生物发酵制药异味污染与治理方案浅析

李艳红

摘要：生物发酵制药是传统制药行业中的重要组成部分。随着生物技术和医药技术的发展，我国已成为全球最大的抗生素类药品的生产国与出口国，同时也是抗生素行业对环境造成污染最严重的国家之一。每年都有大量抗生素被应用于人类疾病治疗和养殖业中。近年来，受到“限抗令”和环保政策的影响，生物发酵法制备抗生素的制药企业受到一定冲击，但2019年我国抗生素产量仍达到21.8万t，其中82%被国内消耗，其余出口至国外。除抗生素外，维生素及其衍生物等也是生物发酵制药企业的主要产品，每年可达到30多万t的产量。在以上药品的巨大需求和大量生产背景下，生物发酵制药过程中产生的挥发性有机物（VOCs）和异味是制药企业不可忽视的潜在危险源，如不能用最优的方法处理，对生产员工、周边居民的健康和企业附近生态环境会产生严重危害。

关键词：生物发酵;制药;异味;污染;治理

引言

与城市污水相比，生物制药废水中所含的有机废物浓度较高，而处理期间产生的恶臭气体主要成分包括硫化氢（H2S）、氨气（NH3）、甲硫醇（CH3SH）、磷化氢（PH3）以及醛类等，此类气体具备一定的刺激性，若不能對其进行良好处理，不仅会造成环境污染，危害到周围居民的身体健康，而且会给企业形象带来负面影响。本文以生物处理技术为例，展开恶臭气体处理路线的分析，以期为后续处理路线的优化完善奠定基础。

1挥发性有机物及异味特征

生物发酵制药过程会产生众多挥发性有机物（VOCs）和一些刺激性异味（如臭味、甜味、芳香味）。这些VOCs大多含有异味，因此，VOCs和异味有很大的重叠，即异味的来源主要是VOCs。除此以外，异味物质还包括有机挥发性酸（VFAs）和H2S、NH3无机物[4]。世界卫生组织对VOCs定义范围较宽，包括了常温下沸点50～260℃的各种有机化合物。我国多个行业的VOCs排放标准中，VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10Pa且具有挥发性的全部有机化合物。2018年制药工业大气污染物企业边界排放标准污染物限值（mg·m-3）：苯0.4，甲醛0.2，三氯乙烯0.1，硫酸二甲酯0.5，二氯甲烷4.0，非甲烷有机化合物（NMOC）4.0，臭气浓度20。

2生物制药废水恶臭气体的种类及来源

含有大量油脂和蛋白质的高浓度废水在收集和输送过程中极易形成厌氧环境，废水中部分有机物会转化成可散发恶臭气体的化合物前体，如硫醇、硫醚、酰胺、腐胺等。当废水流入水处理构筑物时，水流的扰动导致硫化氢、氨气、甲硫醇等恶臭气体迅速逸散到周边大气中。预处理阶段隔油池截留的油脂、气浮池截留的浮渣发酵后会释放出大量恶臭气体。水解酸化池和厌氧池中的厌氧硫化菌以硫酸盐为最终电子受体，氧化有机污染物以获取能量，而硫酸盐则被还原为亚硫酸盐和硫化物，产生硫化氢、硫醇、硫醚等含硫气态化合物。在厌氧微生物作用下，含硫有机物被降解为硫化氢，含氮有机物被转化为氨氮并以氨气的形式从水中逸散出来。隔油池、气浮池、沉淀池收集的污泥浓缩脱水，含硫有机物再次聚集，且长期停留，高浓度的恶臭污染物从污泥中释放，使场站局部大气质量急剧恶化。

3生物制药废水恶臭气体常用处理方法

3.1物化处理技术

在以生物处理技术为主体工艺路线中，物化处理方法主要作为废水的预处理或深度处理单元技术。制药工业废水处理中通常采用的物化法有：混凝沉淀法、气浮法、吹脱法、汽提法、臭氧氧化法、微电解（Fe-C）法、Fenton法以及机械蒸发再压缩（MVR）技术等。其中，混凝沉淀法和气浮法，主要去除废水中大量悬浮物和部分CODcr，适用于含高悬浮物的制药废水;吹脱法和汽提法除使用介质不同外，工作原理相同，两者氨氮去除率均可达60%～90%，适用于含高氨氮、低沸点和易挥发物质制药废水;臭氧氧化法，对制药废水中CODcr、NH3-N和色度的去除效果显著，适用于含异味、恶臭、酚、氰等污染物质、难降解的制药废水预处理或深度处理;Fe-C法，适用于氧化还原电位较高的化学合成制药废水生化处理前的预处理，在中性或偏酸性条件下应用，可提高废水的可生化性;Fenton法，能够提高废水BOD5/COD比值，增强可生化性，CODcr去除率能够达到60%以上，适用于难降解废水的预处理或废水深度处理。针对经厌氧+好氧工艺处理后的阿维菌素、盐霉素废水，采用Fenton氧化法深度处理后，废水中CODcr由224mg/L降至64.3mg/L，去除率达到71.3%。随着技术发展，对光+Fenton、电+Fenton和微电解+Fenton等联合工艺的研究也在不断的深入;MVR（三效蒸发）技术，多用于难处理的高含盐废水。工程实践中，使用MVR技术将硫酸根含量8000mg/L左右的抗生素废酸水从2%浓缩至25%。其他研究结果也表明，多效MVR相比单效MVR系统的功耗更低。

3.2优化生产环境

在对生产环境进行优化时，应对生产环境进行全面清洁，保持生产环境符合药品生产的需要，同时也要注意生产环境要具有一定的密闭性，某些高活性药物还应严格避免其在生产过程中与外界环境的接触，防止药物与环境的交叉污染，同时对于生产车间的环境进行除尘、消毒灭菌等。严格要求操作人员穿戴洁净装备进入生产车间。对于生产药品的设施设备也要进行全面清洁，必要时还应设置专门的监测设备，实时监控生产环境卫生质量。在药品生产完工后要对生产的药品进行抽样检查，确保生产出来的药品无污染，各项检查指标符合国家药品质量指标。同时药品生产完工后，也要注意对药品包装进行彻底清洁，防止因包装清洁不当造成药品被污染，影响药品质量。

3.2使用先进膜过滤技术

膜过滤是化工行业中的重要技术，近些年在化工制药企业中同样应用较广泛，不仅适用性较广，而且不会产生污染，符合环保技术的要求。膜过滤技术的实质就是渗水处理，通过给予压力的方式，令原液通过过滤膜，由于过滤膜表面有小孔密集排布，孔径在杂质直径以下，因此这种方式可以允许原液中的小分子物质和水分通过，将大颗粒杂质截留在过滤膜外面，达到物质分离的效果。一般情况下，业内将含有小分子物质和水分的原液称为透过液，将含有杂质的混合液称为浓缩液。膜过滤技术基于过滤能力的不同，可以分为微滤膜、纳滤膜和超滤膜等，可以达到提纯化工药物，实用价值尚在不断开发中。化工制药企业中，膜过滤技术可以显著达到优化工艺的效果，而且膜过滤技术不会产生较大污染，更不会使化工制药企业在技术成本方面投入较多，自然不会影响化工制药的经济效益。

3.3更新优化生产设备

上文已经提到过在制药生产过程中，生产设备对化学制药生产效率和药品质量息息相关。制药企业应该将陈旧的设备淘汰，引进先进的设备，如果企业暂时无法引进新的设备，也要注重对现有设备进行优化改造，满足新型化学药物生产需求，提高药品质量。除此之外，对于设备操作人员的技术能力也要进一步提升，或者引进新的操作人才，保证设备操作流程正确，有效降低安全风险并满足企业生产需要，结合企业自身生产流程和规模，将设备的使用率和生产效率发挥出最大成效。

结束语

在生物制药废水处理过程中，进行臭气的合理处理属于非常重要的工作内容，通过建立高效可靠的除臭系统来完成臭气处理，对于提升系统运行过程稳定性，减少环境污染有着积极的意义。

参考文献

[1]李薇，赵晓倩.企业制药车间环境影响因素及优化措施分析[J].环境与发展，2019，31（12）：234-235.

[2]王鑫峰.制药废水深度处理工艺技术分析[J].当代化工研究，2019（16）：78-79.

[3]李继武.制药企业危险废物管理探讨[J].化工管理，2019（33）：49-50.

[4]朱骏.高浓度制药废水处理工艺研究与设计[D].华东理工大学，2019.

[5]陈祥林.清洁生产在制药行业中的应用[J].化工设计通讯，2019，45（10）：220-221.