Технологические потоки выбросов разных биотехнологических предприятий значительно различаются по своим физико-химическим свойствам и содержанию в них «биологического фактора». Исходя из этого, при создании технических систем локализации выбросов учитывают:
•физико-химические свойства потоков (температуру, влажность, рН, удельный вес и др.);
•количественную и качественную характеристику биологически активных частиц (фракционно-дисперсный состав, устойчивость и др.).
Основные газовоздушные выбросы (ГВВ) биотехнологических производств представляют собой аэрозоли, нестабильные дисперсные системы, состоящие из мелких твердых частиц (клеток, их агрегатов) в жидкой фазе, взвешенные в газовой среде.
Все организованные источники ГВВ от ферментеров, сепараторов, флотаторов, центрифуг, сушилки, упаковочного отделения и другого технологического оборудования оснащаются системами очистки, неразрывно связанными с технологическими особенностями отдельных стадий процесса.
Наиболее распространенными, апробированными методами очистки ГВВ от биологически активных частиц являются фильтрация, тепловая обработка и «мокрые» системы очистки.
По своему составу основная масса ГВВ условно может быть разделена на 2 группы:
•ГВВ, содержащие живые клетки микроорганизмов, капли культуральной жидкости с продуктами метаболизма и пену;
•ГВВ, содержащие сухие клетки микроорганизмов (белковую пыль) или мелкие частички целевого продукта.
Очистка ГВВ первой группы предусматривает наличие специального сепаратора для отделения капель и пены с последующей очисткой от клеток микроорганизмов в скруббере Вентури на 99,99%.
Очистка ГВВ второй группы, где основным компонентом является белковая пыль, содержание которой достигает 200-300 мг/м3, предусматривает использование в технологической схеме двухзаходного скруббера Вентури для обеспечения эффективной очистки до значения ПДК.
При очистке газовых выбросов основной задачей является разрушение аэрозоля. Время разрушения аэрозолей определяется скоростью седиментации (осаждения) дисперсных частиц или скоростью их коагуляции (укрупнения за счет объединения частиц).
Большинство методов борьбы с аэрозолями основано на интенсификации процессов слияния жидких частиц. Для этого часто используют пористые керамические или металлические элементы.
При соблюдении технологического режима, в частности, качества и количества орошающей воды, перепада давления по газовой фазе, при мокрой очистке снижается концентрация микробосодержащих частиц в технологических газах, отходящих от ферментеров (при культивировании дрожжей) в среднем на 4-5 порядков, обеспечивая уровень ниже 102 кл/м3, т. е. ниже ПДК клеток в воздухе рабочей зоны. Зона распространения клеток в основном ограничена расстоянием150-200 м от источника выброса. Эффективность такой системы очистки составляет 99,9%.
В биотехнологической промышленности широко используется распылительная сушка. Распылительные сушилки представляют собой вертикальный цилиндрический аппарат с коническим днищем. Исходная суспензия или раствор с помощью распылительного устройства диспергируются на мелкие капли диаметром 10-100мкм, что приводит к развитию межфазной поверхности и интенсивности испарения влаги в потоке нагретого сушильного агента(100-150°С).
Время пребывания материала в сушилке - 15-20с. При этом материал нагревается до температуры40-60°С (не выше температуры мокрого термометра). На днище аппарата оседает70-80%высушенных частиц, которые отводятся шнеком или с помощью пневмотранспорта на упаковку. Другая часть более мелких частиц выносится из аппарата сушильным агентом и улавливается системой газоочищающих установок (ГОУ).
Для получения продуктов, в которых после высушивания требуется сохранить жизнеспособность микроорганизмов и высокую биологическую активность (хлебопекарские дрожжи, аминокислоты, антибиотики, ферменты и др.) используются более мягкие условия сушки при температуре 40-50°С. Поскольку при этих условиях снижается интенсивность испарения влаги, то процесс сушки часто проводят под вакуумом.
Очистка газовоздушных выбросов после распылительных сушилок производится также в две ступени: первая - «сухая» очистка в циклонах; вторая - в скрубберах Вентури. Общая эффективность такой системы составляет в среднем 99,5%.
Для исключения попадания готового продукта в атмосферный воздух разработано несколько технологических схем процесса сушки. В частности, разработана сушильная установка, в которую входит конденсатор для вывода испаряемой влаги. Это позволяет полностью замкнуть контур циркуляции по схеме: воздухоподогреватель - сушильная камера - циклонная группа - аппарат «мокрой» очистки - конденсатор - воздухоподогреватель. В этом случае в атмосферу выбрасывается лишь часть отработанных топочных газов после воздухоподогревателя, не имеющих контакта с пылью высушиваемого продукта.
Такая система очистки позволяет полностью исключить попадание сухих частиц биообъекта в атмосферный воздух.