丁瓊 余立風(fēng) 田亞靜
(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對(duì)外合作中心,北京 100035)
三氯殺螨醇是國(guó)外于20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)的有機(jī)氯殺螨劑,化學(xué)名稱(chēng)為1,1-雙(4-氯苯基-)2,2,2三氯乙醇,屬神經(jīng)毒劑,對(duì)害螨有較強(qiáng)的觸殺作用,主要用于防治棉花、柑橘和蘋(píng)果等農(nóng)作物的多種害螨[1]。但由于生產(chǎn)過(guò)程中使用滴滴涕作為中間體,生產(chǎn)過(guò)程排放含滴滴涕廢水、廢酸和廢渣,對(duì)周邊環(huán)境造成污染。三氯殺螨醇產(chǎn)品中具有一定的滴滴涕殘留,隨著其施用約有20%-70%以各種形式殘存于環(huán)境中,在環(huán)境各要素之間遷移、轉(zhuǎn)化并通過(guò)生物富集和食物鏈造成在動(dòng)植物體內(nèi)、甚至在人體內(nèi)富集,進(jìn)而威脅環(huán)境安全和人類(lèi)健康[2,3]。2004年11月在我國(guó)正式生效的《關(guān)于持久性有機(jī)污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約》(簡(jiǎn)稱(chēng)《公約》)中,將滴滴涕生產(chǎn)三氯殺螨醇用途列入了受控范圍,要求采取措施停止非封閉三氯殺螨醇生產(chǎn)。但對(duì)于有限場(chǎng)地封閉系統(tǒng)的三氯殺螨醇生產(chǎn),《公約》規(guī)定,在生產(chǎn)和使用有限場(chǎng)地封閉系統(tǒng)內(nèi)的三氯殺螨醇中間體的過(guò)程中,滴滴涕預(yù)期不會(huì)與人或環(huán)境發(fā)生大量接觸。中國(guó)在通知公約秘書(shū)處后,可以允許生產(chǎn)和使用一定數(shù)量滴滴涕作為有限場(chǎng)地封閉系統(tǒng)內(nèi)三氯殺螨醇生產(chǎn)的中間體。
2009年5月17日,我國(guó)已經(jīng)按照公約要求全面停止了用于非封閉三氯殺螨醇生產(chǎn)的滴滴涕,但保留了有限場(chǎng)地封閉體系三氯殺螨醇生產(chǎn)的滴滴涕可接受用途。有效控制有限場(chǎng)地封閉體系三氯殺螨醇生產(chǎn)過(guò)程中滴滴涕環(huán)境排放最小化,確保國(guó)內(nèi)三氯殺螨醇生產(chǎn)符合POPs公約提出的“滴滴涕預(yù)期不會(huì)與人或環(huán)境發(fā)生大量接觸”,成為我國(guó)落實(shí)履約要求的重要任務(wù)之一。本文系統(tǒng)分析了三氯殺螨醇生產(chǎn)和使用過(guò)程中滴滴涕可能導(dǎo)致的環(huán)境排放,從風(fēng)險(xiǎn)管理和技術(shù)可行的角度分析了有限場(chǎng)地封閉體系三氯殺螨醇生產(chǎn)的基本要素,提出了生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境排放控制建議值,分析了技術(shù)可行性,為相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)展自我考核、管理部門(mén)開(kāi)展監(jiān)督管理提供了借鑒。
我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)始生產(chǎn)三氯殺螨醇,主要生產(chǎn)品種有三氯殺螨醇原藥,20%、40%的乳油和20%、50%的可濕性粉劑。自1976年以來(lái),有近10家企業(yè)先后建成三氯殺螨醇原藥生產(chǎn)裝置。1999年全國(guó)三氯殺螨醇生產(chǎn)量最大,達(dá)到5613噸/年;2000年能力達(dá)到最大為10400噸/年。自2003年起,由于部分企業(yè)逐步停產(chǎn),生產(chǎn)能力和生產(chǎn)量呈明顯下降趨勢(shì)(圖1)。
傳統(tǒng)的三氯殺螨醇生產(chǎn)工藝為“三步法”。第一步:縮合合成滴滴涕。氯化苯和三氯乙醛在發(fā)煙硫酸的催化作用下進(jìn)行縮合反應(yīng)生成滴滴涕。此反應(yīng)在理論上可生成數(shù)種滴滴涕同分異構(gòu)體,主要包括p,p’-滴滴涕和o,p’-滴滴涕,其中o,p’-滴滴涕含量約20%左右。第二步:氯化滴滴涕。滴滴涕與氯氣在引發(fā)劑的作用下,發(fā)生氯化反應(yīng),生成氯化滴滴涕和氯化氫氣體。第三步:三氯殺螨醇合成。氯化滴滴涕與水反應(yīng),水解生成三氯殺螨醇。
滴滴涕,英文名稱(chēng)為Dichlorodiphenyl trichloroenthane (簡(jiǎn)稱(chēng)“DDT”),通常包括p,p’-滴滴涕(CAS號(hào):50-29-3)、o,p’-滴滴涕(CAS號(hào):789-02-6)、p,p'-滴滴涕(CAS號(hào):72-55-9)和p,p'-滴滴涕(CAS號(hào):72-54-8)四個(gè)異構(gòu)體及同系物,其中p,p’-滴滴涕列入《公約》受控清單。
傳統(tǒng)的三氯殺螨醇生產(chǎn)工藝存在較大的滴滴涕污染隱患。首先是大部分三氯殺螨醇生產(chǎn)企業(yè)自身不具備滴滴涕生產(chǎn)能力,外購(gòu)滴滴涕作為三氯殺螨醇生產(chǎn)原料,生產(chǎn)中使用滴滴涕原粉,在拆袋和裝料過(guò)程中很容易撒落在地面。滴滴涕熔融輸送過(guò)程中管道堵塞清理時(shí),都可能造成污染。二是由于合成的滴滴涕原料中含有大量o,p’-滴滴涕,傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝下,o,p’-滴滴涕轉(zhuǎn)化率較低,導(dǎo)致最終大量滴滴涕殘留于三氯殺螨醇產(chǎn)品中,三氯殺螨醇含量?jī)H在80%左右,滴滴涕相關(guān)雜質(zhì)含量約5%[4],并隨著三氯殺螨醇的施用直接釋放到環(huán)境中。按此滴滴涕殘留比例估計(jì),我國(guó)通過(guò)三氯殺螨醇使用進(jìn)入環(huán)境中的滴滴涕類(lèi)化合物總量為2500多噸,造成蔬菜、水果、茶葉和禽蛋類(lèi)食品中滴滴涕殘留超標(biāo)和水域污染[5,6],成為停止滴滴涕農(nóng)業(yè)用途后環(huán)境中滴滴涕的重要來(lái)源[7,8]。三是生產(chǎn)過(guò)程中排放含滴滴涕廢水、廢酸和廢渣等環(huán)境污染物,對(duì)廠區(qū)及周邊環(huán)境、生產(chǎn)工人健康造成威脅。曾對(duì)部分三氯殺螨醇企業(yè)場(chǎng)地開(kāi)展過(guò)初步監(jiān)測(cè),土壤存在不同程度滴滴涕污染。
要使滴滴涕不與人或環(huán)境發(fā)生大量接觸,最有效的措施就是將傳統(tǒng)三氯殺螨醇生產(chǎn)的“三步”工藝設(shè)備集中建設(shè)在一個(gè)有限場(chǎng)地封閉體系內(nèi),滴滴涕僅以反應(yīng)中間體的形式存在于生產(chǎn)設(shè)備中,不以半成品或原料的形式在生產(chǎn)設(shè)備外臨時(shí)或永久儲(chǔ)存,避免中間體包裝、運(yùn)輸和拆裝過(guò)程中滴滴涕的灑落和污染,最大限度減少環(huán)境釋放及與人體接觸。滿(mǎn)足該要求的三氯殺螨醇生產(chǎn)工藝起始原材料應(yīng)是三氯乙醛、氯化苯和硫酸,并確保三氯殺螨醇生產(chǎn)過(guò)程中滴滴涕僅在有限場(chǎng)地、封閉的生產(chǎn)裝置中流轉(zhuǎn)。
有限場(chǎng)地封閉體系三氯殺螨醇生產(chǎn)工藝包括縮合反應(yīng)—滴滴涕精制—氯化反應(yīng)—水解反應(yīng)—提純精制等步驟,全部生產(chǎn)設(shè)施集中放置,中間體滴滴涕等物料僅在反應(yīng)釜和管道中流動(dòng)。典型工藝流程如圖2所示。
2.2.1 生產(chǎn)過(guò)程排污分析
有限場(chǎng)地封閉體系三氯殺螨醇生產(chǎn)過(guò)程從根本上預(yù)防了開(kāi)放式生產(chǎn)過(guò)程中滴滴涕包裝、拆裝的灑落問(wèn)題和運(yùn)輸事故隱患,通過(guò)增加滴滴涕精制提高了滴滴涕轉(zhuǎn)化率并經(jīng)強(qiáng)化三氯殺螨醇提純精制降低了滴滴涕的殘留。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,滴滴涕還是不可避免地會(huì)隨外排廢水、廢酸和廢渣而釋放到環(huán)境中,產(chǎn)品中尚很難實(shí)現(xiàn)滴滴涕零含量。該生產(chǎn)體系的滴滴涕環(huán)境排放和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)如圖3所示。
圖3 生產(chǎn)體系的滴滴涕環(huán)境排放示意圖
2.2.2 廢水中滴滴涕控制指標(biāo)建議
我國(guó)尚未出臺(tái)三氯殺螨醇生產(chǎn)廢水排放滴滴涕限值標(biāo)準(zhǔn)。但我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-93)中規(guī)定了滿(mǎn)足工業(yè)區(qū)用水要求的滴滴涕標(biāo)準(zhǔn)限值,為1μg/L??紤]到企業(yè)污水排入江河后環(huán)境介質(zhì)有稀釋的過(guò)程,按稀釋倍數(shù)為10倍考慮,三氯殺螨醇生產(chǎn)企業(yè)外排廢水滴滴涕限值可按10μg/L考慮。對(duì)開(kāi)發(fā)密度已經(jīng)較高、環(huán)境承載能力開(kāi)始減弱,或環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱,容易發(fā)生嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題而需要采取特別保護(hù)措施的地區(qū)可酌情加嚴(yán)。
根據(jù)三氯殺螨醇生產(chǎn)的工藝路線,并結(jié)合對(duì)重點(diǎn)企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù),三氯殺螨醇生產(chǎn)基準(zhǔn)排水量核定為20 m3/t產(chǎn)品。若單位產(chǎn)品實(shí)際排水量超過(guò)單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量,須按公式(1)將實(shí)測(cè)廢水滴滴涕濃度換算為基準(zhǔn)排水量下滴滴涕濃度,并以基準(zhǔn)排水量下滴滴涕濃度作為判定排放是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)。產(chǎn)品產(chǎn)量和排水量統(tǒng)計(jì)周期為一個(gè)工作日。
公式(1)中:
C基— 基準(zhǔn)排水量下廢水中滴滴涕濃度,mg/L;
Q總— 實(shí)測(cè)排水總量,m3;
Q基— 基準(zhǔn)排水量為20m3/t;
C實(shí)— 實(shí)測(cè)廢水中滴滴涕濃度,mg/L。
2.2.3 廢酸中滴滴涕含量限值建議
三氯殺螨醇生產(chǎn)排放廢酸中滴滴涕限值可依據(jù)“危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn):毒性物質(zhì)含量鑒別(GB 5085.6)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定p,p’-滴滴涕超過(guò)50mg/kg的廢物需按危險(xiǎn)廢物處理。此限值與《公約》締約方大會(huì)第三屆會(huì)議(COP3)上“秘書(shū)處關(guān)于《巴塞爾公約》締約方大會(huì)所通過(guò)的各項(xiàng)持久性有機(jī)污染物廢物準(zhǔn)則的報(bào)告(UNEP/POPS/COP.3/9)”中規(guī)定的應(yīng)采取措施的最低持久性有機(jī)污染物含量限值一致。對(duì)三氯殺螨醇生產(chǎn)排放縮合廢酸和水解廢酸中滴滴涕含量應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控,如果外排廢酸中滴滴涕含量超過(guò)50mg/kg,應(yīng)作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行安全處置;即便低于50mg/kg,也應(yīng)關(guān)注廢酸去向,確保其中滴滴涕不對(duì)環(huán)境和人體造成威脅。
2.2.4 廢渣中滴滴涕含量限值
提純精制環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生廢渣,這部分廢渣如果外排,可依據(jù)“危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn):毒性物質(zhì)含量鑒別(GB 5085.6)”,對(duì)p,p’-滴滴涕超過(guò)50mg/kg的廢物需按危險(xiǎn)廢物處理。
2.2.5 產(chǎn)品中滴滴涕含量限值建議
我國(guó)2002年頒布的《三氯殺螨醇原藥》(HG3699-2002)規(guī)定了三氯殺螨醇原藥的要求,其中產(chǎn)品中滴滴涕類(lèi)雜質(zhì)含量在優(yōu)級(jí)品中不超過(guò)0.1%,合格品中不得超過(guò)0.5%。考慮到三氯殺螨醇中殘留的滴滴涕最終隨該農(nóng)藥施用直接進(jìn)入環(huán)境或殘留于農(nóng)作物,風(fēng)險(xiǎn)較高,建議對(duì)三氯殺螨醇產(chǎn)品中殘留的滴滴涕雜質(zhì)含量從嚴(yán)要求,執(zhí)行優(yōu)級(jí)品限量指標(biāo)。優(yōu)級(jí)品限量指標(biāo)與1995年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織在“FAO Specifications for Plant Protection Products-Dicofol(AGP:CP/317)”中規(guī)定的三氯殺螨醇中滴滴涕雜質(zhì)含量指標(biāo)一致。
2.2.6 車(chē)間空氣中滴滴涕含量限值建議
為核查三氯殺螨醇生產(chǎn)中由于管理不善造成的跑冒滴漏對(duì)環(huán)境和工人健康的影響,應(yīng)對(duì)可能逸散滴滴涕的設(shè)備附近、工人接觸時(shí)間較長(zhǎng)的工作地點(diǎn)開(kāi)展車(chē)間空氣滴滴涕含量監(jiān)測(cè),評(píng)估車(chē)間空氣滴滴涕含量情況。建議采用《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值——化學(xué)有害因素》(GBZ 2.1-2007)相關(guān)規(guī)定,即車(chē)間空氣中p,p’-滴滴涕的8小時(shí)時(shí)間加權(quán)平均容許濃度為0.2mg/m3、短時(shí)間(15分鐘)接觸容許濃度為0.6 mg/m3。
改進(jìn)工藝,提高滴滴涕轉(zhuǎn)化為三氯殺螨醇的比例,同時(shí),完善提純工藝,降低三氯殺螨醇產(chǎn)品中滴滴涕的殘留量,是降低產(chǎn)品中滴滴涕殘留隨三氯殺螨醇噴灑釋放污染環(huán)境的有效措施之一。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo),將滴滴涕在適當(dāng)溶劑(如異丙醇等)中精制,可得到含p,p’-滴滴涕97%以上的滴滴涕,提高滴滴涕轉(zhuǎn)化為三氯殺螨醇的比例[9]。此外,在三氯殺螨醇提純濃縮工段,利用三氯殺螨醇和滴滴涕在兩個(gè)特定液相中有不等的分配率和選擇性等特性,采用溶劑萃取法,可將三氯殺螨醇原藥中滴滴涕總雜質(zhì)含量由4%~6%降低至≤0.1%,其他各項(xiàng)指標(biāo)也都達(dá)到聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的標(biāo)準(zhǔn),從而大大減少由三氯殺螨醇使用帶入環(huán)境的滴滴涕排放量[4]。
p,p’-滴滴涕的物理性質(zhì)為熔點(diǎn)108℃~109℃,沸點(diǎn)260℃,閃點(diǎn)72℃~77℃,20℃下飽和蒸汽壓為2.53×10-8kPa,因此在常溫下相對(duì)揮發(fā)度極低。同時(shí)滴滴涕在水中極不易溶解,20℃時(shí)在水中的溶解度為0.2mg/100L,而非常易溶于有機(jī)溶劑,如在氯化苯中的溶解度為74g/100ml。因此可利用滴滴涕的上述性質(zhì),在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)采用氯苯多次萃取處理,直至廢水、廢酸、廢渣達(dá)到滴滴涕排放限值要求。氯苯層可返回系統(tǒng)使用。
加強(qiáng)生產(chǎn)和環(huán)境管理,杜絕跑冒滴漏,確保車(chē)間空氣滴滴涕含量符合職業(yè)衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。此外,要關(guān)注設(shè)備檢修期間的污染問(wèn)題,設(shè)備檢修前需進(jìn)行殘存液收集和設(shè)備清洗,含滴滴涕的殘液和清洗液回收至生產(chǎn)系統(tǒng)的萃取釜,經(jīng)氯化苯溶解萃取后回縮作為原料使用。
1)從控制三氯殺螨醇生產(chǎn)和使用過(guò)程中滴滴涕污染角度,提出了有限場(chǎng)地封閉系統(tǒng)三氯殺螨醇主要生產(chǎn)工藝和環(huán)保措施要求,分析生產(chǎn)過(guò)程中廢水、廢酸、廢渣和產(chǎn)品中滴滴涕含量限制等各環(huán)節(jié)滴滴涕的控制措施和控制要求。
2)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程的管理和控制,制定并執(zhí)行三氯殺螨醇生產(chǎn)過(guò)程滴滴涕監(jiān)控管理要求和三氯殺螨醇生產(chǎn)過(guò)程中滴滴涕向環(huán)境釋放最小化的應(yīng)急處理預(yù)案,確保生產(chǎn)、檢修和事故情況下都可最大限度減少滴滴涕向環(huán)境釋放。
3)《公約》在一定時(shí)限內(nèi)還接受保留有限場(chǎng)地封閉系統(tǒng)三氯殺螨醇生產(chǎn)。但由于其生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)可避免地向環(huán)境排放一定量的滴滴涕,且三氯殺螨醇為環(huán)境激素物質(zhì),對(duì)環(huán)境有潛在危害。因此,有關(guān)企業(yè)應(yīng)采取措施,前瞻性地開(kāi)發(fā)相關(guān)替代品。國(guó)家應(yīng)開(kāi)展鼓勵(lì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和替代技術(shù)的示范項(xiàng)目,加強(qiáng)監(jiān)管,最大限度地減少和避免三氯殺螨醇的潛在危害。
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