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生物制藥發酵廢氣處理方案

時間:2020-03-13        來源:龍泰環保設備        關鍵詞:        瀏覽:

導讀: 本項目為制藥有限公司在生物發酵過程中產生的異味廢氣和產品干燥過程中產生的異味廢氣。...

 本項目為制藥有限公司在生物發酵過程中產生的異味廢氣和產品干燥過程中產生的異味廢氣。

廢氣產生情況一覽表:

廢氣產生點

廢氣量m3/h

廢氣溫度

污染物

種類

排氣筒高度

排放標準

發酵罐

45000

30

NH3、H2S等異味物質

高于屋面5m

《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)表2標準、《惡臭污染物排放標準》(GB14554-93)表2標準

干燥器

38000

60~90

高于屋面5m

排放標準、排氣筒高度以《普洛康裕制藥有限公司環境影響評價報告書》批復要求為準。

1.1         設計依據

1)     《中華人民共和國環境保護法》(1989-12-26);

2)     《中華人民共和國大氣污染防治法》(2000-04-29);

3)     環境空氣質量標準(GB3095-2012);

4)     《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996);

5)     《惡臭污染物排放標準》(GB14554-1993);

6)     《供配電系統設計規范》(GB50052-1995);

7)     《普洛康裕制藥有限公司環境影響報告書》;

8)     《三廢手冊廢氣卷》;

9)     《大氣污染防治先進技術匯編》(科技部  環境保護部);

10) 《塔設備技術問答》(赫軍令等編);

11) 《大氣污染物治理工程技術導則》(HJ2000-2010);

12) 《環境保護產品技術要求工業廢氣吸收凈化裝置》(HJ/T387-2007);

13) 《工業企業總平面布置設計規范》(GB50187-2012);

14) 甲方提供的關于廢氣和車間等的相關資料;

15) 江蘇龍泰環保設備制造有限公司治理類似項目廢氣工程取得的經驗。

1.2         設計原則

1)協助企業采用科學合理的收集方式,在達到收集效果的前提下,盡量減少氣量。

2)積極穩妥地采用新技術、新設備,結合企業的現狀和管理水平采用先進、可靠的污染治理工藝,力求運行穩定、費用低、管理方便、維護容易,從而達到徹底消除廢氣污染、保護環境的目的。

3)妥善解決項目建設及運行過程中產生的污染物,避免二次污染。

4)嚴格執行現行的防火、安全、衛生、環境保護等國家和地方頒布的規范、法規與標準。

5)選擇新型、高效、低噪設備、注意節能降耗。

6)總平面布置力求緊湊、合理通暢、簡潔實用。盡量減小工程占地和施工難度。

7)嚴格執行國家有關設計規范、標準,重視消防、安全工作。

8)依據國家和地方有關環保法律、法規及產業政策要求對工業污染進行治理,充分發揮建設項目的社會效益、環境效益和經濟效益。

1.3         技術服務單位簡介

江蘇龍泰環保設備制造有限公司,公司草創十幾年,已有相當的客戶和成功經驗。專業從事空氣污染防治,有機廢氣治理、廢氣除臭。針對以上行業我公司可以提供設計,制作,安裝,維修等一條龍服務。我公司擁有專業的設計技術人員,有豐富的專業知識和實際經驗。公司有環保專業人才二十余名,環工系研究生兩名,專本科十五名。更有一批專業過更的設備制作施工隊伍。

充分考慮了各類廢氣性質的不穩定性和復雜性,從工程的設計、配套、安裝、調試、維護等方面提供了極大的可行性、可靠性和靈活性。

根據收集廢氣排風量、風速及廢氣濃度的大小,靈活配置廢氣廢氣處理系統,凈化處理效率高。安裝及維護方便。方便靈活、操作簡便,實用有效。

工業成功案例如五百強富士康噴漆廢氣處理、富士康印刷廠廢氣處理、富士康污水處理池廢氣處理、萬潤精細化工有限公司廢氣處理、浙江浙晨橡膠有限公司廢氣處理、安徽金禾實業廢氣治理、浙江華友鈷業廢氣治理、煙臺萬華廢氣治理、濰坊嘉華廢氣治理、濰坊益華廢氣治理、濰坊世華廢氣治理、青島加華廢氣治理、雙匯集團廢氣處理廢氣治理、上藥集團常州制藥廠廢氣治理、淮安振方醫藥化工廢氣治理、濮陽惠城電子材料股份有限公司廢氣處理、江蘇宗申、徐州興盛制漆有限公司廢氣處理、江蘇恩華制藥股份有限公司廢氣治理、徐州金蟬特種涂料有限公司、徐州雙楚涂料有限公司等項目。

2         工藝技術選擇

2.1國內外異味氣體控制技術概況

異味是大氣、水、土壤、固體廢棄物等物質中的異味物質,通過空氣介質作用于人的嗅覺器官感知而引起的不愉快感覺并有害于人體健康的一類公害氣態污染物質。異味物質的種類很多,迄今為止,憑人的嗅覺即能感受到的惡臭物質有4000多種,但通常大致分為三類:一是含硫的化合物,如硫化氫、硫醇類、二甲基硫、硫醚類及含硫的雜環化合物等;二是含氮的化合物,如氨、胺類、腈類、硝基化合物及含氮雜環化合物等;三是碳、氫或碳、氫、氧組成的化合物(低級醇、醛、脂肪酸等)。其中對人體影響較大的八大惡臭物質是:硫化氫、氨、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、苯乙烯、二甲二硫。而我們通常所指的惡臭氣體,是指在空氣中擴散帶有惡臭的氣體,簡稱臭氣。惡臭氣體的來源分布廣泛,主要來自于固體垃圾處理場、以石油為原料的化工廠、污水泵站、污水處理廠、制藥廠、飼料和肥料加工廠、畜牧產品農場、化纖廠、皮革廠、制漿廠、以及公廁、糞便轉運站等場所。污水中的蛋白質、脂肪、碳水化合物的厭氧、好氧過程的產物或不完全產物而產生惡臭物質,如硫化氫(H2S)、氨(NH3)、吲哚(C8H5-NHCH3)、三甲胺(CH3)3N、甲硫醇類CH3SH、二甲二硫(CH3SSCH3)、甲硫醚CH3SCH3)、乙醛、低級醇、脂肪酸等,這些物質散發到空氣中不僅使人感到不快、惡心、頭疼、食欲不振、妨礙睡眠、嗅覺失調、情緒不振、愛發脾氣以及誘發哮喘等,而且甚至引起急性病。為了提高居民生活環境質量、杜絕空氣污染隱患、惡臭源的控制已成為目前一些地區亟待解決的環境問題之一。

目前,異味廢氣處理的傳統方法有燃燒法、吸收法、吸附法、生物法、光催化法、電催化法等。

1)燃燒法

燃燒法主要有根據燃燒的溫度及輔助介質不同又分為直接燃燒法和催化燃燒法兩種。

催化燃燒法較適合于高濃度、小風量廢氣的凈化,在處理低濃度的廢氣時,由于要維持300400的催化燃燒溫度,需借助于活性炭吸附等濃縮工藝來提高廢氣的燃燒熱值,但廢氣中的水氣、油污及顆粒物易引起活性炭吸附容量下降及催化劑中毒失活等問題,使得該方法的推廣和使用在一定程度上受到了限制。

直接燃燒法是投加輔助燃料與廢氣一起送入焚燒爐燃燒,直接焚燒工藝成熟,控制一定的溫度條件下污染物去除效率高,焚燒徹底,但在使用過程中一般會有一下問題:

若焚燒含氯、溴代有機物和芳烴類物質時極易產生二惡英類強致癌物質,尤其在焚燒爐啟動和關閉過程中更易產生,為避免二惡英類物質產生,須提高燃燒溫度在1200以上,若保持如此高的燃燒溫度不僅運轉費用高,而且對焚燒爐的要求也大大提高。

焚燒含氯代有機物時會產生氯化氫腐蝕問題,尤其是在高溫狀態下,氯化氫的腐蝕性能大大增強,不僅對管道存在腐蝕,更嚴重的是會引起焚燒爐的腐蝕。

焚燒時存在爆炸的潛在危險,尤其是易揮發性可燃氣體,若達到其爆炸極限遇明火則有可能引起爆炸。

另外,若廢氣中含有鹵素、氮元素和硫元素的情況下,采用燃燒法極易產生二次污染物質二惡英、氮氧化合物和硫氧化合物。

2)吸收法

利用污染物質的物理和化學性質,使用水或化學吸收液對廢氣進行吸收去除的方法。該方法在設計操作合理的情況下去除效率很高,運轉管理方便,但對設備及運行管理要求極高,而且只有能溶解于吸收液或能與吸收液反應的污染物才能被有效去除。

3)吸附法

該方法是當污染物質通過裝有吸附劑(如活性炭、疏水分子篩等)的吸附塔時,利用該吸附劑對污染物的強吸附力,從而達到凈化廢氣的目的。該方法設備簡單,去除效果好,多用于凈化工藝的末級處理。該方法缺點是對高濃度廢氣處理效率低、占地面積大、氣阻大、吸附劑需經常更換或再生等缺點,而且吸附劑脫附后的氣體難于收集而最終又排回大氣中,是一種不徹底的解決途徑。

4)生物法

生物法是近年來研究較多的一種處理工藝,該方法最突出的優點是處理成本低廉、基本無二次污染。生物法雖然在凈化低濃度有機污染物時效果明顯,具有能耗低的優點,但存在氣阻大、降解速率慢、設備體積龐大、易受污染物濃度及溫度的影響,而且該法僅適用于親水性及易生物降解物質的處理,對疏水性和難生物降解物質的處理還存在一定難度。

5)光催化技術

光敏半導體催化氧化或納米金屬氧化物光催化也是近年來的研究熱點,但該技術的降解效率受控于污染物質與催化劑表面界面擴散速率,而且催化劑價格昂貴、很容易中毒失效,目前光催化技術很難用于大規模工業化應用,多局限于實驗研究及小風量應用階段。

   6)電催化技術

當外加電壓達到氣體的著火電壓時,氣體被擊穿,產生包括電子、各種離子、原子和自由基在內的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高,但重粒子溫度很低,整個體系呈現低溫狀態。電催化技術降解污染物是利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用,使污染物分子在極短的時間內發生分解,并發生后續的各種反應以達到降解污染物的目的。

7)低溫等離子法

等離子是物質存在的除固態,液態,氣態之外的第四種狀態,具有宏觀度的電中性與高導電性。等離子體中含有大量活性電子,離子,激發態粒子和光子等。這些活性粒子和氣體分子碰撞的結果,產生大量的強氧化性自由基0,有機物分子被這些強氧化性的物質所氧化,最終降解為CO2H2O。等離子體的發生技術主要有:直流電暈放電法、脈沖電暈放電法、介質阻擋放電、表面放電,目前常見的放電反應器電暈放電和介質阻擋放電的氣體壓強為105Pa,電場強度分別為5×104102-105,等離子體的產生采用的都是高壓電場放電,對于一些易燃易爆廢氣的處理存在危險性,因此從安全角度考慮,本項目中不建議采用此法。

低溫等離子體的不足之處:

²   易產生火花放電,在高峰值電壓下,反應器易產生火花放電,火花放電不僅增大電能消耗,而且破壞放電的正常進行,凈化效率低,還存在危險性。

²   當填充材料直徑為3mm時,電場強度為4KV/cm時,由于擊穿和火花的產生,對苯等有機物的分解并不十分完全。

²   對于低溫等離子設備對設備部件的構型設計、制造精度、嚴密性等要求很高。比如對電場頻率、電壓、高頻的脈沖等參數,成套設備中如果其中的某個參數達不到要求,如電壓電低、頻率過高或過低等會對離子體的產生量造成很大的影響,甚至會造成爆炸事件。

    綜上,低溫等離子方法存在隱患。

2.2         LTAOP高級氧化技術簡介

高級氧化技術是對傳統處理技術中的經典化學氧化法,在改革的基礎上應運而生的一種新技術方法,它由GLAZE W.H.等人1987年提出。高級氧化技術Advanced Oxidation Processes簡稱AOP。指O3在氧化促進劑的作用下產生大量的羥基自由基(OH)使難降解的污染物氧化成CO2、H2O和無害羧酸,接近完全礦化。它是最有前景的處理難降解污染物的方法。

我公司在傳統的高級氧化的技術之上進行了多年的研究和改進,形成了我公司特有的一套高級氧化技術LTAOP,且此工藝已成功申請發明專利。

采用LTAOP技術處理異味氣體,強氧化氧原子、臭氧與有機物反應后,其最終生成物是H2O、CO2和無害羧酸。離子發生器產生的強氧化劑在遇水時產生極強的羥基自由基(OH),這些自由基可分解幾乎所有有機物,將其所含的氫(H)和碳(C)氧化成水和二氧化碳。除電耗,水耗外,不消耗其他原料,不帶來二次污染,無需二次處理。此技術在處理廢氣方面是國內首創,獨一無二。

LTAOP技術作用機理­­­

離子發生器產生在高壓放電的情況下產生帶有強氧化性的氧原子、O3,離子在水的作用下形成大量的羥基(OH),羥基(OH)具有極強的氧化能力。在高級氧化分解中,O3­參與直接反應,OH參與間接反應在pH >4條件下90%由間接反應完成。

高級氧化與污染物得反應途徑:

直接反應:污染物+O3→CO2+H2O+RCOOH

注:O3Eo=2.07V)有選擇性,速度慢

間接反應:污染物+OH→CO2+H2O+RCOOH

注:OHEo=2.8V)電位高,無選擇性,速度快,反應能力強,速度快,可引發鏈反應使有機物徹底降解。

2-1   幾種廢氣處理工藝的適用范圍及優缺點

工藝特點

凈化工藝

安全性

凈化

效率

總投資(一次性投資+運行費用)

有無二次污染

水(藥劑)噴淋+活性炭

吸附法

(藥劑有燒堿、雙氧水等幾種)

一般(很容易失。

較高

固廢需處理

燃燒法

不安全

非常高

低溫等離子法

全(有機廢氣易燃易爆)

較高

LTAOP

最高

適中(運行費用是活性炭的1/10

生物濾池

一般

2)優劣性對比圖:

    從綜合比較可知龍泰環保高級氧化法非常安全,運行穩定,去除效率高,運行費用低,無二次污染,是所有處理方法中最優越的廢氣處理方案。

2.3工藝流程確定

綜上所述本方案工藝為堿洗噴淋+催化氧化+水吸收。

發酵罐廢氣、干燥器廢氣凈化工藝詳見工藝流程圖。

工藝簡介:

廢氣通過收集系統進行收集,然后進入堿洗噴淋塔,除去部分水溶性污染物、酸性污染物和降低廢氣溫度,之后廢氣進入催化氧化塔,同時離子發生器產生的氧化性氣體經管道進入催化氧化塔,經布氣裝置與廢氣充分混合,廢氣發生氧化反應,同時在催化劑的作用下,廢氣進一步被催化氧化,廢氣中污染物最終變成CO2、H2O無害羧酸,之后然后進入水吸收塔,無害羧酸被水吸收,通過循環水的更換去除。處理過后的潔凈氣體通過引風機(干燥廢氣為前段送風)進入煙囪,達標排放。

2.4編制范圍

本設計包含范圍:

1.        成套設備:堿洗噴淋塔、離子發生器、催化氧化系統、水吸收系統。

2.        以上成套設備之間的管道閥門等和成套設備的安裝。

動力照明電源、給排水等外部條件由業主單位按設計要求提供。

2.5各系統單元描述

2.5.1收集系統

對任何一個高效的廢氣控制和處理系統而言,廢氣收集系統都是一個極為重要的關鍵要素。因為這一系統從源頭處決定了廢氣控制和處理系統的處理大小。作為廢氣控制和處理系統的一個重要組成部分,廢氣收集及輸送系統設計是一個極為重要的關鍵要素。廢氣收集及輸送系統設計得合理與否很大程度上影響著整個廢氣控制和處理系統的處理效果。

本項目發酵罐廢氣、干燥器廢氣均由甲方負責收集送至本廢氣處理系統進氣口處。

2.5.2堿洗噴淋塔

堿洗噴淋塔主體材質為SUS304,堿洗塔內置有新型的階梯環填料(PP),氣液接觸比表面積大。堿溶液通過霧化噴淋,充分和廢氣接觸,優化氣液比。堿噴淋頂部最后一個噴淋組件的上部設有除霧器,廢氣穿過循環液噴淋層后,再連續流經除霧器(SUS304絲網)時,除去廢氣中所含液滴。堿噴淋塔設有二級噴淋,增加處理效果。

 填料

主要作為提供氣液接觸界面,布置于噴淋塔噴淋區下部,廢氣通過托盤后,被均勻分布到整個噴淋塔截面。這種布水裝置對于提高吸收效率是必要的,除了使主噴淋區廢水分布均勻外,噴淋塔托盤還使得廢氣與吸收液或噴淋液在托盤上的液膜區域得到充分接觸。托盤結構為帶分隔圍堰的多孔板,托盤被分割成便于從噴淋塔人孔進出的板片,水平擱置在托盤支撐的結構上。填料不容易堵塞,減小風阻。

噴淋裝置

噴淋塔內部噴淋系統是由分配母管和噴嘴組成的網狀系統。噴淋層上安裝螺旋噴嘴(SUS304),其作用是將噴淋液霧化,噴淋液由噴淋塔再循環泵輸送到噴嘴,噴入廢氣中。噴淋系統能使漿液在噴淋塔內均勻分布,流經每個噴淋層的流量相等。

除霧裝置

用于分離廢氣攜帶的液滴。噴淋塔除霧器布置于噴淋塔頂部最后一個噴淋組件的上部。廢氣穿過循環漿液噴淋層后,再連續流經除霧器時,液滴由于慣性作用,留在除霧絲網上。

循環泵  

噴淋塔再循環泵安裝在噴淋塔旁,一用一備,用于預處理去除廢氣中的水溶性污染物質、酸性污染物質。采用單流和單級立式離心泵,包括泵殼、葉輪、軸、導軸承、出口彎頭、底板、進口、密封盒、軸封、基礎框架、地腳螺栓、機械密封和所有的管道、閥門及就地儀表和電機。工作原理是葉輪高速旋轉時產生的離心力使流體獲得能量,即流體通過葉輪后,壓能和動能都能得到提高,從而能夠被輸送到高處或遠處。同時在泵的入口形成負壓,使流體能夠被不斷吸入。泵頭采用耐腐蝕材料。

對于本項目的廢氣處理系統,堿洗噴淋塔的主要作用是將廢氣溫度從降低到常溫,同時預處理掉廢氣中的異味物質,降低后段氧化催化塔的負荷。

2.5.2催化氧化塔

催化氧化塔系統主要由催化劑載體裝置,布氣系統組成。

催化劑載體催化氧化分解有機污染物是當今公認的最前沿最有效的處理技術,催化氧化反應器成功的解決了催化氧化技術的工業化運用難題,所采用催化氧化技術,廢氣有機污染物分解后的產物為水、二氧化碳及無害的無機鹽,從根本上解決了有機污染問題。

催化氧化塔殼體

塔體采用SUS304結構。在SUS304殼體的設計方面,我們考慮了以下綜合因素,其工作環境是較惡劣的,長期在腐蝕條件下工作,并且要承受塔體自身壓力,還要承受工作時的風壓,要求即要良好的耐腐蝕性能,又要保持較高的抗拉、抗壓強度,SUS304塔體強度高,質量可信,性能良好。

2.5.3離子發生器(特種廢氣處理專用臭氧發生器)

離子發生器外置于催化氧化塔,由氣源電離產生的高氧化性氣體通過管道進入催化氧化塔內部布氣系統。本處理方案包括離子發生器,氣源條件(由甲方提供)具體為:

            露點:-40  

            塵埃顆粒0.01μm

            壓縮空氣氣量:發酵罐廢氣處理系統120m³/h;

干燥器廢氣處理系統180m³/h;

            冷卻水:4-6m³/h(冷卻水采用工業水或自來水)

2.6方案可行性及優勢

(A)本方案處理廢氣可行性

1、環保無污染。同時工藝先進,凈化吸收效率高。

2、實現凈化設施自動、連續、穩定運行;便于調整系統參數。也可用于手動操作,以便于設施的調試和檢修。

(B)本方案處理廢氣的優勢

1、適用性

該項目所采用的技術應與業主的需處理廢氣規模、需要去除的廢氣污染物,地區特點以及管理水平相適應。體現在:

1)采用的技術應與需去除的污染物相適應;

2)采用的技術應與需要的設備相適應,包括國內設備和國外設備,主要設備和輔助設備;

3)采用的技術應與項目所在地區特點、員工素質和管理水平相適應;

4)采用的技術應對污染物的排放廢氣處理的能力相適應。

2、可靠性

該廢氣處理工藝成熟可靠,能保證處理效果、性能和處理能力,避免了資源浪費、二次污染和安全危害。

3、經濟性

    該項目充分考慮了一次性投資費用和將來可能發生的運行費用。龍泰環保廢氣處理設備的年運行費用遠小于其它廢氣處理工藝,龍泰環保催化劑使用壽命大于等于10年。

4、安全性

充分考慮了消防、防爆等安全因素,運行穩定,安全可靠。因此,綜合以上因素,本方案處理系統無論是在技術合理性、先進性,還是經濟可行性方面都相對有優勢。建設費用及運行費用相對合理,采用的技術原理是合理、可行的,項目實施是安全的。


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