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Unformatted text preview: 化工环保与安全 授课教师:李欢军 手机: 13717838698 Email: [email protected] 参考书:黄岳元 保宇 编著,化工环境保护与安 全技术概论。北京:高等教育出版社, 2006. 1 教育背景 个人简历 1998.03-2001.03 北京理工大学化工与材料学院 1995.09-1998.03 北京理工大学化工与材料学院 1991.09-1998.06 河南师范大学化学系 应用化学 工学博士 物理化学 理学硕士 化学 理学学士 工作经历 2008.08- 现在 北京理工大学化工与环境学院 副教授 (享受教授四级岗待遇,获得校杰青资助,启动经费 50 万元) 2003.07-2008.07 日本川村理化学研究所 客员研究员 2001.10-2003.07 北京大学化学与分子工程学院 博士后 研究方向 新型纳米复合水凝胶的合成及其在生物医用材料方面的应用 。 聚合物 /粘土、聚合物 /碳纳米管以及聚合物 /石墨烯纳米复合材料的功能化 研究。 2 主要研究成果 现已在国内外学术期刊上发表论文 60 余篇,其中 SCI 收录 32 篇, EI 收录 24 篇,申请中国专利 6 项,日本专利 3 项。迄今 SCI 收录论文共 被引用 2500 余次,其中他引 2000 余次,单篇引用 100 次以上的论 文有 6 篇。所发表的 SCI 论文影响因子大于 10 的 5 篇,另有影响因子 大于 5 的 9 篇。具体为: Angew. Chem. Int. Ed. 4 篇(影响因子 : 13.455 ), Adv. Mater. 1 篇(影响因子: 13.877 ), Macromolecules 5 篇(影响因子: 5.167 ), Carbon 3 篇(影响因子: 5.378 ) , Chem. Comm 1 篇(影响因 子: 6.169 )。 在研基金项目:国家自然科学基金、 BIT 重大项目培育专项等。 结题基金项目:博士点新教师基金,北京市自然科学基金,留学回国基 金,校杰青基金,校基础研究基金等。 3 课时安排( 32 课时) 第一章 绪论( 1 课时) 第二章 化工废水处理技术( 6 课时) 第三章 化工废气处理技术( 4 课时) 第四章 化工废渣处理技术( 4 课时) 第五章 化工清洁生产概要( 2 课时) 第六章 化工安全设计与安全管理( 2 课时) 第七章 化工防火防爆技术( 4 课时) 第八章 工艺毒物的危害及防护技术( 2 课时) 第九章 压力容器和化工检修的安全技术( 2 课时) 总复习( 1 课时) 总成绩 = 考试成绩( 70% ) + 平时作业( 20% ) + 考 勤( 10% ),无辜旷课三次成绩为 0 4 第一章 绪论 现代化学工业的生产特点 典型化工污染与安全事故的危害 我国的环境保护与安全事业 贯彻预防战略,搞好化工环保和安全 5 化学:研究物质的结构、组成、性质、变化的科学 化学品:各种化学元素、化合物及其混合物 化学工业:依据化学原理生产化学品的工业 广义化学工业与狭义化学工业 6 环境污染与环境保护问题: 对周围的人和环境损害过程较慢、影响范围大 (超出化工厂的范围)、持续时间长 安全生产问题(生产事故): 短时造成人员伤亡和财产损失、损害范围相对小、 持续时间相对短 二者关系: 实质相同、目标一致、二者研究的出发点与侧重点 有所不同 7 一、现代化学工业生产的特点 现代化学工业(与传统的化学工业相比)一般具有以 下四个特点: ( 1 )生产物料大多属于有害危险物质: 化工生产过程中使用的原料、半成品、成品种类繁 多,满足了现代社会多样化的需求,但其中约 70% 是易燃、易爆、有毒、有腐蚀的化学危险品。 8 ( 2 )生产工艺参数苛刻: 现代化工广泛采用高温、高压、深冷、真空等工艺参数, 显著提高了单机效率,缩短了产品生产周期,使化工生产 获得更佳经济效益。 ( 3 )生产规模大型化: 近 40 年化工产品生产装置规模大型化发展迅速。例如: 合成氨装置、乙烯生产装置、炼油装置等。 ( 4 )生产过程连续化、自动化: 化工生产从过去的人工操作、间歇生产转变为高度自动化 、连续化生产,生产设备由敞开式变为密闭式,生产装置 由室内走向露天,生产操作由分散控制变为集中控制,同 时也由人工手动操作变为仪表自动控制操作,进而又发展 为计算机控制,极大地提高了劳动生产率。 9 现代化工这些特点存在着负面效应: 化工生产过程处处存在危险因素、事故隐患, 一旦失去控制,事故隐患就会转化为事故。而这 些事故往往是燃烧、爆炸、毒害、污染等多种危 害同时发生,会对人身、财产和环境造成巨大的 破坏。因此化学工业较其它工业生产部门对人员 和环境的安全具有更大的危险性。 10 第一章 绪论 现代化学工业的生产特点 典型化工污染与安全事故的危害 我国的环境保护与安全事业 贯彻预防战略,搞好化工环保和安全 11 二、典型化工污染与安全事故的危害 ( 1 )典型化工污染事件的极端危害性 环境污染作为一个重大的社会问题,是从产业革命时期开 始的。 随着科学技术、工业生产、交通运输、全球经济不断发展 ,尤其是化学工业的崛起,工业分布过分集中、城市人口 过分密集,环境污染由局部逐步扩大到区域,由单一的大 气污染扩大到大气、水体、土壤和食品等方面的污染,酿 成了震惊世界的公害事件。 12 世界八大公害事件( 20 世纪 30-60 年代)其中 1930.12 比利时马斯河谷 烟雾事件( 1 周时间数千人受 害发病、 60 人死亡); 1948.10 美国多诺拉镇烟 雾事件( 4 天内 1.4 万人的小 镇 5900 人患病、 20 人死 亡); 13 1952. 英国伦敦烟雾事件( 5 天内死亡 4000 人); 日本水俁事件( 1953-1979 年化工厂排出含汞废水污染 海 域,因甲基汞中毒受害发病者 1004 人、死亡 206 人); 14 1955 日本四日市事件(以石油 联合企业为主排出粉尘和 SO2 达 13 万 t , 10 年内四日 市气 喘病患者 6376 人); 1961.09 日本富士山一化工厂 因管道破裂,氯气外泄, 532 人中毒、 9000 多人受害、大 片农田被毁) 15 我国 2005.11 吉林石化公司双苯厂爆炸事件( 6 死 120 伤、 松花江水环境污染,形成 100km 长污染团) 16 ( 2 )典型安全事故的巨大破坏性 随着生产技术的发展和生产规模大型化,安全生产已成为社会 问题,因为一旦发生火灾和爆炸事故,不但导致生产停止、设 备损坏、生产链中断,使社会生产力下降,而且还会造成人员 伤亡、污染环境,产生无法估量的损失和难以挽回影响。 1984.12 印度博帕尔农药泄露事件(受害人数 200000 人、死 亡 6000 人、双目失明 50000 人、终身残废 150000 ) ;1973 南非一家化肥厂爆炸( 82 人死亡); 1998 年我国陕西一化 工厂午夜发生硝酸铵爆炸( 22 人死亡、 50 多人伤,设备被 毁) 17 ( 2 )典型安全事故的巨大破坏性 安全生产已成为化工生产发展的关键问题。因为装 置规模的大型化、生产过程的连续化无疑是现代化 工生产发展的方向,充分发挥企业产能,必须安全 生产,确保生产装置长期、连续稳定、安全运行。 否则规模越大、生产越连续,一旦发生事故,损失 越大,后果不堪设想。因此安全生产是现代化工生 产发展的前提和保证。 18 第一章 绪论 现代化学工业的生产特点 典型化工污染与安全事故的危害 我国的环境保护与安全事业 贯彻预防战略,搞好化工环保和安全 19 三、我国的环境保护与安全事业 ( 1 )我国的环境保护事业 随着环境问题的暴露,人们对环境问题的认识也不断展和 提高。一些发达国家在 20 世纪 60 年代后期,先后制定了 有关环境保护的条例、规定。 日本 1967 年制定了《公害对策基本法》; 美国国会 1969 年通过了《国家环境政策法》; 1972 年联合国在斯德哥尔摩召开了人类环境会议,通过了 《人类环境宣言》,唤起全世界对环境问题的关注。 许多国家相继把环境问题摆上国家的议事日程,建立环保管 理机构,制定相关法律,加强管理和指导,采用新技术,使 部分环境污染得到有效控制。 20 我国正式的环境保护事业起步情况: 1972.06 出席斯德哥尔摩联合国人类环境会议; 1973 从中央到地方陆续建立环境管理机构和科研教育机构 ; 1984 成立国务院环境保护委员会,将城乡建设环境保护局 改为国家环境保护总局; 1978.03 和 1982.12 全国人大通过了《宪法》均明确规定 :国家保护环境和自然资源,防止污染和其它公害;国务院 宣布“保护环境是我国的一项基本国策”; 1979.09 全国人大通过《中华人民共和国环境保护法(试 行)》; 21 1989.12 通过正式的国家环保法,为制定其它的环保法规 提供了依据; 1999 上半年,国家颁布了 6 部环境法律和 9 部相关资源法 律,国务院发布了 29 件环境法规,环保部门发布了 70 多 件环境规章,地方环境法规达 1000 多件,形成了由国家 法律和地方法规相结合的环境保护法律法规体系。 22 环境保护八项制度: 为国家环境法的贯彻,国家环保部门建立、完 善了环保管理制度,共有 8 项: “ 三同时”制度(即经济建设、城乡建设和环境 建设同步规划、同步实施、同步发展); 环境评价制度; 排污收费制度; 环境保护目标责任制; 排放污染物许可证制度; 城市环境综合治理定量考核; 污染集中控制制度; 污染限期治理制度。 23 化工环境保护是社会整体环境保护事业中的重 要部分 化工行业排放废弃物在工业中最多; 化工环境污染治理复杂、数量巨大; 治理工业污染的工程技术主要化学工程和生化 工程技术。 24 ( 2 )我国的安全生产事业 可能由于安全事故危害的直观性和直接性,与化工环境保护 问题相比较人们对化工安全生产问题的研究要早得多,认识 也深刻得多,也比较重视。 1931 中央苏区政府颁布第一部《劳动法》;新中国成立后, 国家先后颁布了《中华人民共和国安全生产法》、《石油化 工企业设计防火规范》、《石油化工企业职业安全卫生设计 规范》、《石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收 规范》等一系列劳动保护和安全生产的法律、法规、标准、 规范,逐步使安全生产走上了法制化、规范化、标准化、系 统性、科学化的轨道。 25 工程建设“三同时”原则 1978 年中共中央《关于认真做好劳动保护工作的通知》以 及 1983 年国务院批转劳动人事部、国家经委、全国总工会 《关于加强安全生产和劳动安全监察工作的报告的通知》均 明确规定: 凡是新建、改建、扩建的工矿企业和技改工程项目,都必须 有保证安全生产和消除有毒有害物质的设施,这些设施要与 主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。(即工程建 设“三同时”) 26 安全生产“五同时”原则 在生产活动中,企业的各级领导必须实行安全和生产的 “五同时”原则。 即:在计划、布置、检查、总结、评比生产时,同时计划 、布置、检查、总结、评比安全工作。 万一发生了事故,除必须按规定向各级安全生产监督管理 机构及时报告外,还必须贯彻故处理“三不放过”原则。 即:事故原因分析不清不放过、事故责任人和群众没有受 到教育不放过、没有防范措施不放过。以吸取教训,防止 同类事故再次发生。 27 四、贯彻预防战略,搞好化工环境保护 和安全生产 人们对环境保护和安全生产重要性的认识过程: 从不重视到重视 从少数精英重视到普通大众普遍重视 人们对解决环境保护和安全生产问题的方针: 从事后处理、被动处理到事前消除、防范过程 28 我国对建设项目的环保和安全设施均要求执行“三同时”的方针 ,均要搞风险评估——即安全评估和环境影响评估。 从项目的规划开始,就考虑环保和安全问题。这种意识贯穿 于项目设计、施工、投产各个阶段; 从事环保和安全的专业人员要考虑;从事工艺、设备、建筑 、仪表、控制等各个专业人员均要考虑,尤其工艺技术人员 负有特别重要的责任。 因为工艺路线和原料路线的选择、厂址的选择、车间和设备 的布置、设备选型的选择以及设备、电气、仪表、建筑等设 计条件的提出和确定都是工艺专业的责任,而这些因素都与 环保和安全问题息息相关。 29 化工企业的经营管理和技术管理者 责任和义务: 应主动认真地贯彻环保和安全的预防战略,充分认 识环保和安全是现代化工生产技术的两个必要组成 部分,从源头解决环保和安全问题,采用本质安全 和环保的“绿色产品、技术、工艺、工程”,实现化工 清洁生产。真正实现化工生产在环保和安全问题上 变被动为主动。 30 作业: 1. 试分析现代化工生产的特点。 2. 查资料,举例说明我国近 10 年发生的重大化工事 故导致的严重环境污染事件(至少 3 个),并分析 采取什么措施预防类似事故再发生。 31 第一篇 化工环境保护技术 32 概述 环境与环境科学 化工污染物种类及来源 化工环境保护技术概况 33 一、环境与环境科学 环境定义:环境一词是相对于人类而言的,即环境是以人类 为主体的客观物质体系。 内涵:所谓环境,是指影响人类生存和发展的各种天然和经 过人工改造的自然因素的总体,包括大气、水、海洋、土地 、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自 然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。 ( 中华人民共和国环 境保护法规定) 这是一种把环境中应当保护的要素或对象界定为环境的一种 工作定义,对环境一词的法律适用对象或适用范围作出了规 定,以保证实际工作中法律的准确实施。 34 环境科学的研究对象:是人类社会发展活动与环 境演化规律之间的相互作用关系,寻求人类社会与 环境协同演化、持续发展的途径与方法。 它是研究环境质量的变化和发展规律的科学。 通过这些方面的研究来调整人类的社会行为,保护 、发展和建设人类赖以生存的环境,从而使环境为 人类社会持续、协调、稳定的发展提供良好的支持 和保证。 35 环境科学的研究目的:为保护和改善生产环境与生态环 境,防止污染和其它公害,保障人体健康,促进社会主 义现代化建设的发展。 环境科学是一门新兴、边缘、综合性学科,它涉及到自 然科学、工程技术、医学和社会科学等许多方面,并形 成与其有关的学科相互渗透、交叉的许多分支学科。 属于自然科学方面的,有环境地学、环境生物学、环境 化学、环境物理、环境数学、环境工程学、环境水力学 、环境系统工程、环境医学等。 属于社会科学方面的,有环境社会学、环境经济学、环 境法学及环境管理学等。 36 概述 环境与环境科学 化工污染物种类及来源 化工环境保护技术概况 37 二、化工污染物种类及来源 据统计:我国的工业污染在环境污染中占 70% ,工业污染 的治理率很低,废水仅 20% ,废气和废渣还不到 50% 。 化学工业是环境污染最为严重的工业行业,从原料到产品, 从生产到使用,都有造成环境污染的因素。现代化工的特点 是量大和多样化。原料消耗量大、产品量大、废弃物也多。 产品多样化、原料多样化、生产方法也是多样化。随着化工 产品、原料和生产方法的不同所产生的污染物也多种多样。 弄清这些污染物的来源和种类对于防治是必要的。 38 化工污染物的种类 按污染物的性质可分为:无机化工污染和有机化工污染; 按污染物的形态可分为:废水、废气及废渣。 化工污染物是在生产过程和使用过程中产生的,其产生的 原因和污染环境的途径是多种多样的。 化工污染物主要来源可分为:化工生产的原料、半成品及 产品;化工生产过程中排放出的废弃物。 39 (一)化工生产的原料、半成品及产品 1. 化学反应不完全 化工生产中原辅料不可能全部转化为半成品或成品,其中 有一个转化率的问题。未反应的原料,虽有部分可以回收 再用,但最终总有一部分因回收不完全或不可能回收而被 排放掉。若化工原料为有害物质,排放后便会造成环境污 染。化工生产中的“三废”,实际上是生产过程中流失的原 料、中间体、副产品,甚至是产品。如:农药行业的主要 原料利用率为 30-40% 。 对“三废”的有效处理和利用,既可创造经济效益,又可减 少环境污染。 40 2. 原料不纯 化工原料有时本身纯度不够,其中含有杂质。这些杂质因一 般不参与化学反应,最后也要排放掉,而大多数杂质为有害 的化学物质,对环境会造成重大污染。有些化学杂质甚至还 参与化学反应,而生成的反应产物同样也是目的产品的杂质 ,也是有害的污染物。 3. 物料泄漏 由于生产设备、管道等封闭不严密,或者由于操作水平和管 理水平跟不上,物料在储存、运输以及生产过程中,往往会 造成化工原辅料、产品的泄漏,习惯上称为“跑、冒、滴、 漏”现象,这一现象不仅造成经济上的损失,同时还可能造 成严重的环境污染事故,甚至会带来难以预料的后果。 41 4. 产品使用不当及其废弃物 化肥使用不合理,会使土地板结,流入水体 会产生“富营养化”问题;塑料制品用后废弃, 会产生“白色污染”;氟利昂大量使用,会破坏 臭氧层,都是众所周知的典型事例。 42 (二)化工生产过程中排放的废弃物 1. 燃烧过程 化工生产过程一般需要在一定压力和温度下进 行,因此需要有能量的输入,从而要燃烧大量 的燃料,但是在燃料的燃烧过程中,不可避免 地产生大量的废气和烟尘等有害物质,对环境 造成危害。 烟气中各种有害物质的含量与燃料的品种和燃 烧条件有很大关系。 43 (二)化工生产过程中排放的废弃物 下表为我国使用的典型烟煤、燃油和天然气燃烧时产生的各种污染物的 排放量统计数据 44 2. 冷却水 化工生产过程中除了需要大量的热能外,还需要大量的 冷却水(例:生产 1t 烧碱,大约需 100t 冷却水)。 在生产过程中,用水冷却的方式一般有两种。 直接冷却:冷却水直接与被冷却的物料进行接触,使冷 却水中含有化工物料,而成为污染物质; 间接冷却:尽管冷却水不与物料直接接触,但在冷却水 中常常加入防腐剂、防垢剂、杀藻剂等化学物质,排出 后也会造成染,即使没有加入有关的化学物质,冷却 水也会对周围环境带来热污染问题。(典型例子:云南 滇池、安徽巢湖、江苏太湖蓝藻污染) 45 3. 副反应和副产品 化工生产中,在进行主反应的同时,还经常伴随着一些 人们所不希望的副反应及其产物。副产物虽然有的经过 回收之后可以成为有用的物质,但由于副产物的数量不 大,而且成分较复杂,要进行回收存在许多困难,经济 上不划算,所以往往将副产品作为废料排弃,而引起环 境污染。 46 4. 生产事故造成的化工污染 化工生产过程中比较经常发生的事故是设备事故。 由于化工生产的原料、成品或半成品很多具有腐蚀性,容器、 管道等很容易被腐蚀。如检修不及时,就会出现“跑、冒、滴 、漏”等现象,流失的原料、成品和半成品就会照成对周围环 境的污染。如: 2004 年四川某化工厂的氨水泄露造成的沱 江严重污染事件。 比较偶然的事故是工艺事故。 由于化工生产的特殊性,如反应条件没有控制好或催化剂没有 及时更换,生成了非目的产物,需要排放;或者为了安全而 大量排气、排液。这种废气、废液和非目的产物,数量比平 时多,浓度比平时高,就会造成污染。 47 概述 环境与环境科学 化工污染物种类及来源 化工环境保护技术概况 48 三、化工环境保护技术概况 化工环境保护技术是环境科学的一分支,属于环境保 护工程学的范畴,它是一门以工程手段防止化工污染、 保护环境的综合性的科学技术,主要包括 3 方面的内容 : 1. 化工污染的防治 查清楚化工污染产生的原因,研究防治污染的原理和方法 ,设计消除污染的工艺流程及设备。包括化工废水污染防 治、化工废气污染防治、化工废渣处理以及噪声、电磁波 的控制等。 49 2. 环境质量评价 研究环境中污染物质的成分、性质、来源、含量和分布状 况,变化趋势以及对环境的影响;按照一定的标准和方法 对环境治理进行定量和半定量的评定和预测,为制定规划 、采取措施和加强管理提供科学依据。 3. 化工环境系统工程 利用系统工程的原理和方法,对化工生产的环境问题进行 整体的系统分析,以求得综合整治的优化方案,最终实现 化工清洁化生产和化工循环经济。 50 作业 讨论题 1. 你的家乡存在哪些环境问题,造成这些环境 问题的原因是什么?你认为解决这些环境问题 的对策是什么? 2. 试分析北京雾霾天气形成的原因及相应的治理 措施。 51 ...
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