《生物发酵行业废气治理现状》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-03-03
  • 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居世界第一位。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。

  • 原文来源:http://www.biotech.org.cn/information/151651
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    • 摘要: 综述了2017年有机废气(VOCs)治理行业的发展环境,分析了行业的经营状况、市场特点及国际国内的竞争力状况,介绍了行业技术的发展进展,针对行业发展存在的主要问题提出了解决对策和建议。 1 2017年有机废气治理行业发展环境 2017年是《大气污染防治行动计划》(以下简称“大气十条”)的第一阶段收官考核之年,经过5年的努力,“大气十条”第一阶段目标已全面实现,挥发性有机污染物(VOCs)减排与控制工作也取得了重要的进展。但总体来讲,由于起步较晚,VOCs的污染防治工作进展落后于SO2、NOx等其他大气污染物。随着《大气污染防治法》《“十三五”节能减排综合工作方案》等一系列政策法规的颁布实施,2017年各地VOCs的污染防治工作得到了全面加强,VOCs的污染防治已经成为我国大气污染防治的重点工作之一。 1.1 宏观政策法规陆续出台 近年来一系列法律法规政策的出台实施,为VOCs污染防治工作提供了法律和政策依据。2013年发布“大气十条”、2015年修订实施新的《大气污染防治法》明确提出了对VOCs的减排与控制要求。2016年工业和信息化部、财政部两部委联合印发了《重点行业挥发性有机物削减行动计划》,指出到2018年,工业行业VOCs排放量比2015年削减330万吨以上。2016年国务院发布《“十三五”节能减排综合工作方案》,提出推进工业污染物减排,以削减挥发性有机物、持久性有机物、重金属等污染物为重点,实施重点行业、重点领域工业特征污染物削减计划;大力推进石化、化工、印刷、工业涂装、电子信息等行业挥发性有机物综合治理;全面推进现有企业达标排放,研究制修订农药、制药、汽车、家具、印刷、集装箱制造等行业排放标准,出台涂料、油墨、胶黏剂、清洗剂等有机溶剂产品VOCs含量限值强制性环保标准,控制集装箱、汽车、船舶制造等重点行业挥发性有机物排放,推动有关企业实施原料替代和清洁生产技术改造;实施石化、化工、工业涂装、包装印刷等重点行业挥发性有机物治理工程,到2020年石化企业基本完成挥发性有机物治理。 2017年9月,环境保护部、国家发展和改革委员会等六部门联合下发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》。该方案是今后三年实施挥发性有机污染物减排的指导性文件,方案指出以改善环境空气质量为核心,以重点地区为主要着力点,以重点行业和重点污染物为主要控制对象,推进VOCs与NOx协同减排,明确提出到2020年,建立健全以改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系,实施重点地区、重点行业VOCs污染减排,排放总量减少10%以上。 在国家政策的指导下,各地方政策积极跟进。1)2017年4月,山西省制定《大气污染防治2017年行动计划》,提出加快推进重点行业VOCs综合治理,制定全省VOCs排放清单,摸清重点行业VOCs排放总量,分批发布重点行业VOCs综合治理名单。太原、阳泉、长治、晋城4市要全面推进石油化工、医药、农药等化工类,汽车制造、机械设备制造、家具制造等工业涂装类以及包装印刷等挥发性有机污染物治理,要求10月底前基本完成整治任务。2)2017年8月,河北省发布《河北省挥发性有机物污染整治专项实施方案》,提出10月底前,化工类包括石油化工、医药、农药等,工业涂装类包括汽车制造、机械设备制造、家具制造等,包装印刷类等重点行业基本完成深度整治任务,稳定达到国家或地方相关排放标准要求,取缔涉VOCs排放违法“散乱污”企业,到2020年全省涉VOCs排放企业全面完成低挥发性原辅料替代、清洁工艺改造和末端废气治理,排放总量较2015年下降20%以上,重点工程减排19.5万吨以上。3)2017年11月,浙江省印发《浙江省挥发性有机物深化治理与减排工作方案(2017~2020年)》,提出未来5年浙江省将对挥发性有机物实施源头削减、过程控制、末端治理的全过程防治措施,重点强化环杭州湾区域VOCs污染防治,重点推进石化、化工等10个行业以及交通源、生活源、农业源等领域VOCs污染减排;以重点企业的深化治理为抓手,推动实施一批重点减排工程,切实削减VOCs排放总量;到2020年建立健全VOCs污染防治长效管理体系,全省VOCs排放总量比2015年下降20%以上,重点工程减排VOCs25.5万吨以上。4)2017年下半年,山东省分别印发了《山东省重点行业挥发性有机物综合整治方案》《山东省重点行业挥发性有机物专项治理方案》《京津冀及周边地区2017~2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》实施细则、《山东省“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》等文件,并将重点行业VOCs治理纳入《2017年环境保护突出问题综合整治攻坚方案》,突出重点行业VOCs污染减排,提出到2020年排放总量下降20%,建立健全以改善环境空气质量为核心的VOCs污染防治管理体系。另外在园区治理政策方面,山东省也出台了《山东省化工园区认定管理办法》《山东省专业化工园区认定管理办法》《山东省化工重点监控点认定管理办法》等系列文件,对园区整体规划,规范污染企业入园等给出了规定。 1.2 标准规范体系继续完善 《国家环境保护标准“十三五”发展规划》强调要积极推进挥发性有机物污染控制。制修订汽车涂装、集装箱制造、印刷包装、家具制造、人造板、储油库、汽油运输、农药、制药、油漆涂料、纺织印染、船舶制造、干洗等行业大气污染物排放标准,制订挥发性有机物无组织逸散控制标准。支撑面源污染治理,修订饮食业油烟污染物排放标准,加强餐饮油烟污染防治。大气环境监测分析方法标准方面,支撑石油化工、农药、纺织染整、制药等行业以及大气综合排放标准、恶臭污染物排放标准的制修订与实施,制修订有关挥发性有机物、恶臭污染物等大气污染物的环境监测分析方法标准。在此规划的基础上,国家和地方加强了相关标准制订工作的力度,特别是重点行业排放标准的制订与实施力度不断加强,VOCs排放标准体系不断完善。 1.2.1 国家排放标准 2017年,国家排放标准的制修订工作继续推进。其中,《制药工业大气污染物排放标准》《涂料油墨胶黏剂工业大气污染物排放标准》已经完成报批稿上报待批复,《农药行业大气污染物排放标准》已经完成送审稿。同时加快了《VOCs无组织逸散控制标准》《恶臭污染物排放标准》和《饮食业油烟排放标准》的制修订工作。由于排放标准的制订工作非常复杂,涉及VOCs排放标准制订的基础科研工作支撑力度不够,虽然近年来已经立项的重点行业排放标准制订工作还有很多,但总体上进展缓慢。 新标准的制订强调从源头、过程和末端进行全过程控制,严格了常规污染物的排放限值,大幅度增加了涉及VOCs的控制项目(目前VOCs的控制项目已经拓展到了76项),重视无组织排放控制,实行排放限值与管理性规定并重的原则,明确了无组织排放的管理要求。截至2017年底涉及VOCs的大气固定源污染物排放国家标准有15项,《制药工业大气污染物排放标准》等将会尽快发布实施。 1.2.2 地方排放标准 各省市区根据各地的产业结构和减排方向,也明显加大了与VOCs排放相关的地方排放标准制订的工作力度。截至2017年底,已发布的与VOCs有关的排放标准:北京市13项,上海市10项(2017年新发布1项),重庆市6项(2017年新发布2项),广东省5项,浙江省4项(2017年新发布1项),江苏省、山东省(2017年新发布2项)、湖南省(2017年新发布)、天津市各3项,河北省2项,陕西省(2017年新发布)、四川省(2017年新发布)各1项。同时,尚有一批标准正在制订过程中,包括福建省包装印刷行业、工业企业、工业涂装工序的大气污染排放标准;山东省化学工业企业污水处理厂、表面涂装、有机化工及其他行业等挥发性有机物及恶臭污染物排放标准;广东省电子设备制造业挥发性有机化合物排放标准;辽宁省印刷业、工业涂装、餐饮油烟排放标准;贵州省工业企业挥发性有机物排放控制标准等。
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    • 2019年12月4日,据国家能源局官网,近日,国家发展改革委、国家能源局、农业农村部、财政部、生态环境部、自然资源部、住房城乡建设部、应急管理部、人民银行、税务总局联合印发了《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》,到2025年年产量超过100亿立方米,到2030年超过200亿立方米。 1、生物天然气原材料以秸秆为主 我国生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料,经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的天然气,同时厌氧发酵过程中产生的沼渣沼液可生产有机肥。 发展生物天然气,规模化处理有机废弃物,能有效解决粪污、秸秆露天焚烧等引起的环境污染问题,保护城乡生态环境。中国农业大学教授程序算了一笔账:假设200亿立方米生物天然气完全由大型沼气—生物天然气项目生产,意味着能够对约3亿吨秸秆和2亿吨畜禽粪便作无害化处理和资源化利用。 即从数据模型来看,生物天然气是秸秆和畜禽粪污按照 3:2比例进行配比产生,由此生物天然气的原材料主要以秸秆为主,畜禽粪污为辅。 2、粮食大丰收 秸秆产量增加 根据国家统计局的数据显示,2011-2019年我国粮食产量整体呈现波动的态势,2015年后粮食产量变化波动浮动不大。2019年我国粮食产量达到66384.34万吨,同比增加0.9%。 注:2013、2015年产量增速为3%、3.3%。 农谚说“斤粮斤草”,生产1斤粮食的同时要产出1斤多秸秆,我国秸秆产量和粮食产量呈现正向的相关关系。数据显示,2011-2018年我国秸秆总量整体呈上升趋势,但上升幅度较为微弱,这主要与农作物播种面积较为恒定,不可能出现大的波动有关。 2011年我国秸秆产量为8.39亿吨,前瞻根据秸秆产量的历史数据并结合2019年粮食产量数据,初步估算2019年我国的秸秆产量约为8.63亿吨。 3、秸秆供应区域分布在北方平原地区 我国现有秸秆供应量最大的省份是山东省、黑龙江、河南省、安徽省等。由下图可知,秸秆收集难度最小的是黑龙江、内蒙、河南、安徽等。 4、秸秆生产生物天然气的生产模型分析 生物天然气通过对种植、养殖所产生的有机废弃物资源进行处理,变废为宝地生产出能够为农业项目带来更多经济效益的能源资源产品和有机肥料。 与沼气类似,生物天然气的副产物可以加工成为高品质的生物有机肥,一方面进一步对发酵产生的沼渣沼液进行利用,减少了项目对农村生态环境产生二次污染;另一方面高品质的生物有机肥能够提高农产品的口感、品相,是发展高端农业的主要肥料。 生物天然气是在传统沼气发展的基础上的提档升级,改变了传统沼气项目自产自销式的利用局限性,将沼气进一步提纯获得生物天然气,可以最大程度的提升应用渠道和场景。 一方面,可以利用生物天然气进行热电联产,获得高品阶的电力能源,并且可以将热电联产过程中的热能供给大棚种植中的保温系统,实现了能源资源的梯级化利用。 另一方面,因为生物天然气组成成分、热值等指标与传统天然气类似,也可以将生产的生物天然气通过并入燃气网、罐装出售等模式,用于城乡生活燃气、车船用气等,大大提高了消纳能力。 利用生物处理技术以农作物秸秆为主要原料进行生产,可通过4~5公斤青质秸秆发酵获得约1立方米的沼气,再通过提纯和净化使其成份、热值与常规天然气成份接近,最终获得0.5立方米的生物天然气产品,同时副产3公斤左右的有机肥原料。 若按照我国当前天然气市场价格2.5元/立方、有机肥500元/吨的平均价格来计算,则每处理5公斤秸秆,生物天然气项目可以增加2.75元的收益。