在环保法规要求日益提高的背景下,制药行业想要进一步发展,相应的废气治理技术必须及时跟上及时相应。本文介绍了固体制剂生产废气处理的可行方式及实施难点,并对包衣工艺中的废气处理实例进行了讲述。
一、现状描述
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》
《中华人民共和国大气污染防治法》,国内固体制剂生产需执行《制药工业大气污染物排放标准》(GB37823-2019)《挥发性有机物无组织排放控制标准》(GB27822-2019) 的标准要求。
国内制药行业隶属精细化工行业,而目
前国内固体制剂生产存在工艺粗放、装备水平和自动化水平低,各生产工序时间长,使用原料种类多、数量大,粉尘污染严重等问题。导致在固体制剂生产过程中产生的“三废”量大,废物成分复杂,污染危害严重, 并且提高了废气末端治理的难度。
二、相关技术简介
(一)固体制剂生产材料相关特征
溶于水:主要有聚乙烯醇、乙
醇等
不溶于水:主要有钛白粉、滑石
粉等
溶胀粘稠:纤维素等
(二)常见的固体制剂材料:卡乐康、英茂等
成膜剂:主要成分,骨架材料、高分子聚合物等
增塑剂:连接作用, 利于材料
延展
色素、遮盖剂
溶剂:水、乙醇、丙酮。
在以上固体制剂生产材料参与的生产过程中,其尾气排放含大量粉尘颗粒物与VOCs。设备生产工艺流程中,由于制剂配方、成型、包衣等工艺特点,在生产与清洁过程中,粉尘颗粒物与VOCs 往往跟随设备排风系统一起排放至室外。VOCs 是制药工业中最主要的大气污染物之一,制药工艺中往往
需要采用有机溶剂对药品进行分离和提取, 这些有机溶剂大部分都为VOCs。根据生产过程中工艺不同、工序不同,往往需要选择不同废气处理工艺。
在固体制剂生产过程中的粉尘颗粒物控制,常见的除尘措施从原理上主要分为过滤式除尘、湿式除尘两大类。过滤式除尘前期使用效果一般较好,可过滤大于 5μm 的颗粒物,除尘效率可达 99%。中期因滤材堵塞及清理不彻底等原因,再加频繁反吹造成的
滤筒褶皱处或布袋不同程度损坏,排放路径顺畅,颗粒物逐渐增大,并形成粉尘,污染环境。过程中也存在更换滤筒、布袋、劳动强度大耗材成本高的问题。湿式除尘在使用中,要保持设备原有负压,一般需要加大风机功率及风量,产生的废水需要进行污水处理。废水过滤处理用烧结板被粘结后, 需用高压水枪冲洗和反吹震打清洁,过程中存在有色、有味的问题。两大粉尘处理方式目前均有一定局限性,针对不同工艺流程中, 风量不同、粉尘颗粒物含量不同、持续使用
时间不同等因素需要选择合适的处理方法。有机废气的处理通常采用活性炭吸附
法、直接燃烧法、催化燃烧法、蓄热式催化燃烧法等。以上处理方式在针对同时含固体粉尘颗粒物废气时,存在一定的处理能力, 但同时往往会增加设备运行存在的安全风险以及降低设备稳定处理周期。故由于含粉尘颗粒物情况的不同,往往需要优先进行粉尘处理,后进行有机废气处理。理论上,各种有机物都可以在高温(800℃或300℃以上) 下完全氧化为 CO2、H2O 和其他组分的氧化物, 但由于各种污染气体中有机组分含量不同, 废气排放温度不同,风量又不相同,造成有机物的处理方法选择的不同。
活性炭吸附法是目前使用较广泛的回收
技术,其原理是利用吸附剂(粒状活性炭和活性炭纤维)的多孔结构,将废气中的VOCs 捕获。含VOCs 的有机废气通过活性炭床,其中的VOCs 被吸附剂吸附,废气得到净化,而排入大气。该装置适合常温状态下废气浓度低于 2000mg/m³ 的废气,而在有机溶剂为多品种混合时,表现不佳。其优点在于当炭吸附达到饱和后,对饱和的炭床进行脱附再生;通入水蒸汽加热炭层,VOCs
图 1 案例流程图
被吹脱放出,并与水蒸汽形成蒸汽混合物,
一起离开炭吸附床,用冷凝器冷却蒸汽混合物,使蒸汽冷凝为液体,通过回收溶剂, 产生经济效益。固体制剂生产中废气排放往往出现废气浓度不均一,瞬时排放浓度高等现象,且大量粉尘颗粒物会堵塞活性炭空隙, 使的活性炭吸附能力下降,所以固体制剂生产往往不采用该措施处理。
直接燃烧法设备在国外较为成熟、应用也较为广泛,适合处理高浓度、小风量的VOCs,对整个技术的安全性与气密性要求较高。处理大风量、低浓度的VOCs 时需要有
相关的浓缩技术对其进行前处理。使用柴油、天然气、液化气等进行直接燃烧,同时配合进行废气处理,运转费用较高,形成极大的资源浪费,同时由于废气粉尘颗粒物,存在较大安全风险,使用该类型设备需充分评估过程中的安全风险及相关管控措施,避免安全事故。
催化燃烧方式有效规避了直接燃烧方式在安全性、能耗性上的缺点。设备多采用电加热、红外线加热等方式,加热到相应反应温度后,利用催化剂来改变反应条件以达
到在较低条件下取出有机物的条件。在催化过程中,催化剂用来降低化学反应的活化能,使反应条件更有利于所能控制的条件。
借助催化剂的作用使废气在较低的起燃温度下发生无焰燃烧,并将其氧化反应为无害的CO2、H2O 同时放出大量的热能,从而达到去除其中有害物质的目的。