人类生活离不开环境, 而自工业革命以来, 人类一直在破坏环境。随着破坏程度的加剧, 大自然已开始实行报复计划。造成环境污染的因素可分为物理的、化学的及生物学的三方面, 而其中化学物质引起的污染约占80%~90%。环境化学即是从化学的角度出发, 探讨由于人类活动而引起的环境质量的变化规律及其保护和治理环境的方法原理。随着环境化学研究的深化, 为环境科学的发展奠定了坚实的基础, 为治理环境污染提供了重要的科学依据。化学与环境密切相关, 合理的利用化学可以对环境起到很大的作用, 所以我们要通过化学来改善环境, 实现社会的可持续发展。
什么是光化学污染
华灯溢彩, 霓虹闪烁。我国越来越多的城市夜景绚丽多彩。然而夜景灯在使城市变美的同时也给都市人的生活带来了一些不利影响。城市上空不见了星辰, 刺眼的灯光让人紧张, 人工白昼使人难以入睡。城市建设和环境专家提醒说, 城市亮起来的同时就伴随着光污染, 而“只追求亮, 越亮越好”的做法更是会带来难以预计的危害。
国际上一般将光污染分成3类, 即白亮污染、人工白昼和彩光污染。
白亮污染:阳光照射强烈时, 城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线, 明晃白亮、眩眼夺目。专家研究发现, 长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人, 视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害, 视力急剧下降, 白内障的发病率高达45%。还使人头昏心烦, 甚至发生失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。
夏天, 玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内, 增加了室内温度, 影响正常的生活。有些玻璃幕墙是半圆形的, 反射光汇聚还容易引起火灾。烈日下驾车行驶的司机会出其不意地遭到玻璃幕墙反射光的突然袭击, 眼睛受到强烈刺激, 很容易诱发车祸。
人工白昼:夜幕降临后, 商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目, 令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄, 使得夜晚如同白天一样, 即所谓人工白昼。在这样的“不夜城”里, 夜晚难以入睡, 扰乱人体正常的生物钟, 导致白天工作效率低下。人工白昼还会伤害鸟类和昆虫, 强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。
彩光污染:舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。据测定, 黑光灯所产生的紫外线强度大大亮于太阳光中的紫外线, 且对人体有害影响持续时间长。人如果长期接受这种照射, 可诱发流鼻血、脱牙、白内障, 甚至导致白血病和其他癌变。彩色光源让人眼花缭乱, 不仅对眼睛不利, 而且干扰大脑中枢神经, 使人感到头晕目眩, 出现恶心呕吐、失眠等症状。科学家最新研究表明, 彩光污染不仅有损人的生理功能, 还会影响心理健康。
空气微粒污染成为人类一大杀手
美国科学家在《科学》杂志网络版上发表论文说, 机动车废气、烟囱排烟、森林火灾等带来的空气微粒污染, 已成为大气污染中的关键部分和人类一大“杀手”, 科学界应该加强对此的研究。
加利福尼亚大学洛杉矶分校医学院教授安德烈·内尔在论文中说, 每年全球有50万人死于空气微粒污染, 研究已显示空气微粒污染会引发心脏病和呼吸系统疾病。目前已得到的实验证据表明, 空气中的微粒会引起机体炎症、细胞因子和趋化因子增加、白细胞增加、肺部氧化性自由基增加、细胞和组织中毒反应、刺激受体增加等等。
内尔在这篇题为《空气污染相关的疾病:微粒的作用》的论文中说, 空气微粒污染对人类最显著的影响可能在于引发呼吸道炎症。动物和人体实验都已表明, 吸入空气中的微粒会在呼吸道引发促炎症效应, 增加细胞因子的生成和过敏反应等。他认为, 微粒产生的活性氧化物是引起炎症的一个根源。
内尔在论文中写道:“尽管目前对微粒中哪些成分会产生活性氧化物还有争议, 但越来越多的证据表明氧化性的碳氢化合物, 比如多环芳香烃和醌类, 以及铜、钒、铬、镍等金属元素, 都在发生作用。”此外, 人们在吸入微粒后, 呼吸道的上皮细胞和巨噬细胞会发生反应, 产生活性氧化物质, 进而损害机体。
他认为, 目前科学界的研究只是集中在不同尺寸的微粒可能引起的健康风险, 而微粒中哪些化学成分是最重要的, 还有待科学家进一步探索。科学界还应该研究机动车排放废气中含量最高的超细颗粒具有哪些影响, 并探讨是否应以法规加强对超细颗粒浓度的管理。此外还应该探讨现有的法规是否足以预防空气微粒污染引起的疾病。
废旧电池的处理
目前, 无论是在马路上还是在居民生活区内, 几乎经常可以看到被人们随手丢弃的废旧电池。今后, 随着各种用电池做能源的电器设备的增加, 这种现象恐怕会更多。废旧电池是一种很厉害的污染物, 是破坏生态环境的杀手。
我们日常使用的电池, 主要是靠化学腐蚀作用产生电能的化这电池, 其中含有大量的重金属, 如镉、汞、铬及其它有害物质。随着废弃电池的被车辆碾轧, 有些变成粉末飘散空中, 有可能被吸入人体;那些混在一般生活垃圾中的废电池, 在堆放过程中, 其中的有害物质会从中溢出, 进入土壤或水源。人饮用了这种水, 或通过食物链, 那些有毒物质和重金属也可进入体内。这些重金属一旦进入体内很难排除。随着生物积累浓度越来越高, 于是造成对肾脏、肝脏、神经系统、造血机制的损害, 严重时会使人罹患“骨痛病”、精神失常甚至癌症, 这就是所谓的重金属公害病。
例如, 日本曾经发生过四次大的公害事件, 其中三件是重金属污染所致。最有名的是1953年发生在日本九州熊本县水俣镇的水俣病和1955~1972年发生在日本富山县神通川流域的骨痛病。骨痛病是由于附近的河水被含重金属镉的工业废水污染, 河水又用来饮用和浇灌庄稼, 这样镉便进入人体, 取代了骨骼中的钙, 于是人便患上了上述怪病。电池这东西, 是生产多少废弃多少、集中生产分散污染、短时使用长期污染、人们离不开、用后又很难处理的家伙。
目前, 对付废旧电池的最好办法是收集起来进行再利用。废电池的许多材料, 尤其是其中的重金属还是很重要的工业原料。
光化学烟雾
氮氧化物 (NOx) 主要是指NO和NO2。NO和NO2都是对人体有害的气体。氮氧化物和碳氢化合物 (HC) 在大气环境中受强烈的太阳紫外线照射后产生一种新的二次污染物——光化学烟雾, 在这种复杂的光化学反应过程中, 主要生成光化学氧化剂 (主要是O3) 及其他多种复杂的化合物, 统称光化学烟雾。
经过研究表明, 在60°N (北纬) ~60°S (南纬) 之间的一些大城市, 都可能发生光化学烟雾。光化学烟雾主要发生在阳光强烈的夏、秋季节。随着光化学反应的不断进行, 反应生成物不断蓄积, 光化学烟雾的浓度不断升高, 约3h~4h后达到最大值。这种光化学烟雾可随气流飘移数百公里, 使远离城市的农村庄稼也受到损害。
1943年, 美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件, 此后, 在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究, 直到1958年才发现, 这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的, 这些汽车每天消耗约1600 t汽油, 向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物, 这些气体受阳光作用, 酿成了危害人类的光化学烟雾事件。
1970年, 美国加利福尼亚洲发生光化学烟雾事件, 农作物损失达2500多万美元。
1971年, 日本东京发生了较严重的光化学烟雾事件, 使一些学生中毒昏倒。同一天, 日本的其他城市也有类似的事件发生。此后, 日本一些大城市连续不断出现光化学烟雾。日本环保部门经对东京几个主要污染源排放的主要污染物进行调查后发现, 汽车排放的CO、NOx、HC三种污染物约占总排放量的80%。
目前, 由于我国内地汽车油耗量高, 污染控制水平低, 已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国家标准, 汽车污染已成为主要的空气污染物;一些城市臭氧浓度严重超标, 已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。据国家环境保护局《一九九六年环境质量通报》:我国大城市氮氧化物污染逐渐加重。1996年度污染较严重的城市分别为:广州、北京、上海、鞍山、武汉、郑州、沈阳、兰州、大连、杭州。从总体上看, 氮氧化物污染突出表现在人口100万以上的大城市或特大城市。
垃圾发电有作为
垃圾即废物, 本来是不能与能源或矿藏划等号的。不错, 从生态环境角度讲, 垃圾是污染源;但从资源方面看, 垃圾也许是地球上惟一的不断增长的可再生资源。废物利用, 变废为宝, 垃圾发电将大有作为。
我国是世界上的垃圾资源大国。1997年, 全球“制造”垃圾5亿吨, 我国占1.3亿吨。在许多地区, 垃圾堆积成山, 不仅占用大量土地, 也影响城市环境, 污染空气, 也为各种菌毒、蚊蝇提供理想的栖身繁衍场所, 间接地危害人的身心健康。可见, 中国的垃圾问题亟待解决。面对垃圾泛滥成灾的状况, 世界各国的专家们已不仅限于控制和销毁垃圾这种被动“防守”, 而是积极采取有力措施, 进行科学合理地综合处理利用。有些国家政府甚至将垃圾利用作为维系经济持续发展的“第二资源”。
从20世纪70年代起, 一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。欧美一些国家建起了垃圾发电站, 美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦, 每天处理垃圾60万吨。现在, 德国的垃圾发电厂每年要花费1千亿美元, 从国外进口垃圾。据统计, 目前全球已有各种类型的拉圾处理工厂近千家, 预计3年内, 各种垃圾综合利用工厂将增至3千家以上。科学家测算, 垃圾中的二次能源如有机可燃物等, 所含的热值高, 焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电, 每年将节省煤炭5千万~6千万吨, 其“资源效益”极为可观。
垃圾发电之所以发展较慢, 主要是受一些技术或工艺问题制约。比如发电时燃烧产生的剧毒废气长期得不到有效解决。日本曾推广一种超级垃圾发电技术, 采用新型汽熔炉, 将炉温升到500℃, 发电效率也由过去的一般10%提高为25%左右, 有毒废气排放量降为0.5%以内, 低于国际规定标准。当然, 现在垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高。专家认为, 随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展, 工艺日益科学先进, 垃圾发电方式很有可能会成为最经济的发电技术之一。从长远效益和综合指标看, 将优于传统的电力生产。尤其是作为“绿色”技术, 垃圾发电的环境效益、社会效益等都是无形的、巨大的。
我国的垃圾发电刚刚起步, 但前景乐观。我们丰富的垃圾资源, 其中有极大的潜在效益。现在, 全国城市每年因垃圾造成的损失约近300亿元 (运输费、处理费等) , 而将其综合利用却能创造2500亿元的效益。现在, 上海等城市已开始建造垃圾发电厂。武汉市也与荷兰、美国、加拿大等达成协议, 由外商投资在武汉兴建垃圾处理场和发电站, 用于发电或生产管道煤气。建造垃圾处理或发电厂, 将启动“垃圾新产业”, 并带动其他许多相关产业的发展和劳动就业率的提高。完全有理由期待:垃圾将为人们造福。