第十章環(huán)境保護與化工污染.ppt

1、第十章 環(huán)境保護與化工污染概述,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 污染防止措施,第一節(jié) 概述,環(huán)境是人類賴以生存和社會經濟可持續(xù)發(fā)展的客觀條件和空間。隨著現代工業(yè)高速發(fā)展，環(huán)境保護問題 已引起人們的極大關注。 從20世紀50年代起，一些國家因工業(yè)廢棄物排放或化學品泄漏所造成的環(huán)境污染，一度發(fā)展成為嚴重的 社會公害甚至發(fā)生嚴重的環(huán)境污染事件。 例如1952年，英國倫敦曾因燃煤煙塵的大量排放 而導致嚴重的空氣污染，大量的煙霧滯流在倫敦上空， 導致4000多人死亡。,一、環(huán)境保護的重要性,1984年，美國聯(lián)合碳化物公司在印度博帕爾市的子公司發(fā)生甲基異氰酸的大量泄漏，導致約4000人死亡， 數萬人受傷的慘劇。 2

2、001年，羅馬尼亞的一家化工廠發(fā)生氰化物泄漏，嚴重破壞了多瑙河流域的生態(tài)環(huán)境，使多瑙河下游的匈牙利、南斯拉夫等國深受其害，引起了國際訴訟糾紛等等。 環(huán)境污染直接威脅人類的生命和安全，也影響了經濟的順利發(fā)展，成為嚴重社會問題。在公眾和社會輿論的壓力下，許多國家相繼成立了環(huán)境保護管理機構，加強對環(huán)境污染的防治工作，并制定了一系列的環(huán)境保護法規(guī) 通過多年的努力，使環(huán)境污染得到了有效的控制， 環(huán)境質量也有了很大的改善。,我國對環(huán)污治理十分重視，自1973建立環(huán)保護機構起，各級環(huán)保部門就開展污染治理和綜合利用。幾十年來，治理污染方面 立法 投入資金 建治污設施， 取得了比較明顯的環(huán)境效益。 但目前粗放型

3、經濟格局和經濟持續(xù)高速發(fā)展，造成能源和資源消耗強度過大，加上對環(huán)污嚴重性認識不足， 致使我國工業(yè)污染治理遠遠落后于工業(yè)生產發(fā)展。 嚴重威脅人類健康與生存: 水污染: 許多江河湖泊受到了不同程度的污染,城市河段尤為嚴重，有的幾乎成為臭水溝。一些地區(qū)地下水也受到污染，飲用水源受到威脅。 廢氣污染: 導致空氣質量下降，一些工業(yè)城市居民某些疾病的患病率明顯高于農村。, 損害經濟可持續(xù)發(fā)展: 如淮河流域的嚴重污染導致沿岸2000多家小造紙、小印染和小化工企業(yè)關閉，而對其修復治理則需 投入50億元以上巨額資金。 面對日益嚴重的環(huán)境污染，傳統(tǒng)的先污染后治理的治污方案難奏效，必須采取切實可行的措施，走清潔生產

4、的發(fā)展之路，治理和保護好環(huán)境，促進我國經濟可持續(xù)發(fā)展。,6.1.2 我國防治污染的方針政策,保護和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，合理開發(fā)利用自然環(huán)境和自然資源，制定有效的經濟政策和相應環(huán)境保護政策，是關系到人類健康和社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重大問題。 消除污染、保護環(huán)境已成為我國的一項基本國策。,頒布了環(huán)境保護法、大氣污染防治法、水污染防治法、海洋環(huán)境保護法、固體廢物污染環(huán)境防治法、環(huán)境噪聲污染防治法以及與各種法規(guī)相配套的行政、經濟法規(guī)和環(huán)境保護標準， 基本形成一套完整的環(huán)境保護法律體系。 所有企業(yè)、單位和部門都要遵守國家和地方的環(huán)境保護法規(guī)，采取切實有效措施，限期解決污染問題。 凡是新建、擴建和改造項

5、目都須按國家基本建設項目環(huán)境管理辦法的規(guī)定，切實執(zhí)行 環(huán)境評價報告制度:做到先評價，后建設; “三同時”制度:環(huán)保設施與主體工程同時設計、 同時施工、同時投產;防止發(fā)生新的污染。,推行: 環(huán)境保護目標責任制 城市環(huán)境綜合整治定量考核 污染物排放許可證制度 污染集中控制和污染限期治理等制度。 這些制度的實施是加強我國環(huán)境管理工作的有力措施。,6.1.3 制藥工業(yè)污染的特點和現狀, 制藥工業(yè)污染的特點 工業(yè)污染共同特征:具有毒性、刺激性和腐蝕性。 此外 化學制藥廠的污染物還具有數量少、組分多、變動性大、間歇排放、pH值不穩(wěn)定、化學需氧量高等特點。, 數量少、組分多、變動性大 環(huán)境污染源:主要來自原

6、料藥生產。 原料藥生產一般規(guī)模較小排出污染物的數量不大。 化學原料藥生產反應多而復雜、工藝路線較長 所用原輔材料種類較多，反應生成的副產物也多 有的副產物甚至連結構都難以搞清， 這給污染的綜合治理帶來很大困難。 生產規(guī)模改變、工藝路線變更、新技術和新材料的推廣應用，使污染物種類、成分、數量經常發(fā)生變化。 制藥廠往往很難建成一個綜合性的回收中心。, 間歇排放 藥品生產規(guī)模通常較小化學制藥廠 一般采用間歇式生產方式，污染物排放也間歇性的。 間歇排放是一種短時間內高濃度的集中排放， 且污染物排放量、濃度、瞬時差異都缺乏規(guī)律性 給環(huán)境帶來的危害要比連續(xù)排放嚴重得多。 此外，間歇排放也給治理污染帶來不少

7、困難。 如 生物處理法要求流入廢水水質、水量比較均勻，若變動過大，會抑制微生物的生長，導致處理效果顯著下降。, pH值不穩(wěn)定 制藥廠排放的廢水，有時呈強酸性，有時呈強堿性，pH值很不穩(wěn)定，對水生生物、構筑物和農作物都有極大的危害。在生物處理或排放之前必須進行中和處理， 以免影響處理效果或者造成環(huán)境污染。 化學需氧量高 制藥污染物一般以有機污染物為主，其中有些有機物能生物降解，而有些難以生物降解。一些廢水COD很高，但BOD卻不一定很高。對廢水生物處理前，先要進行生物降解性試驗，以確定廢水能否用生物法處理。 對那些濃度高而又不易生物氧化的廢水要另行處理，如萃取、焚燒等。否則，經生物處理后，出水中

8、的化學需氧量仍會高于排放標準。, 我國制藥工業(yè)污染的現狀,制藥廠尤其化學制藥廠是環(huán)境污染較為嚴重的企業(yè)。從原料藥到藥品，整個生產過程都有造成環(huán)境污染的因素。 據不完全統(tǒng)計:全國藥廠每年排放的廢氣量約10億m3 (標) 每天排放的廢水量約50萬m3；每年排放的廢渣量約10萬t對環(huán)境的危害十分嚴重。 近年來，通過工藝改革、回收和綜合利用等方法，在消除或減少危害性較大的污染物方面已做大量工作。用于治理污染的投資也逐年增加，各種治理污染的裝置相繼在各藥廠投入運行。,但 化學制藥工業(yè)環(huán)保的歷史欠帳 污染治理難度較大等原因，致使治污速度制藥工業(yè)發(fā)展速度。 總體上，制藥行業(yè)的污染仍十分嚴重，治理形勢相當嚴峻

9、。治理不善，一些藥廠只得上繳排污費(有的每年高達上百萬元之多)。 全行業(yè)污染治理程度也不平衡: 條件好的藥廠已達 二級處理水平，即全廠大部分污染得到妥善處理； 但 仍有相當數量的制藥廠僅是一級處理， 甚至還有一些制藥廠沒能做到清污分流。 個別制藥企業(yè)的法制觀念不強，環(huán)保意識不強，隨意傾倒污染物的現象時有發(fā)生，對環(huán)境造成嚴重污染。,制藥行業(yè)防治污染: 一靠政策，二靠技術，三靠管理。 提高認識，增強環(huán)保意識，嚴格規(guī)章制度，執(zhí)行環(huán)境保護法規(guī) 用無廢或少廢的先進工藝技術和設備，淘汰消耗高、污染大的落后的工藝技術。新建、擴建和改建項目實行“三同時”政策。對國內尚無可靠治污技術的引進項目，要隨同主體裝置引

10、進環(huán)保技術和設備 加大環(huán)保設施的資金投入，沒有治理的企業(yè)要抓緊治理，限期解決污染問題。對己有治污裝置企業(yè)，使裝置正常運行，確保達標排放。限期達不到排放標準的企業(yè)要堅決實行關、停、并、轉 建立健全環(huán)?？蒲?、監(jiān)測和管理體制，人員要充實，以保證繁重而艱巨的環(huán)保工作能有計劃地順利進行。,藥品生產過程:原料的消耗過程-產品的形成過程- 污染物的產生過程。 藥品生產工藝:決定污染物種類、數量和毒性。 防治污染的三步驟和順序: 首先 從合成路線入手，采用污染小或沒有污染的綠色生 產工藝，改造污染嚴重的落后生產工藝， 以消除或減少污染物的排放。 其次，對必須排放的污染物，要積極綜合利用，化害為利。最后 考慮對

11、污染物進行無害化處理。,二、污染防止措施,在20世紀中葉，人們采用先污染后治理的環(huán)境策略, 開發(fā)一系列的污染治理技術， 如中和廢液、洗滌廢氣、焚燒廢渣等。 至90年代，人們已認識到環(huán)境保護的首選對策是從源頭上消除或減少污染物的排放，即在對環(huán)境污染進行治理的同時，要努力采取措施從源頭上消除污染。 綠色(清潔)生產工藝:是針對生產過程的主要環(huán)節(jié)和組分重新設計少污染或無污染的生產工藝，并通過改進操作方法、優(yōu)化工藝操作參數等措施，實現制藥過程的 節(jié)能、降耗、消除或減少環(huán)境污染的目的。 是從源頭上消除污染的一項有效措施， 是最理想的污染防治方法。,10.2.1 采用綠色生產工藝, 盡可能選用無毒或低毒的

12、原輔材料來代替有毒或 劇毒的原輔材料，以降低或消除污染物的毒性。 例如 在氯霉素的合成中，原來采用氯化高汞作催化劑 制備異丙醇鋁，后改用三氯化鋁代替氯化高汞作催化劑， 從而徹底解決了令人棘手的汞污染問題, 重新設計少污染或無污染的生產工藝,在藥物合成中，許多藥品常常需要多步反應才能得到。盡管有時單步反應的收率很高，但反應的總收率不高。簡化合成步驟，可減少污染物的種類和數量， 從而減輕處理系統(tǒng)的負擔，有利于環(huán)境保護。, 簡化合成步驟,布洛芬的生產就是一個很好的例子。原來的布洛芬合成是采用Boot公司的Brown合成方法，從原料異丁苯(6-2)到產品(6-1)需如下六步反應：,最近，BHC公司發(fā)明

13、了生產布洛芬的新方法， 該方法只采用三步反應即可得到產品布洛芬：,采用新發(fā)明的方法生產布洛芬，廢物量可減少37%， BHC公司因此獲得了1997年度美國 “ 總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”的變更合成路線獎。, 采取消除環(huán)境污染的措施,如 苯甲醛(6-3)在化學合成中是一種重要的中間體，傳統(tǒng)的合成路線是以甲苯(6-4)通過二氯代芐(6-5)水解而得：,選擇適當的條件進行甲苯側鏈氯化，得到以亞芐基二氯為主的產物。再經水解、精餾等步驟而得到苯甲醛。 該工藝在生產過程中不僅要產生大量需治理的廢水， 而且由于有伴隨光和熱的大量氯氣參與反應， 因此，對周圍的環(huán)境將造成嚴重的污染。,苯甲醛,甲苯,二氯代芐,間接電氧化

14、法制備苯甲醛(6-3)是一條綠色生產工藝， 基本原理:在電解槽中將Mn2+電解氧化成Mn3+，然后將Mn3+與甲苯(6-4)在槽外反應器中定向生成苯甲醛，同時Mn3+被還原成Mn2+。經油水分離后，水相返回電解槽電解氧化，油相(含苯甲醛)經精餾分出苯甲醛后返回反應器。反應方程式如下：,工藝中油水兩相分別構成閉路循環(huán)， 整個工藝過程無污染物排放，是一條綠色生產工藝。, 優(yōu)化工藝參數化學反應的許多工藝參數，如原料純度、投料比、 反應時間、反應溫度、反應壓力、溶劑、pH值等， 不僅會影響產品收率，且也會影響污染物的種類和數量。對化學反應的工藝參數進行優(yōu)化，獲得最佳工藝條件， 是減少或消除污染的一個重

15、要手段。如 在藥物生產中，為促使反應完全，提高收率或兼作溶劑等原因，生產上常使某種原料過量，這樣往往會增加污染物的數量。必須統(tǒng)籌兼顧，既要使反應完全， 又要使原料不致過量太多。例如 乙酰苯胺(6-6)的硝化反應：,原工藝要求乙酰苯胺溶于硫酸中，再加混酸進行硝化反應 后經研究發(fā)現，乙酰苯胺硫酸溶液中的硫酸濃度已足夠高 混酸中的硫酸可以省去。 這樣不但節(jié)省了大量的硫酸， 而且大大減輕了污染物的處理負擔。,乙酰苯胺,對硝基乙酰苯胺,改進操作方法生產工藝已確定前提下，可從改進操作方法入手，減少或消除污染物的形成。例如廣譜抗菌藥氟哌酸合成中的對氯硝基苯(6-7)氟化反應，原工藝采用二甲基亞砜(DMSO)

16、作溶劑。DMSO沸點和產物對氟硝基苯(6-8)沸點接近，難以直接用精餾方法分離，需采用水蒸汽蒸餾才能獲得對氟硝基苯，不可避免地產生一部分廢水。后改用高沸點的環(huán)丁砜作溶劑，反應液除去無機鹽后，可直接精餾獲得對氟硝基苯，避免了廢水的生成。,對氯硝基苯,對氟硝基苯, 采用新技術 不僅能顯著提高生產技術水平，且有時也有利于環(huán)境保護。例如在抗生素類藥物4-乙酰胺基哌啶醋酸鹽的合成中，原工藝采用鐵粉還原硝基氧化吡啶(6-10)制備4-氨基吡啶(6-9)，反應中要消耗大量的溶劑醋酸，并產生較多的廢水和廢渣?，F采用催化加氫還原技術， 既簡化了工藝操作，又消除了環(huán)境污染。,硝基氧化吡啶,4-氨基吡啶,又如 苯乙

17、酸(6-11)是合成青霉素等藥物的重要中間體。 目前工業(yè)上仍以苯乙腈水解來制備苯乙酸(6-11) ， 而苯乙腈又是由芐氯(6-12)和氫氰酸反應來合成的?，F在通過芐氯羰基合成苯乙酸已經獲得成功：,此合成路線不僅經濟，且避免使用劇毒的氰化物， 減少對環(huán)境的危害。,苯乙酸,芐氯,芐氯,氫氰酸,+,苯乙腈,苯乙酸,芐氯羰基合成,其它新技術: 如立體定向合成技術、生物轉化技術、相轉移催化技術、超臨界二氧化碳溶劑技術等 的使用都能顯著提高產品收率，降低原輔材料消耗，提高資源和能源的利用率， 同時也有利于減少污染物的種類和數量， 減輕后處理過程的負擔，有利于環(huán)境保護。,10.2.2 循環(huán)套用,藥物合成反應

18、往往不能完全進行，且大多存在副反應，產物也不可能從反應混合物中完全分離 分離母液常含有一定數量的未反應原料、副產物和產物 在某些藥物合成中，通過工藝設計人員周密而細致的安排可以實現反應母液的循環(huán)套用或經適當處理后套用， 這不僅降低原輔材料的消耗， 提高產品收率，且減少環(huán)境污染。 例如，氯霉素合成中的乙?；磻?,原工藝是在反應后將母液經蒸發(fā)濃縮 以回收醋酸鈉，殘液廢棄。 現將母液循環(huán)套用: 將母液按含量代替醋酸鈉直接應用于下一批反應 砍掉蒸發(fā)、結晶、過濾等操作。 母液含有一些反應產物(乙?；? 循環(huán)使用 母液后不僅降低了原料消耗量， 提高了產物收率，而且減少了廢水的處理量。,制藥工業(yè)中冷卻水的用量占總用水量的 比例一般很大，須考慮水循環(huán)使用， 盡可能實現水的閉路循環(huán)。 在設計排水系統(tǒng)時應考慮清污分流: 將間接冷卻水與有嚴重污染的廢水分開，這不僅有利于水的