书城科普读物探索未知-趣说绿色化学
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第4章 绿色化学与环境保护(1)

环境是当今一个非常重要的话题,在本节中,我们首先简单地谈一下环境污染,然后着重谈一谈如何防止环境污染,即绿色化学。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。它是一门从源头上阻止污染的化学。

首先,让我们来看一看近年来,有关化学污染对环保严重的负面影响以及对人身造成重大伤害事故的事例。

2002年1月25日,广东东莞市某家具厂一名油漆工在突发性头痛后,死在一家医院中。当地的采访记者在工人工作的车间里呆了不到一分钟,就被迷漫的油漆气味熏得眼泪直流;黑龙江哈尔滨市气体中毒急救治疗中心,2005年11月以前收治“装修气体中毒”患者是2000年全年的10倍,这其中还不包括尚未意识到已经中毒、还在看“心脏病”、“感冒”而延误治疗的“装修气体中毒”患者;中国消费者协会组织在北京和杭州两地对部分装修后的室内环境状况进行了人室测试,结果发现半数样本存在苯污染。据统计,我国每年因建筑涂料(主要是苯中毒)引起的急性中毒约400起,1万余人。

再如:聚苯乙烯发泡餐具其废弃物被随意丢弃的现象相当普遍,从而给市容景观、生态环境造成了严重的负面影响,被形象的比喻成“白色污染”,由此引发了新的环境问题。近年来,“白色污染”日益严重,已引起社会极大的关注和强烈的反响,铁路沿线、旅游景点、江河湖泊以及大中城市的城乡结合部等地区的“白色污染”尤为受到各级政府和百姓的重视,同时也引起了中央国务院领导的高度重视,要求尽快治理。

一、常见的三大污染

(一)空气主要污染物

空气中主要污染物有二氧化硫、氮氧化物、粒子状污染物、酸雨。

1.二氧化硫(SO2)。二氧化硫主要由燃煤及燃料油等含硫物质燃烧产生,其次是来自自然界,如火山爆发、森林起火等产生。

二氧化硫对人体的结膜和上呼吸道黏膜有强烈刺激性,可损伤呼吸器管可致支气管炎、肺炎,甚至肺水肿呼吸麻痹。短期接触二氧化硫浓度为0.5毫克/立方米空气的老年或慢性病人死亡率增高,浓度高于0.25毫克/立方米,可使呼吸道疾病患者病情恶化。长期接触浓度为0.1毫克/立方米空气的人群呼吸系统病症增加。另外,二氧化硫对金属材料、房屋建筑、棉纺化纤织品、皮革纸张等制品容易引起腐蚀,剥落、褪色而损坏。还可使植物叶片变黄甚至枯死。国家环境质量标准规定,居住区日平均浓度低于015毫克/立方米,年平均浓度低于006毫克/立方米。

2.氮氧化物(NOx)。空气中含氮的氧化物有一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)等,其中占主要成分的是一氧化氮和二氧化氮,以NOx(氮氧化物)表示。NOx污染主要来源于生产、生活中所用的煤、石油等燃料燃烧的产物(包括汽车及一切内燃机燃烧排放的NOx);其次是来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气。当NOx与碳氢化物共存于空气中时,经阳光紫外线照射,发生光化学反应,产生一种光化学烟雾,它是一种有毒性的二次污染物。NO2比NO的毒性高4倍,可引起肺损害,甚至造成肺水肿,慢性中毒可致气管、肺病变。吸入NO,可引起变性血红蛋白的形成并对中枢神经系统产生影响。NOx对动物的影响浓度大致为1.0毫克/立方米,对患者的影响浓度大致为0.2毫克/立方米。国家国家环境质量标准规定,居住区的平均浓度低于0.10毫克/立方米,年平均浓度低于0.05毫克/立方米。

3.粒子状污染物。空气中的粒子状污染物数量大、成分复杂,它本身可以是有毒物质或是其他污染物的运载体。其主要来源于煤及其他燃料的不完全燃烧而排出的煤烟、工业生产过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风的扬尘等,以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物。在空气污染监测中,粒子状污染物的监测项目主要为总悬浮颗粒物、自然降尘和飘尘。

总悬浮颗粒物是指粒径在100微米以下的颗粒物,简称TSP。其对人体的危害程度主要决定于自身的粒度大小及化学组成。TSP中粒径大于10微米的物质,几乎都可鼻腔和咽喉所捕集,不进入肺泡。对人体危害最大的是10微米以下的浮游状颗粒物,称为飘尘。可经过呼吸道沉积于肺泡。慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌的发病与空气颗粒物的污染程度明显相关,当长年接触颗粒物浓度高于0.2毫克/立方米的空气时,其呼吸系统病症增加。国家环境质量标准规定居住区日平均浓度低于0.3毫克/立方米,年平均浓度低于0.2毫克/立方米。

自然降尘指粒径大于10微米在空气中经重力作用就能沉降到地面上的灰尘。其来源以风沙扬尘为主。人吸入灰尘会增加呼吸道的阻力,呼吸道出现狭窄现象。

飘尘是指在风的作用下,飘浮再空气中的各种微型有害物质。

4.酸雨。指降水的pH值低于5.6时,降水即为酸雨。煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素;其次气象条件和地形条件也是影响酸雨形成的重要因素。降水酸度pH<4.9时,将会对森林、农作物和材料产生明显损害。

5.一氧化碳(CO)。一氧化碳是无色、无臭的气体。主要来源于含碳燃料、卷烟的不完全燃烧,其次是炼焦、炼钢、炼铁等工业生产过程所产生的。人体吸入一氧化碳易与血红蛋白相结合生成碳氧血红蛋白,而降低血流载氧能力,导致意识力减弱,中枢神经功能减弱,心脏和肺呼吸功能减弱;受害人感到头昏、头痛、恶心、乏力,甚至昏迷死亡。我国空气环境质量标准规定居住区一氧化碳日平均浓度低于4.00毫克/立方米。

6.氟化物(F)。指以气态与颗粒态形成存在的无机氟化物。主要来源于含氟产品的生产、磷肥厂、钢铁厂、冶铝厂等工业生产过程。氟化物对眼睛及呼吸器官有强烈刺激,吸入高浓度的氟化物气体时,可引起肺水肿和支气管炎。长期吸入低浓度的氟化物气体会引起慢性中毒和氟骨症,使骨骼中的钙质减少,导致骨质硬化和骨质疏松。我国环境空气质量标准规定城市地区日平均浓度7微克/立方米。

7.铅及其化合物(Pb)。指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。主要来源于汽车排出的废气。铅进入人体,可大部分蓄积于人的骨骼中,损害骨骼造血系统和神经系统,对男性的生殖腺也有一定的损害。引起临床症状为贫血、末梢神经炎,出现运动和感觉异常。我国尿铅80微克/升为正常值,血铅正常值小于50微克/毫升。

8.挥发性有机物和放射性元素。主要污染物有芳香族化合物,甲醛,氡等。苯是一种无色具有芳香气味的液体,专家们称之为“芳香杀手”。国际卫生组织已经把苯定为强烈致癌物质,长期吸入会破坏人体的循环系统和造血机能,导致白血病。此外,妇女对苯的吸入反应格外敏感,妊娠期妇女长期吸入苯会导致胎儿发育畸形和流产。苯主要来自室内装修用的涂料、木器漆、胶黏剂及各种有机溶剂里。氡也是两种世界卫生组织确认的致癌物质,一般从漆中挥发出来。氡的来源主要有两大方面,一是地层土壤岩石中所含的氡向上扩散,进入建筑物后在室内积聚;二是室内花岗石等天然石材及水泥、石膏等可能释放出氡。氡是一种无色无味放射性气体,进入人体后形成辐射,研究表明,氡是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素。氡在人体内的潜伏期较长,一般会达到15年以上。

甲醛被广泛用来制造板材黏结剂,我们平时装饰用的各种高密度板、胶合板、复合地板以及人工板材等都是甲醛的载体,而甲醛除主要损害人的呼吸系统外,还能导致神经系统疾病、孕妇胎儿畸形,严重时可诱发鼻咽癌、皮肤癌等。目前我国规定复合地板的甲醛含量不得超过9MG/100G。

(二)地面水主要污染物

地面水中主要污染物有氨氮、石油类、高锰酸盐指数、生化需氧量、挥发酚、汞和氰化物。

1.氨氮。指以氨或铵离子形式存在的化合氨。氨氮主要来源于人和动物的排泄物,生活污水中平均含氮量每人每年可达2.5~4.5千克。雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源。另外,氨氮还来自化工、冶金、石油化工、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水中。

当氨溶于水时,其中一部分氨与水反应生成铵离子,一部分形成水合氨,也称非离子氨。非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子,而氨离子相对基本无毒。国家标准Ⅲ类地面水,非离子氨的浓度≤0.02毫克/升。

氨氮是水体中的营养素,可导致水富营养化现象产生,是水体中的主要耗氧污染物,对鱼类及某些水生生物有毒害。

2.石油类。主要来源于石油的开采、炼制、储运、使用和加工过程。石油类污染对水质和水生生物有相当大的危害。漂浮在水面上的油类可迅速扩散,形成油膜,阻碍水面与空气接触,使水中溶解氧减少。油类含有多环芳烃致癌物质,可经水生生物富集后危害人体健康。

3.化学耗氧量。是指化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需氧量。化学耗氧量越高,表示水中有机污染物越多。水中有机污染物主要来源于生活污水或工业废水的排放、动植物腐烂分解后流入水体产生的。水体中有机物含量过高可降低水中溶解氧的含量,当水中溶解氧消耗殆尽时,水质则腐败变臭,导致水生生物缺氧,以至死亡。

4.生化需氧量。生化需氧量也是水质有机污染绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environally Friendly Chemistrqy)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产生废物。不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的化学综合指标之一,是指在一定温度(20℃)时,微生物作用下氧化分解所需的氧量。其来源、危害同化学需氧量。

5.挥发酚。水体中的酚类化合物主要来源于含酚废水,如焦化厂、煤气厂、煤气发生站、石油炼厂、木材干馏、合成树脂、合成纤维、染料、医药、香料、农药、玻璃纤维、油漆、消毒剂、化学试剂等工业废水。酚类属有毒污染物,但其毒性较低。酚类化合物对鱼类有毒害作用,鱼肉中带有煤油味就是受酚污染的结果。

6.汞。汞(Hg)及其化合物属于剧毒物质,可在体内蓄积。水体中的汞主要来源于贵金属冶炼、仪器仪表制造、食盐电解、化工、农药、塑料、等工业废水,其次是空气、土壤中的汞经雨水淋溶冲刷而迁入水体。

水体中汞对人体的危害主要表现为头痛、头晕、肢体麻木和疼痛等。总汞中的甲基汞在人体内极易被肝和肾吸收,其中只有15%被脑吸收,但首先受损是脑组织,并且难以治疗,往往促使死亡或遗患终生。

7.氰化物。氰化物包括无机氰化物、有机氰化物和络合状氰化物。水体中氰化物主要来源于冶金、化工、电镀、焦化、石油炼制、石油化工、染料、药品生产以及化纤等工业废水。

氰化物具有剧毒。氰化氢对人的致死量平均为50微克;氰化钠约100微克;氰化钾约120微克。氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体,极易被人体吸收。急性中毒症状表现为呼吸困难、痉挛、呼吸衰竭,导致死亡。

(三)噪声污染

从物理定义而言,振幅和频率上完全无规律的震荡称之为噪声。从环境保护角度而论,凡是人们所不需要的声音统称为噪声。噪声的著特点是:无污染物存在、不产生能量积累、时间有限、传播不远、振动源停止振动噪声消失、不能集中治理。噪声来源于交通工具、工厂机器设备、建筑施工和人们的社会、家庭活动。

噪声对人类的危害个是多方面的,其主要表现为对听力的损伤、睡眠干扰、人体的生理和心理影响。当人在100分贝左右噪声环境中工作时会感到刺耳、难受,甚至引起暂时性耳聋。超过140分贝的噪声会引起眼球的振动、视觉模糊,呼吸、脉膊、血压都会发生波动,甚至会使全身血管收缩,供血减少,说话能力受到影响。

(四)光污染不可忽视

人们都知道水污染、大气污染、噪声污染对人类健康的危害,却没有发觉身边潜在的威胁——光污染,正严重损害着人们的眼睛。

近年来,环境污染日益加剧。无数悲剧的发生,让人们越来越懂得环境对人类生存健康的重要性。人们关注水污染、大气污染、噪声污染等,并采取措施大力整治,但对光污染却重视不够。其后果就是各种眼疾,特别是近视比率迅速攀升。据统计,我国高中生近视率达60%以上,居世界第二位。

我国每年都要投入大量资金和人力用于对付近视,见效却不大,原因就是没有从改善视觉环境这个根本原因入手。有关卫生专家认为,视觉环境是形成近视的主要原因,而不是用眼习惯。

据有关专家介绍,视觉环境中的光污染大致可分为三种:一是室外视环境污染,如建筑物外墙;二是室内视环境污染,如室内装修、室内不良的光色环境等;三是局部视环境污染,如书簿纸张、某些工业产品等。

随着城市建设的发展和科学技术的进步,日常生活中的建筑和室内装修采用镜面、瓷砖和白粉墙日益增多,近距离读写使用的书簿纸张越来越光滑,人们几乎把自己置身于一个“强光弱色”的“人造视环境”中。

目前,很少有人认识到光污染的危害。据科学测定:一般白粉墙的光反射系数为69%~80%,镜面玻璃的光反射系数为82%~88%,特别光滑的粉墙和洁白的书簿纸张的光反射系数高达90%,比草地、森林或毛面装饰物面高10倍左右,这个数值大大超过了人体所能承受的生理适应范围,构成了现代新的污染源。经研究表明,光污染可对人眼的角膜和虹膜造成伤害,抑制视网膜感光细胞功能的发挥,引起视疲劳和视力下降。

视觉环境已经严重威胁到人类的健康生活和工作效率,每年给人们造成大量损失。为此,关注视觉污染,改善视觉环境,已经刻不容缓。

专家预计,研究视环境保护技术、开发护眼产品将会是21世纪的一大热点,视环境保护技术将逐渐形成一个前景广阔的新兴产业,将产生巨大的经济效益和社会效益。