制药工艺与环境保护.

2020/1/4第七章制药工艺与环境保护第一节概述一、环境保护的重要性二、我国防治污染的方针政策三、化学制药厂污染的特点和现状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（COD）高第二节“三废”的消除和减少一、采用绿色生产工艺(一)设计或重新设计少污染或无污染的生产工艺例1、非甾体消炎镇痛药布洛芬(Ibuprofen，6-1)的合成曾采用Darzens合成路线，从原料异丁苯(6-2)到成品需如下六步反应：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。CH2CH(CH3)2COCH3HF(CH3CO)2OH2RaneyNi(6-2)CO,PdCH2CH(CH3)2CHH3COH(6-1)电解氧化反应Mn2+Mn3++eCH3CHO+4Mn3++H2O+4Mn2++4H+例2、苯甲醛是一种重要的中间体，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：CH3CHCl2光和热Cl2CHOH2OH+间接电解氧化法制备苯甲醛是一条绿色生产工艺：(二)优化工艺条件例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的处理负担。NHCOCH3+HNO3+H2ONHCOCH3NO2H2SO4(三)改进操作方法例抗菌药诺氟沙星(Norfloxacin)合成中的对氯硝基苯氟化反应，原工艺采用二甲基亚砜(DMSO)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。NO2ClDMSO+KFNO2FNO2F环丁砜(四)采用新技术例在药物中间体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。Fe,CH3COOHH2,RaneyNi,CH3CH2OHNNH2NNH2ONNO2苯乙酸是合成药物的重要中间体。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的。现在通过苄氯羰化合成苯乙酸已经获得成功：CH2ClCH2COOHH2O+COOH-二、循环使用与无害化工艺NO2COCH2NH2+(CH3CO)2O+CH3COONaH2OHCl.NO2COCH2NHCOCH3++2CH3COOHNaCl氯霉素合成中的乙酰化反应原工艺将母液蒸发浓缩回收将反应母液循环套用，可显著地减少环境污染。其它的如催化剂、活性炭等经过处理后也可考虑反复使用。化学制药工业中冷却水的用量占总用水量的比例一般很大，必须考虑水的循环使用，尽可能实现水的闭路循环。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”。例如，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。C2H5NO2C2H5NH2还原(2)NaOH(1)CH3CHCH3Br又如，叶酸(Folicacid)合成中的丙酮氯化反应：+Cl2+HClCCH3CH3OCCCH3OClClCl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。第三节药厂“三废”的无害化处理一、废水的处理(一)、废水处理的基本概念1、水质指标：BOD、COD、pH、悬浮物、有害物质含量等。生化需氧量（BOD）—是指在一定条件下微生物分解水中有机物时所需的氧量。常用BOD5,即5日生化需氧量，表示在20℃下培养5日，1L水中溶解氧的减少量。单位mg/L。化学需氧量（COD）—是指在一定条件下用强氧化剂（K2Cr2O7或KMnO4)使污染物氧化所消耗的氧量。COD与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将清水（间接冷却水、雨水、生活用水等）、污水（包括药物生产过程中排出的各种废水）分别经过各自的管道进行排泄或储留，以利于清水的套用和污水的处理。一级处理—主要是预处理，用机械方法或简单化学方法使废水中悬浮物、泥沙、油类或胶态物质沉淀下来，以及调整废水的酸碱度。二级处理—主要指生化处理法，适用于处理各种有机污染的废水。经生化法处理后，废水中可被微生物分解的有机物一般可去除90%左右，固体悬浮物可去除90%-95%。二级处理能大大改善水质，处理后的污水一般能达到排放的要求。三级处理—又称深度处理，只在有特殊要求时才使用。3、废水处理的级数4、废水的污染控制指标在《国家污水综合排放标准》中，按污染物对人体健康的影响程度，将污染物分为2类。a.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的污染物。《国家污水综合排放标准》中规定的此类污染物有13种，即总汞、烷基汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、苯并()芘、总铍、总银、总放射性和总ß放射性。b.第二类污染物指其长远影响小于第一类的污染物。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。（二）废水处理的基本方法废水处理技术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。化学法是利用化学反应原理来分离、回收废水中各种形态的污染物，如中和、凝聚、氧化和还原等。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。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。废水处理流程的组织一般遵循先易后难、先简后繁的规律。废水的生物处理法好氧生物处理厌氧生物处理活性污泥法生物膜法（三）废水的生物处理法1、生物法处理的基本原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。有机物(CxHyOz)在氧化过程中释放出的氢与氧结合生成水，如下式所示：CxHyOz+O2酶CO2+H2O+能量在好氧生物处理过程中，有机物的分解比较彻底，最终产物是含能量最低的CO2和H2O，故释放的能量较多，代谢速度较快，代谢产物也很稳定。好氧生物法的缺点是对于高浓度的有机废水，要供给好氧微生物所需的氧气(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。水解酸化阶段产氢产乙酸阶段产甲烷阶段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。最终的代谢产物是一些低分子有机物、CH4、H2S和NH4＋等。2、生物法处理对水质的要求a．温度好氧微生物处理的水温宜在20-40℃。厌氧微生物处理的适宜水温在10-30℃、35-38℃和50-55℃。b．pH值好氧微生物，废水的pH值在6-9；厌氧微生物，废水的pH值在6.5-7.5。c．营养物质d．有毒物质e．溶解氧f．有机物浓度3、好氧生物处理法(1)活性污泥法活性污泥是由好氧微生物(包括细菌、微型动物和其它微生物)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。①活性污泥的性能指标衡量活性污泥数量和性能好坏的指标主要有污泥浓度(MLSS)、污泥沉降比(SV)和污泥容积指数(SVI)等。污泥指数的计算方法为：MLSS0100SVSVI②活性污泥法的基本工艺流程③常用曝气方式按曝气方式不同，活性污泥法可分为普通曝气法、逐步曝气法、完全混合曝气法、纯氧曝气法和深井曝气法等多种方法。④剩余污泥的处理污泥脱水的方法主要有：①沉淀浓缩法②自然晾晒法③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：①焚烧②作建筑材料的掺合物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。4、厌氧生物处理法（1）传统厌氧消化池（2）厌氧接触法（3）上流式厌氧污泥床（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。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。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。NaCN+2H2O1%~1.5%NaOHHCOONa+NH3170C~180C,1.47MPaOO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。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、可用焚烧法进行处理。二、废气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，即含尘(固体悬浮物)废气、含无机污染物废气和含有机污染物废气。根据所含污染物的物理性质和化学性质，通过冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等方法进行无害化处理。1、含尘废气的处理（1）机械除尘(2)洗涤除尘(3)过滤除尘氯霉素干燥工段气流净化流程图2、含无机物废气（1）.吸收装置(2)吸收法处理无机废气实例3、含有机物废气(l).冷凝法(2).吸收法适宜吸收剂的选择比较困难吸收法不宜处理有机污染物含量过低的废气。(3).吸附法(4).燃烧法（5）.生物法三、废渣的处理1、回收和综合利用2、废渣的处理（1）化学法化学法是利用废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。（2）焚烧法（3）热解法（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。除以上几种方法外，废渣的处理方法还有生物法、湿式氧化法和抛海法等多种方法。