环境化学工程的现状及发展

环境化学工程的现状及发展 环境化学工程的现状及发展 环境化学工程的现状及发展

化学工程随化学工业的发展而发生并演变, 反过来又推动化学工业的发展。在过去的一百年, 化学工业与化学工程技术历经了孕育、诞生、发展, 直至形成今天庞大产业的过程。它每年为社会提供数以亿吨计的千百万种合成产品, 是我们衣、食、住、行须臾难以离开的物质基础, 为社会繁荣作出了巨大的贡献。

一、环境化学工程的现状

20 世纪60 年代和70 年代初期, 工业发达国家经济发展迅猛, 增长速度较快。但由于忽视对环境污染的控制与治理, 致使环境污染问题日趋严重, 公害事件不断发生, 社会反应强烈, 引起了各国政府的关注, 采取了各种环境保护措施和对策, 加强环境管理, 制订各种环境保护法规和法律, 规定污染物排放标准, 增加环境保护投资, 以控制污染, 改善环境。

这些措施虽然在局部地区或一定时期内起到一定的作用, 但却未从根本上消除或减少污染的增长, 不能适应经济发展和人类进步的要求。

1979 年在日内瓦召开的?? 环境保护领域内进行国际合作的全欧高级会议??上, 通过了《关于少废无废技术( 工艺) 和废物利用宣言》, 指出:“无废技术是使社会和自然取得和谐关系的战略方向和重要手段”。欧洲共同体委员会在一篇报告中对“清洁工艺“下的定义为: 清洁工艺就是以最合理地使用原料和能源来生产产品的一种技术, 同时在生产过程和成品的使用过程中, 减少排入环境中的可产生污染的废水和废物量。在法国, 根据《预防优于治理》这一原则, 几乎所有经过改造的、产生较少废物的生产工艺, 或所有对废物进行循环利用的生产工艺, 都被称为“清洁工艺”或“对环境有益的工艺”、“ 对环境安全而合理的工艺”等。1984 年联合国欧洲经济委员会在原苏联召开的国际会议上, 对无废工艺作了进一步的解释:无废工艺乃是这样一种生产产品的方法( 流程、企业、地区、生产综合体) , 借助这种方法,所有的原料和能源在原凋资源- 生产- 消费-二次原料资源的循环中得到最合理的综合利用。同时对环境的任何作用都不致破坏它的正常功能。有的学者认为,无废工艺的概念应当包括无害、节能、省地、复用、闭路等内涵。从技术上讲是一种具体技术。

美国在1990 年就颁布了污染防治案, 将污染防止确立为国案. 1995 年推出了“总统绿色化学挑战奖”,表彰在绿色化学研究与开发中有重要突破和成就的单位和个人。我国国家自然科学基金委员会与中国石化公司联合立项, 资助了“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”,其目的是开展环境友好的催化化学和反应的研究。1998 年,我国举办了第一届国际绿色化学高级研讨会, 1999 年, 我国在四川大学举行第二届绿色化学高级研讨会。

化学工业作为造成大规模严重环境污染的主要过程之一, 为了从根本上解决环境污染问题, 实现化学工业的可持续发展, 必须以预防为主, 从源头着眼, 从工艺入手, 开辟绿色化工技术, 将污染减少或消除在生产工艺过程之中。化学工程进入了环境化学工程时期。

二、环境化学的发展

新原理、新方法和新技术研究开发仍然是环境分析化学获得质的飞跃的原动力。可适用于极复杂基体中众多已知和未知污染物同时定性鉴定和准确定量的具有高分辨能力的新型色谱和质谱联用技术需要给予高度关注,例如,色谱技术中的多维色谱由于其高分辨能力可在复杂环境样品分析中发挥重要作用,而亲水性相互作用色谱则可完成高度极性和水溶性代谢产物和降解产物的分析和鉴定。飞行时间质谱( TOF-MS) 、四极杆飞行时间质谱( Q-TOF-MS) 和高分辨质谱( HRMS) 等具有全扫描和准确质量分析功能的质谱与各种色谱技术的联用将使得同时鉴定和测定目标和非目标污染物以及超复杂基体样品的分析变得更加简单,从而在新型污染物发现和识别中扮演重要角色。先进的同位素质谱技术和手性分离分析技术将在微量污染物的准确定量、污染源解析中获得更多应用,生物检测、生物标志物和被动采样等可反映污染物生物效应和环境风险的新方法将得到更大发展,原位、现场、快速检测方法将在

环境污染事件的快速处置中大显身手。此外,要高度重视新型污染物、纳米材料污染物、污染物代谢和降解产物的分析技术研究,而前苏联切尔诺贝利和日本福岛核事故造成的严重核素污染提醒我们必须高度关注核污染的检测、预警和处置研究。

环境污染化学研究在贴近世界环境科学前沿的同时,要密切结合我国环境污染的复合型、压缩型、结构型和严重性特点。力争在POPs 的迁移转化、长距离传输、降解和环境归趋,灰霾污染和形成机制,温室气体和室内空气污染特征,大气污染演变趋势及预测,新型污染物在水质转化过程中的归趋及风险,污染物的界面过程和生物有效性,土壤-植物-微生物-动物系统中污染物迁移转化,环境污染人体暴露途径与食品安全等研究方面取得突破。

在污染生态化学和环境健康研究方面,需要高度重视典型污染物的生物转化和生物致毒机制,低剂量、长时间、复合污染暴露下的生态毒理效应的分子机制,复合污染在种群、群落、生态系统水平上的生态毒理效应,污染胁迫下生物的抗性和适应机制,重要污染物在体内的吸收、分布、转化与消减排泄过程,污染胁迫下疾病发生的机制,纳米材料本身及其与有机污染物相互作用、生物有效性和毒性机制等关键科学问题的研究。

新原理、新方法和新技术的研究仍然是污染控制化学研究的重点。基于新型纳米材料催化剂、分子氧和可见光体系的高效、绿色、温和条件的高级氧化技术仍然是水体、大气污染控制技术的前沿课题,基于电化学原理的氧化还原、絮凝、沉积、气浮等将在电活性污染物的处理中发挥作用,用于大气和室内气体污染物处置处理的高效高选择性吸附剂、催化剂和低温等离子体技术仍然是持续努力的方向,绿色、环保、分散性、稳定性和运移性良好的纳米吸附和降解材料将更多地应用于地下水污染的修复治理,高效的植物-微生物联合修复技术和重污染场地的强化修复技术是土壤污染修复的关键。在对以上各新型的末端治理技术研究探索的同时,环境化学工作者需要比以往任何时候更密切地与工业、农业、工程技术等领域合作,尽可能地将清洁生产、绿色化学、生态工业和循环经济等源头控制理念贯彻于生产和环境治理当中,改变主要依靠末端治理的被动局面。

环境化学仍然处于快速发展中,其学科的理论体系仍有待进一步完善。发展基于机理的可以用于反应性混合化学品环境暴露与联合毒性理论模拟的混合物毒性-构效关系预测方法,建立可用于污染物生物毒性分子机制和复杂环境过程研究的基于量子化学计算、分子力学和蒙特卡罗模拟结合的理论模拟方法,进行以污染物风险评价为目标的环境理论计算方法和模型研究,将是今后理论环境化学研究的重点。