从源头解决化工污染问题探讨

张连海 史向荣(天津瀛江香精香料有限公司,天津 300000)

化工生产的污染是一个令全世界头痛的问题。过去，随着发达国家对国内环保问题的日益重视，很多污染严重的化工产业逐步向发展中国家转移。如今，世界各地都开始重视环境问题，发展中国家也纷纷开始反思以牺牲环境换取经济发展的重大弊端。因此，找到切实可行、有效的办法解决化工生产的污染问题，已经成为世界各国重点攻关的重要战略性课题。

目前化工污染废物的治理主要还是以末端治理为主。也就是，先产生污染废物，然后再进行治理。由于这种末端治理的费用高，难度大，因此很多不具备废物处理能力的企业就会私自、非法排放污染物，给环境保护带来巨大压力。另外，末端治理还容易产生二次污染。即便采用一定技术手段处理生成的废物，这也是治标不治本的，同时也是不经济的。最好的解决方案就是从源头上消除污染[1]。

1 采用新原料、新路线

以苯甲醛的生产为例。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潜在的生物毒害性限制了该产品在食品及化妆品等中的应用。目前新上马的苯甲醛工艺主要采用甲苯直接氧化法。直接氧化法可以用空气氧化甲苯制备苯甲醛，不会引入氯代物，不会产生大量废盐，污染相对来说就大为减小。

由醇制备醛、酮，最直接的办法就是化学氧化法，最常用的就是铬系、锰系等的氧化剂。这些氧化剂的氧化效果较好，但污染却很严重，会产生大量固体废渣，难以处理，也是一类重要环境污染物。而采用催化脱氢法，则可以避免这一重大环境问题。脱氢法无需化学氧化剂，催化剂用量很少且可以循环使用，产物只有目标产物和氢气，而氢气又是一种清洁能源，因此催化脱氢法将是未来由醇制备醛、酮的主流发展方向[2]。

传统的酯化反应主要使用小分子酸做催化剂，如：硫酸、磷酸、对甲苯磺酸等，污染大且腐蚀设备。而采用固体形式的酸做催化剂，反应结束后通过过滤等办法回收催化剂并循环套用，就可以消除因使用普通酸催化所带来的废水、废盐等污染问题。目前工业上已经有很多此类工艺采用酸性离子交换树脂等固体酸做催化剂，工艺简单、污染小，符合绿色化工工艺的要求[3]。

2 物料、废水等的循环套用

化工生产中，有些环节的物料、废水等经过一定的技术处理，可以循环套用，实现零排放，这样就可以大大减轻环保压力。而且，因为企业对这种物料、废水的成分、性质等非常了解，可以采用具有针对性的处理办法，往往事半功倍，最终实现物料、水等的闭路循环，既降低了生产成本，又大大减轻环保治理的压力。

比如，瀛洋集团生产苯乙醇，过去的老工艺会产生大量废水，环保压力很大。后来采用了废水循环套用的新技术，基本达到了废水零排放的效果[4]。这使得他们在该产品生产上可以领先于其他竞争对手。

羟醛缩合反应也是一个污染较大的反应，反应一般需要碱催化，会产生难以用生化法处理的高盐废水，处理起来非常麻烦，处理成本很高。但针对不同性质的产品，基本上都可以找到废物循环套用的办法，使得催化剂和溶剂可以循环使用，这样就从根本上杜绝了这些污染物的排放，且可以明显降低生产成本。

3 生化等工艺代替传统化工工艺

生化法在制备某些化工产品方面具有传统化学法所不具备的优点，如反应条件温和、废物容易处理等。生物发酵法，一般都是在常温或略高于常温条件下反应，不使用强酸、强碱、重金属等比较苛刻的催化剂。反应产生的废物以有机物为主，可以通过常规处理方法处理。而且生化工艺还可以用比较简单的工艺制备出用化学法需要特别复杂工艺才能生产的产品。因此，生化工艺是未来化工生产的一个重要发展方向。

比如，爱普公司的杜毅等用发酵法制备天然香兰素[5]，就是一个很好的例子。化学合成香兰素早期用亚硝化法，污染非常大，后来开发了乙醛酸法等新工艺，污染相对亚硝化法大大减小，但还是会产生大量废水。若是能够用生化法代替化学法，污染会进一步大幅减小。

4 寻找高污染产品的绿色替代品

氟利昂是导致大气臭氧层空洞的罪魁祸首之一。目前全世界都在用其他制冷剂代替氟利昂，以减少对大气臭氧层的破坏。

硫酸二甲酯曾是工业甲基化反应的首选原料，因为用它进行甲基化反应，收率高、选择性好、条件温和、价格便宜。但硫酸二甲酯毒性太大，环保及安全方面的压力都较大。后来人们用低毒的碳酸二甲酯代替硫酸二甲酯，并逐渐成为当今工业甲基化反应的首选原料。

脲醛树脂是用于制备胶合板、密度板的主要粘合剂，但随着人们环保意识的加强，这种可以缓慢释放甲醛的粘合剂逐渐被人们厌恶。Oregon州立大学的Kaichang Li等推出了一种用大豆粉制备的绿色环保粘合剂，并获得了美国总统绿色化学挑战奖[6]。

很多污染较大的产品均可以找到有效的、更加环保的替代品。目前阻碍这种替代过程的最大问题是成本问题。随着技术的不断进步，目前还在使用的高污染产品必将被更加环保的新产品所替代。

5 新技术节能降耗

能耗越高的产品，环保压力越大。因此，减少能耗，也是减轻化工生产环保压力的一个有效手段。

比如热泵精馏技术。传统精馏馏出物在通过冷凝器降温之后，冷凝介质吸收的热量就白白浪费掉了。传统冷凝器的冷凝介质需要采用冷却塔进行冷却，然后再循环工作，这样这部分热量没有任何再利用的价值。采用热泵精馏技术，可以将这部分热量经过绝热压缩提高温度后用于加热待蒸馏物料，这就使得精馏的能耗可以大幅降低。这种技术尤其适合蒸馏水等蒸发潜热较大的物料[7]。

6 副产物的综合利用

化工生产中，原子经济性100%的产品并不多见，大多数产品的生产都会生成一定的副产物。很多副产物对生产企业来说属于废物，需要花费一定资金进行处理；而对其他行业或企业来说却是有用的原料或产品。因此，若能将生产中的副产物综合利用，既也可以从源头上减小环保压力，又可以产生一定的经济效益。

德国巴斯夫公司使用副产的一氧化二氮作为氧化剂，用于氧化环戊烯制备环戊酮，既避免了大量氮氧化物的直接排放，又降低了生产成本[8]。

河北金牛公司，将自己副产的氢气供应给周边其他需要氢气的公司，使得其他公司总体能耗大幅降低，产生了很大的经济效益和社会效益。

7 结语

从源头采取技术手段解决潜在的污染问题是未来化工生产发展的主流。源头治理费用低、工艺简洁、次生污染小，具有巨大的经济效益和社会效益。只有从源头上治理化工生产的环保问题，才是真正高效、治本的解决之道。

[1]吴鑫干，尹娟娟，胡在君.苯甲醛的合成进展.精细石油化工，2002年7月，第4期，57-63.

[2]雷涛.正己醇催化脱氢制备正己醛研究.西北大学，硕士学位论文，2010年.

[3]刘浩，刘雷，曾哲灵，陈莲花.离子交换树脂型催化剂在酯化反应中的应用.江西科学，2008年8月，26卷4期，658-661.

[4]张宾山等.废水零排放工艺制备环氧苯乙烷的方法，中国发明专利CN102311408A.

[5]杜毅，张兆斌，曾义勇，陈洪.发酵法制备天然香兰素的研究.香料香精化妆品，2011年6月第3期，30-34.

[6]高彤.绿色的化学，绿色的产品----总统奖表彰推进绿色环保及可持续发展的化学成就.上海化工，2007年，32卷，12期，13-14页.

[7]许维秀，朱圣东，李其京.化工节能中的热泵精馏工艺流程分析.节能，2004年第10期，19-22.

[8]J-特莱斯等.制备环戊酮的方法，2007年，中国发明专利CN101027273A.