環(huán)境工程實驗綠色化初探

胡巧開 陳文婷 陳芳

1湖北師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院（湖北黃石 435002）2湖北師范學(xué)院文理學(xué)院（湖北黃石 435002）3湖北師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（湖北黃石 435002）

工作研究

環(huán)境工程實驗綠色化初探

胡巧開1陳文婷2陳芳3

1湖北師范學(xué)院城市與環(huán)境學(xué)院（湖北黃石 435002）2湖北師范學(xué)院文理學(xué)院（湖北黃石 435002）3湖北師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院（湖北黃石 435002）

闡述了在高等院校環(huán)境工程專業(yè)的環(huán)境工程實驗教學(xué)中，如何通過實驗內(nèi)容的選擇、實驗順序的安排、實驗手段的運(yùn)用及綠色實驗管理等多種途徑，實現(xiàn)環(huán)境工程實驗的綠色化。旨在理論聯(lián)系實際，強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

環(huán)境工程實驗 內(nèi)容綠色化 手段綠色化 管理綠色化

環(huán)境是指圍繞人類所構(gòu)成的空間，影響人類生存與發(fā)展的各種自然因素與社會因素的總體。人類的大多數(shù)活動都直接或間接地與環(huán)境發(fā)生著聯(lián)系，主要表現(xiàn)為人類同環(huán)境進(jìn)行的物質(zhì)和能量的交換[1]。人類從環(huán)境中獲取物質(zhì)和能量，主要表現(xiàn)為開發(fā)和利用各種自然資源。當(dāng)這種開發(fā)活動過度時，超越了環(huán)境自身的承載能力，便導(dǎo)致環(huán)境結(jié)構(gòu)和組成的變化以及生態(tài)功能的下降，對人類及其他生物的正常生存與發(fā)展造成影響和破壞，此類問題統(tǒng)稱環(huán)境問題[2]。我們一般所說的環(huán)境問題，多指人為因素作用的結(jié)果。目前為止，威脅人類生存并已被人類認(rèn)識到的環(huán)境問題主要有臭氧層的耗損、酸雨頻發(fā)、全球變暖、淡水與能源資源的稀缺、森林資源銳減、土地荒漠化與草原退化、物種不斷減少、垃圾成災(zāi)、有毒有害化學(xué)品的污染等。面對環(huán)境和資源的現(xiàn)狀，人類控制污染、遏制生態(tài)惡化，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展道路是歷史的必然。在這一歷史背景下，綠色化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。實現(xiàn)綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)研究的重要方向之一,它對環(huán)境保護(hù)及社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義,是環(huán)境保護(hù)的必經(jīng)之路[3-5]。作為化學(xué)“重地”的實驗室，實行綠色化也必然是大勢所趨[6]。

1 理論與實踐并重，強(qiáng)化環(huán)保意識的踐行

環(huán)境工程是研究和從事防治環(huán)境污染和提高環(huán)境質(zhì)量的學(xué)科。雖然環(huán)境工程處于初創(chuàng)階段，學(xué)科領(lǐng)域還在不斷發(fā)展，但其核心是環(huán)境污染源的治理。環(huán)境工程專業(yè)的本科教育目標(biāo)主要是培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，具備水、氣、聲、固體廢物等污染防治、環(huán)境規(guī)劃與環(huán)境影響評價以及生態(tài)環(huán)境資源保護(hù)等方面的知識，能在政府部門、規(guī)劃部門、環(huán)保部門、設(shè)計單位、工礦企業(yè)、科研單位、學(xué)校等從事環(huán)境規(guī)劃設(shè)計、施工、管理、教育和科研開發(fā)等方面工作的高級技術(shù)人才，因此，該專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課主要有環(huán)境監(jiān)測、水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢棄物處理與處置、環(huán)境影響評價、環(huán)境微生物學(xué)、環(huán)境規(guī)劃與管理、物理性污染控制工程、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境學(xué)概論等。通過對這些課程的學(xué)習(xí)，該專業(yè)的本科生在理論上有較強(qiáng)的環(huán)境意識，或者說對環(huán)境問題及環(huán)保的重要性有足夠的認(rèn)識，但他們還缺乏足夠的參與意識。因此，在整個教學(xué)過程中應(yīng)理論與實踐并重，強(qiáng)化環(huán)保意識的實踐，而環(huán)境工程實驗恰好是踐行環(huán)保意識最有效的途徑之一。實驗課的任課教師應(yīng)與學(xué)生就實驗內(nèi)容、實驗形式、實驗安排順序、實驗手段及實驗廢棄物的處置等共同探討，以達(dá)到既經(jīng)濟(jì)環(huán)保，又能切實提高學(xué)生動手能力的目標(biāo)，在環(huán)境工程實驗的全過程中貫穿環(huán)保理念，并付諸行動。

2 實驗內(nèi)容綠色化

湖北師范學(xué)院的環(huán)境工程實驗涵蓋了環(huán)境監(jiān)測、大氣污染控制工程、水污染控制工程、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、固體廢棄物處理與處置、物理污染控制等課程的實驗內(nèi)容。在編制環(huán)境工程實驗教材時，既要符合人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱的要求，又要精挑細(xì)選每一個實驗。具體的實驗內(nèi)容應(yīng)既有單因子實驗、綜合實驗，又包括設(shè)計實驗。通過環(huán)境工程實驗，不僅要達(dá)到加深學(xué)生對主干課程基本理論的理解、加強(qiáng)學(xué)生基本技能訓(xùn)練、提高學(xué)生解決實際環(huán)保問題能力的目的，還應(yīng)將綠色化理念貫穿于實驗的始終，尤其是實驗內(nèi)容的綠色化。下面就實驗內(nèi)容的綠色化選擇，舉例說明：

（1）水中氨氮的測定，既可以采用納氏試劑分光光度法，也可以采用水楊酸-次氯酸鹽分光光度法。這兩種方法都具有靈敏、穩(wěn)定等特點[7]，但納氏試劑分光光度法中的納氏試劑包括二氯化汞，其不僅有劇毒，還是一種可疑致癌物質(zhì)，對環(huán)境和人體健康的危害顯而易見。另外，在測定大氣中二氧化硫的濃度時，既可以用四氯汞鉀-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法，也可以用甲醛吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。這兩種方法的靈敏度和準(zhǔn)確度都較高，但前者也需要使用劇毒的二氯化汞。因此，從環(huán)保的角度考慮，水中氨氮的測定理應(yīng)選擇水楊酸-次氯酸鹽分光光度法，大氣中二氧化硫的測定則應(yīng)選用甲醛吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。

（2）水中有機(jī)物的揮發(fā)速率測定實驗，主要目的是了解有機(jī)污染物的揮發(fā)過程及其規(guī)律、了解影響有機(jī)污染物揮發(fā)速率的相關(guān)因素，為研究其在環(huán)境中的歸宿打下基礎(chǔ)。該實驗一般是在“水中苯的揮發(fā)速率測定”和“水中甲苯的揮發(fā)速率測定”中選做其一，比較而言，甲苯只有低毒，而苯不僅毒性較大，而且已被確認(rèn)為致癌物質(zhì)。顯然，選擇“水中甲苯的揮發(fā)速率測定”要優(yōu)于“水中苯的揮發(fā)速率測定”。

（3）化學(xué)需氧量的測定，主要是反映水體受有機(jī)物污染的程度。用重鉻酸鉀做氧化劑測得的化學(xué)需氧量，稱為CODCr，用高錳酸鉀做氧化劑測得的化學(xué)需氧量稱為高錳酸鹽指數(shù)。重鉻酸鉀和高錳酸鉀都具有氧化性，但重鉻酸鉀毒性大，且為致癌物質(zhì)，重鉻酸鉀法還要用到劇毒的硫酸汞，它們對環(huán)境及人體健康的危害巨大。所以，學(xué)生實驗應(yīng)選擇用高錳酸鉀做氧化劑測定化學(xué)需氧量，與國際接軌，選用其他手段培養(yǎng)學(xué)生測定CODCr的技能，如仿真實驗等。

3 實驗安排順序綠色化、實驗小型化

合理安排實驗順序，使前面實驗的廢棄物成為后面實驗的被測樣品，或者使前面實驗的數(shù)據(jù)成為后面實驗的計算依據(jù)。例如，高錳酸鹽指數(shù)的測定實驗，其測定結(jié)果可作為五日生化需氧量測定實驗中計算稀釋倍數(shù)的依據(jù)。如此安排實驗，既可以節(jié)省實驗時間，又可以節(jié)約實驗試劑、減少廢棄物的排放。此外，可以將某兩個或幾個實驗合并在一起開展串聯(lián)實驗，使本來存在幾次污染的實驗變?yōu)橐淮挝廴?，甚至沒有污染；所用試劑或材料相同的實驗可同時進(jìn)行，以便節(jié)約實驗試劑或節(jié)省實驗成本，做到既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。例如，活性污泥性質(zhì)的測定實驗與工業(yè)廢水可生化性實驗，都需要大量的活性污泥，同時開展這兩個實驗可以節(jié)省去污水處理廠取活性污泥的成本，降低實驗費(fèi)用。

被譽(yù)為“化學(xué)實驗的革命”的微型化學(xué)實驗（Micro-scale chemistry or microscale laboratory，簡稱M L實驗），與綠色化學(xué)的理念相符，成為創(chuàng)新變革的首選[8]。所謂ML實驗，周寧懷教授定義為“在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實驗，其試劑用量比對應(yīng)的常規(guī)實驗節(jié)省90%左右”。ML實驗的消耗量一般僅為常規(guī)實驗藥品消耗量的幾分之一或幾十分之一，大幅度降低了實驗經(jīng)費(fèi)，有效減少了化學(xué)廢棄物對環(huán)境的污染，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，加快實現(xiàn)綠色化學(xué)目標(biāo)的步伐[9-11]。雖然環(huán)境工程實驗的專業(yè)特點決定它不能像無機(jī)化學(xué)實驗和有機(jī)化學(xué)實驗等基礎(chǔ)化學(xué)實驗?zāi)菢舆M(jìn)行微型實驗，但是，仍然可以在保證實驗效果的基礎(chǔ)上，將實驗小型化。例如，在水中氨氮的測定實驗及水中鉻的測定實驗中，標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制使用50mL的比色管，如果換成10mL或5mL的比色管，就可節(jié)約大量試劑，減少廢棄物排放，經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

4 實驗手段綠色化

在環(huán)境工程實驗中，有些實驗所用的試劑或?qū)嶒炦^程的生成物，是一些毒性大、危害大、污染嚴(yán)重而暫時又無替代方法的；有些實驗是因試劑或儀器價格昂貴而無力開設(shè)的。對于這樣的實驗，實驗教師可以開發(fā)或利用界面友好、操作方便的仿真實驗，實現(xiàn)環(huán)境工程實驗與計算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。充分利用仿真實驗，既可以增大課堂的實驗容量，自主選擇實驗，無需考慮環(huán)境污染問題，又可以減少有毒有害試劑的使用，減少廢棄物的排放，真正實現(xiàn)實驗綠色化，切實減輕實驗對環(huán)境的污染，還能寓教于樂，激發(fā)學(xué)生對實驗課的濃厚興趣。例如，氰化物的測定、砷化物的測定、汞的測定及COD的測定等實驗，都可以借助仿真實驗，利用其生動、逼真的實驗效果，幫助學(xué)生理解、掌握實驗知識，培養(yǎng)實驗技能，填補(bǔ)該類實驗開設(shè)的空白。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)監(jiān)測儀器不斷普及，為環(huán)境工程實驗的綠色化提供了技術(shù)支持。應(yīng)盡量創(chuàng)造條件，使用一些先進(jìn)檢測手段，如紫外光譜、紅外光譜、原子吸收光譜、氣相色譜、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等的應(yīng)用，不僅可以減少實驗試劑的用量、降低實驗成本、減少廢棄物的排放，還能增大實驗的科技含量，讓學(xué)生了解和掌握先進(jìn)的監(jiān)測方法、提高操作技能和實驗素養(yǎng)，有利于縮短本專業(yè)畢業(yè)生的社會適應(yīng)期。

5 實驗室管理綠色化

實驗室是安全隱患較多的地方，因此實驗技術(shù)人員和實驗教師要加強(qiáng)實驗室的綠色化管理?；瘜W(xué)試劑的保存應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)分類存放，并滿足安全存放的環(huán)境條件，以避免燃燒、爆炸等事故的發(fā)生。對劇毒、“三致”、放射性等藥品，要放在專用容器中，專人、專庫保管，并建立嚴(yán)格的審批、登記、簽名使用制度，用多少領(lǐng)多少，防止流出實驗室，造成嚴(yán)重的后果。在實驗過程中所產(chǎn)生的有毒有害氣體、液體廢棄物等，必須進(jìn)行妥善處理，或循環(huán)利用、或資源化、或無害排放，以提高資源的利用率，降低實驗成本，減少環(huán)境污染，這也是建設(shè)綠色實驗室的基礎(chǔ)。如常用的廢有機(jī)溶劑可進(jìn)行重蒸餾，回收再利用；含有重金屬的廢水，可加入沉淀劑，使重金屬轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氫氧化物沉淀后綜合利用；廢酸液和廢堿液，若不能回收利用，可將其中和至中性后排放。通過對實驗廢棄物的合理處置，提高學(xué)生零污染、零排放的綠色環(huán)保意識。

總之，作為高校環(huán)境工程專業(yè)的實驗教師，理應(yīng)站在實驗綠色化改革的前沿，努力為高校綠色化實驗室的建設(shè)作出貢獻(xiàn)。將綠色化學(xué)的戰(zhàn)略方針、指導(dǎo)思想等滲透到實驗設(shè)計、實驗選擇、實驗順序的安排、實驗手段及實驗室管理等過程之中，培養(yǎng)具有綠色化學(xué)理念和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，使綠色化學(xué)真正得以實現(xiàn)。

[1] 吳忠標(biāo).環(huán)境監(jiān)測[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[2] 但德忠.環(huán)境監(jiān)測[M] .北京:高等教育出版社,2006.

[3] 李德華.綠色化學(xué)化工導(dǎo)論[M] .北京:科學(xué)出版社, 2005.

[4] 宋曉嵐,詹益興.綠色化工技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[5] 單永奎.綠色化學(xué)的評估準(zhǔn)則[M] .北京:中國石化出版社,2006.

[6] 何雪梅,李書營.化學(xué)實驗室“綠色化”建設(shè)[J] .中國科技信息，2008(18):242-243.

[7] 奚旦立,孫裕生.環(huán)境監(jiān)測[M] .4版.北京:高等教育出版社,2010.

[8] 朱文祥.綠色化學(xué)和綠色化學(xué)教育[J] .化學(xué)教育,2001 (1):1-4,18.

[9] 高萬壽.以綠色化學(xué)理念指導(dǎo)高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)[J] .教育探索，2010(6):36-37.

[10] 周寧懷.微型無機(jī)化學(xué)實驗[M] .北京:科學(xué)出版社, 2000.

[11] 李霽良.微型半微型有機(jī)化學(xué)實驗[M] .北京:高等教育出版社，2003.

A Probe into the Greening of Environmental Engineering Experiments

Hu Qiaokai Chen Wenting Chen Fang

Expounded how to realize the greening experiments in experiments teaching of environment engineering in col-leges and universities by selection of experiment contents, arrangement of experiments sequence, application of experiment measures and green experiment management, aiming to integrate theory with practice, to strengthen the environmental protec-tion consciousness of students and to train applied talents.

Experiment of environment engineering; Contents greening; Methods greening; Management greening

G642.423

2014年3月

胡巧開 女 1965年生 副教授主要從事環(huán)境工程的教學(xué)與研究工作