，大罐和小罐的细胞代谢特性是否一致是放大成功与否的关键，而要达到此目标，细胞代谢相关的宏观生理参数尤为重要，这些参数在工业规模的发酵大罐中与实验小罐一致时，发酵过程的放大就会取得成功。

2.尾气分析的主要方法

目前，发酵尾气的检测方法主要有基于红外和顺磁原理的尾气分析仪和过程气体质谱分析仪。尾气分析仪只能检测氧气和二氧化碳的含量，采样密度也不能太大，一台仪器一般仅能同时监测四路发酵尾气。而近年来，过程气体质谱分析技术悄然兴起，并具有很好的应用潜力。与尾气分析仪相比，过程气体质谱分析仪具有分析速度快、检测精度高、可监测通道数多、可同时检测多种气体组分等优势。早在20世纪90年代，就已经有质谱仪应用于啤酒酵母的研究中，对摄氧率进行测定。

过程气体质谱分析仪是基于先进的质谱技术原理，不仅能够进行快速、准确和高灵敏度的检测，还提供了解未知物质结构的途径，在研究反应机理和监测反应过程的应用中发挥重要作用。

图１质谱仪多通道监测示意图

3.发酵制药企业臭异味组分分析

目前发酵制药企业主要的废气产生源集中在发酵及菌渣干化工序。其中发酵过程废气具有产生量大，气体组分复杂，气体中污染物检出浓度低的特点。根据实地调研及监测检验结果显示，发酵制药企业发酵车间产生的发酵尾气中最主要由二氧化碳和水构成，检测结果显示发酵尾气中的臭气浓度极高，在发酵尾气未经处理前该臭异味有强烈的玉米糊化的味道。根据实地连续检测，发酵尾气中的含有的各种可知异味物质检出31种，致臭的特征性物质9种。未经处理前发酵废气中的臭气浓度一般在5000～8000，个别抗生素生产企业产生的发酵异味废气臭气浓度甚至高达14700，远远超过了《恶臭污染物排放标准》。发酵异味废气经各种处理措施处理后臭气浓度在505～2510范围之间，平均浓度约为1155。

4.国内现有主要治理方案

目前全世界针对发酵尾气的处理方法不多，而且至今仍没有一个高效、经济、合理的治理方案。国外部分制药企业会将阻沫后的发酵废气通过膜过滤器进行过滤处理，根据现有实际处理数据膜过滤器过滤效率较好异味处理能力高，但是易受实消尾气产生的高温蒸汽影响，并且膜过滤器成本较高且易于损坏；并且由于增加了膜过滤装置使得整个发酵废气外排阻力增加，增大了发酵罐供气空压机的处理负荷，并且导致整个发酵罐的压力增大，在压力增大的情况下会对菌体发酵代谢、发酵液产能带来一系列的影响。

国内生物制药企业发展较国外企业存在一定的差距，并且在整个工艺的设计、污染防治措施的考量上未对发酵异味废气的危害产生足够的认识，导致部分生产企业忽视该部分废气的处理，甚至存在发酵尾气不经处理直接排放的情况。部分企业对发酵尾气安装了旋风分离装置和尾气喷淋洗涤塔，取得了一定的治理效果，但是处理效果仍不理想。

5.某企业发酵废气治理方案

发酵车间原设计采用“臭氧+酸碱喷淋”方式对配料、发酵、实消尾气进行治理，由于异味治理效果不佳，改用“臭氧+酸碱喷淋洗涤+双氧水喷淋洗涤”工艺进行处理，在运营过程中再次将处理工艺改为“臭氧+酸碱喷淋洗涤+双氧水喷淋洗涤+湿式电晕净化+光催化氧化”，后期在运行过程发现该方式仍存在异味处理效率较低的问题，企业再次将发酵异味处理工艺改为“臭氧+酸碱喷淋洗涤+二级分子筛过滤”，目前该方式异味去除率大于95%。

根据监测结果显示其恶臭污染物综合去除效率可满足98%。根据对照《恶臭污染物排放标准》GB14554-93，在120m排气筒高度下臭气浓度排放标准为60000，经治理后本项目的排气筒最终排气浓度在2000左右，完全可满足该排放标准限值要求。

结语

发酵制药生产过程中利用生物作为主要生产媒介，其生产过程要较化学合成法生产原料药具有污染较小、能耗低的特点。而国内发酵制药企业众多，新疆拥有大量的玉米粮食资源可作为优良的发酵原料药生产基地，但是制药的过程极易产生异味物质，为了保护好本地的环境，因此恶臭污染物的治理更应通过国家的政策引导建立起一整套的治理体系，增加臭异味治理的手段与方法，提升臭异味治理措施应用的可行性，同时企业应积极采用低氮、低溶剂发酵技术，降低发酵过程中有机物挥发损失。

参考文献：

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