化学合成类制药行业是现代医药工业的重要组成部分，但其生产过程中产生的挥发性有机物（VOCs）却对环境和人体健康构成严重威胁。VOCs不仅参与光化学反应生成臭氧和细颗粒物（PM2.5），加剧雾霾污染，许多成分还具有致癌、致畸等毒性。因此，了解VOCs的排放特征并进行客观评估，是有效控制污染、保护环境的关键。本文将重点介绍化学合成类制药行业VOCs排放特征及潜在风险，旨在为化学合成类制药行业减排提供科学依据。
(一)化学合成类制药行业VOCs排放特征
1.1 种类复杂多样
在化学合成制药过程中，涉及到的原料、中间体和反应试剂种类繁多。例如，在抗生素合成过程中，可能会使用到各种有机溶剂，如甲苯、乙醇、丙酮等。不同的化学反应会产生不同结构的VOCs产物。例如，酯化反应可能会产生酯类VOCs，而氧化反应可能生成醛类或酮类物质。另外VOCs成分复杂，有些可能是高毒性的，如苯系物中的苯，长期暴露会对人体的造血系统造成损害；有些则具有刺激性气味，影响周边空气质量。
1.2 排放浓度波动大
生产环节的多样性导致VOCs排放浓度不稳定。在反应釜进行大规模合成反应时，由于反应剧烈程度不同，VOCs的产生量会有较大差异。例如，在一些间歇式反应中，当反应达到高潮阶段，大量原料瞬间转化为产物和副产物，VOCs排放浓度可能会急剧升高。此外，不同批次的产品生产，由于原材料质量、反应条件控制等因素的影响，VOCs排放浓度也会有所不同。例如，当原材料纯度稍低时，可能需要更多的反应步骤或者更高的反应温度，这都会增加VOCs的排放。
1.3 排放源分散且隐蔽
化学合成制药企业内部存在多个排放源。除了主要的反应釜之外，物料储存罐、输送管道、蒸馏装置等都可能是VOCs的排放源。物料储存罐中的有机溶剂可能会通过呼吸阀挥发到大气中；输送管道由于密封不严等原因会有微量泄漏；蒸馏过程中未完全冷凝的有机蒸汽也是重要的排放源。除此之外，这些排放源分布在整个生产车间甚至厂区的不同位置，有些位于设备内部或建筑结构内部，具有一定的隐蔽性，不易被发现和监测。
1.4 与生产工艺紧密相关
不同的制药工艺产生的VOCs具有不同的特征。例如，在化学合成药物中的多步合成工艺，每一步的反应类型和所用的化学试剂决定了该步骤可能产生的VOCs种类和数量。对于采用绿色化学工艺的企业，其VOCs排放相对较少，因为绿色工艺更注重原子经济性，尽量减少有机溶剂的使用并提高反应的选择性。
(二) 化学合成类制药行业VOCs排放的客观评估方法
2.1 现场监测法
2.1.1 采样方式
可以采用直接采样法，如使用注射器或采样袋在排放源附近采集瞬时样品。这种方法适用于高浓度、短时间排放的VOCs监测。对于低浓度、长时间的排放，则可以采用吸附管采样法，通过吸附剂吸附VOCs，然后在实验室进行解吸和分析。
在车间内不同位置设置采样点，包括反应釜上方、物料储存区、通风口等，以全面了解VOCs的分布情况。
2.1.2 分析方法
气相色谱-质谱联用（GC-MS）作为当前分析VOCs的主流技术之一，具备精确分离和识别复杂VOCs混合物中各成分的能力。此外，气相色谱法（GC）在分析特定VOCs组分，例如苯系物等方面，同样发挥重要作用。借助这些分析手段，我们能够获取VOCs的种类、浓度等关键数据，进而对排放状况进行有效评估。
2.2 物料衡算方法
根据质量守恒定律，对生产过程中使用的含VOCs的原材料、中间体和产品的量进行核算。例如，在计算某反应釜中有机溶剂的VOCs排放量时，需要考虑原料投入量、反应转化率、产品收率以及废料处理过程中的损失等因素。
这种方法需要对生产工艺有深入的了解，并且能够准确获取相关物料的数据。虽然它不能直接得到排放到大气中的VOCs浓度，但可以估算出总的VOCs产生量，为企业控制排放提供理论依据。
2.3 模型模拟法
可以使用大气扩散模型，如高斯扩散模型，来进行模拟分析。这一模型依据气象信息（包括风向、风速、温度、湿度等）以及污染源特性（例如排放高度、排放速率、排放浓度等），对VOCs在大气中的扩散和分布进行模拟。借助模型模拟，能够预测企业周边环境空气中VOCs的浓度分布，进而评估其对周边环境和居民健康的影响范围和程度。此外，该模型还可用于评估实施不同减排措施后的效果。
2.4基于排放因子的评估方法
收集同类型制药企业在相似生产工艺下的VOCs排放因子数据。排放因子是指单位活动水平的污染物排放量。例如，每生产一吨某种药物所产生的VOCs量。企业可以根据自身的生产活动水平（如产量、原材料使用量等），结合相应的排放因子来估算VOCs的排放量。这种方法简单易行，但需要确保排放因子的准确性和适用性。
(三)化学合成类制药行业VOCs排放的标准
《制药工业大气污染物排放标准》（GB 37823-2019）是生态环境部发布的一项重要标准，针对化学合成类制药工业的大气挥发性有机化合物（VOCs）排放进行了严格规定。以下是该标准的关键要点解读：
制药工业大气污染物排放标准（图片来源：生态环境部）
3.1 污染物控制
指标标准中设置了综合指标和特征污染物两类控制指标。综合指标包括颗粒物、非甲烷总烃（NMHC）和总挥发性有机物（TVOC），而特征污染物则包括苯系物、光 气、氰化 氢、甲醛、氯化氢、硫 化氢和氨等。
3.2 废气分类管理
根据排放特征和污染物性质，制药行业的废气分为三类管理：
第一类：VOCs排放量大、毒性大的工艺废气，涉及化学药品原料药制造、兽用药品制造、生物药品制品制造等。
第二类：VOCs排放相对较小或污染物毒性较小的工艺废气，如发酵尾气及化学制剂制造等。
第三类：成分较复杂的恶臭废气，主要是污水处理站废气。
3.3 排放限值
标准对各类污染物设定了严格的排放限值。例如，对于化学药品原料药制造等，颗粒物的排放限值为30 mg/m3，NMHC为100 mg/m3，TVOC为150 mg/m3。此外，对特征污染物如苯系物、光 气等也设定了具体的限值。
(四)化学合成类制药行业VOCs排放的处理
针对化学合成类制药行业的VOCs排放处理，以下是几种有效的技术和方法：
4.1 吸收法
利用液体吸收剂（如氢氧 化钠、碳酸钠、石灰、氨 水等）与有机废气接触，通过相似相溶原理将污染物从废气中分离出来。这种方法适用于处理有机污染物浓度较低的废气。
4.2 吸附法
使用具有吸附能力的固体材料（如活性炭、分子筛、沸石等）来吸附废气中的污染物。这种方法适用于处理毒性大但浓度不高的污染物。活性炭因其良好的吸附性能，特别适用于此类情况。
4.3 冷凝工艺
通过降低废气温度，使其中部分成分凝结为液体，进而实现分离与处理的目的。此方法适用于对废气处理要求高纯度的场景。
4.4 催化燃烧法
在催化剂的作用下，使有机废气中的碳氢化合物在高温下氧化成无害的水和二氧化碳。这种方法适用于处理高浓度的有机废气。
4.5 再生热氧化分解法（RTO）
利用蓄热式焚烧器将有机物热氧化降解，提升有机废气温度到750 ℃以上，在高温下直接氧化分解成水和二氧化碳，从而净化废气。这种方法适用于处理大风量、中低浓度的有机废气。
某医药企业VOCs处理技术改造减排情况（图片来源：作者绘制）
(五)总结
化学合成类制药行业的VOCs排放具有种类复杂、浓度波动大、排放源分散隐蔽和与生产工艺紧密相关等特征。为了客观评估其VOCs排放情况，可以采用现场监测法、物料衡算方法、模型模拟法和基于排放因子的评估方法等多种手段。通过准确的评估，企业能够明确自身的污染状况，采取有效的减排措施，如优化生产工艺、加强设备密封、提高废气处理效率等，从而减少VOCs排放，保护环境和公众健康。同时，监管部门也可以依据科学的评估结果制定合理的排放标准和监管政策，推动整个化学合成类制药行业向绿色、可持续的方向发展。
参考资料：
[1]《制药工业大气污染物排放标准》（GB 37823-2019）
[2] 邵弈欣,陆燕,楼振纲,等.制药行业VOCs排放组分特征及其排放因子研究[J].环境科学学报,2020,40(11):4145-4155.
[3] 符凤英.典型制药行业VOCs及恶臭污染控制技术评估体系研究[D].河北科技大学,2014.
作者简介：Sophia，主要从事生物医药行业发展研究、药物科普等方面工作。
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