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1. 环境科学与工程学院研究生概况
我院环境工程专业是江苏省高等学校特色专业共建设点,在招收的攻读环境工程专业硕士研究生中,大多数学生选读了《高等环境化学》这门课程。研究生的培养目标是毕业后能独立地、创造性地从事科学研究、教学工作或担任专门技术工作,而且具备主持较大型科研、技术开发项目的能力。我们学院攻读环境工程专业硕士研究生毕业论文的主要课题方向列于表1。从表1可见,他们的研究方向主要有水污染控制工程、环境规划与管理和环境监测分析与技术三个方向,研究的内容主要以高浓度有机废水处理、脱氮除磷技术、生态区域规划。
2. 课程教学内容与硕士论文课题相结合
与建设理论、循环经济研究、环境污染物分析方法研究等。
从表1可见,大多数学生是从事水污染控制工程方向的,其次是进行环境规划与管理的,另外还有一些学生是专攻境监测分析与技术方向的。根据上面的情况,如何讲解此门课程,为他们在结束课程学习后进入到课题研究的关键问题是确定课程的主要内容。为此,我们作了大量的调研工作,并结合研究生的课题研究方向,修改、制定了该课程的教学大纲和讲课的主要内容。由于本课程的教学时数只有36学时,环境化学的内容又是那么多,因此必须进行合理安排。我们把讲解的内容分为六章,每章节的主要内容和教学时间安排见表2。由表1可知,较大部分学生是从事水污染控制工程研究的,他们很需要有关水污染这一方面的环境化学基本知识。我们在这一门课程的教学中就是根据此情况来安排我们的教学内容和时间的。由表2可见,第三章水环境化学的内容最多,共有10节,教学时数为18,占了总学时的一半。其内容包含了天然水的基本特征、主要离子的形成、溶解性气体,酸碱化学平衡、沉淀和溶解、配位平衡、吸附平衡等的基本原理,水体中有机污染物和无机污染物的迁移转化,氧化还原技术和生化技术在水处理中的应用等。
在讲解天然水的基本特征时,我们主要介绍了天然水的存在形式,各种水的主要组成、特点和污染物情况。如湖水中含钙、镁、钠、钾、硅、氮、磷、锰、铁等元素,其中氮、磷等元素引起的富营养化问题是湖泊的主要污染问题。在2007年夏天,无锡太湖发生了严重的蓝藻事件,给无锡市部分人民的生活带来了一定的困难。蓝藻出现的主要原因:一是气温比较合适,二是水中的氮磷浓度较高,三是太湖水域水流缓慢,这些都是蓝藻大面积繁殖的必要条件。根据此情况,我们讲解了水体中的异相物质——藻类的基本知识。藻类是湖泊、水库等缓慢流动水体中最常见的能进行光合作用的浮游类植物,有一个明显核。在没有阳光的条件下,藻类将消耗自身体内有机物以满足自身的需要,同时也消耗着水中的溶解氧。
对目前经常使用的生化法处理生活污水和工业废水,有针对性地介绍了水体中的生物氧化还原反应。水体中的微生物在有氧气存在的情况下,进行有氧呼吸时,有机物质发生的氧化还原反应可以表示如下:
CxHyOz+O2—^C02+H20+能量水体中,细菌、酵母菌、真菌等微生物的催化作用的结果使得许多无机化合物的生物氧化还原反应经常发生。细菌等微生物的呼吸过程是在微生物细胞内的各种氧化还原酶和一系列辅酶的催化作用下完成的,有机污染物被细菌等微生物降解的中间产物生成了各种有机酸'这些有机酸在水体溶解氧不足的条件下,将利用较弱的NO;-、Fe3+、Mn4+、SO42-、CO2等电子受体,进行反硝化、反硫化、甲烷发酵、酸性发酵等厌氧过程,其最终产物有CO2和氏0,以及NHhH2S、CH4、有机酸、醇等。在缺氧条件发生的生物反硫化作用可在淤泥、沼泽、排水池中进行。由此引起硫酸盐转化为HS气体的反应,从而产生Cu、Pb、Zn、Ag等金属的硫化物沉淀,以至减弱了这些金属在所在环境介质中的迁移能力。
另外对水体中有机污染物和无机物的的迁移转化机理进行了较详细的介绍。特别是水体中有机污染物的污染更为重要和复杂。到目前为至,世界上已有700多万种有机物,其中大多数都是有毒有害的,如排入到环境中会造成环境质量的恶化。而我们对环境中的有机污染物控制和处理还较簿弱,需要我们做很多工作。
水中有机污染物以及农药残留的分析、监测是环境中有机污染物的重要研究课题之一,部分研究生在这方面进行了一定的研究。
从环境科学的角度,土壤是人类环境的重要组成要素。随着环境科学的发展,人们愈来愈认识到土壤环境的复杂性和重要性。土壤环境化学就是研究化学物质,包括各种污染物进入土壤后的化学行为及其影响。包括污染物在土壤环境中的迁移、转化、降解和累积过程中的化学行为、反应机制、历程和归宿。此章重点放在几类有代表性的化学物质,即化学农药(代表土壤中外源有机化学物)、化肥、重金属和固体废弃物的土壤污染化学,并对土壤污染中复杂的化学过程作一介绍。首先,我们介绍了土壤的组成和性质;然后介绍了土壤负载容量或土壤环境容量;让学生对土壤有一个大概的了解。
重金属是土壤无机污染物中比较突出的一类。通过各种途径进入土壤的重金属通常以可溶态或颗粒态存在。其在土壤中的迁移、转化及生物可利用性均直接与重金属的存在形态相关。例如重金属对植物和其他土壤生物的毒性,不是与土壤溶液中重金属总浓度相关,主要取决于游离(水合)的金属离子。对镉,则主要取决于游离Cd2+浓度,对铜则取决于游离Cu2+及其氢氧化物。而大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态则是低毒的。仅脂溶性金属配合物是例外,因为它们能够迅速透过生物膜,并对细胞产生很大的破坏作用。
我们学院有些教师在土壤中重金属形态分析的研究也开展了一些研究并取得了某些研究成果,并将此作为研究生的研究课题之一。根据此情况,我们给学生介绍重金属形态分析方面的基本理论和最新研究情况。近年来,以北美Tesskr等人提出的五步系列萃取法和欧共体BCR的四步系列萃取法应用较多[3,4]。我们也将这二种方法存在的缺点摆了出来,主要是萃取操作的时间过于冗长,使实际应用不易实现。在此同时,我们向学生展示了国际上应用超声波或微波的能量加速萃取样品中组分和缩短操作时间的研究工作情况,并把土壤中重金属形态分析作为研究生研究的课题之一。
3.已取得的部分研究成果
通过学习,学生们很好地了解和掌握了有关高等环境化学的基本知识。学生使用已学的基本理论和技术,在水污染控制工程、环境规划与管理和环境监测分析与技术等方面的研究工作已取得了一定的成绩,并在各类期刊上发表了他们的研究成果。在水污染控制方面的数最多,主要是利用膜生物反应器、生化法技术处理生活污水和工业废水,如厌氧氨氧化细菌、双循环两相生物处理工艺、磁场对污泥沉降影响、水生植物修复技术等。在环境规划与管理方面取得的成果主要是对生态环境、可持续发展、资源利用等。在环境监测分析与技术方面取得的成果主要在样品预处理现代技术的应用、重金属形态和有机污染物分析测定等方面。如在使用膜生物反应器生化技术处理废水时就运用在此门课程中学到的水体中的微生物在有氧气存在的情况下,进行有氧呼吸时,有机物质发生的氧化还原反应的原理对一体式射流曝气膜生物反应器处理废水的情况进行了分析,以及对膜生物反应器的优缺点及改进思路进行了探讨,成果分别发表在《环境科学与技术》和《江苏环境科技》期刊上。在生态环境、可持续发展和资源利用方面,如对城镇化过程中水环境变化及影响因子分析和盛泽湖湿地生态恢复初探等方面进行了研究,并分别在《江苏环境科技》和《环境科学与管理》期刊上发表了研究成果。在重金属形态分析研究方面,研究生应用课堂上学习到的关于土壤中重金属形态分析的基本原理和
利用超声波或微波的能量能加速萃取样品中组分和缩短操作时间,如对利用微波能进行土壤中重金属形态分析进行了较系统的研究,与常规的Tessier法比较,使重金属前4步形态的操作时间从17.5小时缩短为14分钟,并改善了萃取效率。研究成果已在《苏州科技学院学报(工程版)》上发表。
城市如何进步,城市经济如何可持续发展都需要城市规划来指导。当前环境保护规划在我国的一些城市没有受到足够的重视,致使出现了很多非常严重的环境问题,例如水资源问题、土壤环境问题、大气环境问题、生物保护问题和矿物资源问题等。要想实现城市经济的快速发展,就需要对城市建设合理规划、统筹部署。而当前却是城市建设与城市环境保护呈异步发展的状态,人们过度追求高速的城市经济发展,最终不得不承受忽略城市环境发展所带来的严重后果。
2环境保护规划的主要内容
(1)提高城市环境质量。城市中的环境质量问题是环境保护规划首先要解决的问题。要遵循有则改之,无则加勉的指导方针进行城市环境质量的改造。首先乐观点来讲,城市中还有很大一部分没有被污染的水域、土壤和大气,这就需要我们尽可能保证其不备污染。其次对于已经被污染的水域、土壤和大气进行科学治理,寻找其污染的可逆性,确保良性发展;(2)加强城市污染控制。正所谓亡羊补牢为时未晚,污染控制规划应作为环境保护规划的核心任务来实施。污染控制的对象要集中在生活、水域、空气、工业和农业等方面,把控制污染的发生发展的进程作为主要目的,提出一系列整改措施;(3)完善市政基础建设。市政基础建设在环境保护工作中起着一定的作用,在制定环境保护规划的过程中需要整合已有的环境保护措施、吸取失败的教训、总结已取得的成果、明确环境保护的目的。对当前的市政基础建设及其未来市政基础建设的发展趋势进行规划和完善。
3环境保护规划对城市经济发展的作用
(1)环境保护规划是城市建设规划的重要组成部分。城市建设规划涉及方方面面的内容,总体来讲城市建设规划包括对各项资源以及自然资源的整合及部署。环境保护规划对城市建设起着积极的作用,其目的是提升城市环境质量,确保城市农业、工业等领域的正常运转。城市建设规划体系中环境保护规划是其重要的组成部分;(2)环境保护有利于推动城市建设和经济发展。环境保护间接的影响着城市建设和经济发展,恶劣的环境会阻碍诸如招商引资、工农业和社会经济的发展。这种间接的影响主要指的是环境保护是一项重要的长期的艰巨的项目,成效在短时期内体现不出来,但其对于今后的城市管理和城市建设却起着决定性的作用,这种经济的可持续发展是其他领域影响不了的;(3)环境保护反映城市经济发展前景。一个城市环境保护水平好不好能够很直接的反映出这个城市的发展空间、城市建设水平和城市管理水平。好的环境保护水平能够决定城市经济的可持续发展,差的环境保护水平也必然阻碍城市经济的进步。因此,环境保护完全有能力反映出一个城市经济的发展前景。
4确保环境保护规划推动城市经济发展的策略
(1)要跳出行政区划限制,统筹城市资源。环境保护问题是一个大问题,应该没有地域的限制,然而从行政角度来讲,每个城市又都有自己的一套环境保护规划,这就使得环境保护与地域保护形成了矛盾。目前个城市在制定环境保护策略是往往秉持着自扫门前雪的态度,违背了科学规律。因此,我国在进行环境保护规划时应统筹规划,鼓励城市对内依据自身城市的特点实施环境保护措施,对外打破行政区域限制,联合周边城市共同打造城市群的环境保护体系,协同工作,促进经济共同发展;(2)弘扬环境文化,实现人与自然和谐发展。经济发展必然带来环境污染问题,这个矛盾无法避免,我们需要找到这两者的平衡点,在尽可能不破坏环境的基础上进行经济建设。也就是说在环境保护规划制定和实施过程中,要遵循人鱼自然和谐发展的策略,注重人文环境与自然环境的和谐统一,实现人与自然的共同发展。
5环境保护规划发展总趋势
环境保护规划在制定的过程中要充分考虑研究手段与方法、理论研究与应用研究的紧密结合、研究视野的开拓以及末端治理转向全过程控制的问题。(1)研究手段与方法更加先进。控制环境污染需要技术手段的支持,要将技术手段渗透到环境科学领域之中。首先使用实验的方法进行验证,通过长期连续观察观测,总结实验结果,融合前沿科技,促进新兴学科不断出现;(2)理论研究与应用研究结合更加紧密。环境保护规划与城市经济发展规划虽各成体系,但又互为影响。两者的理论研究与应用研究都要同时进行,这样才能保证二者良性发展;(3)研究视野更加开拓。目前环境保护规划已不仅仅局限于关注环境污染对生态的影响,而是将环境保护策略更多的关注污染对于人体健康的影响,对于人类社会生产力的影响以及对于整个城市经济建设和发展的影响。为了能够促进城市经济建设的发展,我们要开拓视野,已发展的眼光进行环境保护规划的制定;(4)末端治理转向全过程控制。环境治理已经从注重围绕末端治理走向全过程控制。各行各业均关注生态与环境保护,将绿色技术和设计融入各个领域;从产生生态与环境问题的驱动力角度采取措施,寻求可持续的生产和消费方式的转变。
6结语
环境保护规划作为城市建设规划中的重要组成部分,值得每一个城市的管理者认真思考。环境保护在短期内可能没有明显收益,但从长期来看,却能够给城市经济发展带来巨大效益。
作者:赵永志 单位:齐齐哈尔市环境工程评估中心
参考文献:
[1]郝晓涛.环境规划与城市规划的协调研究[J].城市建设理论研究(电子版),2012(04).
[2]葛红霞.浅析环境保护规划在城市经济发展中的作用[J].中国新技术新产品,2013(12).
1历史形成的环境问题仍未有效解决
1.1主要污染物排放总量居高不下
截至2014年,山西省化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别为44.13、5.37、120.82、106.99万t,分别完成“十二五”规划目标的134%、78%、142%、99.5%,但山西省的主要污染物排放量仍居高位。根据山西省环境规划院统计,2014年全省二氧化硫和氮氧化物排放总量分别位居全国第3、7位。煤炭、焦炭、化工、电力、冶金、建材等六大行业的大气主要污染物排放量70%左右,其中二氧化硫排放占到全省比例达到82.5%,氮氧化物占77.6%,烟粉尘占65%,要实现环境质量根本好转,主要污染物总量仍需进一步下降。
1.2生态环境质量改善任务艰巨
大气方面,根据2014年山西省环境状况公报,全省环境空气细颗粒物(PM2.5)平均浓度较2013年下降16.9%,空气质量恶化趋势得到遏制,但全省11个省辖市环境空气质量均未达到二级标准,PM2.5超标近一倍。在传统煤烟型污染物尚未得到有效控制的情况下,复合型污染问题日益显现,对全省2014年环境空气质量监测数据分析显示,臭氧(03)已经成为太原等多个城市夏季的主要大气污染物,持久性有机污染物(POPs)等污染问题日渐突出。水方面,对全省“十二五”期间地表水断面监测数据分析表明,与2010年相比,2014年重污染断面比例减少26.5个百分点,化学需氧量、氨氮平均浓度分别下降56.13%和63.97%。但是全省近45%的河流断面水质受到污染(V类)或严重污染(劣于V类);国控优良断面比全国低29个百分点,母亲河汾河中下游污染严重。生态保护方面,山西省工矿业废弃地问题突出,农用地污染威胁公众食品安全。经初步调査,全省因采煤造成的采空区近5000^km2,其中沉陷区3000km2,产生矸石山1500多座,煤矸石堆存量达12亿。
1.3环境污染防治水平成为改善环境质量的短板
当前山西省环境基础设施重建设、轻运营现象突出,全省城镇污水处理能力达到319.3万t/d,但管网配套不足,建而不运、运而不足现象突出,城市黑臭水体大量存在;全省集中供热率达到84.5%,但城中村、农村地区燃煤散烧等问题严重。其次,企业环保设施逐步健全,但因技术、资金等原因闲置问题严重。最后,当前山西省主导产业煤炭、火电、水泥等行业污染治理已经达到国内先进水平,山西省政府提出火电行业2017年全部实现超低排放,主要行业产能过剩而不落后,产业结构性的环境污染日益突出,急需创新环境污染治理途径。总体而言,随着环境治理措施深人推进,山西省留下的环境问题复杂性也在增多,解决的难度在加大,改善环境质量的边际成本在增加、边际效益在下降。
2资源环境压力还将在一定时期内居高不下
2.1资源型经济的中高速增长使环境压力巨大
2013年山西省人均GDP约为5500美元,三产比重分别为6.1:53.9:40.0,农业就业人口比重为36%,综^来看,山西省处于工*化中期阶段相比全国水平和周边省份,山西省工业化水平比较落后。从发展趋势来看,“十三五”期间,山西省即将进人工业化中期的后半段,将呈现重化工业加速发展的阶段性特征。
结合山西省的资源型经济特点,2013年山西省轻重工业比例为5.6:94.4,其中,煤炭开采、焦炭、钢铁和电力占山西省重工业90%以上比重,以煤炭为基础的产业结构具有明显的“锁定效应”。根据山西省的整体发展战略,“十三五”期间,火电等高载能行业仍将是山西省发展的重点,尽管这些行业随着科技进步和技术改造,单位产品产量污染排放强度逐步降低,但是由于总规模的增长,污染物排放带来的环境压力仍然十分巨大,见图1。
山西省煤炭行业增加值占工业的比重达到54.9%,煤炭行业增加值占全省国民经济的比重为27.4%,从业人员104.15万人,占到规模以上工业从业人员的47.7%,占据工业一半以上的份额。面对国内煤炭能源供给过剩的形势,“十三五”山西省经济要保持中髙速增长,发挥矿产资源的优势,推进煤基产业优化升级是山西省经济发展的必然选择。根据研究显示,燃煤发电仍是最清洁的煤炭利用方式,在山西省煤电保持高速增长的情况下,随着煤炭加工、利用、转化等产业链延伸,其中投入的原材料将大大增加,产生的污染物将更加复杂,面临的环境污染和环境风险压力将明显加大。
2.3新型城镇化和农业现代化对环境形成的负荷不断加重
从城镇化方面来看,当前山西省城镇化率仅为53.8%,未来5年城镇化率将达到60%左右,将有320万人口由农村进人到城市,将增加生活垃圾180万t、生活污水1.8亿t、消耗1200万t标煤。由于山西省多数城市属于因煤而兴的资源型城市,形成了特有的污染企业群与人口密集区共存的城镇化模式,决定了污染物在时间上的累积和区域空间上的复合效应将更加明显。从农村环境方面看,2014年,农业源排放的COD、氨氮分别占全省排放总量的38%和22%,随着农村居民生活方式逐渐与城市接轨,农村生活污水和垃圾产生量将大幅增加。现代农业产业化、规模化的变革将使污染物排放强度加大,化肥、农药等过度使用造成的农业面源污染日益严重。
3山西省“十三五”环境保护的思考
根据党的十八届五中全会“生态环境质量总体改善”的总体部署,“十三五”时期,山西省将以改善环境质量为核心,实行最严格的环境保护制度,推进煤基产业的绿色发展,打好大气、水、土壤污染防治三大战役,加快补齐全面建成小康社会的生态环境短板。
3.1完善源头防控机制,实施绿色发展战略
一是完成全省生态保护红线划定,严格生态空间管理。二是推动规划环评落地,实施政策环评和战略环评,发挥对区域重大生产力科学布局的导向和约束作用。三是充分发挥环境标准的引导作用,制定火电超低排放等地方环境标准,引导和推动企业技术创新、转型升级。四是加快淘汰落后产能,全面推行清洁生产,大力构建循环经济,推动企业走上绿色化发展道路。五是完善源头生态补偿机制,逐步增加对重点生态功能区转移支付,完善生态保护成效与资金分配挂钩的激励约束机制,鼓励各地区开展生态补偿试点。
3.2深入实施大气、水、土壤三大污染防治行动计划,确保生态环境质量的改善
一是大气污染防治方面,做好“大气十条”与2017年后续工作衔接,紧抓“控煤、治污、管车、降尘”等重点工作,严格控制燃煤污染,加快电厂超低排放改造,加快淘汰黄标车和老旧车辆,严格管控建筑工地、物料堆场、道路运输等扬尘污染,推进11个地级市环境空气质量达标。二是全面实施“水十条”,坚持良好水体保护和劣V类水体、城市黑臭水体治理攻坚战并重,加大力度开展重点流域水污染防治,实施汾河、桑干河、滹沱河、漳河和沁(丹)河等五大面积超过1万km2流域的生态修复,强化水生态保护,利用城市再生水补充河湖生态用水。三是落实即将的“土十条”,有效推进土壤环境保护,建立完善土壤环境监管机制,强化污染土壤的环境风险防控,实施建设用地流转风险调查评估等。四是开展3000^建制村的环境综合整治,突出抓好采煤塌陷区搬迁村庄的环境治理。整合现有政策和资金渠道,推进全省18个采煤矿区的生态修复治理。
3.3深化环境管理体制创新,推动环保转型
一是建立和完善严格监管所有污染物排放的环境保护管理制度。将分散在各部门的环境保护职责调整到一个部门,逐步实行城乡环境保护工作有一个部门进行统一监管和行政执法的体制。有序整合不同领域、不同部门、不同层次的监管力量,建立权威统一的环境执法体制。二是实行省以下环保机构监测监察执法垂直管理制度,从体制机制上解决一些地方政府重发展、轻环保和有法不依、执法不严、违法不究的问题。三是健全环境保护督察机制,落实生态环境保护“党政同责”。对在生态环境保护中失职、渎职的党政领导和工作人员,实行严格的责任追究制度。
3.4加强环境监管,促进企业全面达标排放
一是完善污染物排放许可制,尽快在全省范围建立统一公平、覆盖所有固定污染源的企业排放许可制,依法核发排污许可证,禁止无证排污或不按许可证规定排污。二是切实加强执法监督,坚决贯彻执行新修订的《环境保护法》,逐步健全环保立法执法体系。三是建立环境承载能力监测预警机制。编制环境承载能力监测预警报告,对资源消耗和环境容量超过或接近承载能力的地区’实行膽提醒和限制性措施。
3.5强化市场机制建设,培育生态环保市场主体一是鼓励各类投资进入环保市场,能由政府和社会资本合作开展的环境治理和生态保护事务,都可以吸引社会资本参与建设和运营。加大对环境污染第三方治理的支持力度。二是推行排污权交易制度,在现行以行政区为单元层层分解机制基础上,根据行业先进排污水平,逐步强化以企业为单元进行总量控制、通过排污权交易获和健康的头等大事,是衡量是否达到小康社会的关键指标之一,未来要以政府为主导,全社会参与,以改善环境质量保护水源得减排收益的机制。三是严格实行生态环境损害赔偿制度,强化生产者环境保护法律责任,大幅度提高违法成本。在环境高风险领域建立环境污染强制责任保险制度。四是建立绿色金融体系,推广绿色信贷,研究实施绿色担保、保险、债券、专项抵质押等金融产品,支持设立各类绿色发展基金,实施绿色评级等。
关键词:遥感技术;环境监测;运用
遥感技术的应用,经过近几十年的发展,在国民经济中的各个领域广泛渗透。结合GIS、GPS等技术的协同发展,“3S”技术的快速发展,遥感技术已成为推动保护环境、资源利用的不可或缺的工具。以其具有的大面积同步观测、多波段全天候工作、瞬间成像功能等优越特点,并与航空航天领域结合,已逐渐成为环境监测领域的高成本效益的监测工具,具有良好的发展前景。
一、遥感在环境监测中的应用
1、水环境污染监测
遥感技术在水环境污染中的应用,主要是分析水体的光谱特征、确定水体界线、水体温度以及反演水体悬沙规律、叶绿素规律等,基于统计关系的定量反演或定性的进行遥感影像分析,最终确定水体的综合水质指数,反应水质污染现状。环境监测领域正逐步由定性监测发展到定量反应,同时这也是遥感技术发展的必然趋势。
目前,遥感技术应用于水环境监测,可较高精度的反应出水体的泥沙浊度、叶绿素水平、水体温度,并可对SS、SD、DO、BOD5、COD、TN、TP等指标有一定指示作用,对水体富营养化的监控有一定作用。并且目前应用海洋遥感卫星进行海洋污染监控效果较好,对大范围的海洋石油污染、海洋化学污染具有一定重大的意义,具有较大应用。
2、大气环境污染监测
目前,遥感技术应用于大气环境监测主要是对其进行臭氧监测、气溶胶含量监测、有害气体和热污染监测,以及对沙尘暴的监测、酸沉降的监测等,随着传感器科技的不断进步,应用十分广泛,全球目前唯一臭氧测量手段即为遥感。采取卫星为传感器搭载平台的遥感技术收集大气信息和地表信息区域性更大,而且是瞬间完成的,应用于大气污染调查,可最大程度避免其误差产生,有利于对大气污染进行动态监测。
遥感用于臭氧监测时,主要是通过测量臭氧对热红外辐射量的吸收,进而分析臭氧含量的。但遥感技术用于有害气体监测仍是通过间接解译敏感植物受影响状况。对灾害性的大气问题的监测主要是包括沙尘暴、酸沉降、有毒有害气体泄漏等问题的监测,严重危害环境质量,属严重的环境污染问题。许多传感器的特定数据对其便有较好的观测效果,如美国NOAA的高级甚高分辨率辐射计,便可对气候监测、厄尔尼诺现象等许多环境灾害进行描述性监测。总体来说,现如今经过几十年的发展,遥感技术应用于大气监测发展迅速。
3、植被生态监测
植被生态监测被各种监测均视为重要监测项目,所有监测卫星均需特殊考虑植被周期及生长规律,以便获得更好的监测效果。植被生态遥感的应用主要应用于:植物生态健康状况解译、植被动态变化的调查城市绿化调查、草场资源调查、林业资源调查等。根据植物不同种类、不同状态具有不同的光谱特征,对植被生态状况可以进行良好细致的把握。在我国植被生态监测极为重要,其不仅关乎国民经济,而且影响生态安全问题。因此植被生态监测意义重大。
4、土壤及土壤污染监测
遥感技术应用于土壤监测,具有极其重要的意义,因为土壤关系着农业生产、流域非点源污染、沙尘暴、矿产资源等。土壤监测中的遥感技术应用是将土壤类型、土壤分布规律根据遥感影像解译出。由于土壤监测是大范围的监测,因此具有监测效果较好的传感器为大波段、覆盖范围较大的传感器。
5、土地利用监测
遥感技术应用于土地利用监测即为以传感器为“手段”对土地利用进行分析,对土地覆盖利用变化情况进行表达,进而对城市环境规划起到一定的辅助作用。城市土地利用遥感图像资料通过解译,可进而可对城市发展、森林覆盖、矿产资源开发利用、生态环境等进行检测。对此可进行间隔长度为五年或十年的跨度,经过图片叠加,可发现分析出明显规律。
由于现如今城市热岛效应愈加剧烈,已达到干扰生态的程度,遥感技术对城市热岛的监控,有利于分析其产生原因,改善其现有状态。遥感技术应用于城市还突出贡献于城市热岛效应方向,如Landsat7的热红外波段6即对地表温度、水温变化以及城市热岛有特别的判断作用。
二、遥感在环境监测中运用的前景
通过对遥感技术及GIS、GPS技术的开发研究,随着遥感影像获取技术的日益精湛,传感器的精度水平及应用水准逐步提高,环境监测中的遥感技术具有十分广阔的发展前景。在今后的发展中,主要对环境监测中遥感技术的智能化进一步提升,使其由遥感数据直接智能自动处理,节省人力消耗。最后,发展智能化技术是需要一定时间和精力的,因此技术良好的团队,以及优秀的遥感技术管理技术是环境监测中遥感技术健康快速发展的前提。
遥感技术目前在环境监测领域已广泛应用于水环境、大气环境、土壤环境、生态环境等方面的监测,但由于很多技术还满足不了定量分析的需求,对大部分的形成机理仍有盲点,多数只是从影像资料直观定量分析,因此在技术上还应有所提高,对其高精度传感器需进一步开发以及相关制度体制需进一步建立。但由于其所具优点点突出,应用前景良好。
总结:
遥感技术是一种高科技技术手段,是一种高投入并具有可持续性可观回报、可观效益的高科技技术。但遥感技术仍只是一种技术手段,应用于环境监测领域,虽可广泛的、快速的、动态的掌握信息,但是通过遥感这一“碧空慧眼”也只是能够获得地表信息,即环境监测的所需的环境数据资料,同时还是需要具有一定技能的相关工作人员对其数据进行分析、解译等配合工作,才能使遥感更加发挥作用。
参考文献
[1] 叶圆圆,高良敏.遥感技术在环境监测中的应用[J].环境保护与循环经济.2014.02(09):58-60.
[2] 吴志毅,韩萨出日拉.遥感技术在环境监测中的应用研究[J].北方环境.2013.05(08):150-151.
[3] 王丽宁.浅谈信息技术在环境监测中的应用[J].科技创新导报.2013.05(11):157.
[4] 石丽娜,赵旭东,韩发.遥感技术在环境监测中的应用和发展前景[J].贵州农业科学.2010.01(11):175-178.
关键词环境化学回顾与展望
环境化学主要研究化学物质在环境中的存在、转化、行为和效应及其控制化学的原理和方法。它是化学科学的一个新的重要分支,也是环境科学的核心组成部分。根据国家自然科学基金委员会《自然科学学科发展战略调研报告》的划分,环境化学的研究主要包括环境分析化学,大气、水体和土壤环境化学,污染生态化学,污染控制化学等四部分内容[1]。
环境化学的发展大致可分为三个阶段:1970年以前为孕育阶段,70年代为形成阶段,80年代以后为发展阶段。二次大战以后至60年代,发达国家经济从恢复逐步走向高速发展,由于当时只注意经济的发展而忽视了环境保护,污染环境和危害人体健康的事件接连发生,事实促使人们开始研究和寻找污染控制途径,力求人与自然的协调发展。60年代初,由于当时有机氯农药污染的发现,农药中环境残留行为的研究就已经开始。这个阶段是环境化学的孕育阶段。到了70年代,为推动国际重大环境前沿性问题的研究,国际科联1969年成立了环境问题专门委员会(SCOPE),1971年出版了第一部专著《全球环境监测》,随后,在70年代陆续出版了一系列与化学有关的专著,这些专著在70年代环境化学研究和发展中起了重要作用。
1972年在瑞典斯德歌尔摩召开了联合国人类环境会议,成立了联合国环境规划署,确立了一系列研究计划,相继建立了全球环境监测系统(GEMS)和国际潜在有毒化学品登记机构(IRPTC),并促进各国建立相应的环境保护结构和学术研究结构。应该说,这一系列的举措在人类的环境保护事业中起到了里程碑作用。
80年代全面地开展了对各主要元素,尤其是生命必需元素的生物地球化学循环和各主要元素之间的相互作用,人类活动对这些循环产生的干扰和影响,以及对这些循环有重大影响的种种因素的研究;重视了化学品安全性评价;开展了全球变化研究,涉及臭氧层破坏、温室效应等全球性环境问题。同时加强了污染控制化学的研究范围。
1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议(UNCED),国际科联组织了数十个学科的国际学术机构开展环境问题研究。例如:国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)1989年制订了“化学与环境”研究计划,开展了空气、水、土壤、生物和食品中化学品测定分析等六个专题的研究。
1991年和1993年在我国北京召开的亚洲化学大会和IUPAC会议上,环境化学均是重要议题之一。
1995年诺贝尔化学奖第一次授予三位环境化学家Crutzen,Rowland和Molina,他们首先提出平流层臭氧破坏的化学机制。Crutzen于1970年提出了NOx理论,Rowland和Molina于1974年提出了CFCs理论,这几位化学家的实验室模拟结果在现实环境中得到验证。从发现平流层中氧化氮可以被紫外辐射分解而破坏全球范围的臭氧层开始,追踪对流层大气中十分稳定的CFCs类化学物质扩散进入平流层的同样归宿,阐明了影响臭氧层厚度的化学机理,使人类可以对耗损臭氧的化学物质进行控制。这些理论的研究成果因1985年南极“臭氧洞”的发现而引起全世界的“震动”,从而导致1987年《蒙特利尔议定书》的签订。这充分表明环境化学家的工作已经引起全人类的重视,环境化学已经开始走向全面发展。
我国的环境化学研究也已经有了20多年的历史,自70年代起,在典型地区环境质量评价,环境容量和环境背景值调查,污染源普查,围绕工业“三废”污染,在大气、水体、土壤中环境污染物的表征、迁移转化规律,生物效应以及控制等方面进行了大量的工作。近年来,完成了一批攻关课题和重大基金项目等国家任务。“八五”和“九五”期间,在有毒污染物环境化学行为和生态毒理效应、水体颗粒物和环境工程技术、大气化学和光化学反应动力学、对流层臭氧化学、区域酸雨的形成和控制、天然有机物环境地球化学、有毒有机物结构效应关系、废水无害化和资源化原理与途径等方面的工作分别得到了国家自然科学基金、国家科技攻关、中国科学院重大重点等项目的支持,取得了一批具有创新性的研究成果,形成了一支从政府到地方各级行政管理与环境保护部门、科研单位、高等院校等多层次的管理人员与研究人员队伍[2,3]。
在酸雨测量技术、形成机制、物理化学特征、高空云雨化学、大气酸性污染物来源和沉降过程等方面取得重要成果,在天然源研究、区域酸沉降模式和酸雨成因、能源与环境协调规划、酸雨区域综合防治和临界负荷的研究方法等方面达到国际先进水平,获国家科技进步一等奖。
在环境分析化学方面,从80年代起,我国先后制订出《环境监测标准方法》,《环境污染分析方法》和《环境监测分析方法》等,选取了200多种分析方法,近百种无机和有机物,所用的方法灵敏、准确、可靠,多年来在全国环境监测系统和有关实验室广泛应用。对监测分析方法的统一与标准化,在提高分析监测水平及实验室质量控制方面起了重要作用。
1992~1995年,国家基金委化学部资助了重大基金项目“典型有机污染物环境化学行为与生态效应”的研究,探讨了某些有毒有害污染物的环境行为、在介质中的迁移转化规律、污染物的环境风险评价、水生天然有机物的起源、表征、与重金属相互作用机理与模型以及卤代烃生成潜力等。在新农药单甲脒的环境行为和生态毒理效应以及有机锡的生态毒理效应研究中取得了创新性成果。首次发现城市水源中的硝基多环芳烃的存在,对多氯联苯等的光解规律和产物毒性提出了新的机理和解释。部分研究成果达到国际先进水平,该工作于1999年获得了中国科学院自然科学一等奖。
在O3的测量技术、中国光化学烟雾特征、室内大气光化学反应模拟、空气质量模式、汽车尾气高效净化等方面取得了重大成果,其中大气微量组分源排放、大气氧化能力、大气光化学模拟和模式的研究达到世界先进水平,曾获国家科技进步二、三等奖。
在天然水质变化与水污染控制原理、难降解有毒有害污染物的物理化学去除与生物降解和高级化学氧化、水质净化的高效生物和絮凝反应器、废水的无害化与资源化、清洁生产等方面取得了达到国际先进水平的研究成果,获中国科学院科技进步二等奖和国家教委科技进步二等奖等奖励。