環(huán)保之“光”

蘇更林

在漫長的歲月中，人類在創(chuàng)造輝煌物質(zhì)文明的同時(shí)，也切實(shí)感受到了生存的危機(jī)。如今，生態(tài)環(huán)境的惡化已成為了人們無法回避的難題。把先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)成果應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境改善，無疑具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

光學(xué)探測

——護(hù)衛(wèi)大氣環(huán)境的“哨兵”

近年來，社會(huì)公眾對(duì)大氣污染的話題十分關(guān)注，及時(shí)和準(zhǔn)確地探測大氣環(huán)境成分就成為治理大氣污染問題的先決條件。為此，科學(xué)家研制了機(jī)載環(huán)境大氣成分探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由大氣環(huán)境激光雷達(dá)、差分吸收光譜儀、多角度偏振輻射計(jì)以及主控管理器4個(gè)子系統(tǒng)組成，可從紫外、可見光和紅外多波段進(jìn)行大氣環(huán)境污染物的痕量氣體測量。

利用機(jī)載環(huán)境大氣成分探測系統(tǒng)，可快速獲取區(qū)域環(huán)境中的大氣成分，多架次多時(shí)段的飛行探測還可顯示出不同天氣條件下污染物的積聚和發(fā)展趨勢。飛行試驗(yàn)證明，利用該系統(tǒng)獲取的大氣氣溶膠、云物理特性以及大氣成分、污染氣體、顆粒物等數(shù)據(jù)還可以互相補(bǔ)充，以共同描述大氣環(huán)境的實(shí)時(shí)狀況。現(xiàn)在，這些數(shù)據(jù)已在環(huán)境監(jiān)測部門獲得應(yīng)用，并取得了良好的社會(huì)效益。

空氣中的粉塵也會(huì)對(duì)大氣環(huán)境和人類健康產(chǎn)生不利影響。利用光學(xué)原理測量環(huán)境中的粉塵數(shù)量，對(duì)于治理粉塵環(huán)境污染，防止發(fā)生粉塵爆炸等都具有十分重要的意義。激光粉塵計(jì)數(shù)器就是這樣一種基于光的散射原理進(jìn)行測量的儀器。原來，空氣中的粉塵在光的照射下會(huì)發(fā)生散射，并且光散射的強(qiáng)度與粉塵的大小、折射率以及粉塵對(duì)光的吸收特性等因素有關(guān)，只要測定了散射光的強(qiáng)度就可以推知粉塵的大小、數(shù)量。

激光遙感

——讓汽車尾氣難逃“法網(wǎng)”

長期以來，環(huán)保部門一般采用怠速法來檢測機(jī)動(dòng)車的尾氣，這種方法要求機(jī)動(dòng)車必須進(jìn)入檢測站才能進(jìn)行檢測，并且還要使用專門的管道把汽車的排氣管連接到檢測設(shè)備上，通過分析排放的氣體成分來判

定汽車尾氣是否超標(biāo)?，F(xiàn)在，科學(xué)家利用激光遙感監(jiān)測技術(shù)，能在不影響車輛正常行駛的情況下，對(duì)路上的機(jī)動(dòng)車尾氣排放進(jìn)行大規(guī)模動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

機(jī)動(dòng)車尾氣激光遙測系統(tǒng)采用了先進(jìn)的高分辨率激光光譜技術(shù)，任何排放超標(biāo)的機(jī)動(dòng)車都逃不過該系統(tǒng)自動(dòng)檢測的“法網(wǎng)”。原來，激光遙感監(jiān)測技術(shù)的原理是利用激光遙感設(shè)備發(fā)出的紅外光和紫外光照射機(jī)動(dòng)車尾氣，通過對(duì)尾氣中不同物質(zhì)的吸收光譜進(jìn)行分析，就可以測出各項(xiàng)污染物的濃度了。激光遙感監(jiān)測車能夠在0.7秒內(nèi)完成對(duì)道路上正在行駛的機(jī)動(dòng)車尾氣污染物的參數(shù)測量，包括一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸锏然瘜W(xué)物質(zhì)含量，并可將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測管理中心。

機(jī)動(dòng)車尾氣激光遙感監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：機(jī)動(dòng)車車牌照相系統(tǒng)、速度和加速度測量系統(tǒng)、尾氣分析系統(tǒng)、本地?cái)?shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)以及環(huán)保中心機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù)庫信息管理系統(tǒng)等?，F(xiàn)在，該機(jī)動(dòng)車尾氣激光遙測系統(tǒng)已被北京、天津、西安、濟(jì)南等幾十個(gè)大中城市的環(huán)保部門所采用，為我國的機(jī)動(dòng)車尾氣控制和治理做出了巨大貢獻(xiàn)。

光催化

——讓居室空氣清新宜人

人們一生的大部分時(shí)間都是在室內(nèi)度過的，居室環(huán)境的好壞直接影響人們的身體健康。有檢測發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)空氣的污染程度甚至要比室外還嚴(yán)重得多。那么，如何做好室內(nèi)空氣的凈化呢？

凈化室內(nèi)空氣的方法很多，其中光觸媒空氣凈化法具有廣闊的應(yīng)用前景。光觸媒實(shí)際上就是光催化劑，在光照條件下其表面上能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在光觸媒空氣凈化法中使用的光觸媒，其主要成分為一種納米級(jí)的二氧化鈦活性材料。將這種活性材料噴涂于墻面之后可形成一層薄膜，通過吸收陽光中的紫外線可以發(fā)生光催化作用，從而產(chǎn)生活性氧和氫氧基，對(duì)空氣中的有毒有害氣體進(jìn)行降解，并能分解微生物釋放出來的毒素，同時(shí)還具備除臭、抗污、防霉、自凈等功能。

光觸媒產(chǎn)品是目前國際上日趨流行的一種新型環(huán)保材料，噴涂1000平方米光觸媒，其效果相當(dāng)于70棵白樺樹的空氣凈化能力。光觸媒空氣凈化法可以利用太陽光來處理空氣中的污染物，最終的反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳、水和其他無害物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。同時(shí)，在凈化過程中光觸媒本身不會(huì)發(fā)生變化和損耗，因此具有持續(xù)作用的優(yōu)勢。

光解油煙

——讓生命遠(yuǎn)離“傷害”

在現(xiàn)代家庭生活中，廚房油煙是一個(gè)不容忽視的健康危害因素。有資料稱，廚房油煙中含有多種有害物質(zhì)，并且還可能含有一些致癌物質(zhì)。特別是反復(fù)使用油脂煎炸食物，更容易產(chǎn)生致癌物質(zhì)，如苯并芘一類的多環(huán)芳烴類化合物。研究表明，生活環(huán)境中的苯并芘含量每增加1%，肺癌的死亡率就會(huì)上升5%。

為了減少油煙污染，人們發(fā)明了抽油煙機(jī)，但它僅能部分收集油煙，不能使有害油煙成分發(fā)生降解，而且抽油煙機(jī)需要時(shí)常清洗，清洗液排入下水道，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。光解油煙凈化器的問世則改變了這種局面，借助光解作用把油煙徹底分解，同時(shí)具有凈化、防火、殺菌以及消除異味的作用。

光解油煙凈化器以特制燈管發(fā)出的紫外線作為工作介質(zhì)，通過光解作用達(dá)到凈化的目的。高能紫外線可以把油煙中的油煙分子降解為微小的油脂分子，這些油脂分子有部分生成二氧化碳和水，有部分與氧反應(yīng)形成微量固態(tài)粉末，它們一并被風(fēng)帶走，就達(dá)到了凈化油煙的目的。高能紫外線還可以把異味分子降解為沒有氣味的物質(zhì)，也可以殺滅微生物的生物活性，因此可以高效去除排煙中的異味和細(xì)菌。油煙經(jīng)過光解凈化之后，排放的油煙濃度已經(jīng)很低了，因此排出的氣體不會(huì)對(duì)大氣造成污染。

把光解凈化原理應(yīng)用于化工廠廢氣凈化處理，也可以收到很好的效果。國內(nèi)某公司將高效光解凈化設(shè)備成功應(yīng)用于

塑膠廠廢氣處理，排放氣體達(dá)到了國家《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。傳統(tǒng)的治理惡臭廢氣主要采用直接燃燒法、催化氧化法、臭氧除臭法、活性炭吸附法等技術(shù)，普遍存在運(yùn)行成本高、凈化效果不穩(wěn)定、脫臭效率低及二次污染等問題。使用高能紫外線光解凈化技術(shù)，脫臭效率大幅度提高，有效避免了二次污染的問題。

光解塑料

——從源頭治理“白色污染”

塑料作為20世紀(jì)人類的一項(xiàng)重大發(fā)明，在造福人類生活的同時(shí)也形成了嚴(yán)重的“白色污染”。各種廢棄塑料的降解時(shí)間不盡相同，有的甚至需要上百年。由于塑料制品在動(dòng)物體內(nèi)無法被消化和分解，被誤食后可以引起胃部不適、行動(dòng)異常、生育繁殖能力下降，甚至導(dǎo)致死亡。殘留在土壤中的塑料不僅會(huì)惡化土壤環(huán)境，影響土壤的透氣性，而且還會(huì)阻礙水分的流動(dòng)和農(nóng)作物根系的發(fā)育。

光降解塑料的發(fā)明則可以從源頭上治理“白色污染”，因?yàn)楣饨到馑芰峡梢酝ㄟ^光化學(xué)反應(yīng)而被分解。光降解通常是指有機(jī)物在光的作用下，逐步氧化成低分子中間產(chǎn)物，最終生成二氧化碳、水及其他無害物質(zhì)。光降解塑料在日光照射下吸收紫外線等輻射后能發(fā)生光引發(fā)作用，從而把塑料結(jié)構(gòu)中的長鏈分裂成較低分子量的碎片，使得聚合物的完整性受到破壞。這些塑料碎片在空氣中又可發(fā)生進(jìn)一步的氧化作用，從而降解成為能被生物分解的低分子化合物，最后被徹底氧化為二氧化碳和水。

光解塑料的誕生為減少或消除“白色污染”帶來了希望，光解塑料具有衛(wèi)生、無毒、無污染等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)在，光解塑料在技術(shù)上日趨成熟，可廣泛應(yīng)用于日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

【責(zé)任編輯】龐 ?云