环境保护与绿色化学(二)
看清绿色化学12原则的真实边界:原子经济、E因子与全生命周期
按 空格/→ 演示下一步
全部页面点击任意一页,跳回舞台从这页播放
环境保护与绿色化学(二)
看清绿色化学12原则的真实边界:原子经济、E因子与全生命周期
雾霾
2013 年 1 月,华北平原被一层灰白色笼罩——机场瘫痪、医院呼吸科爆满、口罩脱销。这不是阴天,它有专门的名字:雾霾。
持续加料=持续排放,盖锅盖=静稳天气无扩散,浓度飙高=雾霾爆发,开盖通风=扩散转好
光化学烟雾
上页讲的雾霾是看得见的灰色污染,主要在冬季。但夏天晴天里还有一种常被忽视的污染——空气通透、阳光刺眼,却飘着一层淡蓝色烟雾、闻起来呛鼻。它叫光化学烟雾,主角不是颗粒物,而是气体。
生肉生油本身不算毒,开火热锅后才生成丙烯醛等新有害物——尾气是原料,阳光是炉火,臭氧是炒出来的成品
污水
雾霾和光化学烟雾污染的是空气,而污水污染的是水——但水污染的成分更复杂,处理链路也更长。
物理=漂洗大颗粒,化学=加洗涤剂去油,生物=微生物分解残留
物理法污水处理
上一页我们看到污水里有悬浮物、溶解物、细菌等多种杂质。处理污水的第一步,往往不是「消灭」它们,而是先把它们「挑出来」——这就是物理法。
漏勺按尺寸拦下面条、水漏走;物理法按尺寸或密度拦下颗粒、清水过
化学法污水处理
物理法靠「拦、滤、沉」分离污染物,能对付悬浮颗粒,但溶解在水里的重金属、染料分子根本拦不住——要让它们消失,得靠化学反应把它们「变」掉。
物理法像用水冲油污冲不干净;化学法像洗洁精乳化分解油脂,从根本上改变它的存在形态
生物法污水处理
物理法像筛子、化学法像药剂烧,但水里溶解的有机分子(糖、蛋白、油)筛不掉也烧不划算。这时候该请'活的清洁工'——微生物登场。
微生物把复杂的'食物'(有机物)分解成简单的'代谢产物'(CO2、H2O、CH4),本质都是分解代谢
混凝剂
化学法污水处理里,混凝是最常用的手段之一。它靠一种关键药剂完成——混凝剂。前一页我们见过污水里飘着细小颗粒、怎么沉都沉不下去,混凝剂就是专门解决这个问题的。
把分散的小颗粒(单身青年)撮合成大絮团(情侣),才能一起沉降(安家)
固体废物处理原则
大气和水讲完了,环境治理的第三个战场是固体废物。从城市垃圾到污水厂沉淀的污泥,它们的处理都遵循三条铁律——减量化、资源化、无害化。
少买少扔=减量化,果皮堆肥剩菜回锅=资源化,搞不定的交给环卫=无害化
无害化
无害化:背景、意义与延伸了解
减量化
无害化是末端治理,把废物收拾干净。但更聪明的做法是——废物从源头就别产生那么多。这就是'减量化',把关口前移到设计、生产、消费环节。
设计时就把包装做薄做少——这是减量化(源头控制);用完再回收是末端处理
资源化
减量化让废物变少,无害化让废物变安全。最理想的状态是废物根本不叫废物——咖啡渣能做花肥,旧手机能炼金。这页讲的就是固体废物处理的最高目标:资源化。
喝完的咖啡渣不是垃圾,堆肥后变花肥——废物重新进入资源循环
绿色化学
前面我们学的污水处理、尾气治理,都是污染产生后的'补救'。但化学家在想:能不能从一开始就不让污染产生?这就是绿色化学——把环保从'末端治理'前移到'源头设计'。
前面学的污水处理、尾气治理都是'治已病',绿色化学要从源头就杜绝污染
先污染后治理观念
前几页我们看了雾霾、光化学烟雾、污水、固废——全是'已经发生的污染'。但你有没有想过:为什么我们总在先制造问题,再去修补?这种思路从何而来?
病已伤身,治疗贵且难根治;源头预防才是不得病的疫苗
原子经济性反应
前面讲到绿色化学追求从源头消减污染,但怎样才算'从源头就不制造废物'?这把尺子就叫原子经济性,是1991年Trost提出的核心指标。
乐高零件全进作品=100%原子入产物;雕刻木屑=反应副产物
原子利用率
上一页我们说'原子经济性'是一种定性判断。但这页要往前走一步——给它一个具体的数字。原子利用率,就是用百分比告诉你:反应物里的原子,有多大比例真的进了你想要的那个产物。
买100份原料,出80份成品+20份边角料;化学反应的'边角料'就是副产物
本节要点
- ✓雾霾与光化学烟雾成因不同,治理路径不可混用
- ✓污水处理三法互补,分别针对悬浮、溶解、有机三类污染物
- ✓固废三原则有内部优先级:减量 > 资源化 > 无害化
- ✓绿色化学核心是原子利用率最大化,从源头消除废物
- ✓从末端治理转向源头预防,工艺设计阶段就要考虑环境
课后思考
先独立写下判断依据,再展开参考答案,看看自己还遗漏了哪些关键条件。
参考答案末端治理只能处理已产生的废物,还可能把污染转移到污泥或废气中;源头减量则能同时降低危害、能耗与后续处置负担。
参考答案重金属可能抑制微生物,而可生化有机物更适合生物处理;可先用化学沉淀去除重金属,再按水质衔接生物处理及其他必要单元。
参考答案不一定。还应比较溶剂和催化剂的用量、毒性及能耗,并考虑反应安全、废物与排放、产品全生命周期影响等指标。