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加强中学环境化学教学提高全民环保意识 论文 科学技术的进步，将促进社会各项生产事业的发展，使人民生活更加丰富、更为方便，由此也带来各种公害以及破坏自然环境的隐患．只有当人们，尤其是作为跨世纪劳动者的中学生普遍树立起环境意识之时，才能形成社会力量，来共同保护人类自身的生活环境．
关键词 中学化学教学，环境化学，环保意识
中图分类号 G633．8
人类以其科学技术改造自然，推动社会进步，但同时却给自身带来环境污染的不幸．近代屡屡发生的公害事件终于使人们承认了这一事实，并发现化学品造成的环境污染最为严重．治理已发生的污染固然重要，而根本大计还在防患于未然，要使人们在建设的同时考虑到环境的影响，树立“环境意识”．可见，在中学向学生介绍有关环境化学与防止环境污染的知识是非常必要的．
1加强中学生环境化学教育的重要性
我国属于发展中国家，改革开放以来，乡镇企业异军突起，在带来巨大的经济效益的同时，也给我国广大农村这块净土带来了新的环境污染和劳动保护问题．“八五”期间报道，当时我国大气污染程度已相当于世界发达国家50～60年代污染最严重时期，每年的排尘量为2300万吨，年排放SO2量达14610万吨．到本世纪末，燃烧煤和机动车辆排放出的废气将对大气造成更为严重的污染．面对如此严峻的形势，若不加强环境管理，让不断增加的工业“三废”继续污染环境、破坏生态平衡，就会给我国社会主义建设、经济发展造成严重的后果．所以对全民族进行环境、生态知识的宣传教育是不可缺少的，务必从中学教育抓起．
2结合化学教学对学生开展环境化学教育
2．1通过课堂教育把环境保护作为小公民自觉行动
环境化学重要内容之一，是研究化学污染物在环境中的变化规律，即在原子、分子的水平上用物理化学等方法去研究环境中化学污染物的来源、迁移、转化过程中的化学行为，以及反应机制、积累和归宿等．由于我国公民环境意识较差，这和日趋严重的环境问题是不相适应的．要提高全民的环保意识，使保护环境成为每个公民的自觉行动，首先就要从学生做起，从课堂做起．当学生在做制取Cl2，NO2，H2S等有毒气体实验时，应强调学生注意对制取气体装置气密性的检查、化学药品用量的适当（尽量采用微量，只要达到实验效果明显即可）、以及设计吸收尾气的装置等．实验完毕，还应将废液集中倒入废液缸中，可回收的尽量回收，以养成保护环境的良好习惯．
2．2通过实验开展环境化学知识教育
中学教育目的之一，就是为社会造就合格的后备劳动者．中学化学教育对环境科学的学习将起着启蒙作用，应很好地利用这门实践性很强的学科，通过实验使学生掌握一定的环保知识．中学实验室的污染源多，国家提出居民区大气中的有毒物质有21种，中学化学实验室里就有14种．例如，制取溴苯实验过程中逸出的臭味是溴蒸气，它既污染了教室环境又严重地影响了师生的身体健康．针对这一问题，利用所学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的Br2通过长玻璃管时不可能完全被冷凝成液体，因而会从导管口逸出．要避免实验中Br2的逸出，就应设法改进实验装置，使整个涉及Br2的反应过程在一个密闭系统内进行，即将反应安排在“Y”形管内进行．在反应装置和HBr气体的吸收装置间串联一个洗气瓶，内装四氯化碳以吸收气体中的Br2．
3理论联系实际提高学生学习环保知识的认识
3．1从人类与大自然的协调中激发学生的学习积极性
新的《化学教学大纲》明确指出：“在教学过程中要十分注意联系实际，以使学生更好地掌握所学的知识和技能，以及这些知识和技能在工农业生产、第三产业、科学技术和日常生活的应用．随着科学技术的发展，联系实际的教学内容应有所增加，可以充实包括环境保护、新内容、新能源、海洋、卫生保舰食品等方面内容，但应限于有关的化学基础知识范围之内”．可见，环境化学基础理论知识和原理的学习是十分重要的，并应着重于理论联系实际和基础知识面的扩展上．要以地球化学知识为基储生态系统中物质循环和能量流动为线索，讲授空气、水体、土壤、森林、植物与人类的关系，展示好的生态小环境和污染严重区的对比，简明介绍当今世界关注的环境问题，以讲座、竞赛等形式让学生提高认识，使学生深切地感到环境化学就在自己身边．
3．2针对温室效应引导学生分析此类生态问题
运用学生所获得的知识，引导分析“温室效应”，使他们了解到由于大气层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透过大气层，因而造成“温室效应”，使地球表面升温、冰川溶化，直接影响着现代文明社会发展的情况．以提高对控制“温室效应”等生态问题的认识．还应让学生通过讨论分析得出人类必须控制战争和固体废物燃烧、大力发展森林等结论，以利于生态环境的改善．
3．3结合现有法律法规的宣传加深学生对环保意义的认识
组织学生参加环保法律法规的宣传，利用3月12日植树节、5月31日世界无烟日、6月5日世界环境日等纪念日，取得当地环保、水保、森保等部门的支持，让学生们在宣传中了解我国有关这方面的规定和常识，以提高学生在环境管理环境文化方面的认识．
3．4结合第二课堂教学提高学生的学习兴趣
利用节假日、夏令营，组织学生对当地自然保护区、生态保护区、水土保护区和环境污染区等进行实地考查，使他们认识到人与气温、气候、空气、谷物增产、水土流失、森林砍伐及环境保护等都存在着密切关系．通过现场对比，丰富学生环境方面的知识，结合已学的知识，开展有关环境污染与保护知识的问答．例如，酸雨是如何形成的？造成大气污染的主要物质是什么？防治途径如何？等等．以提高学生的学习兴趣，并为今后工作奠定良好的环保基础．
4通过学生向社会宣传环保知识促进全民环保意识的提高
我国是一个农业大国，据报道1993年全年生产和使用化学农药达25万吨，农村改革后，单纯依赖使用化学农药的单元从过去60万个生产队，扩大分散到亿万农户，直接接触农药的约有2～3亿人，每年全国因农药中毒伤亡人数超过10万人．由于缺乏生态、环境意识与农药常识，环境科学教育又未跟上，因而全国各地滥用剧毒化学农药的现象相当普遍．这不仅危及亿万农民的生命安全，也祸及全社会几亿个普通家庭．通过学生向亲人、朋友及社会各界宣传环保知识，不仅可促进当地环保工作的开展，提高公民的环保意识，而且还可推动无公害生物农药的研究和使用． 
题目：铅污染土壤的修复技术 虽然铅在土壤中的溶解度低， 且不易移动， 但由于人类对自然的不断开发和破坏， 加上工业 的发展， 造成了日益严重的全球性铅污染。铅对人体的毒害作用具有潜伏性和长期性的特点[1 ] 。 由于铅中毒事件的不断发生， 有关铅污染及铅毒害的研究越来越受到国内外学者的重视[1 ，2 ] 。有 研究表明， 人体血铅水平和土壤铅含量之间存在直接的关系[2 ] 。要最终解决铅污染问题， 一方面 应减少污染的来源; 另一方面则要对已被污染的土壤进行治理和修复。本文就铅对土壤的污染及 其修复技术作一综述， 为修复铅污染土壤的研究和实践提供依据。 1 土壤的铅污染 铅在地壳中的平均丰度为1215μg/ g。土壤铅含量一般在2～200μg/ g ， 平均变化幅度为13～ 42μg/ g。全国土壤背景值基本统计量的结果表明， 我国土壤铅含量最高可达到1143μg/ g ， 最低 为0168μg/ g ， 平均可达到26μg/ g [3 ] 。根据来源不同， 环境中的铅可分为“原生”和“外源” 两种。土壤成土过程中保留在土壤母质中的铅称为原生铅， 主要来源于岩石矿物。岩石在风化成 土过程中， 大部分铅仍保留在土壤中。无污染土壤铅含量大都仅略高于母质母岩含量。除母质母 岩风化保留在土壤中的天然原生铅以外， 由于人类活动也可造成污染， 引起土壤中铅含量升高。 通过尘埃沉降及各种污染途径进入土壤的铅称为外源铅。土壤外源铅主要来源于大气传输和沉 降。铅的密度较大， 空气中的含铅颗粒容易沉降下来， 不断积累在土壤里。 表1 70 年代～90 年代铅的全球产量 1975 1980 1985 1990 Pb 产量/ 103t/ 年- 1 343212 344812 343112 336712 表1 列出了70 年代到90 年代铅的全球产量。据统计， 80 年代释放到土壤中的铅达到796 × 103t/ 年[4 ] 。人类对铅的开采和使用， 打破了铅在生物地球化学循环中的平衡， 造成严重的污染。 ·12 · 广东微量元素科学 2001 年 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第8 卷第9 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc C， L All rights 1923 年开始在汽油中加入铅用作抗爆剂以后， 更加速了全球性铅的污染。因此可以说如今世界 上已难找到土壤铅含量不受人类活动影响的一片“净土”。Kabata - Pendias 和Rendias[5 ]报道在靠 近公路的某一块土壤铅含量高达7000μg/ g。潘如圭等[6 ]研究了汽车尾气中铅对公路两侧蔬菜的 污染情况。试验结果表明: 在公路两侧200 m 范围内生长的蔬菜均受到汽车尾气中铅的污染。管 建国[7 ]等研究了在金属冶炼厂周围和公路两侧200 m 范围内蔬菜的受污染情况， 发现所调查的普 通叶菜的铅含量均超过国家食品卫生标准。彭珊珊等[8 ]对我国一些常用茶中Pb 进行了测定， 结 果表明茶叶中的铅超过一般标准， 应引起重视。 土壤中的铅大部分形成PbS ， 少部分形成PbCO3 、PbSO4 和PbCrO4 等无机化合物， 或与有机 物螯合。铅的无机化合物大多难以溶解， 而且因受到下列因素影响， 铅在土壤中的迁移能力也很 弱: (1) 土壤有机质对铅的络合作用。土壤有机质的—SH ， —NH2 基因能与铅离子形成稳定的 络合物。(2) 土壤粘土矿物对铅的吸附作用。粘土矿物的阳离子交换位点可对铅离子进行交换性 吸附。另外， 铅离子进入水合氧化物的配位壳， 直接通过共价键或配位键结合于固体表面。由于 铅在土壤中迁移能力弱， 而且溶解度低， 因而人为因素造成的铅污染大多停留在土壤表层， 随土 壤深度的增加其含量急剧降低， 20 cm 以下趋于自然水平。 进入土壤中的铅有可能被植物吸收， 或溶解到地表水中， 通过食物链和饮用水进入动物和人 体， 进而影响人类健康。近年来的研究发现， 铅对人类健康的影响具有不可逆性和远期效应[9 ] 。 Page[2 ]等研究表明， 人体血铅与土壤铅含量存在一定关系: 0112 (Pb - B ， μg/ 100mg) = ln (Pb - S ，μg/ g) - 4185 这一关系式仅说明了某一地区的特殊情况， 并无广泛适用价值， 但它足以表明土壤铅含量与 人体健康有直接关系。 2 铅污染土壤的修复技术 由于铅对人体具有很强的毒性， 近年来对铅污染土壤的修复引起了人们的普遍关注。铅污染 土壤的修复技术可以分为两大类: 物理化学修复技术和生物修复技术。物理化学修复技术又可分 为隔离包埋技术、固化稳定技术、Pyrometallurgical Separation 、化学稳定技术和电动修复技术等。 生物修复技术又可分为微生物修复技术和植物修复技术等。 211 隔离包埋技术(isolation and containment) 该法采用物理方法将铅污染土壤与其周围环境隔离开来， 减少铅对周围环境的污染或增加铅 的土壤环境容量。具体措施为: 以钢铁、水泥、皂土或灰浆等材料， 在污染土壤四周修建隔离 墙， 并防止污染地区的地下水流到周围地区。其中以水泥最为便宜， 应用也最为普遍。为减少地 表水的下渗， 还可以在污染土壤上覆盖一层合成膜， 或在污染土壤下面铺一层水泥和石块混合 层。 212 固化稳定技术(solidification and stabilization) 固化稳定技术包括两个方面: 采用化学方法降低铅在土壤中的可溶性和可提取性， 同时采用 物理方法将污染土壤包埋在一个坚固基质中。Wheeler 报道[10 ]将水泥、炉渣和石灰混合物加入污 染土壤中， 搅拌均匀凝固之后， 形成一个大石块， 将污染土壤包埋在其中。也有人采用电导产热 原理给土壤加热升温， 当土壤冷却后， 土壤凝固成玻璃样块状结构， 称之为玻璃化。该方法包括 三个具体步骤: (1) 在土壤两端插上电极电流通过土壤形成环路， 土壤温度上升并熔化。(2) 在 自然冷却过程中， 土壤凝固形成玻璃样土块。(3) 在土块上覆盖一层干净土壤。这一技术已经实 际应用于铅污染土壤的修复。 ·13 · 广东微量元素科学 2001 年 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第8 卷第9 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc C， L All rights 213 Pyrometallurgical Separation 在一定温度下， 金属就会熔解或升华为气态。Pyrometallurgical separation 技术利用这一原理， 将铅等重金属从污染土壤中“蒸发”出来以达到净化土壤的目的。“蒸发”出来的金属可以再回 收或固定， 同时富含金属的剩余炉渣也可用于进一步提炼[11 ] 。铅污染土壤在高温熔化之前要进 行预处理， 以促进铅的熔解。这一技术主要应用于具有较高回收效率的严重污染土壤(5 %～ 20 %) 。 214 化学稳定技术(chemical stabilization) 化学稳定技术就是应用化学反应将污染土壤中的重金属氧化或还原， 从而达到降低土壤中重 金属的活性[11 ] 。对于铅污染土壤， 可用还原剂(二氧化硫、亚硫酸盐或硫酸亚铁) 将铅离子还 原， 以减少土壤中铅的可提取量。这一技术也可作为其他修复技术(如固化稳定技术) 的前处理 步骤。但必须注意的是， 还原剂的施用可能会造成二次污染。初步研究表明， 施用石灰调节土壤 PH7 可降低铅在土壤中的溶解度， 减少植物对铅的吸收[13 ] 。研究表明， 施用羟基磷灰石[14 ] 、水 合氧化锰[15 ] 、磷灰岩[16 ，17 ]也可促进铅的沉淀， 减少土壤中的可溶态和可提取态铅。Vidac 和 Pohland[18 ]已将这一技术运用于地下水的修复。 215 电动修复技术(electrokinetice technology) 在污染土壤两端插上电极， 接通电源后， 土壤中的带电粒子向电性相反的电极移动， 最终积 聚或沉淀在电极上， 以达到清除污染土壤中重金属的目的。在欧洲， 这一技术不仅应用于铅污染 土壤[19 ] ， 同时也应用于铜、锌、铬、镍和镉等污染土壤的修复。 216 微生物修复技术(microremediation) 微生物修复主要是借助微生物的生化反应来清除或稳定环境中的有害物质。根据原理不同可 分为生物还原沉淀、生物甲基化和生物吸附三种。生物还原沉淀是应用硫酸还原菌(SRB) 将硫 酸根还原为HS - 再与铅生成不溶性的Pb2S。生物甲基化是利用微生物将土壤中的重金属甲基化， 甲基化的金属更容易蒸发， 可做为Pyrometallurgical Separation 的预处理。生物吸附是利用细菌细 胞和藻类来吸附地下水或其他污染水体中的有害物质。Leusch 等[20 ]报道一种海藻( S f luitans ) 对铅的最大吸附量可达到369 mg/ g。Rahmani 等[21 ]研究了浮萍(Lemna minor) 对污染水体中铅 的清除能力。结果表明浮萍在亚致死水平下也能有效清除水体中的铅。 217 植物提取修复技术(phytoextration) 植物提取修复技术主要是利用超积累植物， 将土壤中各种过量元素或化合物大量转移到植株 体内特别是地上部分， 从而修复污染土壤[22 ] 。超积累植物相当于一个太阳能驱动泵将土壤中的 过量元素不断泵到植株体内[23 ] 。植物修复技术可分为两种， Salt 等[24 ]把利用超积累植物来吸收 土壤重金属的方法称之为持续植物提取(continuous phytoextraction) ; 而把利用螯合剂来促进植物 吸收土壤重金属的方法称之为诱导植物提取(inducced phytoextraction) 。 21711 持续植物提取(continuous phytoextraction) 运用持续植物提取技术来修复铅污染土壤的关键是植物超积累铅的能力。一般认为， 只有铅 积累量达到1000μg/ g (干重) 才能称为铅超积累植物[25 ] 。已见报道的铅超积累植物有Brassica nigua [26 ] ， Brassica pekinensis [27 ] ， Brassica juncea [27 ]和T rotungifolium [28 ] 。其中T rotungi2 folium 的铅积累量最大， 可达到8200μg/ g (干重) [28 ] 。目前对于植物吸收、运输和积累铅以及耐 铅胁迫的机制研究甚少。Liu 等[29 ]研究发现印度芥菜( Brassica juncea) 可在根部积累大量的铅 但只有极少部分运输到地上部。原因一方面可能是由于根部细胞内存在高浓度磷酸盐或碳酸盐， 在细胞内近中性pH 条件下， 铅主要以磷酸盐或碳酸盐形式沉淀在根细胞壁或细胞内; 另一方面 ·14 · 广东微量元素科学 2001 年 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第8 卷第9 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc C， L All rights 铅从根部向中柱迁移的过程还会受到内皮层凯氏带的阻拦。Wozny 等[30 ]认为铅进入中柱后随蒸 腾流被动运输到地上部分。运输过程中铅可能会与中柱内的阳离子交换位点结合， 从而被固定在 茎部中柱内。研究表明， 铅可与多种小分子有机物螯合[31～33 ] 。推测铅也有可能与各种小分子有 机酸、植物螯合肽结合， 减少与阳离子交换位点结合的机会， 从而增加进入了叶部的数量。作者 在对浙江西部的某一铅锌矿土壤进行调查时， 发现一种可高浓度积累铅和锌的植物， 据初步调查 结果， 其地上部分锌和铅的最高积累量分别达到了5000μg/ g 和1182μg/ g。对于这种植物超积 累锌和铅的生理生化机制， 正在进一步的研究中。 21712 诱导植物提取(inducced phytoextraction) 对于在土壤中极难移动的铅元素， 施用螯合剂可促进植物对其的吸收。施用螯合剂诱导植物 超富集作用被称为螯合诱导修复技术。Romheld 和Marschner[34 ]认为螯合物与金属结合后， 金属 螯合物可以从内皮层裂口处进入根内， 然后被迅速地转移到茎叶。在用14C - EDTA - Pb 作标记 的试验中， Blaylock 等[35 ]发现， 在含这种标记物的介质中生长的植物地上部能快速积累铅， 表明 铅与螯合物结合有利于植物对铅的吸收。Salt 等[36 ]认为金属与螯合物结合后阻止了金属的沉淀 和吸附， 从而提高了金属的可提取性。螯合诱导修复技术既可选用一般植物也可选用超积累植 物。在土壤铅浓度为2500μg/ g 的污染土壤上种植玉米和豌豆， 加入EDTA 后， 植物地上部铅的 浓度从500μg/ g 提高到10000μg/ g ; 而且EDTA 还能极大的提高铅从根系向地上部的运输能力， 每千克土中加入110 g EDTA ， 24 h 后， 玉米木质部中铅的浓度是对照的100 倍， 从根系到地上 部的运输转化量是对照的120 倍[37 ] 。不同螯合剂促进植物对铅吸收的效应与螯合剂促进铅从土 壤解吸的效应相一致: EDTA > HEDTA >DTPA > EGTA > EDDHA。螯合诱导技术对超积累植物吸 收金属的强化效应也很明显。印度芥菜是一种可富集多种金属的植物。Blaylock 等[35 ]研究了柠檬 酸、苹果酸、乙酸、EDTA、EGTA、CDTA 对印度芥菜( Brassica juncea) 吸收Cd 和Pb 的效应， 发现土壤酸化与施加螯合物相结合可显著增加铅的吸收效率。Vassil 等[38 ]报道用铅和EDTA 共同 处理印度芥菜， 其地上部分含量高达55 mmol/ kg (干重) ， 相当于培养液铅浓度的75 倍。对印度 芥菜茎部提取液的直接测定证明， 茎部的大部分铅是与EDTA 结合的形式运输的。由于螯合剂的 价格一般较贵， Blaylock 等[35 ]指出螯合剂( EDTA 和乙酸) 将使每吨铅污染土壤修复成本增加 715 美元。此外螯合剂在增加土壤中重金属生物有效性的同时， 也增加了重金属离子的移动性。 因而对于螯合诱导修复技术的环境风险应加以系统评价。 由于已发现的铅超积累植物种类极少， 而且植物生长慢、生物量小， 因而螯合诱导修复技术 比持续提取技术更引人注目。但不论哪种植物修复技术都具有其它物理化学方法所没有的优点: (1) 成本低。据估计， 如果某种植物的茎部铅积累量达到1 % ， 且每年产量40 t/ hm2 ， 那么通过 10 年种植将土壤铅含量从114 %下降为014 %所需费用是245000 美元， 而用物理化学修复技术则 需要1600000 美元。(2) 植物利用太阳能， 不破坏生态平衡， 同时还能美化环境， 易为公众所接 受。(3) 将富铅植物残体用于植物炼矿， 可产生经济效益。相比之下， 虽然植物修复技术所需时 间较长， 而且植物的生长要受到环境的影响， 但这些缺点都不成为重要问题。可以预言， 植物修 复将成为一种应用广泛、环境良好和经济有效的修复铅污染土壤的方法。
