生物發(fā)酵行業(yè)廢氣治理現(xiàn)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(xiàn)狀

李天樂張帆王浩

（安琪酵母股份有限公司湖北宜昌443003）

簡(jiǎn)介中國(guó)生物發(fā)酵行業(yè)（味精、賴氨酸、藥品）主要的廢氣治理現(xiàn)狀。分析了當(dāng)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(chǎn)業(yè)將發(fā)酵技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)的結(jié)合，以含淀粉等其他農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料，采用生物細(xì)胞或酶的生物催化功能，進(jìn)行大規(guī)模的物質(zhì)加工與轉(zhuǎn)化，用來生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品仍以味精、賴氨酸、藥品等產(chǎn)品為主，且產(chǎn)量較大。因發(fā)酵工藝涉及環(huán)節(jié)多，發(fā)酵氣體成分復(fù)雜，帶有異味，因而受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，采取有效廢氣凈化和異味治理技術(shù)，減少發(fā)酵氣體周邊環(huán)境的影響，是當(dāng)前生物發(fā)酵企業(yè)密切關(guān)注的問題。

1　味精行業(yè)廢氣治理

中國(guó)是味精生產(chǎn)大國(guó)，2010統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示中國(guó)味精生產(chǎn)量位居世界第一位。味精生產(chǎn)主要以玉米淀粉、小麥淀粉為原料，經(jīng)過液化、糖化、發(fā)酵過程，再分離提取谷氨酸，經(jīng)精制獲得味精產(chǎn)品［1］；生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)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(zhì)，并帶有惡臭氣味，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。關(guān)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(guān)的廢氣治理裝置，如壓力水霧化攔阻氣水混合裝置［2］，多級(jí)水噴淋塔［3］，利用水吸收廢氣，但對(duì)于廢氣中溶解度較低的氣體組分的吸收效果有限。為實(shí)現(xiàn)資源化管理，味精生產(chǎn)工廠利用淀粉經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)味精后剩余的母液，經(jīng)濃縮、高溫噴漿干燥造粒生產(chǎn)復(fù)混肥，其過程中產(chǎn)生了揮發(fā)性的異味氣體。當(dāng)前研究利用生物法治理味精生產(chǎn)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(jīng)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(jīng)生物凈化后的氣體從塔頂排出。試驗(yàn)結(jié)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(duì)于去除味精廢氣類復(fù)雜氣體具有良好的效果，但當(dāng)進(jìn)氣強(qiáng)度較大時(shí)，系統(tǒng)的除臭效果不盡人意［6］。通過復(fù)合生物塔工藝，即生物滴濾塔-生物過濾塔來進(jìn)一步提高設(shè)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(chǎn)，中國(guó)大部分生產(chǎn)企業(yè)都用玉米淀粉作為原料。賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)生的廢氣主要為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），對(duì)賴氨酸發(fā)酵尾氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示揮發(fā)性有機(jī)物成份達(dá)到23種，氣體帶有焦糊味，若不治理，對(duì)周邊環(huán)境有較大影響。工程應(yīng)用中采用等離子技術(shù)［8］和光催化氧化技術(shù)［9］治理賴氨酸發(fā)酵氣體。采用等離子技術(shù)時(shí)，發(fā)酵氣體首先通過噴淋塔和除塵設(shè)施，然后進(jìn)入等離子技術(shù)反應(yīng)器，反應(yīng)器工作電壓90kV，在外加電場(chǎng)的作用下，電極空間內(nèi)電子獲得能量后撞擊異味氣體分子，破壞其化學(xué)鍵，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，從而達(dá)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(zhǎng)的光照射催化劑材料，可以激發(fā)出“電子-空穴”對(duì)（一種高能粒子），高能粒子“電子-空穴”，可將害有機(jī)污染物碳?xì)滏I打開，從而被自由基氧化生成CO2、H2O等無毒無味的物質(zhì)。在工程應(yīng)用中采用“除塵+光觸媒凈化塔+噴淋吸收塔”［9］，脫臭效率達(dá)到99%以上。光催化氧化技術(shù)催化劑為TiO2，催化劑載體為蜂窩狀，要求進(jìn)氣顆粒物濃度小于50mg/m3，否則會(huì)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(jī)原料通過發(fā)酵、過濾、提純等工序制成藥品的過程，按產(chǎn)品類型可分為抗生素類、維生素類、氨基酸類、其他類等.中國(guó)抗感染類產(chǎn)品80%為發(fā)酵類抗生素，抗生素產(chǎn)量位居世界首位，同時(shí)中國(guó)還是世界上最大的維生素類產(chǎn)品的生產(chǎn)國(guó)與出口國(guó)［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(chǎn)物隨尾氣帶出，廢氣有特殊難聞氣體。典型青霉素生產(chǎn)車間產(chǎn)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(shí)消除苦澀氣味對(duì)廠界周邊環(huán)境的影響。當(dāng)前轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)逐步應(yīng)用于發(fā)酵制藥行業(yè)廢氣治理，該技術(shù)最初應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、涂裝行業(yè)VOCs治理［13］，轉(zhuǎn)輪濃縮器是去除有機(jī)揮發(fā)物的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)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(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)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?jī)H有待處理廢氣的十分之一以下，從而大大降低了能耗［14］。轉(zhuǎn)輪濃縮是一項(xiàng)應(yīng)用于低濃度、高風(fēng)量有機(jī)廢氣凈化的處理技術(shù)。對(duì)低沸點(diǎn)的有機(jī)氣體難以吸附，對(duì)高沸點(diǎn)的有機(jī)氣體在轉(zhuǎn)輪上難以脫附，在轉(zhuǎn)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(yīng)溫度815.6℃，且停留時(shí)間不超過0.75s～1.0s［15］。RTO即蓄熱式氧化焚燒技術(shù)，與傳統(tǒng)焚燒爐相比，RTO對(duì)燃燒VOCs產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收用于二次燃燒。燃燒法（焚燒爐、RTO）需不斷消耗燃料，經(jīng)濟(jì)投入大，并且存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行及安全管理要求高。

圖2　轉(zhuǎn)輪濃縮系統(tǒng)［5］

4　結(jié)語(yǔ)

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(shù)（光催化氧化、臭氧氧化、等離子法）、轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)。我國(guó)“十三五”規(guī)劃中，將逐步加大對(duì)VOCs排放的監(jiān)管，相關(guān)國(guó)家法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)將日趨嚴(yán)格，生物發(fā)酵企業(yè)也采取了相應(yīng)的廢氣治理措施，但僅僅著眼于末端治理，投入的治理費(fèi)用高，增加了發(fā)酵企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，有必要推行清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。發(fā)酵企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)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(huì)造成物料的損失，這就是產(chǎn)生廢氣的來源。應(yīng)從發(fā)酵產(chǎn)品全生命周期著手，改進(jìn)物料、工藝，才能夠做到“節(jié)能、降耗、減污、增效”，不斷提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。

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張帆。