制藥工藝與環(huán)境保護分析

1、2024/1/16,,第七章 制藥工藝與環(huán)境保護,第一節(jié) 概 述,一、環(huán)境保護的重要性二、我國防治污染的方針政策三、化學制藥廠污染的特點和現(xiàn)狀 1. 數(shù)量少、組分多、變動性大 2. 間歇排放 3. pH值不穩(wěn)定 4. 化學需氧量（COD）高,第二節(jié) “三廢”的消除和減少,一、采用綠色生產(chǎn)工藝 (一) 設計或重新設計少污染或無污染的生產(chǎn)工藝 例1、非甾體消炎鎮(zhèn)痛藥布洛芬(Ibuprofen，6-1)的

2、合成曾采用Darzens合成路線，從原料異丁苯(6-2)到成品需如下六步反應：,采用新發(fā)明的方法生產(chǎn)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。,例2、苯甲醛 是一種重要的中間體，傳統(tǒng)的合成路線是以甲苯 為原料通過亞芐基二氯 水解而得：,間接電解氧化法制備苯甲醛 是一條綠色生產(chǎn)工藝：,(二) 優(yōu)化工藝條件 例 乙酰苯胺 的硝化反應：原工藝要求將乙酰苯胺 溶于硫酸中，再

3、加混酸進行硝化反應。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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。,(三) 改進操作方法 例 抗菌藥諾氟沙星(Norfloxacin)合成中的對氯硝基苯 氟化反應，原工藝采用二甲基亞砜(DMSO)作溶劑。 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。,(四) 采用新技術(shù) 例 在藥物中間體4-氨

4、基吡啶的合成中，原工藝采用鐵粉還原 硝基氧化吡啶制備 4-氨基吡啶。 現(xiàn)采用催化加氫還原技術(shù)，既簡化了工藝操作，又消除了環(huán)境污染。,苯乙酸是合成藥物的重要中間體。目前工業(yè)上仍以苯乙腈水解來制備，而苯乙腈又是由芐氯和氫氰酸反應來合成的。現(xiàn)在通過芐氯羰化合成苯乙酸已經(jīng)獲得成功：,二、循環(huán)使用與無害化工藝,氯霉素合成中的乙?；磻?,原工藝將母液蒸發(fā)濃縮回收,將反應母液循環(huán)套用，可顯著地減少環(huán)境污染。 其它的如催化劑、活性炭等經(jīng)過處

5、理后也可考慮反復使用?；瘜W制藥工業(yè)中冷卻水的用量占總用水量的比例一般很大，必須考慮水的循環(huán)使用，盡可能實現(xiàn)水的閉路循環(huán)。,三、綜合利用 從某種意義上講，化學制藥過程中產(chǎn)生的廢棄物也是一種“資源”。 例如，氯霉素生產(chǎn)中的副產(chǎn)物鄰硝基乙苯，是重要的污染物之一，將其制成殺草胺(Shacaoan)，就是一種優(yōu)良的除草劑。,又如，葉酸(Folic acid)合成中的丙酮氯化反應：,反應過程中放出大量的氯化氫廢氣，直接排放將對環(huán)境造成

6、嚴重污染。經(jīng)依次用水和液堿吸收后，既消除了氯化氫氣體造成的污染，又可回收得到一定濃度的鹽酸。,第三節(jié) 藥廠“三廢”的無害化處理,一、廢水的處理(一)、廢水處理的基本概念1、水質(zhì)指標：BOD、COD、pH、懸浮物、有害物質(zhì)含量等。生化需氧量（BOD）—是指在一定條件下微生物分解水中有機物時所需的氧量。常用BOD5,即5日生化需氧量，表示在20 ℃下培養(yǎng)5日，1L水中溶解氧的減少量。單位 mg/L。,化學需氧量（COD）

7、—是指在一定條件下用強氧化劑（K2Cr2O7 或 KMnO4)使污染物氧化所消耗的氧量。COD與BOD之差，表示未能被微生物降解的污染物含量。2、清污分流 清污分流是指將清水（間接冷卻水、雨水、生活用水等）、污水（包括藥物生產(chǎn)過程中排出的各種廢水）分別經(jīng)過各自的管道進行排泄或儲留，以利于清水的套用和污水的處理。,一級處理—主要是預處理，用機械方法或簡單化學方法使廢水中懸浮物、泥沙、油類或膠態(tài)物質(zhì)沉淀下來，以及調(diào)整廢水的酸

8、堿度。 二級處理—主要指生化處理法，適用于處理各種有機污染的廢水。經(jīng)生化法處理后，廢水中可被微生物分解的有機物一般可去除90%左右，固體懸浮物可去除90%-95%。二級處理能大大改善水質(zhì)，處理后的污水一般能達到排放的要求。 三級處理—又稱深度處理，只在有特殊要求時才使用。,3、廢水處理的級數(shù),4、廢水的污染控制指標 在《國家污水綜合排放標準》中，按污染物對人體健康的影響程度，將污染物分為2類。 a. 第一類污

9、染物 指能在環(huán)境或生物體內(nèi)積累，對人體健康產(chǎn)生長遠不良影響的污染物?！秶椅鬯C合排放標準》中規(guī)定的此類污染物有13種，即總汞、烷基汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛、總鎳、苯并(?)芘、總鈹、總銀、總? 放射性和總ß放射性。 b. 第二類污染物 指其長遠影響小于第一類的污染物。在《國家污水綜合排放標準》中規(guī)定的有pH值、化學需氧量、生化需氧量、色度、懸浮物、石油類、揮發(fā)性酚類、氰化物、硫化物、氟化物

10、、硝基苯類、苯胺類等共20項。,（二）廢水處理的基本方法 廢水處理技術(shù)按作用原理一般可分為物理法、化學法、物理化學法和生物法。 物理法是利用物理作用將廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物分離出來，在分離過程中不改變其化學性質(zhì)，如沉降、氣浮、過濾、離心、蒸發(fā)、濃縮等。 化學法是利用化學反應原理來分離、回收廢水中各種形態(tài)的污染物，如中和、凝聚、氧化和還原等。,物理化學法是綜合利用物理和化學作用除去廢水中的污染物，如吸附法、離

11、子交換法和膜分離法等。 生物法是利用微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解和膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)，如H2O和CO2等。 廢水處理流程的組織一般遵循先易后難、先簡后繁的規(guī)律。,（三）廢水的生物處理法,1、生物法處理的基本原理 好氧生物處理是在有氧條件下，利用好氧微生物的作用將廢水中的有機物分解為CO2和H2O，并釋放出能量的代謝過程。有機物(CxHyOz)在氧化過程中釋放出的氫與氧

12、結(jié)合生成水，如下式所示：,在好氧生物處理過程中，有機物的分解比較徹底，最終產(chǎn)物是含能量最低的CO2和H2O，故釋放的能量較多，代謝速度較快，代謝產(chǎn)物也很穩(wěn)定。 好氧生物法的缺點是對于高濃度的有機廢水，要供給好氧微生物所需的氧氣(空氣)比較困難，需先用大量的水對廢水進行稀釋，且在處理過程中要不斷地補充水中的溶解氧，從而使處理的成本較高。,水解酸化階段,產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段,產(chǎn)甲烷階段,厭氧生物處理是在無氧條件下，利用厭氧微生物，主要是

13、厭氧菌的作用，來處理廢水中的有機物。最終的代謝產(chǎn)物是一些低分子有機物、CH4、H2S和NH4＋等。,2、生物法處理對水質(zhì)的要求 a．溫度 好氧微生物處理的水溫宜在20-40℃。 厭氧微生物處理的適宜水溫在10-30℃、35-38℃和50-55℃。 b．pH值 好氧微生物，廢水的pH值在6-9； 厭氧微生物，廢水的pH值在6.5-7.5。c．營養(yǎng)物質(zhì) d．有毒物質(zhì) e．溶解氧 f

14、．有機物濃度,3、好氧生物處理法(1)活性污泥法 活性污泥是由好氧微生物(包括細菌、微型動物和其它微生物)及其代謝和吸附的有機物和無機物組成的生物絮凝體，具有很強的吸附和分解有機物的能力。 ①活性污泥的性能指標 衡量活性污泥數(shù)量和性能好壞的指標主要有污泥濃度(MLSS)、污泥沉降比(SV)和污泥容積指數(shù)(SVI)等。 污泥指數(shù)的計算方法為：,,②活性污泥法的基本工藝流程,③常用曝氣方式 按曝氣方式

15、不同，活性污泥法可分為普通曝氣法、逐步曝氣法、完全混合曝氣法、純氧曝氣法和深井曝氣法等多種方法。,④剩余污泥的處理 污泥脫水的方法主要有：①沉淀濃縮法 ②自然晾曬法 ③機械脫水法,脫水后的污泥可采取以下幾種方法進行最終處理：①焚燒 ②作建筑材料的摻合物 ③作肥料 ④繁殖蚯蚓,(2)生物膜法,生物膜法是依靠生物膜吸附和氧化廢水中的有機物并同廢水進行物質(zhì)交換，從而使廢水得到凈化的另一種好氧生物處理法。 根據(jù)處理方式

16、與裝置的不同，生物膜法可分為生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法和流化床生物膜法等。,4、厭氧生物處理法,（1）傳統(tǒng)厭氧消化池,（2）厭氧接觸法,（3）上流式厭氧污泥床,（四）各類制藥廢水的處理,l. 含懸浮物或膠體的廢水 廢水中所含的懸浮物一般可通過沉淀、過濾或氣浮等方法除去。氣浮法的原理是利用高度分散的微小氣泡作為載體去粘附廢水中的懸浮物，使其密度小于水而上浮到水面，從而實現(xiàn)固液分離。,2. 酸堿性廢水,對于濃度較高的酸性或堿性廢水應

17、盡量考慮回收和綜合利用。 回收后的剩余廢水或濃度較低、不易回收的酸性或堿性廢水必須中和至中性。,3. 含無機物廢水,制藥廢水中所含的無機物通常為鹵化物、氰化物、硫酸鹽以及重金屬離子等，常用的處理方法有稀釋法、濃縮結(jié)晶法和各種化學處理法。對于不含毒物又不易回收利用的無機鹽廢水可用稀釋法處理。,例如，用高壓水解法處理高濃度含氰廢水，去除率可達99.99%以上。,4. 含有機物廢水,常用的回收和綜合利用方法有蒸餾、萃取和化學處理等?；厥蘸?/p>

18、符合排放標準的廢水，可直接排入下水道。 對于低濃度、不易被氧化分解的有機廢水，這些廢水可用沉淀、萃取、吸附等物理、化學或物理化學方法進行處理。 對于濃度高、熱值高、可用焚燒法進行處理。,二、廢氣的處理,按所含主要污染物的性質(zhì)不同，化學制藥廠排出的廢氣可分為三類，即含塵(固體懸浮物)廢氣、含無機污染物廢氣和含有機污染物廢氣。 根據(jù)所含污染物的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，通過冷凝、吸收、吸附、燃燒、催化等方法進行無害化處理。,1

19、、含塵廢氣的處理,（1） 機械除塵,(2)洗滌除塵,(3)過濾除塵,氯霉素干燥工段氣流凈化流程圖,2、含無機物廢氣,（1）. 吸收裝置,(2) 吸收法處理無機廢氣實例,3、含有機物廢氣,(l). 冷凝法,(2). 吸收法,適宜吸收劑的選擇比較困難 吸收法不宜處理有機污染物含量過低的廢氣。,(3). 吸附法,(4). 燃燒法,（5）. 生物法,三、廢渣的處理,1、回收和綜合利用,2、廢渣的處理,（1）化學法 化學法是利用廢渣中所