制药工业与环境保护.doc
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1、第十章 制药工业和环境保护第十章 制药工业和环境保护 10.1概述 10.2污染防治措施 10.3废水处理技术 10.4废气处理技术 10.5废渣处理技术 10.6噪声控制技术10.1概述10.1.1环境保护重要性境是人类赖以生存和社会经济可持续发展客观条件和空间。随着现代工业高速发展,环境保护问题已引起人们极大关注。环境污染直接威胁人类生命和安全,也影响了经济顺利发展,成为严重社会问题。 我国目前粗放型经济格局和经济持续高速发展,造成了能源和资源消耗强度过大,加上人们对环境污染严重性认识不足,致使我国工业污染治理远远落后于工业生产发展。 面对日益严重环境污染,传统先污染后治理治污方案往往难以
2、奏效,必须采取切实可行措施,走高科技、低污染跨越式产业发展之路,治理和保护好环境,促进我国经济可持续发展。10.1.2我国防治污染方针政策 我国先后完善和颁布了环境保护法、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和各种法规相配套行政、经济法规和环境保护标准,基本形成了一套完整环境保护法律体系。 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、扩建和改造项目都必须按国家基本建设项目环境管理办法规定,切实执行环境评价报告制度和“三同时”制度,做到先评价,后建设,环保设施和主体工程同时设计、同时施
3、工、同时投产,防止发生新污染。 在全国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。10.1.3制药工业污染特点和现状 10.1.3.1制药工业污染特点 1、数量少、组分多、变动性大 2、间歇排放 3、pH值不稳定 4、化学需氧量高10.1.3.2我国制药工业污染现状 全国药厂废气每年排放量109m3,含有害物质105t。 全国药厂废水每天排放量5105m3,。 全国药厂废渣每年排放量105t。 条件好厂家已达二级处理水平,大部分污染得到妥善处理。 但有相当数量厂家仅是一级处理,有甚至未作到清污分流。10.2污染防治措施10.2.1采
4、用绿色生产工艺 绿色生产工艺是针对生产过程主要环节和组分,重新设计少污染或无物染生产工艺,并通过改进操作方法、优化操作参数等措施,实现过程节能、降耗、消除或减少环境污染目标。 绿色生产工艺从源头上消除污染,为最理想污染防治方法。1、重新设计少污染或无污染生产工艺l 重新设计药品生产工艺时应尽可能选用无毒或低毒原辅材料来代替有毒或剧毒原辅材料,以降低或消除污染物毒性。如在氯霉素合成中,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汞污染问题。 在药物合成中,重新设计生产工艺时,简化合成步骤,可以减少污染物种类和数量,从而减轻处理系统负担,有利于环
5、境保护。 布洛芬生产就是一个很好例子。原采用Boot公司Brown合成方法(六步)BHC公司发明了生产布洛芬新方法(三步) 该工艺废物量可减少37%,BHC公司获1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”变更合成路线奖。 设计无污染绿色生产工艺是消除环境污染根本措施。如苯甲醛传统合成路线是通过二氯代苄水解而得:甲苯侧链氯化,得到以亚苄基二氯为主产物。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废水,而且由于有伴随光和热大量氯气参和反应,因此,对周围环境将造成严重污染。 现可采用间接电氧化法,整个工艺过程无污染物排放,是一条绿色生产工艺。 该工艺中油水两相分别构成闭路循环
6、,无污染排放2、优化工艺参数 对化学反应工艺参数进行优化,获得最佳工艺条件,是减少或消除污染一个重要手段。例如乙酰苯胺硝化反应 原工艺是将乙酰苯胺溶于硫酸中,再加混酸进行硝化。后经研究发现,乙酰苯胺硫酸溶液中硫酸浓度已足够高,混酸中硫酸可以省去。这样不但节省了大量硫酸,而且大大减轻了污染物处理负担。3、改进操作方法 生产工艺已经确定,可从改进操作方法入手,减少或消除污染物形成。 如广谱抗菌药氟哌酸合成中对氯硝基苯氟化反应,将原工艺二甲基亚砜溶剂改为环丁砜溶剂,可避免废水生成。4、采用新技术 使用新技术不仅能显著提高生产技术水平,而且有时也十分有利于污染物防治和环境保护。如在抗生素类药物4-乙酰
7、胺基哌啶醋酸盐合成中,原工艺采用铁粉还原硝基氧化吡啶制备4-氨基吡啶,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。 苯乙酸是合成青霉素等药物重要中间体。目前工业上仍以苯乙腈水解来制备,而苯乙腈又是由苄氯和氢氰酸反应来合成。现在通过苄氯羰化合成苯乙酸已经获得成功: 上述合成路线不仅经济,而且避免使用剧毒氰化物,减少了对环境危害10.2.2循环套用 药物合成反应往往不能进行得十分完全,且多存在副反应,产物也不可能从反应混合物中完全分离出来,因此分离母液中常含有一定数量未反应原料、副产物和产物。通过工艺设计实现反应母液循环套用或经适当处理后套用,这不仅降低了原辅材料消耗,提高了产品收
8、率,而且减少了环境污染。 例如,氯霉素合成中乙酰化反应母液循环套用。将母液按含量代替醋酸钠直接应用于下一批反应,从而革除了蒸发、结晶、过滤等操作,且降低了原料消耗量,提高了产物收率,减少了废水处理量。 又如,甲氧苄氨嘧啶氧化反应是将三甲氧基苯甲酰肼在氨水及甲苯中用赤血盐钾(铁氰化钾)氧化,得到三甲氧基苯甲醛,同时副产物黄血盐钾氨(亚铁氰化钾氨)溶解在母液中。黄血盐钾氨分子内含有氰基,需处理后方可随母液排放。后对含黄血盐钾氨母液进行适当处理,再用高锰酸钾氧化,使黄血盐钾氨转化为原料赤血盐钾,所得赤血盐含量在13%以上,可套用于氧化反应中。 将反应母液循环套用,可显著地减少环境污染。若设计得当,则
9、可构成一个闭路循环,是一个理想绿色生产工艺。除了母液可以循环套用外,药物生产中大量使用各种有机溶剂,均应考虑循环套用,以降低单耗,减少环境污染。其它如催化剂、活性炭等经过处理后也可考虑反复使用。 化学制药过程中产生废弃物也是一种“资源”,从排放废弃物中回收有价值物料,开展综合利用,是控制污染一个积极措施。 例如,氯霉素生产中副产物邻硝基乙苯,是重要污染物之一,将其制成杀草安,就是一种优良除草剂。 又如,叶酸合成中丙酮氯化反应: 反应过程中放出大量氯化氢废气,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污染,又可回收得到一定浓度盐酸。 再如,对氯苯酚是制备降血脂药安妥
10、明主要原料,其生产过程中副产物邻氯苯酚是重要污染物之一,将其制成2,6-二氯苯酚可用作解热镇痛药双氯灭痛原料。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、减少环境污染又一个重要途径。 设备选型合理、设计得当,可提高原料转化率和产物选择性,减少污染物数量。 加强设备管理,提高设备、管道严密性,使系统少排或不排污染物,减少环境污染。9.3.废水处理技术药厂产生污染物中,废水数量最大,种类最多,危害最重。是药厂污染物无害化处理重点和难点。9.3.1废水污染控制指标 9.3.1.1基本概念 1、水质指标 是表征废水性质参数。比较重要有:pH、悬浮物(SS)
11、、生化需氧量(BDO)、化学需氧量(CDO)等。 pH值 反映废水酸碱性强弱重要指标。处理后废水应呈中性或接近中性。 悬浮物 指废水中呈悬浮状态固体,是反映水中固体物质含量一个常用指标,可用过滤法测定,单位为mgL-1。 生化需氧量 指在一定条件下,微生物氧化分解水中有机物时所需溶解氧量,单位为mgL-1。微生物分解有机物速度和程度和时间有直接关系。实际工作中,常在20oC条件下,将废水培养5日,然后测定单位体积废水中溶解氧减少量,即5日生化需氧量作为生化需氧量指标,以BOD5表示。BOD反映了废水中可被微生物分解有机物总量,其值越大,表示水中有机物越多,水体被污染程度也就越高。 化学需氧量
12、是指在一定条件下,用强氧化剂氧化废水中有机物所需氧量,单位为mgL-1。我国废水检验标准规定以重铬酸钾作氧化剂,标记为CODCr。COD和BOD均可表征水被污染程度,但COD能够更精确地表示废水中有机物含量,而且测定时间短,不受水质限制,因此常被用作废水污染指标。COD和BOD之差表示废水中没有被微生物分解有机物含量。2、清污分流 清污分流是指将清水(如间接冷却用水、雨水和生活用水等)和废水(如制药生产过程中排出各种废水)分别用各自不同管路或渠道输送、排放或贮留,以利于清水循环套用和废水处理。采取清污分流,不仅可以节约大量清水,而且可大幅度降低废水量,提高废水浓度,从而大大减轻废水输送负荷和治
13、理负担。 除清污分流外,还应将某些特殊废水和一般废水分开,以利于特殊废水单独处理和一般废水常规处理。3、废水处理级数 分为一级、二级和三级处理 一级处理 通常是采用物理方法或简单化学方法除去水中漂浮物和部分处于悬浮状态污染物,以及调节废水pH值等。在大多数场合,废水经一级处理后仍达不到国家规定排放标准,常作为废水预处理。 二级处理 主要指生物处理法。二级处理适用于处理各种含有机污染物废水。废水经二级处理后,BOD5可降至2030mgL-1,水质一般可以达到规定排放标准。 三级处理 是一种净化要求较高处理,目是除去二级处理中未能除去污染物,包括不能被微生物分解有机物、可导致水体富营养化可溶性无机
14、物(如氮、磷等)以及各种病毒、病菌等。三级处理所使用方法很多,如过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电渗析、反渗透以及生物法脱氮除磷等。废水经三级处理后,BOD5可从2030mgL-1降至5mgL-1以下,可达到地面水和工业用水水质要求。9.3.1.2废水污染控制指标 国家污水综合排放标准按污染物对人体健康影响程度,将污染物分为两类。1、第一类污染物 指能在环境或生物体内积累,对人体健康产生长远不良影响污染物。国家污水综合排放标准中规定此类污染物有9种,即总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并(a)芘。含有这一类污染物废水,不分行业和排放方式,也不分受纳水体功能差别,一律在
15、车间或车间处理设施排出口取样,其最高允许排放浓度必须符合表10-l中规定。表10-1 第一类污染物最高允许排放浓度 单位:mgL-12、第二类污染物 指其长远影响小于第一类污染物。在国家污水综合排放标准中规定有pH值、化学需氧量、生化需氧量、色度、悬浮物、石油类、挥发性酚类、氰化物、硫化物、氟化物、硝基苯类、苯胺类等共20项。含有第二类污染物废水在排污单位排出口取样,根据受纳水体不同,执行不同排放标准。表10-2 第二类污染物最高允许排放浓度 单位:mg L-1 按地面水域使用功能要求和排放去向,对向地面水域和城市下水道排放废水分别执行一、二、三级标准。对特殊保护水域及重点保护水域,如生活用水
16、水源地、重点风景名胜和重点风景游览区水体、珍贵鱼类及一般经济渔业水域等执行一级标准;对一般保护水域,如一般工业用水区、景观用水区、农业用水区、港口和海洋开发作业区等执行二级标准对排入城镇下水道并进入二级污水处理厂进行生物处理污水执行三级标准;对排入未设置二级污水处理厂城镇污水,必须根据下水道出水受纳水体功能要求,分别执行一级或二级标准。9.3.2废水处理基本方法 废水处理技术很多,按作用原理一般可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。 物理法是利用物理作用将废水中呈悬浮状态污染物分离出来,在分离过程中不改变其化学性质,如沉降、气浮、过滤、离心、蒸发、浓缩等。物理法常用于废水一级处理。 化学法
17、是利用化学反应原理来分离、回收废水中各种形态污染物,如中和、凝聚、氧化和还原等。化学法常用于有毒、有害废水处理,使废水达到不影响生物处理条件。 物理化学法是综合利用物理和化学作用除去废水中污染物,如吸附法、离子交换法和膜分离法等。近年来,物理化学法处理废水已形成了一些固定工艺单元,得到了广泛应用。 生物法是利用微生物代谢作用,使废水中呈溶解和胶体状态有机污染物转化为稳定、无害物质,如H2O和CO2等。生物法能够去除废水中大部分有机污染物,是常用二级处理法。9.3.3生物法处理废水技术1、基本原理(1)好氧生物处理 是在有氧条件下,利用好氧微生物作用将废水中有机物分解为CO2和H2O,并释放出能
18、量代谢过程。有机物(CxHyOz)在氧化过程中脱出氢是以氧作为受氢体,如下式所示: 好氧生物法处理有机废水,基本上没有臭气产生,所需处理时间比较短,在适宜条件下,有机物生物去除率一般在8090%左右,有时可达95%以上。因此,好氧生物法已在有机废水处理中得到了广泛应用,活性污泥法、生物滤池、生物转盘等都是常见好氧生物处理法。好氧生物法缺点是对于高浓度有机废水,要供给好氧生物所需氧气(空气)比较困难,需先用大量水对废水进行稀释,且在处理过程中要不断地补充水中溶解氧,从而使处理成本较高。(2)厌氧生物处理 厌氧生物处理是在无氧条件下,利用厌氧微生物,主要是厌氧菌作用,来处理废水中有机物。厌氧生物处
19、理中受氢体不是游离氧,而是有机物或含氧化合物,如SO42-、NO3-、NO2-和CO2等。因此,最终代谢产物不是简单CO2和H2O,而是一些低分子有机物、CH4、H2S和NH4+等。 厌氧生物处理主要依靠水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌联合作用来完成。厌氧生物处理过程可粗略地分为水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。 厌氧生物处理过程中不需要供给氧气(空气),故动力消耗少,设备简单,并能回收一定数量甲烷气体作为燃料,因而运行费用较低。目前,厌氧生物法主要用于中、高浓度有机废水处理,也可用于低浓度有机废水处理。该法缺点是处理时间较长,处理过程中常有硫化氢或其它一些硫化物生成,硫化氢和
20、铁质接触就会形成黑色硫化铁,从而使处理后废水既黑又臭,需要进一步处理。2、生物处理对水质要求 (1)温度 温度是影响微生物生长繁殖一个重要外界因素。当温度过高时,微生物会发生死亡;而温度过低时,微生物代谢作用将变得非常缓慢,活力受到限制。一般地,好氧生物处理水温宜控制在20400C。而厌氧生物处理水温和各种产甲烷菌适宜温度条件有关,其适宜水温可分别控制在10300C、35380C和50550C。(2)pH值 微生物生长繁殖都有一定pH值条件。pH值不能突然变化很大,否则将使微生物活力受到抑制,甚至造成微生物死亡。对好氧生物处理,废水pH值宜控制在69范围内;对厌氧生物处理,废水pH值宜控制在6
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