简述生物技术制药的特征
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简述生物技术制药的特征范文第1篇
[关键词] 恶臭 治理 进展
任何一个项目的建设，必然会对其周围的环境或多或少地产生一些影响，而这些影响的程度大小，依赖于所采取的污染防治措施是否有效和经济[1]。恶臭广泛地产生于工农业生产，市政污水，污泥处理以及垃圾处置过程，化工行业的恶臭甚至还含有有毒污染物。恶臭污染防治措施必须在技术可行性和经济可行性上高度统一，在建设项目环评的恶臭污染防治措施评述章节中应充分体现这一点。而要做到这一点，就必须充分了解恶臭的特点及当前恶臭治理的技术发展水平。
1 恶臭污染的特点
1.1 恶臭污染物指一切能刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害人的健康和生活环境的有害恶臭物质及挥发性有机污染物（VOCS）气体物质。恶臭物质来源广泛，对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害，其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等还能使人体产生畸变、癌变。
1.2 恶臭污染物的种类繁多，目前能为人们所感知的有4000多种，其中被公认的主要恶臭物质是：硫化氢、氨、有机胺、苯乙烯、酚等。恶臭物质中只有少数的气味物质是无机化合物，如：氨(NH3)和硫化氢(H2S)；绝大多数恶臭气体为挥发性有机物，如：低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。
恶臭从其组成可分为五类[2]：① 含硫的化合物，如H2S、硫醇类、硫醚类；② 含氮的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类；③ 卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；④ 烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；⑤ 含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。
石化行业排放的恶臭污染物种类多，常见的恶臭污染物有：① 醇、酮类：戊醇、二异基酮、二异基甲酮、甲硫醇、糠醇等。② 醛类：甲醛、乙醛、丙烯醛、辛烯醛、巴豆醛等。③ 酸、酯类：丙烯酸、丙烯酸丁脂、丙酸、甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐、二异氰酸甲苯酯等。④ 胺类：苯胺、硝基苯胺、二苯胺、二甲胺、甲胺、乙二胺等。⑤ 苯系物及杂环类：吡啶、苯甲醛、苯磺酰氯、苯醌、六氯苯等。
这些物质都带有活性基团，容易发生化学反应，易被氧化。当活性基团被氧化后，气味就消失，各种除臭工艺就是基于这一原理。
2 恶臭的主要来源
恶臭气体来源于工业有毒有害气体和城市生活恶臭气体，产生于污水处理、冶金、石油、制药、化工、塑料、屠宰、食品和海产品加工、城市垃圾处理等各种行业，具有广泛性。瓦德麦克分类法依据气味物质的结构及人体对气味物质的感觉特征将气味物分为9类：醚类、芳香类、花类或香脂类、琥珀类、韭菜或大蒜类、焦臭、山羊臭、不快臭、催吐臭等。可将恶臭来源大致归纳为表1所示[3]。
3 国内外除臭技术的现状
目前，对恶臭气体的控制大体上可分为物理法、化学法和生物法三大类。物理法不改变恶臭物质的化学性质，只是通过掩蔽、稀释、吸附、冷凝、膜分离等物理手段降低臭味浓度达到人的嗅觉能接受的地步。化学法则是使用另外一种物质与恶臭物质起化学反应，使恶臭物质转变成无臭物质或减轻臭味。而生物法主要是利用微生物的代谢活动降解恶臭物质，使之氧化为最终产物从而达到无臭无害化。
3.1 物理法
物理法有掩蔽法、稀释扩散法、物理吸附法、冷凝法和膜分离法等。
3.1.1掩蔽法。掩蔽法通常是采用更强烈的芳香气味或其他令人愉快的气味与臭气掺合，以掩蔽臭气或改变臭气的性质，使气味变得能够为人们所接受，或采用一种能够抵消或中和恶臭的添加剂，以减轻恶臭。
3.1.2稀释扩散法。稀释扩散法是将有臭味的气体由烟囱排向高空扩散，或者以无臭的空气将其稀释，以保证在烟囱的下风向和臭气发生源附近工作和生活人们不受恶臭的侵扰，不妨碍人们的正常生活。
3.1.3物理吸附法。物理吸附法是用活性炭或分子筛做吸附剂，在常温下进行吸附，将废气浓集后再脱附，适用于能回收利用废气物质的场合。进行处理VOCs恶臭废气的吸附剂以活性炭居多[4]。
3.1.4冷凝法。冷凝法是指降低饱和VOCs气体的温度，使VOCs恶臭气体冷凝后从气体中分离出来。冷凝过程可在恒定温度的条例下用提高压力的办法来实现，也可在恒定压力的条例下用降低温度的办法来实现，一般多采用后者。利用冷凝的办法，能使废气得到很高程度的净化，但是高的净化要求，往往所需的温度很低，而压力较高，会增加处理成本与费用。
3.1.5膜分离法。膜分离法是利用膜对废气和空气的选择透过性使废气净化。根据膜构成的不同，分为固膜和液膜分离两种。液膜分离技术可净化H2S、CO2等气体；固膜分离技术可用来回收氨，浓缩甲烷气。从C5和C5以下烷烃中分离乙烯、丙烯等。该法节能，效率高。已成功应用于化工、医药、环境保护等领域内。
3.2 化学法
化学法有燃烧法、化学氧化法、光催化降解法、液体吸收法、化学吸附法等等
3.2.1燃烧法
对于有毒、有害且不需回收的VOCs的处理，燃烧法是一种较普遍使用的方法。燃烧法又有直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法，主要用于高浓度的VOCs废气的处理。这种方法除造成浪费外，还把大量的污染物排入大气，近年来采用较少。热力燃烧法是将臭气与油或燃料混合后在高温下完全燃烧，以达到脱臭的目的。其热回收率非常高，运行成本低，一般有2-3个陶瓷床热回收室，有机废气和燃烧尾气交替进入热回收室，实现供热和蓄热过程。其缺点是设备体积较大，燃料费用高，NOX生成量大，已逐渐被催化燃烧法代替。
催化燃烧法是利用催化剂使有害气体在250-500℃时氧化分解，从而除去恶臭的方法。催化燃烧具有装置容积小，装置材料及热膨胀问题易解决，可处理低浓度可燃物，所需外加能量较小等优点。缺点是催化剂的价格较高，且要求废气中不得含有导致催化剂中毒失效的成分。
3.2.2化学氧化法。化学氧化法是采用强氧化剂如臭氧、高锰酸盐、次氯酸盐、氯气、二氧化氯、过氧化氢等氧化恶臭物质，将其转变成无臭或弱臭物的方法。而英国原子能管理局（AEA）开发出的电化学氧化技术，是采用一种内装专利膜和AgNO3-HNO3溶液的化学电池，在温度为50-100℃和常压的条例下进行氧化，在阳极，VOCs恶臭气体转化为CO2 和H2O；在阴极，生成亚硝酸，经处理后可循环使用。该法的典型特点是：VOCs恶臭物质在除率高，可达99%以上，但运转费用亦高，为焚烧法的2-3倍[5]。
3.2.3光催化降解法。光催化降解法始于20世纪60年代，90年代得到广泛应用。目前世界上光催化降解法研究最好的是日本，其次是美国和中国[6，7]。其原理是在紫外线照射下光催化剂TiO2被活化，使H2O生成羟基（-OH），然后-OH将VOCs恶臭污染物氧化成CO2 和H2O。
3.2.4液体吸收法。吸收法是利用物质溶解度的不同来分离气态污染物的方法。当恶臭气体在水中或其它溶液中溶解度较大，或恶臭物质能与之发生化学反应时，可用液体吸收法治理。恶臭气体常见吸收剂有苛性钠、次氯酸钠、硫酸、盐酸、亚硫酸钠等。这种方法高效、设备简单、一次性投资费用低，广泛应用于气态污染控制中，吸收净化的主要缺点是需对吸收后的液体进行处理，设备易受腐蚀。
3.2.5化学吸附法。浸渍吸附剂法多属于化学吸附法。如浸渍碱（NaOH、氨气）可提高对H2S和甲硫醇的吸附能力；浸渍磷酸CO2则可提高对氨和三甲胺的吸附效果[8]。浸渍K2CO3的活性炭法除H2S效果明显提高[9]。由于吸附剂往往具有高的吸附选择性，因而具有高的分离效果，能脱除痕量物质（达ppm级），但吸附容量一般不高（约40%左右，甚至更低）。吸附分离过程适宜于低浓度高要求的混合物的分离。苏建华[10]等采用自制的高效液体吸收剂和活性炭吸附实现了对苯乙烯废气的净化效率达74%以上。该法的缺点是处理设备大，流程复杂，当废气中含有胶粒物质或其它杂质时，吸附剂易失效。
3.2.6等离子分解法。近年来，国内外对等离子体净化废气的研究相当活跃，等离子体净化废气有独特的优点，净化效率高，可处理低浓度的污染物，通过气速可高达10m/s，所需停留时间短等。依低温等离子体产生的方法不同又可分为介质阻挡放电、脉冲电晕放电、滑动弧光放电等方法[11]。许小红、吴春笃[12]等用低温等离子体进行了分解特征恶臭气体氨气的试验，试验表明，增加电源电压、电源频率和停留时间可提高降解效率，但提高到一定程度后降解效率不明显；该技术在污水处理厂的运行结果表明，H2S、NH3、CH3-SH这类恶臭气体的去除率分别达到81.3％、88.1％、84.4％，可消除恶臭气体对周围环境的影响。日本的植松性行[13]利用等离子体的化学作用分解氯氟烃等难分解气体。这种技术能在较短时间内完成，并且可在小型装置内进行大量废气的处理。
3.3 生物法
废气生物处理法是利用微生物将废气中污染物降解或转化为无害或低害物质的过程。目前有生物吸收法（悬浮生长系统）、生物过滤法（附着生长系统）、生物滴滤法（填料塔式生物脱臭法）三种脱臭方式。其中生物过滤法又有土壤脱臭法，堆肥脱臭法，生物滤池脱臭法，这些方法的共同点是：① 微生物是生物脱臭工艺的核心；② 生物脱臭工艺的效能也是极为重要的一个方面。
生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池是3种主要的废气生物处理技术。在众多VOCs的净化方法中，生物法具有良好的净化效果，优越的经济性、可靠的安全性、天然的环境相容性。据有关资料报道，利用生物技术能够降解挥发性有机污染物和恶臭物质，包括有：烷烃类、醛类、醇类、酮类、羧酸类、酯类、醚类、烯烃类、多环芳烃类、卤素类化学以及H2S、NH3等。
3.3.1生物滤池
早在1920年，在德国，人们就对废水处理厂的废气进行处理，当时将恶臭气体通过简单的生物过滤器，发现气体经过生物过滤器后，臭气的臭味可以得到降低。60年代，在欧美的一些研究表明，废气中臭味的物质主要是由于微生物降解气体中的污染物，后来生物过滤器成功用于清洁一些废气。在国外，在利用生物过滤技术处理低浓度、大流量的有机废气和臭味的工作中已经取得相当成功，技术成熟，例如：废气中硫化氢浓度一般在1000mg/m3。如今对挥发性有机物质(VOC)气体，传统的生物过滤器的效率比较低，容易形成较大的压差。在70年代后，废气生物过滤在欧洲，特别是德国，开始比较广泛地应用于一些低浓度的工业废气，特别是含有VOCs的气体。
生物滤池是最早被研究和使用的废气生物处理技术。生物滤池的填料是具有吸附性的滤料，多为土壤、堆肥、木屑、活性炭或几种滤料混合而成，滤料要具有良好的透气性和适度的通水和持水性。含污染物的废气经加压预湿（有的还需要温度调节、去除颗粒物等）预处理过程后，从反应器的底部经气体分布器进入生物处理装置，生物处理装置的填料表面生长着各种微生物处理装置，利用附着在填料上微生物的新陈代谢作用，废气中有害成分被氧化分解，处理过的气体从生物滤池的顶部排出。
生物滤池处理技术的工艺特点是生物相和液相都不是流动的，而且只有一个反应器，气液接触面积大、运行和启动容易。
在国内，有不少人对此进行了相应的研究。例如：苑宏英、郭静等人采用陶粒为填料的生物滤池降解甲苯废气，并对清水试验和生物膜试验的结果进行分析，发现生物膜法降解甲苯这样的挥发性有机物具有良好的效果，已不再是清水试验中单纯的物理吸收过程，而是伴有生化反应的吸收过程，是以气膜控制为主的传质过程[14],他们在采用焦炭为填料的生物滤床降解苯乙烯废气的试验中也发现，对焦炭进行循环挂膜，焦炭对苯乙烯这样的挥发性有机物初期以吸附作用为主，随着生物膜的长成生物降解作用逐渐占有优势，表现为对苯乙烯的去除效率稳定在35％－55％左右[15]。黄兵等人用生物膜填料塔净化低浓度硫化氢恶臭气体，实验结果表明：用城市污水处理厂污水驯化培养的脱硫菌对硫化物具有较好的降解性。用该菌液挂膜的生物膜填料塔对低浓度硫化氢恶臭气体具有较好的去除效果，最大生化去除量为190mg/1•h，控制适宜的液体喷淋量和增加气体在塔内的停留时间可提高生物膜填料塔对硫化氢的生化去除量和净化效率，同时，该塔对二氧化硫废气也有较好的净化效率[16]。
3.3.2生物洗涤塔
生物洗涤塔通常是一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器里的喷淋柱将微小的水珠逆着气流喷洒，使废气中的污染物与填料表面的水接触，被水吸收而转入液相，从而实现质量传递过程。
生物洗涤塔的优点是反应条件易控制，压降小，但设备多，须外加营养，成本较高，为了防止活性污泥沉积且更好地降解有机物，活性污泥反应器需要曝气设备。
生物洗涤塔适于处理工业产生的污染物浓度介于1-5g/m3的废气，污水处理厂散发的含VOC和恶臭物质的废气也能利用生物洗涤塔处理。吴学龙、蒋建国、王伟[17]等人对粪便污泥处理处置过程恶臭气体的控制进行了研究，认为采用沼气锅炉焚烧和洗涤塔相结合的除臭工艺可以有效地减少处理成本，洗涤塔除臭只有在系统启动、调试和沼气锅炉发生故障的情况下使用。
3.3.3生物滴滤池
生物滴滤净化挥发性有机污染物技术是近年来发展起来的一项新技术。生物滴滤池被认为是介于生物滤池和生物洗涤塔之间的处理技术。废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内。滴滤池内填充粗碎石、塑料、陶瓷、聚丙烯小球、木炭、颗粒活性炭等比表面积大的惰性填料，填料只起生物生长载体的作用，其空隙率比生物滤池的要高，使用寿命长、阻力小。含可溶性无机营养液的液体从塔上方均匀地喷洒在填料上，液体自上向下流动，然后由塔底排出并循环利用。废气由塔底进入生物滴滤塔，在上升的过程中与润湿的生物膜接触而被净化，净化后的气体由塔顶排出。与生物过滤不同的是，生物滴滤器通常由不含生物质的惰性填料床构成，其顶部设有喷淋装置用以控制过滤床层的湿度，同时还能通过向喷淋液中加入营养盐和缓冲物质创造适宜微生物生长繁殖的环境。因此生物滴滤器具有净化效率高、操作弹性较强等特点，适合处理污染负荷相对较高的非亲水性VOCs污染物，也适合处理卤代烃类降解过程产酸的污染物。通常生物滴滤设备的启动一般是用活性污泥等进行接种，然后逐步驯化适宜的混合菌种；而对于那些难降解物质，则需要接种专门的菌种。
生物滴滤池适于处理工农业生产及市政设施产生的污染物浓度低于0.5g/m3的废气。
杨虹[18]等人报道了采用以沸石为填料的生物滴滤器净化处理味精厂内挥发性恶臭废气的试验结果。研究表明,在净化氨氮臭气取得良好效果的生物膜基础之上,加入特定菌液能较快地培养出适宜处理味精厂内恶臭废气的微生物种群,且能获得满意的净化效果。羌宁[19]等人采用不锈钢丝网作为生物滴滤器的载体材料,用经以苯为唯一碳源驯化而得的微生物菌种,进行苯废气的净化实验。结果表明，在实验的负荷范围内,生物滴滤器的消除能力随负荷的增加而增加,但净化效率总体上随负荷的升高而下降。在相同的进气苯浓度下,随着停留时间的增加,消除能力和净化效率迅速提高,停留时间为33.9 s时,净化效率达98%。进口浓度对生物滴滤器的净化效率和所需的填料层高度有较大的影响。
3.3.4 三种废气生物处理法的比较
生物滤池技术的工艺特点是生物相和液相都不是流动的，只有一个反应器，气液接触面积大，运行和启动容易。由于投资少、运行费用低，广泛适用于处理工农业生产中产生的挥发性有机污染物。废气污染物浓度介于0.5-1.0g/m3之间。
生物洗涤塔技术通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成，其反应条件易于控制、压降小，适于处理污染物浓度较高的工农业生产中的废气。但设备多、须外加营养、成本较高，另外在活性污泥反应器中需要曝气设备，并控制有关条件。如温度、pH、氮磷碳之间的比率等，因其不容易调控，在应用上有局限性。
生物滴滤池吸取了以上两种技术的优点。它只有一个反应器，压降低，填料不易堵塞，使用寿命长，营养物质和pH容易控制，承受污染负荷大，并具备特有的缓冲能力。适用于处理污染物浓度在0.5 g/m3以下的废气。
3.4 物理、化学及生物脱臭的主要方法及比较
物理、化学及生物脱臭各有其特点，表2列出了物理、化学及生物法的原理、特点及适用范围，在实践中应根据不同情况予以选用。
4 恶臭治理的方法选择
由于恶臭物质成分复杂，且嗅觉阈值较低，对净化学系统的要求极高，所以就感官无味的要求而言，恶臭的治理难度较大，大多数的情况下需采用多级净化。这样将加大治理工程的投资，同时几种方法的配合，也存在系统优化等问题。
4.1 洗涤――吸附法
如，日本净化污水处理场或粪便处理场排出成分复杂的臭气，采用了“日辉式除臭系统”对其进行处理[20]。该臭气先经过稀硫酸洗涤，再经过稀碱液及次氯酸钠液洗涤，然后通过活性炭吸附床吸附后排空。
4.2 吸附――氧化法
如，吸附与催化燃烧技术结合起来，通过吸附、解吸提高废气中恶臭物质的浓度，减少废气量，然后再经过催化燃烧而达到除臭的目的。
对目前采用的恶臭处理技术，表3在适用范围、所需费用等几个方面作了简要的比较。
选择治理方法时应从治理性能与治理费用两方面来分析，即达到消除恶臭气体，又要尽量减少治理费用。对于恶臭污染的治理，高浓度的恶臭污染，通常可以采用直接燃烧、催化氧化及臭氧氧化等方法进行治理，中等浓度的恶臭物质可采用吸收法治理，而对于低浓度的恶臭污染、特别是50×10-6（体积分数）以下恶臭物，如硫化氢、甲硫醇等，在用上述方法的处理中，通常存在反应难进行、催化剂易中毒和脱除成本高等缺点。吸附法适用于中、低浓度的排气处理[21]。由于大多数恶臭物质都具有可吸附性，采用吸附法可以方便地将这些恶臭物质进行收集。活性炭是种优良的吸附剂。对于石化企业如污水处理厂等逸散型低浓度多组分且具有可吸附性的恶臭污染源，应用活性炭吸附技术治理，具有设备简单、脱除效率高、运行管理容易、维护费用低和无二次污染等优点。如日本很多污水处理厂都采用活性炭吸附法治理恶臭。纽约一家污水处理厂采用4个串联的活性炭吸附塔处理恶臭污染，使排放达标。另外，从炼油厂、化工厂一些装置中排放的有机溶剂废气，采用活性炭吸附法脱除，不仅能有效地消除有害气体对环境的污染，而且还可以回收能够再利用的有机溶剂[22]。有些情况下采用两种方法以上的净化装置组成净化系统较为有利。如经喷淋吸收后再用吸附剂进一步吸附；既可用物理法吸附也可用化学法进行中和、氧化等反应；如果吸附器的吸附剂用不同的化学品浸渍，可以适合于消除多种组分的恶臭物质的需要，以达到更好的除臭效果。但再生更新难度较大。
5 前景与展望
生物处理恶臭是目前较为热门的研究课题。与传统的物理、化学处理有机废气技术相比，生物处理技术具有效果好，投资省、运行费用低、污染物不会转移到其他地方，无二次污染、易于管理等优点，尤其在处理低浓度（
近年来，有学者[23-25]认为生物净化器内存在微生物生态系统，含有降解污染物的微生物和大量的其它非直接降解污染物的微生物种群构成，并提出构筑食物链来维持净化器内生物生态平衡的观点。
目前国内的VOCs研究主要集中在对于一些单一化合物的处理，受研究设备和实验手段的限制，这些研究还有局限。应用方面还处于模仿阶段，对国外技术的理解，消化以及生物过滤的机理和核心技术了解、掌握还需要一定时间，所以在有毒有臭（VOCs）废气处理方面，我国尚处于起步阶段。
此外，从环境保护的角度出发，生物吸附法的应用还必须解决二次污染问题，应加强吸附的后处理研究。如吸附剂洗脱再生时流出液和处理问题，废渣的处理问题等，这些问题解决了，生物吸附才能真正发挥更大的作用。
总之，恶臭污染及污染源的治理技术研究是一个重要内容，随着科技的发展及新合成的物质不断出现，治理企业恶臭的工艺也将不断更新。及时了解当前恶臭治理的技术发展水平，为企业治理污染和环境管理部门科学评价恶臭的影响都将起到积极的作用。
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