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此次持续空气污染出现了与美国南加州20世纪光化学污染同样的成分――含氮有机颗粒物。这是否意味着中国要重走美国洛杉矶或英国伦敦的老路呢?1943年5月~10月洛杉矶出现光化学烟雾事件,夺去400多人的生命;伦敦1952年12月5日~8日光化学烟雾事件,造成4000人死亡。
烟雾来源和烟雾成因
洛杉矶和伦敦的光化学烟雾事件相似,两者的治理也有相似的地方,都取得了消除烟雾,还蓝天给公众的最好结果。但是两者也有较大的区别。伦敦是综合措施,包括限行、禁行汽车,尤其是私家车,停用燃煤,推广节能手段。而洛杉矶则主要是整治汽车尾气,但并不限车,当然也采取了管控交通和减少工业污染等措施。
20世纪40年代洛杉矶发生光化学烟雾污染事件后,洛杉矶人以为工厂排放的烟雾是罪魁祸首,但是,随着调查的广泛展开和深入,人们才知道烟雾还有其他许多来源,比如洛杉矶居民大部分家庭后院焚烧炉排出的烟雾,城市垃圾场、锯木厂、废木厂焚烧垃圾的烟雾,机动车排出的烟雾,甚至洛杉矶地区的地理特点,都造成了浓厚的烟雾。洛杉矶市西临太平洋,东、南、北三面为群山环抱,处于西海岸气候盆地之中,大气状态以下沉气流为主,极不利于污染物质的扩散,而且常年高温、少雨,日照强烈,给光化学烟雾的形成创造了条件。
然而,调查也发现,当时洛杉矶的雾霾污染源中,汽车尾气排放所占的比重更大。从1940年~1946年,洛杉矶每天从天而降的灰尘从约100吨上升到约400吨。洛杉矶人认为,这些尘雾来自工厂的烟囱和焚化炉(洛杉矶当时有30万个家庭后院垃圾焚烧炉)。但是,洛杉矶光化学烟雾事件后,人们开始怀疑这些尘雾的来源了,原因有很多。
其一,光化学烟雾事件的发生伴随着空气颜色的变化,有时烟雾呈微白色,有时是黄褐色,而且这种薄雾会招致眼睛疼痛和流泪。其二,当时的洛杉矶大街小巷奔跑着250万辆汽车,每天消耗汽油1600万升。人们怀疑汽车燃料的排放增加了城市上空的废气。其三,洛杉矶当局在禁止了家庭垃圾焚烧炉(改为垃圾集中回收),并在城市各处安装灰尘沉积设置和限制工厂排烟后,每天降落的烟尘有所减少,约减少200吨,这说明洛杉矶的烟尘大部分并非工厂燃煤和家庭焚烧炉所释放。
洛杉矶从属加利福尼亚州,该州的科研人员责无旁贷地担负起了解开烟雾成因之谜的重任。加州技术研究所的阿里・J・哈根・斯密特博士通过实验首先发现,导致人们眼睛疼痛的雾霾也可能是导致人们死
亡的原因,而这些烟雾是通过与阳光发生化学反应产生的。油田、炼油厂的油气排放,以及汽油不完全燃烧、汽车漏油、汽油挥发等产生的废气排放,使得大量废气每天排向城市上空。这些废气在5月~10月的强烈阳光作用下,发生光化学反应,即氮氧化合物(空气变热使它所含的氮与氧相互发生作用而产生)和有机化合物(汽油燃烧产生的烃类)反应,生成淡蓝色的光化学烟雾(PAN),烟雾中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化剂,滞留市区久久不散。这种烟雾造成了对人们健康的危害,如呼吸困难、眼睛疼痛,甚至致人死亡。
在原因基本查清后,洛杉矶政府也没有把主要责任归咎于汽车,而是认为那些巨大的油田、炼油厂,以及遍布在这个地区的其他一些大型的石油工业排放的碳氢化合物是造成PAN的重要来源,于是开始严格限制这些企业的废气排放。严格限制的效果也明显体现出来。来自石油工业的碳氢化合物从1947年大约每天排放2100 吨到1957年下降为每天250吨。
然而,即便限制石油工业的油气排放取得如此大的成效,但光化学烟雾还是在大量产生,并造成严重后果。例如,虽然1943年洛杉矶光化学烟雾事件导致400多人死亡,但是在1952年12月的一次光化学烟雾事件中,洛杉矶市65岁以上的老人死亡400多人。1955年9月,同样的污染在短短两天之内让400多名65岁以上的老人死亡,此外还有很多人受到烟雾刺激而出现眼睛痛、头痛、呼吸困难。而且,1959年洛杉矶187天都有人患眼睛过敏症,1960年是198天,1961年是186天,1962年是212天。
从20世纪50年代初,洛杉矶人才开始真正把光化学烟雾与汽车挂上钩来。1953年的一个调查报告指出,石油工业每天排放500吨碳氢化合物,但小汽车、卡车和公共汽车每天排放出来的碳氢化合物是前者的2倍多,达1300吨。1957年的调查发现,机动车辆排放的废气(碳氢化合物)约占洛杉矶城每天废气总排放量2500吨的80%。
提出对策和严格管理
洛杉矶人知道了自己城市雾霾的最大“元凶”是机动车尾气排放后,治理的主要对象也就转向了汽车。但是,洛杉矶的治理却与后来其他一些国家的大都市和今天人们采用的方法并不一样,最大的不一样是,很多大都市一提污染就禁车、限车。但是,洛杉矶并非如此,原因不仅在于如同整个美国都是车轮上的国家一样,洛杉矶依靠汽车更甚于美国的其他地方,而且汽车拉动的不只是汽车工业和石化等产业,而是有更多的经济和文化效益。因此,洛杉矶采用的不是禁车、限车,而是更为根本的限制车辆排放污染物,因为油气燃烧的污染物(主要是碳氢化合物,又称烃类和碳氧物)才是祸根。
洛杉矶未限制公民用车但又要治理雾霾是从两方面着手的,一是法律和管理,二是技术,但是,这两者融合在一起。
自从发生光化学烟雾污染后,1943年,洛杉矶县管理部门任命了一个烟雾委员会专门研究该地区的烟雾问题,在该委员会的建议下,洛杉矶县于1945年2月颁布了禁止排放浓雾的法令,并成立了空气污染控制办公室。1947年4月15日,洛杉矶县批准了一项法律草案,允许该县成立统一的空气污染控制部门。
与此同时,加利福尼亚州也与洛杉矶共同行动,寻求控污对策。1952年,当时的加利福尼亚州州长奈特任命贝克曼任空气污染控制改革委员会主任,一年后,该委员会提出几项实用性和针对性极强的建议,包括减少碳氢化合物的排放量、创建汽车尾气排放标准、柴油卡车和公交车用丙烷当燃料等。同时,洛杉矶地区成立了加州机动车污染控制局,该局有权测试汽车尾气排放并核准排放控制装置。
更重要的是,在实施洛杉矶限制汽车尾气排放的措施中体现了管理者的耐心和锲而不舍。例如,洛杉矶县监察官肯尼思・哈恩就通过穷追汽车制造商促成了控制汽车尾气污染的技术创新与控污装置的生产和
使用。1953年2月,哈恩写信给福特汽车公司的总经理,询问该公司是否在进行消除或者实际减少排放尾气的研究或实验,但是,得到的回答是,无论是福特汽车公司,或是汽车联合企业在当时都没有任何研制可能控制废气装置的兴趣。
哈恩则根据1945年2月洛杉矶颁布的禁止排放浓雾的法令和加州机动车污染控制局有权测试汽车尾气为由,不断催促汽车生产商研发废气控制装置。1953年底,汽车制造商终于表示,在汽车行业已经启动废气控制装置的研究。此后,哈恩又一再追问和督促,1955年,底特律的汽车厂商终于回答,会有一种适当的装置马上可以装在汽车上以减少汽车废气中的碳氢化合物。
1957年,哈恩再次询问是否有减排装置会安装在1957年型号的机动车上。但是,答复是1958年有可能。喜讯是在1960年10月18日到达的,通用汽车公司总经理向哈恩通报,一种减排装置――曲轴箱净化器将安装在1961年该公司为加州生产的小轿车上。但是,安装之后,这种曲轴箱装置仅能清除25%的碳氢化合物排量。尽管如此,这已经是一种巨大的进步。加州机动车污染控制局和哈恩在对此表示肯定的同时又对汽车制造商提出了更高要求。直到1966年,经过改进的有更好效果的废气控制装置才全面装载在加州的新轿车上。
初见成效和污染的反复
废气控制装置的效果逐渐体现出来。从1965年到1968年,洛杉矶机动车排放的碳氢化合物由每天的1950吨下降到1720吨,洛杉矶人的眼睛过敏症也减少了。同时,由于废气控制装置也能减少机动车一氧化碳和二氧化碳的排放,一氧化碳的排放从1965年的56PPM(56/100万)下降到1968年的6PPM(6/100万)。二氧化碳的排放量则从 1965年到1968年之间下降了12%。
不过,在汽车碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳排放减少的同时,洛杉矶空气中的过氧化氮的含量却增加了28%。1965年,过氧化氮超过了最差标准有100天,1968年,则达到132天。过氧化氮有毒,会损害和杀死肺细胞,促使肺血管扩大,而且在浓度过高时,会导致肺水肿,严重时可致人死亡。
控制汽车废气反而造成了过氧化氮浓度上升的原因有二。一是氮的氧化物和过氧化氮的混和物是在阳光的作用下形成的,它们与二氧化碳结合产生PAN。二是在设计污染控制装置时,汽车公司只考虑到了减少碳氢化合物和碳化物的排放。这就是改进引擎,让燃料在汽缸中充分燃烧,因此也增加了引擎对空气的摄入。这也增强了空气中的主要成分氮向过氧化氮的转化。引擎的改进减轻了碳氢化合物的排放,但增加了氧化氮的排量,这是当初意想不到的。当时的统计是,在洛杉矶,氧化氮的排放量中大约有20%~25%来自发电站,约75%~80%来自机动车。
解决的办法是,1975年加州要求汽车配备最重要的污染控制装置――催化转换器,以此既减少碳氢化合物和碳化物的排放,也减少氧化氮的排放。
当然,洛杉矶和加州限制汽车废气污染在后来还采取了其他办法,从1970年开始,洛杉矶把控制机动车的排污纳入到联邦的治污范畴,例如,执行1970年美国通过的《清洁空气法》,逐步淘汰了汽油中的铅。20世纪70~80年代,加州同时鼓励人们使用甲醇和天然气取代汽油,因为这会减少一半的汽车烟雾排放量。
历尽艰辛修成正果
尽管从1943年洛杉矶出现光化学烟雾后洛杉矶管理部门采取了多种方法,洛杉矶在20世纪70年代还是被称为“美国的烟雾城”,只不过在采取了种种控污措施后,烟雾排放在逐年好转和减轻。洛杉矶真正摆脱“烟雾城”的耻辱是在2007年,达到了清洁空气的标准。从1947年洛杉矶成立统一的空气污染控制部门到完全获得蓝天白云,足足经历了60年。
这个艰难而漫长的过程主要在于,洛杉矶制定的是让经济效益和蓝天同时可得的政策,并且随着经济发展而制定适合本地特点的控污措施,在
有效控污的同时,也能让公众享有现代文明生活和经济发展的益处。
世界各国大城市控污和改善交通拥堵的重要做法是发展公共交通,但是,洛杉矶大都会区公共交通并不发达,公共汽车线路少,地铁只有一条,而且只有17英里(一英里约合1609米)。洛杉矶不修建地铁的原因在于,地铁每英里的造价为3亿美元,但轻轨列车的造价每英里为3000万美元。所以,洛杉矶倾向于后者。到21世纪初洛杉矶才新增两条城市轻轨交通。
由于公共交通不发达,96.6%的洛杉矶人出行靠私家车。而且2000年洛杉矶都会区的机动车辆总数已达652万辆(是40年代250万辆的2.6倍),到现在接近1000万辆(是40年代的4倍),平均1人1辆车。洛杉矶都会区的各级道路中心线总长度为34103千米,其中高速公路中心线长度为848千米,承担了52%的交通流量。
如此多的车必然会造成更多的污染和交通堵塞,一个统计表明,从20世纪80年代到2000年,仅交通堵塞所造成的时间和燃料浪费就让洛杉矶损失100亿美元。而且,由于交通堵塞,机动车多,洛杉矶的空气污染到了20世纪90代也并未得到根治。例如,进入90年代,洛杉矶市区内臭氧浓度仍达到200PPB(200/10亿)左右,超过美国空气质量标准(120/10亿)。1990年~1993年,洛杉矶市分别有118、111、130和102天的臭氧浓度超过全美警戒标准。
这些情况为洛杉矶的控污和缓减交通拥堵带来了新挑战。对此,洛杉矶同样从管理和技术两方面改善交通和控污。最重大的一个措施是,制定法规让人们最大限度地合理使用私家车,由此也减少了拥堵和排污,这就是实施和鼓励使用共乘车道,而这个措施在1984年洛杉矶奥运会之前就实施了,直到今天还在有效使用。做法是,将高速公路的最快一条左方车道改为共乘车道,只有两人或者三人以上共用一辆车的情况下才可以使用,单人开车使用共乘车道要罚款271美元。这条快车道比其他道路更快,而且可以到达洛杉矶市中心任何地方。
同时,洛杉矶市政府专设一个办公室,拨出专用800免费号码,任何想要共乘车的人,不管是提供车辆还是自己想搭乘他人的车,都可以打这个电话,由交通局的专业人员负责为共乘者配对。2003年的统计是,洛杉矶都会区拥有单向共乘车道约610千米,每天有50万共乘者使用。预计未来25年会增加320千米共乘车道,每天将有100万以上共乘者使用。
另一方面,洛杉矶不仅沿用过去限制机动车排污的技术手段,而且还在研发新的技术手段并有效使用。在洛杉矶市出售的汽车必须是清洁的,在1994年后,更要求出售的汽车全部安装“行驶诊断系统”,即时监测机动车的工作状态,一旦车辆废气超标,就可以被监测到,可让其及时脱离排污状态和接受维修。同时,洛杉矶要求机动车的燃料泵上装配橡皮套,套内的填充装置可以减少汽油蒸气逸出而污染空气。
此外,洛杉矶还注重开发应用智能交通系统,提高交通系统管理水平,以减少堵车和机动车污染。例如,减少红绿灯,以停车牌来替代。停车牌是一种8角形的红色交通标识牌,竖立在从小街道到主要街道或小街道与小街道的交叉路口,驾车者见到停车牌后要将车停在停车线前,看清楚横在前面的街道上没有车辆行驶,确保可以安全通过时才能通过或转入横在前面的街道。在交通不繁忙,车流量不大的交叉路口使用停车牌比用红绿灯的好处更多,能保证与多条小街道交叉的主要街道的畅通,同时提高小街道交叉路口的通车效率。同时,在洛杉矶启用了自动交通监测和控制中心后,该自动车辆监测和控制系统较之传统技术,平均减少12%的出行时间,32%的交叉路口耽误和30%的交叉路口不必要停车。
[关键词]农村中学;化学教学;环保教育
环保是21世纪的首要课题,也是当代人类文化素质的重要部分。化学在解决环境问题中具有突出的作用。全方位的做好环保工作,除了城市的规划以外,还有重视日渐突出的农村环境问题。所以,在农村中学化学中实施环保教育,是每个中学化学教师义不容辞的责任和义务。在农村中学化学教学中实施环保教育,提高学生的环保意识和综合素质。
一、在农村中学化学教学中应用环境污染实例实施环保教育
1、大气污染实例在环保教育中的渗透。在1952年,美国洛杉机发生了首次“光化学烟雾”称为洛杉机烟雾,此次烟雾事件造成了严重的伤害和损失,它的特征是烟雾呈蓝色具有强氧化性,能使橡胶开列,刺激人的眼睛,伤害植物的叶子,并使大气能见度降低。光化学烟雾的形成是因为大气中含有碳氢化合物和氨氧合物等一次污染物,在阳光照射下发生光化学反应生成二次污染物,如O3、H202、醛等,这便形成了光化学污染。继洛杉机之后,在日本的东京、大阪;英国的伦敦;澳大利亚、德国等大城市都出现过光化学烟雾,因而从20世纪50年代至今,对光化学烟雾的研究取得了许多成果。目前光化学烟雾的控制对策有两个:(1)控制反应活性亭的有机物排放;(2)控制03的浓度,氮碳化物初始浓度的大小会影响03的生成量和生成速度,NO2浓度低时,其元解产生的O量减,于是就会减少03生成速度。
在学习氧族元素这一节内容的时候,教师就可以向学生介绍S02的危害。1952年12月由于大气中SO2的增加,在伦敦引发一次硫酸烟雾型污染事件,因此,我们也把硫酸型烟雾称为伦敦烟雾。S02的增加还会出现酸雨等现象。在上课时,教师要简单的介绍一下有关的酸雨知识,酸雨是因为硫酸和硝酸溶入大气的雨滴,使自身的化学结构发生变化而形成,酸雨在陆地生态系统中造成了严重的影响。如损害土质,改变微生物的数量,酸雨还可以使湖泊,河流中沉积的某些重金属元素化合物溶出,从而进入鱼贝体中,这些有毒的重金属元素通过食物链危害人类的健康。因此,国家环境保护总局公布了“2002年全国环境统计公报”,在《两控区“十五”酸雨和二氧化硫污染防治计划》、《113个大气污染防治重点城市划定方案》之后,第一次将排污权交易示范工作写进环境统计公报,成为2002年国家控制大气污染的第三项重要措施。CO2浓度逐年上升,太阳能辐射的一部分―地球红外辐射热不能快过大气层,因而造成:即CO2吸收了地面辐射出来的红外光,把能量截留于大气之中,从而使大气的温度升度。
大气中CO2的含量增加而导致全球气温上升,产生温室效应从而引起起厄尔尼,太平洋气候的变化现象,使全球降雨量分布发生变化。氯的氧化物及氟氯代烷分解产生的原子,使臭氧层空洞的现象。目前减少大气污染的方法主要有减少工业生产排放的废气,汽车排放的尾气,大副度的植树造林等。
以上仅仅是一些关于大气污染的实例,而环境污染有多方面的,所以教师在教学中进行环保教育的时候,也要从多方面的污染角度举例说明,让学生能学习到补角全面的有关环境污染与保护的知识。
2、水污染知识在环保教育中的渗透。在水污染方面,在教学中,学习了水这种化合物以后,教师就可以介绍水是人类生存必不可少的能源之一,而水污染却是当今世界的三大污染之一,我国是一个水资源相对不足的国家,人均资源只有世界人均水资源的1/4,那么是什么原因造成的水污染呢?在城市,水污染主要来自工厂排放的污染,生活污水等。在农村,由于农民的生活水平不断提高塑制袋之类的白色垃圾使用率不断上涨,又因为没有专门的垃圾场所,也没有专门的管理和清扫的人,所以这些垃圾就随意散落到地上,大水一冲,就涌进河里,污染河水,使河床升高。在农村,由于农民大量的使用农药和化肥在大水冲刷时随着泥土流进河里,使水质发生变化。这些污染物一旦到了河里,就会通过食物链从一种生物传到另一种生物,从一个群落传到另一个群落。循环污染,威胁人类的健康,破坏了生态平衡,在历史上,由于水污染造成伤害事件也是有的。
在瑞士,农用化学用品,溶剂和汞污染了莱茵河,使数百万尾鱼被毒死。近几年,在中国也有许多的大型水污染事件发生,例如,2005年11月14日中石油吉化公司双苯厂在发生爆炸火灾之后,向松花江排放了大量苯类物质,造成了松花江的严重污染。11月24日重庆市垫江县一家化工厂也发生爆炸,导致苯泄漏,污染水流入附近农田。只是未危及重庆市的供水,没有引起人们的高度重视。12月中旬广东省韶关冶炼厂将超过一千的含重金属镉的污水排入北江,严重污染了珠江水系,危及广州供水。由于水被污染,全世界每年有6×107人死于腹泻。
通过这些实例,激发学生的学习兴趣,使他们一步一步树立强烈的环保意识,从而结合学生所学的化学知识,思考怎样治理污水。教师结合教材内容,向学生介绍几种治污水的方法:(a)、中和法,对酸污染的废水通常加石灰乳等作中和剂,也可加石灰石粉末,使酸性物质和它反应:2H++CaO03=Ca2+H2O+CO2;(b)、沉淀法,加石灰乳到水中使水呈碱性,大多数重金属将生成氢氧化物沉淀:Mn+OH=M(OH)n;(c)氧化还原法,用以处理氰化物、硫化物、酚、醛以吞除色,除臭,处理不易被生物降解的有机物,例如,在碱性条用次氯酸钠(NaC10漂白粉的主要成分)产生CL2,氧化CN:2CN+5CL2+10OA-=N2+2HCO3-C+4HO2经过这些知识的渗透,还可以使学生对教材内容的深刻理解。
3、土壤污染在环保教育中的渗透。氟氯代烷产生的原氯在臭氧的分解中起了催化剂的作用,加速了臭氧的分解,使臭氧层中嗅氧减少,从而形成了臭氧层“空洞”,氟氯代烷来源于人类使用的致冷剂,是致冷剂的主要成分。
在当今世界的三大污染中,除了水污染,大气污染以外,还有一大污染就是土壤污染。要想较完善的在中学化学教育中完成环保教育工作,教师必须在教学中穿插有关土壤污染的知识。在中学化学教材中,学习到元素及其化合物的知识后,教师就可以向学生介绍土壤是自然环境的重要组成之一,它具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力,所以土壤又是保护环境的重要净化剂。土壤曾被人认为具有无限抵抗人类活动干扰的能力。其实,土壤也是脆弱又容易被人类活动所损害。每年数十亿吨的地下矿藏被采掘出来造成土壤的污染是显而易见的,大量化石燃料的燃烧造成大气中CO2过量而引起全球气温变暖。全球雨量的分布发生变化,使肥沃的土壤变得干旱荒芜;将土地变成有毒化学品的堆放场所,含碱盐成分废水灌溉农用田,造成土壤碱化,导致农业减产。酸雨造成地面水体和土壤酸化,土地肥力降低;森林的毁坏而使土地沙漠化;大量农药和化肥施土壤,不但造成了土壤的污染,而且造成了地下水和地表水污染,直接危害人类的健康。这一系列现象都是土壤污染的明显表现。而这些污染给我们的生活和生产造成了严重的损失,因此,我们要节约能源,开发新能源。比如说氢能源,因为氢燃烧生成水且放出大量的热,不污染环境。这样就可以减少煤,石油等的开。植树造林,不让水土流失。通过这样的讲解和介绍,使学生扩大了知识面,也让他们知道保护土壤环境也是每个人义不容辞的责任。
通过三方面的污染实例及污染的起源、危害、防备措施等,是学生对环境污染知识有大体上的认识,启发他们观察身边的事物,除了三大污染以外,还有什么污染。比如说噪声污染,有害废物及放射性固体废物的污染等,对这些污染,我们该怎样防备和阻止等。这样不仅开发学生的创新思维,而且还可以巩固所学的化学知识,把所学的知识与实际相联系。认真的去探讨这快生养他们的土地,增强爱国心,从而要保护这块土地,以致达到加强他们的环保意识。以上所举的例在中学化学教学步骤中是必不可少的。
二、通过实验和课外活动把理论和实际相结合,实施环保教育
大家都知道,化学是一门以实验为基础的学科,要想在实验中实施环保教育,就必须从身边的事做起。
1、通过细节性提醒,培养学生保护环境的习惯。在学生做实验时,教师就要从节约药品,不污染实验室环境等方面考虑来指导学生做实验。例如,在制取有毒气体时,教师就要提醒学生,要注意尾气的收集与处理。例如,在制取CL2时,我们就应该在通风橱内进行,用NaOH溶液收集尾气。叮嘱学生要遵守实验室规则,不在室内抽烟,吃东西等。还防止学生一味追求趣味而乱动手摆弄,还要要求学生,每次实验完毕后的废液,一定要按指定处倾倒或回收,然后统一处理。通过这些细节性的处理,养成学生保护实验室环境的习惯,同时又能进一步提高他们的环保意识。
2、通过改进实验的方法,培养学生思考环保措施的习惯。在中学化学实验中,有的实验可以通过改进方法后,不但可以节约药品,而且效果明显,易于观察,又不污染环境。比如说在做铜和浓硝酸的反应中,利用注射器代替试管进行实验,取一支10ml的注射器,抽出活塞,在针筒内装进0.04g铜,推上活塞并吸入0.1ml硝酸,观察现象等反应完毕后,将注射器中液体小心排入废液中,无色气体在针筒内吸入空气,可见到无色气体变成红棕色。改进后的装置是封闭体系,易于对比观察,效果明显,药品用量比改进前用得少,同时又能防止有毒气体NO2的泄漏而污染空气。再比如说,在制取溴苯实验中逸出的臭味是溴蒸汽,它既污染了教室环境,又严重影响了师生身体健康。针对这问题,利用所学的知识引导学生认真分析,找出原因是制取溴苯的装置不够严密,因此在反应过程中逸出BR2通过长玻璃管时不可能全被冷凝成液体,因而会从导管口逸出,要避免这种现象,我们怎样来改进这个实验呢?其实很简单,要改进这个实验就在密闭容器里进行,改用“Y”形管就可以。引导学生去思考、分析,这样同时又能开发他们的创新能力,又能起到环境保护教育的作用。
3、通过课外活动,宣传环保教育。实验室毕竟是个小天地,学生所见的污染也是有限的。所以教师可以带学生出去一些工厂参观(如化学厂、农药厂、造纸厂、制革厂等)。了解一下这些工厂是怎么样处理生产中所排放的三废的。他们利用了什么设备等。每年的植树节,组织学生植树,利用每年的5月31日世界无烟日,6月5日世界环境等纪念的日子,取得当地环保部门的支持,要求学生参加环保宣传工作。这样使学生经常可以看到形象的环保教育活动,以提高环境管理文化等方面的认识。形成良好的环保习惯。
总而言之,环境问题是人类社会发展过程中出现的问题,涉及人类社会活动的各方面,不是个别技术领域或某种工业单独造成的,解决环境问题,也需要全社会各方面的关注和努力,而化学在解决环境问题中具有突出的作用。因此,如果想全方位的做好环保工作,除了城市的规划以外,还有重视日渐突出的农村环境问题。所以,在农村中学化学中实施环保教育,是每个中学化学教师义不容辞的责任和义务。
参考文献:
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[4] 杨民生,王静萍等.环境保护百科知识.贵州:贵州人民出版社
关键词:环境科学 化学平衡 大气污染 水体污染
环境科学是研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学。环境科学研究的环境,是以人类为主体的外部世界,即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体,包括自然环境和社会环境。
人类出现后,通过生产和消费活动,从自然界获取生存资源,然后又将经过改造和使用的自然物和各种废弃物还给自然界,从而参与了自然界的物质循环和能量流动过程,不断地改变着地球环境。人类在改造环境的过程中,地球环境仍以固有的规律运动着,不断地反作用于人类,因此常常产生环境问题。
一、大气层污染问题
人类的生产和生活活动使大气中增加了其他成分,当大气成分的变化增加到环境所能允许的极限时,会使空气质量发生恶化,这种现象就是大气污染。大气污染的形成与治理都是一个平衡的过程。应用化学平衡的原理剖析大气污染的成因以及提出治理大气污染的方法与措施,是每一个化学工作者要深入研究与学习的问题。
1.臭氧层空洞
平流层中有一层臭氧层,其浓度为10%,厚度为30公里,大量吸收来自宇宙的辐射,其中99%的太阳紫外线被它吸收,从而使地球上的生物免受伤害。平流层中发生着这样的反应:O2在紫外线的辐射下生成O3,形成厚约20公里臭氧层。臭氧层能吸收波长
2.酸雨
上世纪50年代,R.A.Smith最早观察到酸雨,并提出“酸雨”这一名词。酸雨中的酸性物质主要是H2SO4和HNO3。煤和石油中均含有硫,每一份重量的硫就会产生双份重的SO2,硫化物在冶炼或制H2S04时也会放出大量的SO2。这些SO2通过气相或液相的氧化反应生成H2SO4。酸雨中的硝酸成份来自高温燃烧,在高温燃烧区,助燃空气中的N2、O2会结台成NO,燃料中的含氮化合物也会燃烧转化为NO。排入大气中的NO 绝大部分转化为NO2,遇水则歧化为硝酸和亚硝酸。当酸性气体排放较多,超出自然界的抵御能力,使大气平衡大幅度移动,酸碱平衡不能将酸性气体调节到正常范围,酸性气体成份偏高,从而形成酸雨,以致于各圈层的平衡移动造成环境荷染。目前酸雨的酸度不断增加,范围日益扩大。减少和防止酸雨的形成,主要应从污染源着手。
3.光化学烟雾
由各种燃烧设备,特别是汽车排出废气中的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物,在空气中经太阳光(紫外光)照射后,各种污染物之间发生相应反应,生成臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸脂等二次污染物,它们在大气中是一种具有刺激性的浅蓝色烟雾(其中有气体污染物,也有气溶胶),称为光化学烟雾。发生此现象的原始成份是NOx和烃类。它们在日光照射下发生一系列的化学平衡。光化学烟雾就是上述各种成份的混合物,若毒雾在大气中含量较高,难以扩散,在局部地区较富集,大气正常平衡组成改变,生物圈中的人就会感到强烈刺激,流泪、眼红、呼吸困难,并诱发其它病症。
二、水环境问题
水体污染沉积物最常用的方法是挖掘清除, 但这是工程量浩大、经济负担很重的方式, 而且如果措施不当反会造成污染扩散的后果。因此, 在实施挖掘以前, 必须对所在水域进行慎密的评估平衡分配法(EqP) 是应用表层沉积物固相与孔隙水中污染物的平衡浓度(C s 与C rw ) 求得平衡常数K p , 再联系当地水质基准WQC。例如重金属可按以下公式计算。
K p = C sCrw
SQC = K p1WQC + [M e ]AV S + [M e ]R
式中, [Me]AVS为酸可挥发性硫化物, [Me]R 为残渣态金属量, 此两项为校正项。在用水与废水的水质净化工艺中, 几乎每种技术都涉及到各门化学和微界面配合过程,化学水处理工艺则是其中最主要的组成部分。在净化技术中普遍应用的则是各类药剂和材料, 其中用量最大、作用最重要的应属混凝剂或絮凝剂。无机高分子絮凝剂是一类新型的水处理药剂, 它们都是铝、铁盐的水解过程中间产物与硅酸等不同阴离子的结合体, 即羟基多核络合物或无机高分子化合物。
针对A l13的凝聚絮凝定量计算模式, 包括以下步骤:
步骤1: 表面吸附,A l13吸附到颗粒表面
S[mOH]m - + nAl12AlO4(OH)24
步骤2: 电中和凝聚,A l13的正电与颗粒表面负电中和并趋近零电荷
S[nAl12AlO4(OH)24+m ] (m-7n) S[nAl12AlO4(OH)24+m](m=7n) ± 0
步骤3: 表面沉淀,A l13结合表面及溶液中OH- 而趋向氢氧化铝沉淀
S[nAl(OH)3], S[nAl12AlO4(OH)24+ m](m=7 n) ± 0
步骤4: 颗粒絮凝, 各颗粒由氢氧化铝及A l13架桥絮凝
S[nAl(OH)3]+ S[n Al(OH)3]+ S[nAl12AlO4(OH)24+ m](m=7 n) ± 0
这一作用机理的最后证实需要应用表面结构与形态鉴定的现代仪器予以确认。
三、结语
上述只反映了环境中诸多化学问题的几个侧面。当代全球存在着十大环境问题,它们分别是大气污染、臭氧层破坏、全球变暖、海洋污染、淡水资源紧张和污染、土地退化和沙漠化、森林锐减、生物多样性减少、环境公害、有毒化学品和危险废物。由于这些问题直接或间接地与化学物质平衡有关,因而要利用化学分析的手段去研究环境污染物的种类和成分,并对它们作定性、定量和结构分析。分析化学平衡问题在解决环境中的化学问题时起关键作用,在认识环境过程和保护环境中起核心作用,具有重要的实践意义。
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关键词:空气污染 机动车尾气 健康影响 治理措施
Abstract: along with the development of economy, the level of life is increasing day by day, people to work methods and the requirements of the time efficiency becomes more serious, motor vehicle has become daily must the transport, but at the same time the motor vehicle exhaust pollution issues are becoming increasingly prominent, and subsequently and come. In order to let people to strengthen the motor vehicle exhaust of the harm of understanding, common action to protect the environment, this paper from the motor vehicle exhaust air pollution, the tail gas, analyses, and put forward the corresponding prevention measures.
Key words: motor vehicle exhaust air pollution control measures health effects
中图分类号:[U473.9]文献标识码:A 文章编号:
1.我国城市机动车尾气污染现状
最近20多年,由于我国经济的快速发展,城市机动车的保有量迅速增加,大中城市不断扩容,交通拥堵加剧,空气污染严重。统计数据表明:至2009年,全国机动车保有量接近1.7亿辆、同比增长9.3%,与1980年相比,全国机动车保有量增加了25倍。随着机动车保有量的迅速增加,机动车尾气给我国城市造成的污染势必上升,将可能影响城市形象和居民的健康。
此外,随着各地经济交流的日趋活跃,城市过境车数量也大幅度增加,无形之中加剧了过境城市的空气污染。汽车总量的迅速增加,增加量相对集中在大城市,大城市、大城市过境车增多,由于这样一些特点,导致我国许多地方特别是大城市汽车污染问题日益突出。
2.机动车污染物构成分析及其危害分析
机动车排放的尾气,除空气中的氮和氧以及燃烧产物CO2、水蒸气为无害成分外,其余的均为有害物质。在机动车发动机排放的尾气中,一部分毒性物质是由于燃料不完全燃烧或燃气温度较低时发生;另一部分有毒物质是由于燃烧室内的高温、高压而形成的氮氧化合物NOx以及铅化合物。
2.1 一氧化碳(CO)
一氧化碳是一种无色无味的剧毒气体,比较稳定,在大气中可以存在2~3年,一旦进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合,进而使血红蛋白不能与氧气结合,从而引起机体组织出现缺氧,导致人体窒息死亡。
2.2 氮氧化物(NOx)
NOx是在内燃机汽缸内大部分气体中生成的,NOx的排放量取决于燃烧温度、时间和空燃比等因素。NOx对环境的损害作用极大,它既是形成酸雨的主要物质之一,也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子。机动车尾气中的氮氧化物与氮氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾,称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低。另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。同时,氮氧化物可刺激肺部,使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病。对儿童来说,氮氧化物可能会造成肺部发育受损。
2.3 碳氢化合物
碳氢化合物尽管在机动车尾气中含量不多,但它容易在太阳光照射下产生光化学烟雾。另外,在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性,对人体有致癌作用。
2.4 铅
汽油是一种易燃易爆的液体,为了防止爆炸,人们往往在汽油里添加一种抗爆剂――四乙基铅。铅是一种蓄积毒物,机动车尾气中的铅很容易通过人的呼吸、饮水、食物等途径进入人体,对人体的造血系统、神经系统以及肾脏等产生慢性危害,尤其是铅一旦进入人的大脑组织,便紧紧粘附在脑细胞的关键部位,从而导致人的智能发育障碍和血红素制造障碍等后果。
3.我国机动车尾气污染控制存在的问题
3.1 监管职责不够清晰
3.1.1各部门分工合作机制尚不明确
目前,我国机动车尾气污染控制的大部分工作由环保部门负责,其它部门的职责在《大气法》中的规定仍不明确。
3.1.2各级尾气污染控制机构没有设立
虽然部分地市已经成立机动车尾气污染常设专职机构,但管理模式分散,协调机制不完善。部分地市尾气监管职能由环境监测机构或环境监察机构代为执行,在协调联系各级各部门开展具体监管实施中存在一定的困难。
3.2 城市道路基础设施相对落后
我国机动车保有量急剧增加,目前的道路设计、交通路网规划不合理、交通管理体系较落后,交叉口畸形、错位,T型交叉口多,旧城道路空间狭窄,人、车、路矛盾突出,上、下班时,城区时常出现交通拥堵。大多数机动车在城区行驶时处于低速、怠速的状态,这种状态下的车辆污染物排放量比正常行驶的车辆增大许多。
3.3 车用燃油严重滞后
我国车用燃油标准严重滞后于排放标准。目前,我国车用燃油的含硫量比发达国家的高出3~10倍。车用燃油制约着机动车排放控制水平的提高。如2007年我国机动车“国Ⅲ”排放标准已经在全国推行。到2010年底,许多省市依然无法全面推广“国Ⅲ”油品。而欧洲在推行“欧Ⅲ”、“欧Ⅳ”排放标准时,已经配套了相应全球燃油中的第三类油品, 保证了车辆排气净化装置和发动机不易失效、受损,污染物排放符合要求。
3.4 机动车整体性能、排污控制技术、维护保养技术落后
我国的汽车制造业在整体性能和排污控制等方面较发达国家有明显差距。与国外同种类型车辆相比,国产车整车油耗通常是其1.12~1.23倍。而我国总体排放控制技术水平只相当于发达国家20世纪80~90年代的技术水平。我国现行的维护保养制度只重视安全性、动力性能和燃油经济指标,而对车辆环保要求不够重视,以致机动车虽然经过维护保养,但其污染物排放仍无法明显改善。
4、防治机动车尾气污染的措施
4.1 建立健全机动车污染防治的法律法规体系
鉴于目前机动车排气污染监督管理工作的责任不清和立法上的不完善,建议制定并实施国家《机动车排气污染防治法》,从国家层面上明确各部门在机动车环保方面的工作职责,完善工作机制。
4.2 加强机动车排气污染防治监督管理队伍的建设
建议成立机动车排气污染整治机构,由政府相关部门为成员单位,组织协调,形成政府机构领导亲自抓、层层抓的长效管理机制。
4.3 加强城市交通设施建设,减少和消除尾气污染
加强城市交通设施建设可以在一定程度上降低尾气污染。一是拓宽道路,修建立交桥和地下铁道缓解城市交通、提高车速、降低机动车尾气的排放。二是加快旧城区的改造和市政建设,保证道路畅通,使道路发展与车辆增长速度相协调,尽量减少机动车在行驶中的减速、怠速和加速,从而降低油耗和排污。三是合理调整机动车流量,加强交通管制。在交通拥挤或车流量较大的路口、路段采取措施,合理调配,保障车辆畅通。四是加强城市道路绿化,净化大气环境。
4.4 提高汽油质量
尽快制订并实施与排放标准相配套的车用燃料油标准,解决车用燃油与机动车排放新标准相匹配的问题, 推动机动车排放控制水平的提高。一是加快推广低硫油,加强油品质量管理,根据不同阶段机动车排放标准的要求,调整汽油、柴油标准中硫含量指标。二是进一步提高清洁燃油标准,制定并实行比第三阶段机动车排气污染物排放标准更严格的油品标准。三是加大宣传,鼓励消费者选用与在用车辆相配套的燃油。
4.5 加强在用车辆的管理
4.5.1 严格执行报废制度和排放标准
建立高污染车型目录,达到报废年限后必须执行国家规定的报废标准,不得继续使用,同时尾气不达标即可报废,不以行驶年限为报废期限。杜绝污染物排放水平达不到“国Ⅲ”尾气排放标准的新车登记,并逐年提高机动车报废标准。
4.5.2 加快节能与新能源汽车的示范推广工作
加快对老(旧)公交车、出租车等专用车辆的更新,建设电动、天然气公交车示范线路,保证充电站和加气站的规划建设与公交车场(站)相结合配套。
4.5.3 实行对在用机动车定期检测和抽测制度
环保部门与交警部门应密切配合针对部分路段车流密度大、不易设点路检而黑烟车又相对较多的实际,开展道路巡查,消除路检、抽检的工作盲点;加强对环保检测机构的管理,保证检测数据准确可靠。鼓励采用简易工况法、红外遥测等先进手段对在用车辆实施定期检测,并将检测信息纳入机动车年检系统,从根本上解决车主的作弊问题。
4.6完善环境立法和标准系统
全国应建立统一的机动车排气监督管理机构,明确各部门的职责,保证各项政策和规章的落实,包含对汽车生产企业进行排放技巧监督、对生产不合格车辆的企业进行处分、对已报废的车辆要坚决烧毁,以此来规范机动车尾气污染防治工作,使汽车尾气排放量降到最低程度,把对人体的迫害减到最低程度,还城市居民以干净的空气环境。
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作者简介:
邹姣(1984-)女,汉族,广东深圳人,现供职单位于深圳市龙岗区环境保护和水务局,助理工程师,研究方向:机动车尾气监测方面的。
对于绿色化学的概念,教材上涉及的很少,如何让学生学习绿色化学更是少的可怜,那么教师如何来构建学生的这种理念呢?学生如何来学习绿色化学更好呢?怎样才能让学生深刻地理解绿色化学呢?这一直以来都是困扰着教师的一个问题。那如何来解决这个困惑呢?我认为可从以下三个方面入手,大家可以借鉴一下。
一、绿色化学的概念的确立。
从学生接触绿色化学的字眼开始,把绿色化学融入中学课程教材改革和课堂教学改革之中,这是中学化学教育的崭新课题。就应该让他们知道绿色化学的定义,绿色化学是由美国化学会提出的化学无害概念,是能够保护环境的化学技术,它可以通过使用自然资源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质,利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能节省资源、减少废弃物排放量。绿色化学又称“环境友好化学”、“环境无害化学”、“清洁化学”。绿色化学的定义就是从生产资料就是无污染、无公害的,生产过程也应该是无污染、无公害的,生产出来的产品也应该是无污染、无公害的产品。从概念上就让学生有一个大致的理解,从而对一些常听到的绿色建筑、绿色食品有一个初步的了解。最起码知道绿色的东西并不是单纯的指绿色,而是指无污染、无公害的,是对人体有好处的东西,所以从一开始就给学生一个正确的理念,对概念有所了解。
二、绿色化学的核心及特点的渗透。
绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对坏境的污染, 按照绿色化学的原则、最理想的化工生产方式是:反应物的原子全部转化为期望的最终产物。它的主要特点是:1.充分利用资源和能源,采用无毒、无害的原料。2.在无毒、无害的条件下进行反应,以减少废物箱环境排放。3.提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳,实现“零排放”。4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。对于绿色化学的核心和特点的渗透,主要的是在教学过程中让学生树立防治污染、保证人类生存质量的责任感。我们教师应该把握住这一点,充分利用学生的优点,激励和激发他们的兴趣,调动他们的积极性。对于农村的孩子来说,学习绿色化学更是难上加难,各种实验设施的不完善都导致了学生的学习困难,和对化学的直观认识。那我们就利用现有的、现实的实例来给学生进行渗透,例如:我们冬天烧煤取暖、做饭。看到烟雾缭绕、闻到刺鼻的、呛人的气味,我们有怎样的感觉,这会不会对环境造成污染,这个现象符合绿色化学的核心特点吗?再有,我们看到的三轮车、汽车排放的尾气对坏境有怎样的危害?让学生讨论这些对坏境的危害和如何预防这些危害,我们应如何采取措施防止和减少这些污染?这样可以增强学生的环保意识、调动学生学习的积极性。培养学生理论联系实际、实事求是的科学态度,而且能使他们感知环境污染的危害性和环境保护的迫切性。
三、绿色化学在教学中的贯穿和实施。