從源頭解決化工污染問題探討

張連海 史向榮(天津瀛江香精香料有限公司,天津 300000)

化工生產(chǎn)的污染是一個令全世界頭痛的問題。過去，隨著發(fā)達(dá)國家對國內(nèi)環(huán)保問題的日益重視，很多污染嚴(yán)重的化工產(chǎn)業(yè)逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。如今，世界各地都開始重視環(huán)境問題，發(fā)展中國家也紛紛開始反思以犧牲環(huán)境換取經(jīng)濟發(fā)展的重大弊端。因此，找到切實可行、有效的辦法解決化工生產(chǎn)的污染問題，已經(jīng)成為世界各國重點攻關(guān)的重要戰(zhàn)略性課題。

目前化工污染廢物的治理主要還是以末端治理為主。也就是，先產(chǎn)生污染廢物，然后再進(jìn)行治理。由于這種末端治理的費用高，難度大，因此很多不具備廢物處理能力的企業(yè)就會私自、非法排放污染物，給環(huán)境保護(hù)帶來巨大壓力。另外，末端治理還容易產(chǎn)生二次污染。即便采用一定技術(shù)手段處理生成的廢物，這也是治標(biāo)不治本的，同時也是不經(jīng)濟的。最好的解決方案就是從源頭上消除污染[1]。

1 采用新原料、新路線

以苯甲醛的生產(chǎn)為例。最早普遍采用甲苯氯代并水解法，污染大，且成品苯甲醛中含有氯代物，而氯代物的存在因其潛在的生物毒害性限制了該產(chǎn)品在食品及化妝品等中的應(yīng)用。目前新上馬的苯甲醛工藝主要采用甲苯直接氧化法。直接氧化法可以用空氣氧化甲苯制備苯甲醛，不會引入氯代物，不會產(chǎn)生大量廢鹽，污染相對來說就大為減小。

由醇制備醛、酮，最直接的辦法就是化學(xué)氧化法，最常用的就是鉻系、錳系等的氧化劑。這些氧化劑的氧化效果較好，但污染卻很嚴(yán)重，會產(chǎn)生大量固體廢渣，難以處理，也是一類重要環(huán)境污染物。而采用催化脫氫法，則可以避免這一重大環(huán)境問題。脫氫法無需化學(xué)氧化劑，催化劑用量很少且可以循環(huán)使用，產(chǎn)物只有目標(biāo)產(chǎn)物和氫氣，而氫氣又是一種清潔能源，因此催化脫氫法將是未來由醇制備醛、酮的主流發(fā)展方向[2]。

傳統(tǒng)的酯化反應(yīng)主要使用小分子酸做催化劑，如：硫酸、磷酸、對甲苯磺酸等，污染大且腐蝕設(shè)備。而采用固體形式的酸做催化劑，反應(yīng)結(jié)束后通過過濾等辦法回收催化劑并循環(huán)套用，就可以消除因使用普通酸催化所帶來的廢水、廢鹽等污染問題。目前工業(yè)上已經(jīng)有很多此類工藝采用酸性離子交換樹脂等固體酸做催化劑，工藝簡單、污染小，符合綠色化工工藝的要求[3]。

2 物料、廢水等的循環(huán)套用

化工生產(chǎn)中，有些環(huán)節(jié)的物料、廢水等經(jīng)過一定的技術(shù)處理，可以循環(huán)套用，實現(xiàn)零排放，這樣就可以大大減輕環(huán)保壓力。而且，因為企業(yè)對這種物料、廢水的成分、性質(zhì)等非常了解，可以采用具有針對性的處理辦法，往往事半功倍，最終實現(xiàn)物料、水等的閉路循環(huán)，既降低了生產(chǎn)成本，又大大減輕環(huán)保治理的壓力。

比如，瀛洋集團(tuán)生產(chǎn)苯乙醇，過去的老工藝會產(chǎn)生大量廢水，環(huán)保壓力很大。后來采用了廢水循環(huán)套用的新技術(shù)，基本達(dá)到了廢水零排放的效果[4]。這使得他們在該產(chǎn)品生產(chǎn)上可以領(lǐng)先于其他競爭對手。

羥醛縮合反應(yīng)也是一個污染較大的反應(yīng)，反應(yīng)一般需要堿催化，會產(chǎn)生難以用生化法處理的高鹽廢水，處理起來非常麻煩，處理成本很高。但針對不同性質(zhì)的產(chǎn)品，基本上都可以找到廢物循環(huán)套用的辦法，使得催化劑和溶劑可以循環(huán)使用，這樣就從根本上杜絕了這些污染物的排放，且可以明顯降低生產(chǎn)成本。

3 生化等工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)化工工藝

生化法在制備某些化工產(chǎn)品方面具有傳統(tǒng)化學(xué)法所不具備的優(yōu)點，如反應(yīng)條件溫和、廢物容易處理等。生物發(fā)酵法，一般都是在常溫或略高于常溫條件下反應(yīng)，不使用強酸、強堿、重金屬等比較苛刻的催化劑。反應(yīng)產(chǎn)生的廢物以有機物為主，可以通過常規(guī)處理方法處理。而且生化工藝還可以用比較簡單的工藝制備出用化學(xué)法需要特別復(fù)雜工藝才能生產(chǎn)的產(chǎn)品。因此，生化工藝是未來化工生產(chǎn)的一個重要發(fā)展方向。

比如，愛普公司的杜毅等用發(fā)酵法制備天然香蘭素[5]，就是一個很好的例子。化學(xué)合成香蘭素早期用亞硝化法，污染非常大，后來開發(fā)了乙醛酸法等新工藝，污染相對亞硝化法大大減小，但還是會產(chǎn)生大量廢水。若是能夠用生化法代替化學(xué)法，污染會進(jìn)一步大幅減小。

4 尋找高污染產(chǎn)品的綠色替代品

氟利昂是導(dǎo)致大氣臭氧層空洞的罪魁禍?zhǔn)字弧Ｄ壳叭澜缍荚谟闷渌评鋭┐娣海詼p少對大氣臭氧層的破壞。

硫酸二甲酯曾是工業(yè)甲基化反應(yīng)的首選原料，因為用它進(jìn)行甲基化反應(yīng)，收率高、選擇性好、條件溫和、價格便宜。但硫酸二甲酯毒性太大，環(huán)保及安全方面的壓力都較大。后來人們用低毒的碳酸二甲酯代替硫酸二甲酯，并逐漸成為當(dāng)今工業(yè)甲基化反應(yīng)的首選原料。

脲醛樹脂是用于制備膠合板、密度板的主要粘合劑，但隨著人們環(huán)保意識的加強，這種可以緩慢釋放甲醛的粘合劑逐漸被人們厭惡。Oregon州立大學(xué)的Kaichang Li等推出了一種用大豆粉制備的綠色環(huán)保粘合劑，并獲得了美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎[6]。

很多污染較大的產(chǎn)品均可以找到有效的、更加環(huán)保的替代品。目前阻礙這種替代過程的最大問題是成本問題。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前還在使用的高污染產(chǎn)品必將被更加環(huán)保的新產(chǎn)品所替代。

5 新技術(shù)節(jié)能降耗

能耗越高的產(chǎn)品，環(huán)保壓力越大。因此，減少能耗，也是減輕化工生產(chǎn)環(huán)保壓力的一個有效手段。

比如熱泵精餾技術(shù)。傳統(tǒng)精餾餾出物在通過冷凝器降溫之后，冷凝介質(zhì)吸收的熱量就白白浪費掉了。傳統(tǒng)冷凝器的冷凝介質(zhì)需要采用冷卻塔進(jìn)行冷卻，然后再循環(huán)工作，這樣這部分熱量沒有任何再利用的價值。采用熱泵精餾技術(shù)，可以將這部分熱量經(jīng)過絕熱壓縮提高溫度后用于加熱待蒸餾物料，這就使得精餾的能耗可以大幅降低。這種技術(shù)尤其適合蒸餾水等蒸發(fā)潛熱較大的物料[7]。

6 副產(chǎn)物的綜合利用

化工生產(chǎn)中，原子經(jīng)濟性100%的產(chǎn)品并不多見，大多數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)都會生成一定的副產(chǎn)物。很多副產(chǎn)物對生產(chǎn)企業(yè)來說屬于廢物，需要花費一定資金進(jìn)行處理；而對其他行業(yè)或企業(yè)來說卻是有用的原料或產(chǎn)品。因此，若能將生產(chǎn)中的副產(chǎn)物綜合利用，既也可以從源頭上減小環(huán)保壓力，又可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

德國巴斯夫公司使用副產(chǎn)的一氧化二氮作為氧化劑，用于氧化環(huán)戊烯制備環(huán)戊酮，既避免了大量氮氧化物的直接排放，又降低了生產(chǎn)成本[8]。

河北金牛公司，將自己副產(chǎn)的氫氣供應(yīng)給周邊其他需要氫氣的公司，使得其他公司總體能耗大幅降低，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

7 結(jié)語

從源頭采取技術(shù)手段解決潛在的污染問題是未來化工生產(chǎn)發(fā)展的主流。源頭治理費用低、工藝簡潔、次生污染小，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。只有從源頭上治理化工生產(chǎn)的環(huán)保問題，才是真正高效、治本的解決之道。

[1]吳鑫干，尹娟娟，胡在君.苯甲醛的合成進(jìn)展.精細(xì)石油化工，2002年7月，第4期，57-63.

[2]雷濤.正己醇催化脫氫制備正己醛研究.西北大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2010年.

[3]劉浩，劉雷，曾哲靈，陳蓮花.離子交換樹脂型催化劑在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用.江西科學(xué)，2008年8月，26卷4期，658-661.

[4]張賓山等.廢水零排放工藝制備環(huán)氧苯乙烷的方法，中國發(fā)明專利CN102311408A.

[5]杜毅，張兆斌，曾義勇，陳洪.發(fā)酵法制備天然香蘭素的研究.香料香精化妝品，2011年6月第3期，30-34.

[6]高彤.綠色的化學(xué)，綠色的產(chǎn)品----總統(tǒng)獎表彰推進(jìn)綠色環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展的化學(xué)成就.上海化工，2007年，32卷，12期，13-14頁.

[7]許維秀，朱圣東，李其京.化工節(jié)能中的熱泵精餾工藝流程分析.節(jié)能，2004年第10期，19-22.

[8]J-特萊斯等.制備環(huán)戊酮的方法，2007年，中國發(fā)明專利CN101027273A.