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1、第六章 化学制药与环境保护,第一节 概述,第二节 防治污染的主要措施,第三节 废水的处理,第四节 废气的处理,第五节 废渣的处理,概述,一、环境保护的重要性全球气候变暖臭氧层的耗损与破坏生物多样性减少 酸雨蔓延 森林锐减大气污染水污染,概述,二、我国防治污染的方针政策中华人民共和国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,概述,制药工业水污染物排放标准 包括发酵类、化学合成类、提取类、中药类、生物工程类和混装制剂类六个系列制药工业污染防治技术政策,概述,环境评价报告制度和“三同时”制度 先评价，后建设 环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时
2、投产,概述,三、化学制药厂污染的特点和现状（一）化学制药厂污染的特点数量少、组分多、变动性大间歇排放pH不稳定化学需氧量（COD）高,概述,（二）化学制药厂污染的现状 全行业污染治理的程度不平衡，条件好的制药厂已达到二级处理水平，即大部分污染物得到了妥善的处理；但仍有相当数量的制药厂仅仅是一级处理，甚至还有一些制药厂没能做到清污分流。,第二节 防治污染的主要措施,一、采用绿色生产工艺 绿色生产工艺（Green production process）是在绿色化学的基础上开发的从源头上消除污染的生产工艺。这类工艺最理想的方法是采用“原子经济（Atom economy）反应”，即使原料中的每一个原子
3、都转化成产品，不产生任何废弃物和副产品，以实现废物的“零排放”（zero emission）。,第二节 防治污染的主要措施,（一）重新设计少污染或无污染的生产工艺,无毒或低毒的原辅材料,三氯化铝代替氯化高汞作催化剂,第二节 防治污染的主要措施,绿色生产工艺,传统的合成路线是以甲苯为原料通过亚苄基二氯水解而得：,间接电解氧化法制备苯甲醛是一条绿色生产工艺：,第二节 防治污染的主要措施,（二）优化工艺条件,乙酰苯胺的硝化反应：原工艺要求将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
4、的处理负担。,第二节 防治污染的主要措施,（三）改进操作方法,抗菌药诺氟沙星合成中的对氯硝基苯氟化反应：原工艺采用二甲基亚砜作溶剂。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。,第二节 防治污染的主要措施,（四）采用新技术,在药物中间体4-氨基吡啶的合成中，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。,第二节 防治污染的主要措施,二、循环套用 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（recycle）或经适当处理后套用，这不仅可降低原辅材料的单耗，
5、提高产品的收率，而且可减少环境污染。,第二节 防治污染的主要措施,氯霉素合成中的乙酰化反应，改进后的工艺将母液循环套用，将母液按乙酸钠含量进行计量，直接应用于下一批号，从而革除了蒸发、结晶、过滤等操作，减少了废水的处理量。,原工艺将母液蒸发浓缩回收,第二节 防治污染的主要措施,甲氧苄胺嘧啶,循环套用,第二节 防治污染的主要措施,三、综合利用 从某种意义上讲，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，反映了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。,第二节 防
6、治污染的主要措施,氯霉素生产中的副产物邻硝基乙苯，是重要的污染物之一，将其制成杀草胺(Shacaoan)，就是一种优良的除草剂。,叶酸(Folic acid)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。经依次用水和液碱吸收后，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。,第二节 防治污染的主要措施,第二节 防治污染的主要措施,回收邻氯苯酚,第二节 防治污染的主要措施,四、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。设备的选型是否合理、设计是否恰当，与污染物的数量和浓度有很大的
7、关系。,第三节 废水的处理,一、废水的污染控制指标(一)基本概念 1.水质指标 表征废水性质的参数,有pH值、悬浮物（SS）、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、氨氮、总氮、总有机碳等指标。,第三节 废水的处理,pH值:反应废水酸碱性强弱的重要指标。悬浮物（suspended substance，SS）:是指废水中呈悬浮状态的固体。生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）是指在一定条件下，微生物氧化分解水中的有机物时所需的溶解氧的量。化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）是指在一定条件下，用强氧化剂氧化废水中的有机物所需的氧的
8、量。,CODCr：我国的废水检验标准规定以重铬酸钾作氧化剂，标记为CODCrCOD、BOD表征水被污染的程度。COD 能更精确地表示废水中的有机物的含量。COD-BOD=未能被微生物降解的污染物的含量。,第三节 废水的处理,第三节 废水的处理,氨氮（ammonia-nitrogen）是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。总氮（total nitrogen，TN）是水中各种形态无机和有机氮的总量。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。,第三节 废水的处理,总有机碳（total organic carbon，TOC）是指水
9、体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。TOC是一个快速检定的综合指标，它以碳的数量表示水中含有机物的总量。通常作为评价水体有机物污染程度的重要依据。,第三节 废水的处理,2.单位基准排水量排水量（displacement）是指在生产过程中直接用于工艺生产的水的排放量。不包括间接冷却水、锅炉排水、电站排水及厂区生活排水。单位基准排水量（unit of the base displacement）是指用于核定水污染物排放浓度而规定的生产单位产品的废水排放量上限值。,3.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)与废水(如制药生产过程中排出的各种废水)分别用各自不同的管路或渠道输
10、送、排放或贮留，以利于清水的循环套用和废水的处理。除清污分流外，还应将某些特殊废水与一般废水分开，以利于特殊废水的单独处理和一般废水的常规处理。,第三节 废水的处理,4.废水处理级数 按处理废水的程度不同，废水处理可分三级处理。一级处理（预处理）通常是采用物理方法或简单的化学方法除去水中的漂浮物和部分处于悬浮状态的污染物，以及调节废水的pH值等。通过一级处理可减轻废水的污染程度和后续处理的负荷。,第三节 废水的处理,二级处理主要指废水的生物处理。废水经过一级处理后，再经过二级处理，可除去废水中的大部分有机污染物，使废水得到进一步净化。二级处理适用于处理各种含有机污染物的废水。废水经二级处理后，
11、BOD5可降至20mg/L30mg/L，水质一般可达到规定的排放标准。,第三节 废水的处理,三级处理是一种净化要求较高的处理，目的是除去二级处理中未能除去的污染物，包括不能被微生物分解的有机物、可导致水体富营养化的可溶性无机物(如氮、磷等)以及各种病毒、病菌等。深度处理，只有特殊要求时才使用。BOD5达到5mg/L以下。,第三节 废水的处理,第三节 废水的处理,(二)制药废水中污染物的控制指标 1.常规污染物（normal pollutant）在国家污水综合排放标准中规定的有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。,
12、第三节 废水的处理,2.特征污染物（characteristic pollutant）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的污染物。国家污水综合排放标准中规定的此类污染物有很多种，即总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、氰化物、挥发酚、硫化物、硝基苯类、苯胺类、二氯甲烷。,3.总量控制指标 单位产品基准排水量。,第三节 废水的处理,二、废水处理的基本方法物理法是利用物理作用将废水中呈悬浮状态的污染物分离出来，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。物理法常用于废水的一级处理。,第三节 废水的处理,化学法是利用化学反应原理来分离、回收废
13、水中各种形态的污染物，如中和、凝聚、氧化和还原等。化学法常用于有毒、有害废水的处理，使废水达到不影响生物处理的条件。物理化学法是综合利用物理和化学作用除去废水中的污染物，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的工艺单元，得到了广泛的应用。,第三节 废水的处理,生物法是利用微生物的代谢作用，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物转化为稳定、无害的物质，如H2O和CO2等。生物法能够去除废水中的大部分有机污染物，是常用的二级处理法。,流程的组织一般遵循先易后难、先简后繁的规律。,第三节 废水的处理,三、废水的生物处理方法好氧生物处理(aerobic biolog
14、ical treatment)活性污泥法（activated-sludge process）生物膜法（biofilm process）厌氧生物处理(anaerobic biological treatment),第三节 废水的处理,(一)生物处理的基本原理 1.好氧生物处理 好氧生物处理是在有氧条件下，利用好氧微生物的作用将废水中的有机物分解为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。,第三节 废水的处理,优点 没有臭气产生，所需的处理时间比较短，在适宜条件下，有机物的生物去除率一般在80%90%左右。缺点 对于高浓度的有机废水，要供给好氧生物所需的氧气（空气）比较困难，需先用大量的水对废水进行
15、稀释，且在处理过程中要不断地补充水中的溶解氧，从而使处理的成本较高。,第三节 废水的处理,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，主要是厌氧菌的作用，来处理废水中的有机物。,第三节 废水的处理,优点 不需要供给氧气（空气），故动力消耗少，设备简单，并能回收一定数量的甲烷气体作为燃料，因而运行费用较低。缺点 处理时间较长，处理过程中常有硫化氢或其他一些硫化物生成，硫化氢与铁质接触就会形成黑色的硫化铁，使处理后的废水既黑又臭，需要进一步处理。,第三节 废水的处理,(二)生物处理对水质的要求 温度 pH值 营养物质 有毒物质 溶解氧 有机物浓度,第三节 废水的处理,(三)好氧生
16、物处理法1.活性污泥法 活性污泥是由好氧微生物（包括细菌、微型动物和其他微生物）及其代谢和吸附的有机物和无机物组成的生物絮凝体，具有很强的吸附和分解有机物的能力。,第三节 废水的处理,(1)活性污泥法性能指标 污泥浓度 可间接地反映混合液中所含微生物的数量。污泥沉降比 可反映正常曝气时的污泥量以及污泥的沉淀和凝聚性能。污泥容积指数 反映活性污泥松散程度的指标。,第三节 废水的处理,(2)活性污泥法的基本工艺流程,第三节 废水的处理,(3)常用曝气方式,普通曝气法,普通曝气法可使废水中有机物的生物去除率达到90%以上，出水水质较好，适用于处理要求高而水质较为稳定的废水。,第三节 废水的处理,逐步
17、曝气法,避免了普通曝气法池前段供氧不足，池后段供氧过剩的缺点。逐步曝气法适用于大型曝气池及高浓度有机废水的处理。,第三节 废水的处理,完全混合曝气法,由于废水和回流污泥与池内大量低浓度、水质均匀的混合液混和，因而进水水质的变化对活性污泥的影响很小，适用于水质波动大、浓度较高的有机废水的处理,第三节 废水的处理,纯氧曝气法 与普通曝气法相比，纯氧曝气的特点是水中的溶解氧增加，可达6mg/L10mg/L，氧的利用率由空气曝气法的4%10%提高到85%95%。高浓度的溶解氧可使污泥保持较高的活性和浓度，从而提高废水处理的效率。,第三节 废水的处理,深井曝气法曝气法,深井曝气法具有占地面积少、耐冲击负
18、荷性能好、处理效率高、剩余污泥少等优点，适合于高浓度有机废水的处理。此外，因曝气筒在地下，故在寒冷地区也可稳定运行。,第三节 废水的处理,(4)剩余污泥的处理,污泥脱水的方法主要有：沉淀浓缩法 自然晾晒法 机械脱水法,脱水后的污泥可采取以下几种方法进行最终处理。焚烧 作建筑材料的掺合物 作肥料 繁殖蚯蚓,第三节 废水的处理,2.生物膜法,生物膜法是依靠生物膜吸附和氧化废水中的有机物并同废水进行物质交换，从而使废水得到净化的另一种好氧生物处理法。根据处理方式与装置的不同，生物膜法可分为生物滤池法、生物转盘法和流化床生物膜法等。,(1)生物滤池,a)工艺流程,第三节 废水的处理,废水首先在初次沉淀
19、池中除去悬浮物、油脂等杂质，经预处理后的废水进入生物滤池进行净化。净化后的废水在二次沉淀池中除去生物滤池中剥落下来的生物膜，以保证出水的水质。,b)生物滤池的负荷,第三节 废水的处理,负荷是衡量生物滤池工作效率高低的重要参数，生物滤池的负荷有水力负荷和有机物负荷两种。,C)普通生物滤池,第三节 废水的处理,普通生物滤池的水力负荷和有机物负荷均较低，废水与生物膜的接触时间较长，废水的净化较为彻底。普通生物滤池的出水水质较好，曾经被广泛应用于生活污水和工业废水的处理。但普通生物滤池的工作效率较低，且容易滋生蚁蝇，卫生条件较差。,d)塔式生物滤池,第三节 废水的处理,由于滤池较高，废水与空气及生物膜
20、的接触非常充分，水力负荷和有机物负荷均大大高于普通生物滤池。同时塔式生物滤池的占地面积较小，基建费用较少，操作管理比较方便，因此，塔式生物滤池在废水处理中得到了广泛应用。,(2)生物转盘法,第三节 废水的处理,适应性较差，生物转盘一旦建成后，很难通过调整其性能来适应进水水质的变化或改变出水的水质。此外，仅依靠转盘转动所产生的传氧速率是有限的，如处理高浓度有机废水时，单纯用转盘转动来提供全部需氧量较为困难。,(3)生物流化床,第三节 废水的处理,由于载体的粒径一般为0.5mm1.5mm，比表面积较大，能吸附大量的微生物。由于载体颗粒处于流化状态，废水从其下部、左、右侧流过，不断地和载体上的生物膜
21、接触，使传质过程得到强化，同时由于载体不停地流动，可有效地防止生物膜的堵塞现象。,(四)厌氧生物处理法,1.传统厌氧消化池,第三节 废水的处理,传统厌氧消化池的特点是在一个池内实现厌氧发酵反应以及液体与污泥的分离过程。,2.厌氧接触法,第三节 废水的处理,可直接处理含较多悬浮物的废水，而且运行比较稳定，并有一定的抗冲击负荷的能力。此工艺的缺点是污泥在池内呈分散、细小的絮状，沉淀性能较差，因而难以在沉淀池中进行固液分离，所以出水中常含有一定数量的污泥。,3.上流式厌氧污泥床,第三节 废水的处理,上流式厌氧污泥床的体积较小，且不需要污泥回流，可直接处理含悬浮物较多的废水，不会发生堵塞现象。但装置的
22、结构比较复杂，特别是气-液-固三相分离器对系统的正常运行和处理效果影响很大，设计与安装要求较高。此外，装置对水质和负荷的突然变化比较敏感，要求废水的水质和负荷均比较稳定。,四、各类制药废水的处理,l.含悬浮物或胶体的废水 废水中所含的悬浮物一般可通过沉淀、过滤或气浮等方法除去。气浮法的原理是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其密度小于水而上浮到水面，从而实现固液分离。,第三节 废水的处理,2.酸碱性废水,对于浓度较高的酸性或碱性废水应尽量考虑回收和综合利用回收后的剩余废水或浓度较低、不易回收的酸性或碱性废水必须中和至中性。中和时应尽量使用现有的废酸或废碱，若酸、碱废水互相中
23、和后仍达不到处理要求，可补加药剂（酸性或碱性物质）进行中和。,第三节 废水的处理,3.含无机物废水,制药废水中所含的无机物通常为卤化物、氰化物、硫酸盐以及重金属离子等，常用的处理方法有稀释法、浓缩结晶法和各种化学处理法。对于不含毒物又不易回收利用的无机盐废水可用稀释法处理。,例如，用高压水解法处理高浓度含氰废水，去除率可达99.99%以上。,第三节 废水的处理,4.含有机物废水,常用的回收和综合利用方法有蒸馏、萃取和化学处理等。回收后符合排放标准的废水，可直接排入下水道。对于低浓度、不易被氧化分解的有机废水，这些废水可用沉淀、萃取、吸附等物理、化学或物理化学方法进行处理。对于浓度高、热值高、可
24、用焚烧法进行处理。,第三节 废水的处理,按所含主要污染物的性质不同，化学制药厂排出的废气可分为三类含尘（固体悬浮物）废气含无机污染物废气（inorganic waste gas）含有机污染物废气（organic waste gas）,第四节 废气的处理,第四节 废气的处理,1.机械除尘,单层重力沉降室,反转式惯性除尘器,一、含尘废气的处理,第四节 废气的处理,机械除尘设备具有结构简单、易于制造、阻力小和运转费用低等特点，但此类除尘设备只对大粒径粉尘的去除效率较高，而对小粒径粉尘的捕获率很低。为了取得较好的分离效率，可采用多级串联的形式，或将其作为一级除尘使用。,2.洗涤除尘,第四节 废气的处理
25、,又称湿式除尘，它是用水（或其他液体）洗涤含尘气体，利用形成的液膜、液滴或气泡捕获气体中的尘粒，尘粒随液体排出，气体得到净化。,3.过滤除尘,第四节 废气的处理,过滤除尘是使含尘气体通过多孔材料，将气体中的尘粒截留下来，使气体得到净化。,氯霉素干燥工段气流净化流程,第四节 废气的处理,第四节 废气的处理,二、含无机物废气的处理,废气中常见的无机污染物一般都可选择适宜的吸收剂和吸收装置进行处理，并可回收有价值的副产物。,第四节 废气的处理,第四节 废气的处理,氯化氢尾气吸收工艺流程图,第四节 废气的处理,三、含有机物废气的处理,1.冷凝法,间接冷凝,直接冷凝,第四节 废气的处理,第四节 废气的处
26、理,2.吸收法,吸收法可用于处理有机污染物含量较低或沸点较低的废气，并可回收获得一定量的有机化合物。如用水或乙二醛水溶液吸收废气中的胺类化合物，用稀硫酸吸收废气中的吡啶类化合物，用水吸收废气中的醇类和酚类化合物，用亚硫酸氢钠溶液吸收废气中的醛类化合物，用柴油或机油吸收废气中的某些有机溶剂（如苯、甲醇、乙酸丁酯等）等。,第四节 废气的处理,3.吸附法,间歇式吸附工艺流程，适用于处理间歇排放，且排气量较小、排气浓度较低的废气。,第四节 废气的处理,半连续吸附工艺流程。运行时，一台吸附器进行吸附操作，另一台吸附器进行再生操作，再生操作的周期一般小于吸附操作的周期，否则需增加吸附器的台数。,第四节 废
27、气的处理,4.燃烧法,催化燃烧法，即在氧化催化剂的作用下，使废气中的可燃组分或可高温分解组分在较低的温度下进行燃烧反应而转化成CO2和H2O。催化燃烧法处理废气的流程一般包括预处理、预热、反应和热回收等部分，,第四节 废气的处理,5.生物法,含有机污染物的废气首先在增湿器中增湿，然后进入生物过滤器。生物过滤器是由土壤、堆肥或活性炭等多孔材料构成的滤床，其中含有大量的微生物。增湿后的废气在生物过滤器中与附着在多孔材料表面的微生物充分接触，其中的有机污染物被微生物吸附吸收，并被氧化分解为无机物，从而使废气得到净化。,一、回收和综合利用,第五节 废渣的处理,2、废渣的处理,1.化学法 化学法是利用废
28、渣中所含污染物的化学性质，通过化学反应将其转化为稳定、安全的物质，是一种常用的无害化处理技术。,第五节 废渣的处理,2.焚烧法,第五节 废渣的处理,焚烧法是使废渣与过量的空气在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，从而使废渣中所含的污染物在高温下氧化分解而破坏，是一种高温处理和深度氧化的综合工艺。,3.热解法,第五节 废渣的处理,热解法与焚烧法是两个完全不同的处理过程。焚烧过程放热，其热量可以回收利用；而热解则是吸热的。焚烧的产物主要是水和二氧化碳，无利用价值；而热解产物主要为可燃的小分子化合物，如气态的氢、甲烷，液态的甲醇、丙酮、乙酸、乙醛等有机物以及焦油和溶剂油等，固态的焦炭或炭黑，这些产品可以回收利用。,4.填埋法,填埋法是将一时无法利用、又无特殊危害的废渣埋入土中，利用微生物的长期分解作用而使其中的有害物质降解。,第五节 废渣的处理,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
