第十章环境保护与化工污染

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十章 环境保护与化工污染概述,第一节 概述,第二节,污染防止措施,第一节 概述,环境,是人类赖以生存和社会经济可持续发展的,客观条件,和,空间,。随着现代工业高速发展，环境保护问题,已引起人们的极大关注。,从,20,世纪,50,年代起，一些国家因,工业废弃物排放,或,化学品泄漏,所造成的环境污染，一度发展成为严重的,社会公害,甚至发生严重的,环境污染事件,。,例如,1952,年，英国伦敦曾因,燃煤烟尘的大量排放,而导致严重的,空气污染,，大量的烟雾滞流在伦敦上空，,导致,4000,多人死亡,。,一、环境保护的重要性,1984,年，美国联合碳化物公司在,印度博帕尔市,的子公司发生,甲基异氰酸,的大量泄漏，导致约,4000,人死亡，,数万人受伤的惨剧。,2001,年，罗马尼亚的一家化工厂发生,氰化物,泄漏，严重破坏了,多瑙河,流域的生态环境，使多瑙河下游的,匈牙利、南斯拉夫,等国深受其害，引起了国际诉讼纠纷等等。,环境污染直接威胁,人类的生命和安全,，也影响了,经济的顺利发展,，成为,严重社会问题,。在公众和社会舆论的压力下，许多国家相继成立了,环境保护管理机构,，加强对环境污染的防治工作，并制定了一系列的,环境保护法规,通过多年的努力，使环境污染得到了有效的控制，,环境质量也有了很大的改善。,我国对,环污治理,十分重视，自,1973,建立环保护机构起，各级环保部门就开展,污染治理,和,综合利用,。几十年来，治理污染方面, 立法 投入资金 建治污设施,，,取得了比较明显的环境效益。,但目前,粗放型经济格局,和,经济持续高速发展,，造成,能源,和,资源,消耗强度过大，加上对环污严重性认识不足，,致使我国,工业污染治理,远远落后于,工业生产发展,。,严重威胁人类健康与生存,:,水污染,:,许多,江河湖泊,受到了不同程度的污染,城市河段尤为严重，有的几乎成为,臭水沟,。一些地区,地下水,也受到污染，,饮用水源,受到威胁。,废气污染,:,导致,空气质量,下降，一些工业城市居民某些疾病的患病率明显高于农村。,损害经济可持续发展,:,如,淮河流域,的严重污染导致沿岸,2000,多家,小造纸,、,小印染,和,小化工,企业关闭，而对其修复治理则需,投入,50,亿元,以上巨额资金。,面对日益严重的环境污染，传统的,先污染后治理,的治污方案难奏效，必须采取切实可行的措施，走,清洁生产,的发展之路，治理和保护好环境，促进我国经济可持续发展。,6.1.2,我国防治污染的方针政策,保护和改善,生活环境和生态环境,，合理开发利用自然环境和自然资源，制定有效的,经济政策和相应环境保护政策,，是关系到,人类健康和社会经济可持续发展,的,重大问题,。,消除污染、保护环境,已成为我国的一项,基本国策,。,颁布了,环境保护法,、,大气污染防治法,、,水污染防治法,、,海洋环境保护法,、,固体废物污染环境防治法,、,环境噪声污染防治法,以及与各种法规相配套的,行政、经济法规,和,环境保护标准,，,基本形成,一套完整的环境保护法律体系,。,所有企业、单位和部门,都要遵守国家和地方的环境保护法规，采取切实有效措施，限期解决污染问题。,凡是,新建、扩建和改造项目,都须按,国家基本建设项目环境管理办法,的规定，切实执行,环境评价报告制度,:,做到先评价，后建设,;,“,三同时”制度,:,环保设施与主体工程,同时设计、,同时施工、同时投产,;,防止发生新的污染。,推行,:,环境保护目标责任制,城市环境综合整治定量考核,污染物排放许可证制度,污染集中控制和污染限期治理,等制度。,这些制度的实施是加强我国环境管理工作的有力措施。,6.1.3,制药工业污染的特点和现状, 制药工业污染的特点,工业污染共同特征,:,具有,毒性,、,刺激性,和,腐蚀性,。,此外,化学制药厂的污染物还具有,数量少、组分多、变动性大、间歇排放、,pH,值不稳定、化学需氧量高,等特点。, 数量少、组分多、变动性大,环境污染源,:,主要来自,原料药,生产。,原料药生产一般,规模较小,排出污染物的数量不大。,化学原料药生产,反应多而复杂,、工艺路线较长,所用,原辅材料种类较多,，反应生成的,副产物也多,有的副产物甚至,连结构都难以搞清,，,这给污染的综合治理带来很大困难。,生产规模改变、工艺路线变更、新技术和新材料的推广应用，使,污染物种类、成分、数量经常发生变化,。,制药厂往往很,难建成一个综合性的回收中心,。, 间歇排放,药品生产规模通常较小,化学制药厂,一般采用间歇式生产方式，,污染物排放也间歇性的,。,间歇排放是,一种短时间内高浓度的集中排放,，,且污染物,排放量、浓度、瞬时差异都缺乏规律性,给环境带来的危害要比连续排放严重得多。,此外，,间歇排放也给治理污染带来不少困难。,如,生物处理法要求流入,废水水质、水量比较均匀,，若变动过大，会,抑制微生物的生长,，导致处理效果显著下降。,pH,值不稳定,制药厂排放的废水，,有时呈强酸性，有时呈强碱性,，,pH,值很不稳定，对,水生生物、构筑物,和,农作物,都有极大的危害。在生物处理或排放之前必须进行,中和处理,，,以免影响处理效果或者造成环境污染。, 化学需氧量高,制药污染物一般以,有机污染物为主,，其中有些有机物能生物降解，而有些难以生物降解。,一些废水,COD,很高，但,BOD,却不一定很高。,对废水生物处理前，先要进行生物降解性试验，以确定废水能否用生物法处理。,对那些浓度高而又不易生物氧化的废水要另行处理，如,萃取、焚烧,等。否则，经生物处理后，出水中的化学需氧量仍会高于排放标准。, 我国制药工业污染的现状,制药厂尤其化学制药厂是,环境污染较为严重的企业,。从原料药到药品，,整个生产过程,都有,造成环境污染的因素,。,据不完全统计,:,全国药厂每年排放的,废气量约,10,亿,m,3,(,标,),每天排放的,废水量约,50,万,m,3,；,每年排放的,废渣量约,10,万,t,对环境的危害十分严重。,近年来，,通过,工艺改革、回收和综合利用,等方法，在消除或减少危害性较大的污染物方面已做,大量工作,。用于治理污染的,投资,也逐年增加，各种,治理污染的装置,相继在各药厂投入运行。,但,化学制药工业环保的历史欠帐,污染治理难度较大等,原因,，致使,治污速度,制药工业发展速度,。,总体上，,制药行业的污染仍十分严重，治理形势相当严峻,。,治理不善，一些药厂只得,上缴排污费,(,有的每年高达上百万元之多,),。,全行业,污染治理程度也不平衡,:,条件好的药厂,已达,二级处理水平,，即全厂大部分污染得到妥善处理；,但,仍有相当数量的制药厂,仅是,一级处理,，,甚至还有一些制药厂没能做到清污分流。,个别制药企业,的法制观念不强，环保意识不强，,随意倾倒污染物的现象时有发生,，对环境造成严重污染。,制药行业防治污染,:,一靠政策，二靠技术，三靠管理,。,提高认识，增强环保意识，严格规章制度，执行环境保护法规,用无废或少废的先进工艺技术和设备,，淘汰消耗高、污染大的落后的工艺技术。,新建、扩建和改建项目,实行,“,三同时,”,政策。对国内尚无可靠治污技术的引进项目，要随同主体装置引进环保技术和设备,加大环保设施的资金投入,，,没有治理的企业,要抓紧治理，限期解决污染问题。,对己有治污装置企业,，使装置正常运行，确保达标排放。,限期达不到排放标准的企业,要坚决实行,关、停、并、转,建立健全环保科研、监测和管理体制,，人员要充实，以保证繁重而艰巨的环保工作能有计划地顺利进行。,药品生产过程,:,原料的消耗过程,-,产品的形成过程,-,污染物的产生过程。,药品生产工艺,:,决定污染物种类、数量和毒性。,防治污染的三步骤和顺序,:,首先,从合成路线入手,，采用污染小或没有污染的,绿色生,产工艺,，改造污染严重的,落后生产工艺,，,以,消除或减少污染物的排放。,其次，,对必须排放的污染物，要积极,综合利用,，化害为利,。,最后,考虑对污染物进行,无害化处理,。,二、污染防止措施,在,20,世纪中叶，人们采用,先污染后治理,的环境策略,开发一系列的污染治理技术，,如,中和废液、洗涤废气、焚烧废渣等。,至,90,年代，人们已认识到环境保护的,首选对策,是,从源头上消除或减少污染物的排放,，即在对环境污染进行治理的同时，要努力采取措施,从源头上消除污染,。,绿色,(,清洁,),生产工艺,:,是针对生产过程的,主要环节和组分重新设计,少污染或无污染的,生产工艺,，并通过,改进操作方法,、,优化工艺操作参数,等措施，实现制药过程的,节能、降耗、消除,或,减少环境污染,的目的。,是从源头上消除污染的一项有效措施，,是最理想的污染防治方法。,10.2.1,采用绿色生产工艺,尽可能选用无毒或低毒的原辅材料来代替有毒或,剧毒的原辅材料，以降低或消除污染物的毒性,。,例如,在,氯霉素,的合成中，原来采用,氯化高汞,作催化剂,制备,异丙醇铝,，后改用,三氯化铝,代替氯化高汞作催化剂，,从而彻底解决了令人棘手的,汞污染问题,重新设计,少污染,或,无污染,的生产工艺,在药物合成中，许多药品常常需要,多步反应,才能得到。尽管有时单步反应的收率很高，但,反应的总收率,不高。简化合成步骤，可减少污染物的种类和数量，,从而减轻处理系统的负担，有利于环境保护。, 简化合成步骤,布洛芬,的生产就是一个很好的例子。原来的,布洛芬合成,是采用,Boot,公司的,Brown,合成方法，从原料,异丁苯,(6-2),到产品,(6-1),需如下,六步反应,：,最近，,BHC,公司发明了生产布洛芬的新方法， 该方法只采用,三步反应,即可得到产品布洛芬：,采用新发明的方法生产布洛芬，废物量,可减少,37%,，,BHC,公司因此获得了,1997,年度美国,“ 总统绿色化学挑战奖”的,变更合成路线奖。, 采取消除环境污染的措施,如,苯甲醛,(6-3),在化学合成中是一种重要的中间体，传统的合成路线是以,甲苯,(6-4),通过,二氯代苄,(6-5),水解,而得：,选择适当的条件进行甲苯侧链氯化，得到以亚苄基二氯为主的产物。再经水解、精馏等步骤而得到苯甲醛。,该工艺在生产过程中不仅要,产生大量需治理的废水,，,而且由于,有伴随光和热的大量氯气参与反应,，,因此，对,周围的环境将造成严重的污染。,苯甲醛,甲苯,二氯代苄,间接电氧化法,制备,苯甲醛,(6-3,),是一条绿色生产工艺，,基本原理,:,在电解槽中将,Mn,2+,电解氧化成,Mn,3+,，然后将,Mn,3+,与甲苯,(6-4),在槽外反应器中定向生成苯甲醛,，同时,Mn,3+,被还原成,Mn,2+,。,经油水分离后，,水相返回电解槽电解氧化,，,油相,(,含苯甲醛,),经精馏分出苯甲醛,后返回反应器。反应方程式如下：,工艺中,油水两相分别构成闭路循环,，,整个工艺过程无污染物排放，是一条绿色生产工艺。,优化工艺参数,化学反应的许多,工艺参数,，如,原料纯度、投料比、 反应时间、反应温度、反应压力、溶剂、,pH,值,等， 不仅会影响产品收率，且,也会影响污染物的种类和数量,。对化学反应的,工艺参数进行优化,，获得最佳工艺条件，,是,减少,或,消除污染的,一个重要手段,。,如,在药物生产中，为促使反应完全，提高收率或兼作溶剂等原因，生产上常使,某种原料过量,，,这样往往会,增加污染物的数量,。,必须统筹兼顾，既要使反应完全， 又要使原料不致过量太多。,例如,乙酰苯胺,(6-6),的硝化反应：,原工艺要求,乙酰苯胺,溶于,硫酸,中，再加,混酸,进行硝化反应,后经研究发现，,乙酰苯胺,硫酸溶液中的硫酸浓度已足够高,混酸中的硫酸可以省去,。,这样不但节省了大量的硫酸，,而且大大减轻了污染物的处理负担,。,乙酰苯胺,对硝基乙酰苯胺,改进操作方法,生产工艺已确定前提下，,可从改进操作方法入手，减少或消除污染物的形成。,例如,广谱抗菌药,氟哌酸,合成中的,对氯硝基苯,(6-7),氟化反应，原工艺采用,二甲基亚砜,(DMSO),作溶剂。,DMSO,沸点,和,产物对氟硝基苯,(6-8),沸点接近,，难以直接用精馏方法分离，需采用,水蒸汽蒸馏,才能获得,对氟硝基苯,，,不可避免地产生一部分废水。后改用,高沸点,的,环丁砜,作溶剂，反应液除去无机盐后，可直接精馏获得,对氟硝基苯,，避免了废水的生成。,对氯硝基苯,对氟硝基苯, 采用新技术,不仅能显著提高生产技术水平，且有时也有利于环境保护。,例如,在抗生素类药物,4-,乙酰胺基哌啶醋酸盐,的合成中，原工艺采用,铁粉还原,硝基氧化吡啶,(6-10),制备,4-,氨基吡啶,(6-9),，反应中要,消耗大量的溶剂醋酸,，并产生,较多的废水和废渣,。现采用,催化加氢还原技术,，,既简化了工艺操作，又消除了环境污染。,硝基氧化吡啶,4-,氨基吡啶,又如,苯乙酸,(6-11),是合成青霉素等药物的重要中间体。 目前工业上仍以,苯乙腈,水解来制备,苯乙酸,(6-11),， 而,苯乙腈,又是由,苄氯,(6-12),和,氢氰酸,反应来合成的。现在通过,苄氯羰基合成,苯乙酸已经获得成功：,此合成路线不仅经济，且避免使用,剧毒的氰化物,，,减少对环境的危害。,苯乙酸,苄氯,苄氯,氢氰酸,+,苯乙腈,苯乙酸,苄氯羰基合成,其它新技术,:,如,立体定向合成技术、生物转化技术、相转移催化技术、超临界二氧化碳溶剂技术,等,的使用都能,显著提高产品收率,，,降低原辅材料消耗，提高资源和能源的利用率，,同时也有利于,减少污染物的种类和数量,，,减轻后处理过程的负担，有利于环境保护。,10.2.2,循环套用,药物合成反应往往,不能完全进行,，且大多存在,副反应,，,产物也不可能从反应混合物中完全分离,分离母液,常含有一定数量的,未反应原料、副产物,和,产物,在某些药物合成中，通过工艺设计人员周密而细致的安排可以实现,反应母液的循环套用,或,经适当处理后套用,，,这不仅降低原辅材料的消耗，,提高产品收率，且减少环境污染。,例如，,氯霉素,合成中的,乙酰化,反应,:,原工艺,是在反应后将母液,经蒸发浓缩,以回收醋酸钠，残液废弃。,现将母液循环套用,:,将,母液按含量代替醋酸钠,直接应用于下一批反应,砍掉,蒸发、结晶、过滤,等操作。,母液含有一些反应产物,(,乙酰化物,),循环使用,母液后不仅降低了原料消耗量，,提高了产物收率，而且减少了废水的处理量,。,制药工业中,冷却水的用量,占,总用水量,的,比例一般很大，须考虑水循环使用，,尽可能实现水的,闭路循环,。,在设计,排水系统,时应考虑,清污分流,:,将,间接冷却水,与,有严重污染的废水,分开，这不仅有利于水的循环使用，且可大幅度降低废水量。,由生产系统排出的,废水经处理后,，,也可采取,闭路循环,。,水的重复利用和循环回用是,保护水源、,控制环境污染,的,重要技术措施。,10.2.3,综合利用,从某种意义上，化学制药过程中产生的,废弃物,也是,一种“资源”，,能否充分利用这种资源，,反映一个企业的生产技术水平。,从排放的,废弃物,中回收有价值的物料，开展,综合利用,，,是,控制污染的一个积极措施,近年来在制药行业的污染治理中，,资源综合利用,的成功例子很多。,例如，,氯霉素生产中的副产物,邻硝基乙苯,(6-19),，是重要的污染物之一，将其制成,杀草安,(6-19),，,就是一种优良的除草剂。,又如，,叶酸,合成中的,丙酮氯化,反应：,反应过程中放出大量的,氯化氢废气,，直接排放将对环境造成严重污染。经用,水和液碱吸收后,，既消除了氯化氢气体造成的污染，又可回收得到,一定浓度的盐酸,。,邻硝基乙苯,(6-19),杀草安,(6-19),10.2.4,改进生产设备，加强设备管理,改进生产设备，加强设备管理是药品生产中,控制污染源、减少环境污染的又一个重要途径,。,设备选型,是否合理、设计是否恰当，,与,污染物的数量和浓度,有很大的关系。,例如,甲苯磺化反应中，用,连续式自动脱水器,代替人工操作的,间歇式脱水器,，可,显著提高甲苯转化率,，,减少污染物的数量,。,又如，,在,直接冷凝器中用水直接冷凝含有机物的废气，会产生大量的低浓度废水,。若改用间壁式冷凝器用水进行间接冷却，可显著减少废水数量，,废水中有机物的浓度也显著提高。,化学制药工业中，系统,“跑、冒、滴、漏,”往往是,造成环境污染的一个重要原因，须引起足够的重视。,在药品生产中，从原料、中间体到产品，以至排出的污染物，往往具有,易燃、易爆、有毒、有腐蚀,等特点。,就整个工艺过程而言，,提高设备、管道的,严密性,，使系统少排或不排污染物，是防止产生污染物的一个重要措施,因此，无论是,设备或管道,，从设计、选材，到安装、操作和检修，以及生产管理的各个环节，都必须重视，,以杜绝“跑、冒、滴、漏”现象，减少环境污染。,思考题：,1,、我国防治污染的方针政策？,2,、制药工业污染的特点是什么？,