第十章环境保护与化工污染.ppt

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m3 标 每天排放的废水量约50万m3 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Mn2 电解氧化成Mn3 然后将Mn3 与甲苯 6 4 在槽外反应器中定向生成苯甲醛 同时Mn3 被还原成Mn2 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