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无锡发酵废气处理

产品时间:2020-09-30

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简要描述:

无锡发酵废气处理
发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有时也写作酦酵,其定义由使用场合的不同而不同。通常所说的发酵,多是指生物体对于有机物的某种分解过程。发酵是人类较早接触的一种生物化学反应,如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。其也是生物工程的基本过程,即发酵工程。对于其机理以及过程控制的研究,还在继续。

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无锡发酵废气处理

1.发酵废气概述

随着现代生物技术迅猛发展,生物发酵药品已被广泛应用于临床,为人类健康作出了巨大的贡献。由于生物制药发酵空气用量大,大量未处理尾气排人大气,使部分发酵代谢产物随尾气带出,甚至有特殊难闻气味产生,即其药品成分或中间体浓度在空气中不断升高,这些废气对人体及环境产生危害。因此,必须对其发酵尾气进行净化处理。

2.发酵废气主要成分

发酵废气比较复杂,主要为发酵罐废气、发酵菌渣干燥废气、提取储罐废气、发酵液预处理废气和板框过滤的废气、有机溶剂废气、污水站废气。发酵尾气中主要的是未被利用的空气,还有生产菌在初级代谢和次级代谢中的各种中间物和产物,以及发酵过程中产生的酸碱废气。这些废气一般含有丙酮、丁酯、丁醇、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、正丙醇、二氯甲烷、醚类等VOCs废气。

3.发酵废气处理法

(1)吸收法

吸收技术是使用易挥发或不挥发的液体作为吸收剂,利用VOCs中不同气体在吸收剂中的溶解度不同,使有害气体被吸收,从而达到净化废气的目的。常用于处理高湿度>(50%)VOCs气体。该法的处理浓度范围为500-5000ppm,效率高达95%-98%,但投资较大,设计困难,应用比较少。

(2)吸附法

利用吸附剂发达的多孔结构对有机废气中VOCs的吸附作用来达到分离有害污染物的一种技术。在目前应用的吸附剂中,活性炭性能较好,应用较广,比其它商业可用的吸附剂,如:沸石、分子筛、活性氧化铝、多孔黏土、吸附树脂、矿石和硅胶等,有更大的吸/脱附容量和更快的吸附动力学性能。活性炭主要有三种类型即粉末状活性炭、颗粒状活性炭、活性炭纤维,活性炭吸附技术主要分为变压吸附(PSA)和变温吸附(TSA)。变压吸附可以实现循环操作,具有自动化程度高、能耗低、安全的优点,但变压吸附需要不断加压、减压或抽真空,操作频繁,对设备要求高,能耗巨大,多用于高档的溶剂回收。固定床变温吸附法,具有回收效率高,设备简单,工艺相对成熟等优点。吸附法的缺点是设备庞大,流程复杂,吸附剂需要再生。活性炭吸附法比较适用于处理VOCs浓度为300-5000ppm的有机废气,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等;活性炭纤维吸附低浓度以至痕量的吸附质时更有效,可用于回收苯乙烯和丙烯腈等,但费用较活性炭吸附法高。

(3)催化燃烧法

催化燃烧法指借助催化剂将?VOCs在低点燃温度下(?200-300℃)进行无焰燃烧,废气被氧化为?CO2和?H2O。该方法处理有机废气的效率能达到?90-99%,且能量消耗少、燃烧温度低、不易带来二次污染、运行周期长,可回收热量,适合处理低浓度的和成分复杂的?VOCs。但使用的催化剂大多数是铂、钯等贵金属,以三氧化二铝作为载体,而贵金属价格昂贵,易中毒,而且当净化低浓度的有机废气时需要加入辅助燃料助燃,导致费用增加。现在正在研究开发新型的稀土催化剂以节省贵金属。

(4)冷凝法

冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质,采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法,使处于蒸气状态的VOCs冷凝并从废气中分离出来的过程。特别适用于处理VOCs浓度在10000ppm以上的较高浓度的有机蒸气,VOCs的去除率与其初始浓度和冷却温度有关。在给定的温度下,VOCs的初始浓度越大,VOCs的去除率越高。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度,但是当浓度低于几个ppm时,须采取进一步的冷冻措施,使运行成本大大提高,所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体,而常作为其他方法(如吸附法、焚烧法和使用溶剂吸收)净化高浓度废气的前处理,以降低有机负荷,回收有机物。

(5)生物法

生物法较早应用于脱臭,近年来逐渐发展成为VOCs的新型污染控制方法。该方法中,含有VOCs的废气由湿度控制器进行加湿后通过生物滤床的布气板,沿滤料均匀向上移动,在停留时间内,气相物质通过平流效应、扩散效应、吸附等综合作用,进入包围在滤料表面的活性生物层,与生物层内的微生物发生好氧反应,进行生物降解,生成CO2和H2O。生物降解法设备简单,运行维护费用低,无二次污染等优点,尤其在处理低浓度、生物可降解性好的气态污染物时更显其经济性。体积大和停留时间长是生物法的主要问题,同时该法对成分复杂的废气或难以降解的VOCs去除效果较差。

(6)等离子法

当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,以达到降解污染物的目的。有机化合物,产物为CO2、CO和H2O。若有机物是氯代物,则产物应加上氯化物,而无中间副产物。降低了有机物的毒性,同时避免了其他方法中的后期处理问题。适于处理风量大、组分复杂的?VOCs气体,特别适用于恶臭气体的处理。

等离子体按粒子温度可分为平衡态(电子温度=离子温度)与非平衡态(电子温度>>离子温度)两类。非平衡态等离子体电子温度可上万度,离子及中性离子可低至室温,即体系表观温度仍很低,故称“低温等离子体”,一般由气体放电产生。气体放电有多种形式,其中工业上使用的主要是电晕放电(在去除废气中的油尘上应用已相当成熟)和介质阻挡放电(用于废气中难降解物质的去除)两种。等离子体法的优点是处理VOCs浓度范围广,去除率高,无二次污染,但是单位处理量降解能耗偏高,并且装置放大受反应器结构限制,目前较多协同催化、吸附等方法处理VOCs。

(7)UV光解法

利用高能UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧(即活性氧),因游离氧所携带正负电子不平衡所以需与氧分子结合,进而产生臭氧,臭氧具有很强的氧化性,通过臭氧对有机废气、恶臭气体进行协同光解氧化作用,使有机废气、恶臭气体物质降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳。

优点:高效除恶臭,脱臭效率可达到95%以上;适应性强,可适应中低浓度,大气量,不同恶臭气体物质的脱臭净化处理;产品性能稳定,运行稳定可靠,每天可24小时连续工作;运行成本低本,设备耗能低,无需专人管理与维护,只需作定期检查。

无锡发酵废气处理

 

发酵行业废气主要是以下几种:

(1) 发酵罐废气

(2) 发酵菌渣干燥废气

(3) 提取储罐废气

(4) 发酵液预处理废气和板框过滤的废气

(5) 有机溶剂废气

(6) 污水站废气

发酵前的高温灭菌工艺段:高温(120℃),含有大量水汽(99%以上),VOC浓度较低,主要是原料及营养物质的挥发气,持续时间短(约50min),具有间歇性;

发酵工艺段:废气成分复杂、浓度较高,经检测,主要是醇类、酮类、有机胺类等100多种VOC,总计量浓度在3000ppm以上(数据结合生物制药发酵),温度较低(30—40℃),水汽含量低,持续时间较长,具有间歇性,此工艺段在整个生产过程中,恶臭值贡献较大。

离心机工艺段:异味恶臭为整个离心机工作时挥发,浓度较发酵低,较过滤高,恶臭味道为发酵异味,废气源属于点源,收集方式需对整个离心机区域进行密闭。

可知任何一种单独的处理技术都不能将味精生产产生的异味恶臭彻底去除掉,在实际的处理系统中,都会结合废气产生的特点,采用不同技术的组合来处理生产过程中产生的异味恶臭。

生物发酵产业将发酵技术和现代生物技术的结合,以含淀粉等其他农副产品为主要原料,采用生物细胞或酶的生物催化功能,进行大规模的物质加工与转化,用来生产高附加值产品。中国生物发酵产业的主要产品仍以味精、赖氨酸、药品等产品为主,且产量较大。因发酵工艺涉及环节多,发酵气体成分复杂,带有异味,因而受到社会的广泛关注,采取有效废气净化和异味治理技术,减少发酵气体周边环境的影响,是当前生物发酵企业密切关注的问题。

味精行业废气治理

中国是味精生产大国,2010统计数据显示中国味精生产量位。味精生产主要以玉米淀粉、小麦淀粉为原料,经过液化、糖化、发酵过程,再分离提取谷氨酸,经精制获得味精产品;生产工艺过程中产生废气,废气主要成为为主要含氨、胺、硫醇、硫醚、脂肪酸和硫酸盐类物质,并带有恶臭气味,对周边环境产生一定的影响。关于味精发酵气体的治理,早期一些味精企业选择以水为吸收剂,自行开发相关的废气治理装置,如压力水雾化拦阻气水混合装置,多级水喷淋塔,利用水吸收废气,但对于废气中溶解度较低的气体组分的吸收效果有限。

为实现资源化管理,味精生产工厂利用淀粉经发酵生产味精后剩余的母液,经浓缩、高温喷浆干燥造粒生产复混肥,其过程中产生了挥发性的异味气体。当前研究利用生物法治理味精生产和制肥过程中的废气,主要选择生物滴滤塔,以沸石为填料,液体从塔顶向下喷淋,经底部回流至贮液槽,完成循环。废气体从塔底通入,上升过程中与填料表面的生物膜接触,经生物净化后的气体从塔顶排出。试验结果显示生物滴滤塔废气的脱臭效率大于95%,生物滴滤器对于去除味精废气类复杂气体具有良好的效果,但当进气强度较大时,系统的除臭效果不尽人意。通过复合生物塔工艺,即生物滴滤塔-生物过滤塔来进一步提高设备处理能力。

赖氨酸行业废气治理

赖氨酸是仅次于谷氨酸的第二大氨基酸,目前主要用发酵法生产,中国大部分生产企业都用玉米淀粉作为原料。赖氨酸发酵产生的废气主要为挥发性有机物(VOCs),对赖氨酸发酵尾气进行监测,监测结果显示挥发性有机物成份达到23种,气体带有焦糊味,若不治理,对周边环境有较大影响。

工程应用中采用等离子技术和光催化氧化技术治理赖氨酸发酵气体。采用等离子技术时,发酵气体首先通过喷淋塔和除尘设施,然后进入等离子技术反应器,反应器工作电压90kV,在外加电场的作用下,电极空间内电子获得能量后撞击异味气体分子,破坏其化学键,使之转化为二氧化碳和水,从而达到净化的目的,但高压放电存在一定的安全隐患。光催化氧化,让特定波长的光照射催化剂材料,可以激发出“电子-空穴”对(一种高能粒子),高能粒子“电子-空穴”,可将害有机污染物碳氢键打开,从而被自由基氧化生成CO2、H2O等无毒无味的物质。在工程应用中采用“除尘+光触媒净化塔+喷淋吸收塔”,脱臭效率达到99%以上。光催化氧化技术催化剂为TiO2,催化剂载体为蜂窝状,要求进气颗粒物浓度小于50mg/m3,否则会引发催化剂堵塞,紫外线光源的使用寿命为3000h~4000h。

发酵制药行业废气治理

中国抗感染类产品80%为发酵类抗生素,抗生素产量位居世界首位,同时中国还是世界上最大的维生素类产品的生产国与出口国。生物发酵工艺过程中废气以VOCs为主,由于部分发酵代谢产物随尾气带出,废气有特殊难闻气体。典型青霉素生产车间产生废气主要成份为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇;例如,红霉素发酵尾气有苦涩气味。红霉素发酵尾气治理采用“臭氧氧化+光催化氧化+湿式氧化+喷淋洗涤”工艺,降解VOCs,同时消除苦涩气味对厂界周边环境的影响。当前转轮浓缩技术逐步应用于发酵制药行业废气治理,该技术最初应用于半导体制造、涂装行业VOCs治理,转轮浓缩器是去除有机挥发物的核心设备,转轮表面涂覆有吸附VOCs的沸石。其原理是利用沸石低温吸附、高温脱附的特性对有机废气进行浓缩。浓缩后的废气最终通过废气焚烧炉、RTO等处理后排放,由于浓缩后的废气量仅有待处理废气的十分之一以下,从而大大降低了能耗。

转轮浓缩是一项应用于低浓度、高风量有机废气净化的处理技术。对低沸点的有机气体难以吸附,对高沸点的有机气体在转轮上难以脱附,在转轮上积累使系统出率效率下降。焚烧炉在氧存在下将VOCs分解成CO2和水的无害化过程,反应温度815.6℃,且停留时间不超过0.75s~1.0s[15]。RTO即蓄热式氧化焚烧技术,与传统焚烧炉相比,RTO对燃烧VOCs产生的热量进行回收用于二次燃烧。燃烧法(焚烧炉、RTO)需不断消耗燃料,经济投入大,并且存在爆炸风险,对设备运行及安全管理要求高。

结尾

味精,赖氨酸,发酵制药行业的排放废气主要以VOCs为主,并带有异味,采取的末端治理措施主要集中在生物法、深度氧化技术(光催化氧化、臭氧氧化、等离子法)、转轮浓缩技术。我国“十三五”规划。将逐步加大对VOCs排放的监管,相关国家法律法规及标准将日趋严格,生物发酵企业也采取了相应的废气治理措施,但仅仅着眼于末端治理,投入的治理费用高,增加了发酵企业的生产成本。因此,有必要推行清洁生产,实现节能减排。发酵企业产品生产过程中物料输送、加热中挥发、沉淀、跑、冒、滴、漏、误操作等都会造成物料的损失,这就是产生废气的来源。应从发酵产品全生命周期着手,改进物料、工艺,才能够做到“节能、降耗、减污、增效”,不断提高市场竞争能力,达到经济效益、社会效益、环境效益的高度统一。

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