（环境工程专业论文）建德市化工行业污染现状分析与整治规划研究.pdf

摘要 化学工业是与人类生活关系最密切的工业，又是环境污染的重灾区，其“环 境污染”和“特殊贡献”两重性是人类必须面对的挑战。化工行业是建德市的传 统产业，对建德市的经济发展和社会劳动力安詈有重要作用。同时，省、市都把 建德( 化工行业) 列入省级环境保护准重点监管区。为了适应生态省、生态市建设 的需要，使建德市化工行业实现健康可持续发展，对建德市化工行业的污染现状、 成因和整治对策的研究势在必行。 本文针对建德市化工行业的主要环境问题、污染现状及其成因进行全面分 析，在此基础上提出了确实可行的整治对策方案，为建德市化工行业、乃至整个 社会经济的健康可持续发展提供依据和支持。论文主要结果如下： l 、全面分析了目前建德市化工行业的主要环境问题、污染现状及其成因。 目前建德市化工企业的分布呈现从分散往分区块相对集聚发展趋势。2 0 0 5 年建德 市化工企业废水排放量约5 4 0 5 万吨年( 占工业废水排放总量的7 6 ) ，化学需氧量 排放量5 6 1 5 吨年( 占工业化学需氧量排放总量的7 9 ) ，氨氮排放量3 6 4 吨年( 占 工业氨氮排放总量的7 5 ) ，总磷排放量2 3 4 吨年( 占工业总磷排放总量的8 8 ) 。 经过近年的污染整治，2 0 0 5 年全市减少废水排放3 2 4 万吨，减少c o d 排放约7 8 5 吨， 减少氨氮排放约5 2 吨，减少磷排放约4 6 吨，新安江建德段水质氨氮指标呈好转趋 势，但总磷指标仍居高不下。全市7 个水质监测断面，除电厂桥、大同三村外， 大部分断面水质达不到相应功能区要求。此外，境外兰江来水也达不到类水质 要求。 2 、根据化工环保的现状和问题，结合建德市的经济发展实际，提出了建德 市化工行业环境整治的分年度目标及主要任务：包括优化化工产业布局，大力实 施化工产品结构调整；实施污染物排放总量控制；积极推行清洁生产；强化环境 执法，保障环境安全；全面推进环境基础设施建设。 3 、针对目标和主要任务确定了近期实施的污染整治工程项目，包括污水处 理厂和污水收集管网建设、工业功能区集中供热、化工企业技术改造和清洁生产 审核等，估计建德市近期化工行业污染整治重点工程项目投资需8 8 5 亿元。 4 、通过这些重点工程的实施，使建德市化工行业的产业和产品结构得到明 显优化，基本形成以高技术含量、高附加值、物料循环利用、低消耗、低污染、 专用化、精细化的绿色化工为主的化工产业格局，改善建德市的整体风貌，使经 济现代化、社会进步和生态环境良好三者之间良性互动，从而实现生态环境、社 会效益和经济效益同步提高。具体的目标是： a 、化工行业水污染治理全部完成，排放废水水质达到g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 标准要求。 冷却循环水回用率达到7 0 以上。工艺废气达到相应排放标准。 b 、所有市控以上化工企业完成规范化排污口建设和在线监测( 监控) 设施安装， 并与杭州市环保局联网。 c 、经过化工行业污染整治，将废水排放量削减8 7 4 万吨、c o d 排放量削减1 5 8 5 吨， 氨氮排放量削减1 7 6 吨，总磷排放量削减1 8 0 吨；至u 2 0 0 7 年废水排放量控制在4 8 5 5 万吨、各污染物排放量分别控制在c o d 4 8 1 5 吨、氨氮2 4 0 吨、总磷1 0 0 吨以内。 d 、1 0 0 杭州市控以上的化工企业实施清洁生产审核，从源头减少污染物的产生， 并给企业带来一定的效益，形成企业主动的环保行为。 e 、洋溪渡和严陵坞断面水质达到相应水功能区标准。 关键词：建德市，化工，污染，整治，清洁生产 a b s t r a c t 1 1 l ec h e m i c a li n d u s t r yp r o d u c e sm a n yp r o d u c t s w h i c ha r ei m p o r t a n tf o rt h e m a n k i n d m e a n w h i l e ，t h ec h e m i c a li n d u s t r yi st h em a i ns o u r c eo fe n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n s o ，i ti sat o u g hw o r kf o rt h em a n k i n dt os o l v et h i sp r o b l e m t h ec h e m i c a l i n d u s t r y i st h et r a d i t i o n a li n d u s t r yi nj i a n d ec i t y ，a n di ti s i m p o r t a n tf o rt h e e c o n o m i c a la n ds o c i a ld e v e l o p m e n t o nt h eo t h e rh a n d ，j i a n d el o c a t e sa tt h ee m p h a s i s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nz o n eo fh a n g z h o ua n dz h e j i a n gp o r v i n c e t om e e tt h e r e q u i r e m e n to fe s t a b l i s h i n go ft h ee c o l o g i c a lp r o v i n c ea n dc i t y ，a n dt ok e e pt h e c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h ec h e m i c a li n d u s t r yi nj i a n d ec i t y , i ti sn e c e s s a r yt o c a l t yo u t t h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n ts t a t u s , r e a s o na n dr e n o v a t i o ns t r a t e g yo f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db yt h ec h e m i c a li n d u s t r yi nj i a n d ec i t y 1 t h em a i ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，c u r r e n ts t a t u so fp o l l u t i o na n dt h e i rm a i n s o u r c e sc a u s e db yt h ec h e m i c a li n d u s t r yi nj i a n d ec i t yw e r ea n a l y s i z e d d u e1 0t h e p o l l u t i o nr e n o v a t i o ni nr e c e n ty e a r s ，t h ec h e m i c a lc o m p a n i e si nj i a n d ed i s c h a r g e d 5 , 4 0 5 0 ，0 0 0 tp o l l u t e dw a t e r ( a s7 6 o ft h et o t a li n d u s t r i a ld i s c h a r g e dp o l l u t e dw a t e r ) ， 5 6 15 tc o d ( a s7 9 o ft h et o t a li n d u s t r i a l d i s c h a r g e dc o d ) ， 3 6 4 t a m m o n i u m - n i t r o g e n ( a s 7 5 o ft h et o t a li n d u s t r i a l d i s c h a r g e d a m m o n i u m - n i t r o g e n ) a n d2 3 4 tt o t a lp h o s p h o r u sf a s8 8 o ft h et o t a li n d u s t r i a l d i s c h a r g e dp h o s p h o r u $ ) i nt h ey e a ro f2 0 0 5 ，w h i c hw e r er e d u c e d3 2 4 0 0 0 0 t ，7 8 5 45 2 t a n d4 6 t ，r e s p e c t i v e l y ，c o m p a r i n g 谢t 1 1t h ey e a ro f2 0 0 4 t h ew a t e rq u a l i t yo fx i n a n r i v e ri nj i a n d ew a si m p r o v e d ，b u tt h et o t a lp h o s p h o r u si n d e xw a ss t i l lh i g h e r 强e w a t e rq u a l i t ym e a s u r e da tt h e5s i t e sr e a c h e dt h er e q u i r e m e n t sf o rt h ec o r r e s p o n d i n g f u n a i o nz o n e s a n dt h ew a t e rq u a l i t yo f l a n j i a n gr i v e rr e a c h e dt h er e q u i r e m e n t sf o r i i it y p ew a t e r 2 b a s i n go nt h ec u r r e n ts t a t u sa n dp r o b l e m so fc h e m i c a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n dc o n n e c t i n g 、v i mt h ep r e s e n tc o n d i t i o n so f e c o n o m i c a ld e v e l o p m e n ti nj i a n d ec i t y t h er e n o v a t i o na i m sa n dt h em a i nw o r k sf o rt h ec h e m i c a lc o m p a n i e so fj i a n d ec i t y w e r ep r o p o s e da sf o l l o w s ：t oo p t i m i z et h ei n d u s t r i a ld i s t r i b u t i o no fc h e m i c a l c o m p a n i e s ，t oc a r r yo u tt h es t r u c t u r ea d j u s t m e n to fc h e m i c a lp r o d u c t s ，t oc a r r yo u tt h e t o t a la m o u n tc o n t r o lo f t h ed i s c h a r g e dp o l l u t a n t s ，t oe x t e n dt h ec l e a n e rp r o d u c t i o n ，t o e n h a n c et h ee n f o r c i n go fe n v i r o n m e n t a ll a w s ，t oe n s u r et h ee n v i r o n m e n t a ls a f e t ya n d t op r o m p tt h ee s t a b l i s h i n go f e n v i r o n m e n t a lb a s ei n s t a l l a t i o n 3 。c o n s i d e r i n gt h ea i ma n dt h em a i nw o r k s ，t h er e c e n tp o l l u t i o nr e n o v a t i o np r o j e c t s i n c l u d e s ：t ob u i l dt h ef a c t o r i e sa n dl i n e sf o rp o l l u t e dw a t e rt r e a t i n g ，t os e tu pt h e c o n c e n t r a t i o nh e a tp r o v i d i n gs y s t e mi nt h ei n d u s t r i a lz o n e s ，t oi m p r o v et h e t e c h n o l o g i e so fc h e m i c a lc o m p a n i e sa n dt oe x a m i n ea n dv e r i f yt h ec l e a n e rp r o d u c t i o n i ti se s t i m a t e dt h a t8 8 5m i l l i o ny u a ns h o u l db ei n v e s t e dt oc a r r yo u tt h ea b o v e e n v i r o n m e n t a lr e n o v a t i o np r o j e c t s 4 b yc o n d u c t i n gt h ea b o v ee m p h a s i z e dp r o j e c t s ，t h ei n d u s t r i a la n dp r o d u c ts t r u c t u r e s o fc h e m i c a li n d u s t r yi nj i a n d ec i t yw i l lb eo b v i o u s l yo p t i m i z e d ，a n dt h ec h e m i c a l i n d u s t r i a lp a t t e r n ，i nw h i c ht h ec o m p a n i e sw 油g r e e na n dh i 曲t e c h n o l o g y ，h i g h e r p r o d u c tv a l u e ，t h ec i r c l em a t e r i a l su s e ，l o wl o s sa n d l o w p o l l u t i o nw i l lb ee s t a b l i s h e d t h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo fj i a n d ec i t yw i l tb ei m p r o v e d ，a n dt h ee c o l o g i c a l ，s o c i a l a n de c o n o m i c a ld e v e l o p m e n t sw i l lb ea c h i e v e ds i m u l t a n e o u s l y t h ed e t a i l e do b j e c t s i n c l u d e s ： 乱t h ew a t e rp o l l u t i o nr e n o v a t i o no fc h e m i c a lc o m p a n i e sw i l la l lb ef i n i s h e d t h e q u a l i t y o f d i s c h a r g e d w a s t e w a t e rr e a c h e s t h er e q u i r e m e n t o f g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6s t a n d a r d t h er e u s er a t i oo fc o o l i n gw a t e rw i l lb eg r e a t e rt h a n7 0 t h ei n d u s t r i a lw a s t eg a s r e a c h e st h ec o i t e s p o n d i n gs t a n d a r d s b a l le i t y - c o n t r o l l e dc h e m i c a lc o m p a n i e sw i l lf i n i s ht h eb u i l d i n go fp o l l u t a n t d i s c h a r g es i t ea n do n l i n em o n i t o r i n gs y s t e m , a n dc o n n e c t i n gw i t ht h es y s t e mo f h a n g z h o ue n v i r o n m e n t a lb u r e a u c 。t or e d u c e8 , 7 4 0 , 0 0 0 tw a s t ew a t e r , 1 5 8 5 tc o d ，1 7 6 ta m m o n i u m - n i t r o g e n , 1 8 0 t t o t a lp h o s p h o r u sp e ry e a r t h ed i s c h a r g eo fw a s t e w a t e rw i l lb ec o n t r o lt ob el e s st h a n 4 ，8 5 5 0 ，0 0 0 t ，c o dl e s st h a n4 8 1 5 9a m m o n i aa n dn i t r o g e nl e s s t h a n2 4 0 t ，t o t a l p h o s p h o r u sl e s st h a nl o o t d t h ec i t y - c o n t r o lc h e m i c a lc o m p a n i e sw i l lb ec a r r i e do u tt h ee x a m i n a t i o na n d v e r i f i c a t i o no f t h ec l e a np r o d u c t i o n t h ep o l l u t a n t sw i l lb ec u td o w nf r o mt h eo r i g i n a l s i t e s ，a n dt h ee c o n o m i c a le f f i c i e n c yo ft h ec o m p a n i e sw i l lb ei m p r o v e d t h e c o m p a n i e sw i l le x h i b i tt h er e s p o n s i b i l i t yf o rt h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n e t h ew a t e rq u a l i t ya ty a n g x i d ua n dy a n l i n w us i t e sw i l la c h i e v et h es t a n d a r df o rt h e c o r r e s p o n d i n gf u n c t i o nz o n e s k e yw o r d s ：j i a n d ec i t y ，c h e m i c a li n d u s t r y , p o l l u t i o n ，r e n o v a t i o n ，c l e a n e rp r o d u c t i o n 浙江大学硕士学位论文 1 前言 化工行业是建德市的传统产业，起步于2 0 世纪5 0 年代末，经过近5 0 年的发展， 无论对建德市工业经济的总量扩张，还是对财政贡献、解决社会劳动力上都一直扮 演着重要角色。改革开放以来，建德市化工行业取得了长足发展，产业规模进一步 扩张。但在化工行业高速发展的同时，对环境的污染也日益加剧。建德市地处钱塘 江上游环境敏感区域，是国家级生态示范区，面临创建生态省、生态市的压力，省、 市各级政府者5 十分重视该区域的环境保护，特别是化工污染的控制问题，把建德化 工行业列入污染整治的重点，进行全面部署，出台了一系列污染防治的政策措施， 2 0 0 6 年省、市都把建德( 化工行i k ) 列入省级环境保护准重点监管区。由此，进一步 开展建德化工行业污染整治工作迫在眉睫。为了适应生态省、生态市建设的需要， 使建德市化工优势行业实现健康可持续发展，对建德市化工行业的污染现状、成因 和整治对策的研究势在必行。 “十一五”时期是建德市全面建设小康社会、提前基本实现现代化的关键时期， 同时也是建德城市功能、交通网络、产业分工、信息服务等全面融入杭卅i 大都市的 突破期。随着工业化和城市化的快速发展，污染物排放增加、资源的不合理利用等 对全市生态环境带来了很大压力。为努力实现“可持续发展能力不断增强，生态环 境得到改善，资源利用效率显著提高，促进入与自然的和谐，推动整个社会走上生 产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路”，浙江省和杭州市正在全面推进生 态省、生态市各项建设工作。建德生态市建设规划确立了“依托丰富的山水资 源，挖掘和发展严州文化，弘扬建德山水文化，以开放促发展、以创新促发展、以 务实促发展，加快建立以生态产业为特征的循环经济发展模式，把建德建设成生态 环境优美、入文精神积极向上、经济繁荣社会昌盛的现代化山水旅游城市”建设目 标，确定“蚕j 2 0 1 0 年全面建成生态市”战略目标。这将为建德社会经济可持续发展 起到积极作用，也为建德市环境保护工作指明了方向。 为了改善区域生态环境质量，从2 0 0 5 年开始浙江省开始实施“环境污染整治三 年行动计划”，在杭州市环境污染整治“1 2 7 8 ”工程的总体部署下，建德针对本地 实际情况，也全面开展环境污染整治行动，以改善环境质量为目标，以削减污染物 排放总量为重点，抓好生态市建设载体，完善管理体制，加强环境监督管理，加大 浙江大学硕士学位论文 污染整治力度。 全面贯彻建德市社会经济总体发展思路，促进区域可持续发展和生态系统良性 循环，切实加快化工行业产业和产品结构调整，是落实科学发展观、促进经济社会 全面协调可持续发展的需要，是坚持走新型工业化道路、提升产业竞争力的需要， 也是坚持人与自然和谐发展、改善生态环境、全面建设小康社会的需要。为全面推 进化工行业产业和产品结构调整，转变增长方式，确保化工行业健康稳步可持续地 发展。 本文将针对建德市化工行业的主要环境问题、污染现状及其成因进行全面分析， 在此基础上提出确实可行的整治对策方案，为建德市化工行业、乃至整个社会经济 的健康可持续发展提供依据和支持。 2 - 浙江大学硕士学位论文 2 文献综述 建立在征服自然、统治自然和掠夺自然基础之上的传统工业，使人类与自然的 矛盾日益激化，引发一系列严重的全球性危机一资源锐减、环境污染、生态破坏、 两极分化等。特剐是传统的化学工业，已被公认为世界上最大的污染根源。在我国， 化工行业是环境污染的重灾区，不仅污染量大、面广，而且组成极为复杂，其治理 难度远远超过了其他产业部门。据2 0 0 0 年统计，化工行业废水、废气、废渣的排放 量分别占全国排放总量的2 0 2 3 、5 7 和8 1 0 t “。更严重的是化工废水含有大 量重金属，如汞、镉、铬、砷、铅等；含有对生态造成严重危害的有机毒物，如挥 发酚、p o p s 、p c b 、医药中间体等以及硫化物有毒物等：以及不被环境亲和的废弃 物，如塑料、树脂、秸胶等制品，严重破坏了环境的资源生产能力。从某种意义上 讲，化学污染物的排放量与以化工产品为主的工业发展规模成正比。 但是化学工业又是与人类生活关系最密切的工业，已渗透到人类生活的各个方 面，从衣、食、住、行到生、老、病、死，乃至当代高科技的发展都与化学工业的 进步直接相关，可以说，化学工业作为- - l - j 基础工业，对人类社会的进步与发展作 出了巨大贡献，并且将永远伴随和推动人类社会的向前发展，因此，化学工业产生 的“环境污染”和“特殊贡献”两重性，对广大化学研究人员和生产人员提出了挑 战。 2 1 化工污染物的来源、种类和特点 化工生产过程中，从原料到产品，从生产到使用，每一个环节都有可能对环境 造成污染，都有可能成为污染源，所以，化工污染物应该说是由生产和使用两个环 节共同造成的，也就是说，化工污染是由化工产品的生产者和化工产品的消费者共 同造成的。但通常，人们提到的化工污染，一般是指化工生产过程的污染。 化工产品的生产过程中，产生污染物的途径是多种多样的，比如化学反应不完 全所产生的废料、副反应所产生的副产物、燃烧过程产生的废气、设备和管道的泄 漏、冷却过程的冷却废水等等，这些物质如果不加回收和妥善处理，都可能会污染 环境。化工产品的使用过程中对环境的污染，主要体现在对化工产品的不当使用， 及过度过滥使用上。目前，化工产品生产过程的污染已引起了入们的足够重视，而 对化工产品使用过程所产生的污染，则有待人们重新进行定位评价。 浙江大学硕士学位论文 空气、水、土壤是人类赖以生存的基本物质，而化工生产往往会对这三种关键 性环境要素产生较大的影响，如化工生产排出的污水，一般都具有有害性、耗氧性、 酸碱性、富营养性、油覆盖性、高温等特点，对地下水、地面水都会产生极大的影 响，从而影响到人和其它生物的生活与生存；化工废气，则具有易燃易爆、有毒性、 刺激性、腐蚀性、含尘等特点，会对人体健康和工农业生产造成较大的威胁；化工 生产过程中的废渣对环境的污染，虽然没有废水、废气那样明显，但目前已有大量 的研究表明很多化工污染物在土壤中难降解、具有积累性和三致作用，对人类和生 态系统的健康安全也构成极大的威胁。所以，化工“三废”对环境和人类的影响， 是一种全面的、立体的影响，必须加以治理的，对化工污染的治理，也要标本兼治。 这就需要从分析根源出发找出具体的对策，这也正是本文的主要目的。 2 2 化工污染防治对策 对化工生产过程中产生的污染进行治理是最原始的化学污染防治方法，各国政 府和企业投入了大量资金和人力，对环境污染的治理方法和技术开展了大量而卓有 成效的研究，发展了各种水处理技术、大气污染治理技术、固体废弃物处理技术和 噪声治理技术等环境保护手段，对环境生态的保护作出了重要贡献。但是人们发现， 随着人类社会的不断进步和发展，生产规模的迅速增长，环境治理的速度远远落后 于环境污染的速度，而且用于污染治理的费用不断上升。因此，必须改变传统的“产 生后再治理”的污染防治策略，通过合理规划设计、推广清洁化生产技术是治理化 工污染的更有效途径，同时在化工污染治理中引入市场机制，运用经济手段，也是 减少污染物产生量的有效途径。 2 2 1 合理规划布局 对化工区域和行业的布局进行合理规划，并对有关布局规划进行环境影响评价， 使环境保护提前介入宏观决策，从消极被动变为主动积极，从事后补救走向事前预 防。 我国的化工石化行业存在着严重的布局性环境风险。2 0 0 5 年松花江事件后国家 环保总局开展了环境风险大排查。结果显示，我国总投资近1 0 1 5 2 亿元的7 5 5 5 个化 工石化建设项目中，8 1 布设在江河水域、人口密集区等环境敏感区域；4 5 为重大 风险源。这些风险是过去几十年因产业布局不合理累积而成的。而且，我国目前正 2 浙江大学硕士学位论文 处于新一轮的高速经济增长，化工行业是增长的主力军，对区域和化工行业的布局 合理规划是从根本上解决和预防化工污染的重要途径。 法国政府对马赛f o s 工业区的规划设计是一成功的例子。这里临海，距居民区 有相当距离，海边大气扩散条件好，不会造成城市空气污染。此地区是一片盐碱地， 不适于发展农业和建设城市，但具有发展工业的有利条件，经过努力，2 0 年来己发 展成为法国南部最大的工业区和港口，有齐备的公共设施和海、陆交通运输，有各 种油品、天然气、酸、碱等基本燃料和化工原料配备，有环保管理机构和信息中心， 对整个工业区的石油化工、化工、有毒化学品和钢铁等生产厂的位置也都有统一安 排，有利于废水或废物的集中处理。废水排放必须遵循地方排放标准，废渣和残液 集中到m e r e x 焚烧工厂处置，所以工业区范围尽管很大，工厂很多，但地中海水 仍很清洁1 2 j 。 2 2 2 绿色化学化工和清洁生产技术 ( 1 ) 绿色化学和清洁生产的涵义 绿色化学( g r e e nc h e m i s t r y ) 又称环境友好化学( e n v i r o n m e n t a l l yb e n i g nc h e m i s t r y ) ， 在其基础上发展的技术称为环境友好技术( e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y t e c h n o l o g y ) 、绿色 技术( g r e e nt e c h n o l o g y ) 或洁净技术( c l e a nt e c h n o l o g y ) 。绿色化学的核心是利用化学 原理从源头上消除化学工业对环境的污染，其理想是采用“原子经济”( a t o me c o n o m y ) 反应，即原料中的每一原子都转化成产品，不产生任何废物和副产品，实现废物的 零排放( z e r oe m i s s i o n ) ；同时也不采用有毒、有害的原料、催化剂和溶剂，并生产环 境友好的产品【3 一。 绿色化学作为一门新型学科是从2 0 世纪9 0 年代逐步发展起来的。1 9 9 0 年美国环 境保护署( e p a ) 污染防治与毒物办公室提出关于“开发新的或改进现有的化学产品与 化学过程，使之对人类健康与环境有较小危害”的想法，并在1 9 9 1 年提供了资助“研 究具有取代意义的合成路线以防止污染”的计划。同年，美国斯坦福大学的化学教 授t r o s t 首先提出了原子经济性的概念，由此开始出现绿色化学的概念【5 1 。1 9 9 5 年3 月， 美国宣布建立“绿色化学挑战计划”，随后美国科学基金会和美国国家环保局提供 专门基金资助绿色化学研究。目前，绿色化学已成为当今化学学科的研究前沿，它 综合了化学、物理、生物、材料、环境、计算机等学科的最新理论和技术，是具有 明确社会需求和科学目标的新型交叉学科。从科学观点看，它是对传统化学思维方 3 一 浙江大学硕士学位论文 式的更新和发展；从环境观点看，它是从源头上消除污染：从经济观点看，它综合 利用资源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。 清洁生产( c l e a np r o d u c t i o n ) 的概念最早由联合国发展规划署工业与环境行动中 4 1 , ( u n e p m p a c ) 提出，是指将综合预防的环境保护战略持续运用于生产过程和产品 中，以减少对人类和环境的风险 6 1 。用它来表征从产品生产到产品使用全过程的污染 防治途径。清洁生产的概念涉及2 个全过程控制；生产全过程和产品整个生命周期全 过程。对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源、淘汰有毒有害的原材料、 并在全部排放物和废物离开生产过程前尽最大可能减少其产生量和毒性；对产品而 言，清洁生产旨在减少在产品整个生命周期中从原料的提取到产品的最终处置对人 类和环境的影响。因此，清洁生产主要包括三方面：( 1 ) 清洁的生产过程。尽量少用 有毒有害的原料，采用无毒、无害的中间产品，选用少废、无废工艺和高效设备， 尽量减少生产过程中的各种危险因素，如高温、高压、低温、低压、易燃、易爆、 强噪声、强振动等。采用可靠和简单的生产操作和控制，完善生产管理，对物料进 行内部循环使用。( 2 ) 清洁的产品。产品设计应考虑节约原材料和能源，少用昂贵和 稀缺的原料；产品在使用过程中及使用后不会危害人体健康和破坏生态环境；产品 的包装合理；产品使用后易于回收、重复使用和再生；使用寿命和使用功能合理。( 3 ) 清洁的能源常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发以及各种节能 技术。上述要求可概括为3 r 原则：减量化原贝r j ( r e d u c e ) 、再使用原则m e ) 和再循 环原1 1 ( r e c y c l e ) 。 ( 2 ) 绿色化学与清洁生产的发展方向 绿色化学研究为清洁生产技术开发提供化学理论基础，在此基础上结合其它技 术，形成清洁生产技术。清洁生产是实现人与自然和谐发展的必然要求，没有绿色 化学研究的突破，清洁生产技术开发也不可能取得突破。从绿色化学和清洁生产追 求的目标来看，绿色化学和清洁生产技术研究和开发的重点应在以下几方面。 a 、开发替代原料 目前，化学工业普遍采用石油、煤或天然气等难再生的化石原料。从原料源头 抓起，改变原料的来源，使用再生容易的原料，是最佳的清洁生产路径。 使用空气、氧气和二氧化碳等制备化工产品，来源广，成本低，是很好的化工 替代原料，尤其是二氧化碳是造成地球温室效应的主要污染物，因此人们一直在寻 求以二氧化碳为原料合成有机物的新方法。但是二氧化碳在热力学上极为稳定，难 4 浙江大学硕士学位论文 以活化，因此二氧化碳的有机化成为绿色化学研究的熟点和难点问题。 二氧化碳加氢可以合成甲醇、烃类、醛类、甲酸和二甲醚等一系列化工产品， 其中选择合适的催化剂，提高碳元素的转化率是关键 7 1 。对于c 0 2 催化加氢合成甲醇， 主要有c u o z n o a 1 2 0 3 、c u 7 _ x 0 2 等c u - z n 系催化剂嘲、过渡金属催化剂和金属配合物 催化剂等 9 a 0 1 。而第v 族过渡金属f e 、n i 和c o 等负载在s i 0 2 、a 1 2 0 3 或m g oi - 是c 0 2 甲烷化最常用的催化剂【l l l 。 以c 0 2 为原料也可以合成小分子有机酯和大分子聚酯。t o m i s h i g e 等 1 2 1 以 c c 0 2 - z r 0 2 固溶体为催化剂、l ，2 - 丙二醇( p g ) 和c 0 2 为原料合成了碳酸丙烯酯( p c ) ，反 应选择性接近1 0 0 ，但p g 的转化率却只有约2 。河北工业大学王延吉等【珏1 以碳酸 钾为催化剂，也采用p g 和c 0 2 为原料合成p c ，在优化反应条件下p c 的收率达到 1 2 6 p g 转化率为2 3 8 ，p c 选择性为5 3 o 。他们还以k o h 4 a 分子筛为催化剂， 对环氧丙烷、c 0 2 和甲醇为原料合成碳酸二甲酯进行了研究，在优化条件下，碳酸二 甲酯的收率为1 6 8 t 4 1 。c 0 2 可以与环氧乙烷、环氧丙烷、环氧环己烷等许多环氧化 合物发生共聚合反应，典型的催化剂有二乙基锌助剂【1 5 i 、戊二酸锌【1 6 1 、大位阻酚锌 盐f 1 力和稀土配合物 1 8 , 1 9 】等。中科院长春应用化学研究所的王献红等 2 0 , 2 1 】采用稀土三 元催化剂，进行了c 0 2 环氧丙烷二元共聚、c o 挢氛丙烷环氧环己烷和c 0 2 环氧丙 烷烯丙基缩水甘油醚三元共聚研究，并实现了以c 0 2 、环氧丙烷等为原料合成聚碳 酸酯的工业生产。 b 、开发替代溶剂 有机溶剂是产生废物的重要来源，对其进行有效控制能使生产工艺的环境影响 得到极大的改观。目前的研究集中在2 类替代溶剂：超临界流体及离子液体。 超临界流体是温度和压力同时超过其临界温度和临界压力的流体，兼有气体和 液体的一些特性，许多性质介于气体和液体的性质之间。超临界流体的密度接近液 体的密度，粘度和扩散系数等与气体的接近，这使得它们既有强的溶解能力，又有 强的扩散能力。这些性质如密度、粘度、扩散系数、介电常数、溶剂化能力等，可 以在一定范围内通过压力和温度进行调节，在其临界点附近这种调节作用尤为显著。 在应用超临界流体时，常常通过调节体系的温度和压力或加人少量共溶剂来控制体 系的热力学性质、传热系数、传质系数和化学反应性质( 反应速率、选择性和转化率) 等，因此在分子催化、多相催化、酶催化及高分子合成等领域具有应用前景。超i 临 界c 0 2 是应用最广泛的超临界流体，其超临界条件容易达至i j ( t = 3 1 1 ，p = - 7 3 8 m p a ) ， 一5 - 浙江大学硕士学位论文 除具有超临界流体的一般性质外，还具有无毒、无害、不燃烧、无污染、容易分离、 容易回收和可循环利用等特点，被认为是环境友好的绿色溶剂f 2 2 i 。 离子液体是指在室温或附近温度下成液态的，完全由阳离子和阴离子构成的盐， 也称低温熔融盐【2 3 1 。由于构成离子液体的这两种成分选择余地很大，因此可以按照 使用者的需要，通过简单地变换离子构成的方法来控制它的熔点、粘度、密度、溶 解性等，所以又被称为“设计者溶剂”。一般说来，离子液体具有良好的热稳定性、 不可燃性、不挥发、不爆炸及低毒性，因而在合成反应中是清洁友好的。虽然离子 液体的种类很多，但其基本上是由含氮的有机杂环阳离子和无机或有机阴离子构成。 目前所研究的阳离子主要有4 类 2 4 l ，即：烷基季铵离子 - n r x i - 1 4 - d + ，如 b u s n m e + ； 烷基季膦离子p r x h 4 丁， p h 3 p o c + ；n - 烷基取代的吡啶离子，记为 r v y + ；1 ，3 - 二烷基取代的咪唑离子或称n ，n 二烷基取代的咪唑离子，记为 r r t m l 。阴离子主 要有对水极其敏感的氯铝酸根离子，如a 1 c 1 4 ；另一类阴离子构成的离子液体在水和 空气中性质很稳定，它们为b f 4 。、p f 6 - 、c f 3 c o o 、c f 3 s 0 3 和s b f 6 - 等。目前，离子 液体体系在天然气脱除二氧化碳、汽油脱硫、二氧化碳的活化、有机合成( 如烃类化 合物的加氢、羰化、氧化、f r i e d d c r a f t 反应) 、聚合等方面的应用研究已广泛开展 2 5 - 2 s 1 。 c 、新型催化剂的开发 化工产品的无污染物生产工艺过程大都涉及新催化剂的使用，因此设计有选择 性的催化剂对绿色化学的未来至关重要。如采用传统的磺化法合成苯二酚不仅工艺 步骤多，且不可避免地会产生大量工业废物；而钛硅分子筛t s 一1 的成功开发和应用， 只用一步就可从苯酚氧化为苯二酚，工艺步骤大大减少，环境效益明显提高。以固 体酸取代液体酸作催化剂已在苯的烷基化( 乙苯、异丙苯和直链烷基苯) 、多环芳烃( 如 萘) 的烷基化、酰基化及水合反应等多类反应中得到应用。我国大连化工所开发的由 2 1 项专利技术构成的烃类选择氧化催化新材料将给大型氧化装置实现高效清洁生产 带来希望，若将该技术用于1 0 0 k t a 的环己烷氧化制环己酮装置，则可节约环己烷 5 0 0 0 t a ，减少碱用量2 5 0 0 t a ，废碱液排放减少1 4 0 0 0 t a ，年节约资源量价值4 0 0 0 万元。 然而，用过的催化剂留在反应终端，也会增加化学废物，特别是有些废物中存 在有毒的重金属。因此，催化剂的重复使用和再生使用显得尤其重要，这方面的研 究还有许多工作要做。生物催化剂的开发是新型催化剂开发的重要方面，因为酶等 生物催化剂往往具有选择性高，且不涉及有毒金属等特点。目前，已经有一些生物 催化剂实现了工业化，但就整个化学工业而言，生物催化剂的开发还任重道远。 6 一 浙江大学硕士学位论文 d 、新工艺的开发 新工艺的开发可以针对化工产品的整个生产过程，也可针对某一工序进行。 对于无机化合物的生产，以氧化铬生产新工艺开发为例子。氧化铬是铬盐系列 产品中非常重要的三价铬产品，广泛地用于颜料、耐火材料以及有机合成催化剂等 工业领域，也是金属铬冶炼的基本原料。从铬铁矿出发，生产氧化铬的传统方法涉 及的反应过程如式1 7 所示： 17僦1k譬妈+7蛾4蛳(1)4fe +2 0 ，+ c 0 2 ”7 1 2 i 盼，+ 蛾+ 3 心州蚓蛳( 2 ) 2 m g o + c o + 2 、一7 i 2 c r 2 0 ，+ 2 c 侥+ 3 4 伤n 鼬a q + o q ( 3 ) 2 n a 。c r 0 4 + h 2 双x n 魁c r 2 0 ，+ n 魁s 0 4 + h 2 0 ( 4 ) n 黧n 锄+ 2 帆) 2 泓。铙o ，+ n 硅2 溉 d ) + 2 + 4 h z o 、。7 n a 2 c r 2 0 7 + 2 h z s 0 4 _ 2 c f 晚+ 2 n a h s o t + h 2 06 ) 2 c r 伤c ，+ 3 2 0 27 ) 这一生产方法不但工艺过程落后，而且生产过程中产生大量含六价铬和硫的化 合物或废弃物，给人类和自然环境带来极大的危害。因此，研究开发符合现代经济 发展绿色化要求的清洁生产绿色工艺成为当务之急。 中科院过程工程研究所研究人员对氧化铬的清洁生产进行了长期研究，形成了具 有自主知识产权的铬酸盐、氧化铬生产工艺 2 9 - 3 ”。该所研究人员采用铬铁矿在k o h 的液相介质中与化学计量的氧化剂反应，得到含碱液、铬盐及铁渣的混合反应产物， 反应如式8 1 0