有機化學在環(huán)境工程中的應用研究

吳仕明

（吉林省吉林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，吉林 吉林 132001）

引言

環(huán)境工程的根本目的在于保護城市生態(tài)環(huán)境，有效防治水、氣、聲、固體廢物等污染，并對一次性能源的使用加以管控，從根本上治理人類活動對生態(tài)環(huán)境造成的污染問題。目前有機化學已在我國環(huán)境工程領(lǐng)域起到重要促進作用，運用有機化合物既可以改善環(huán)境污染問題，又能綜合提高我國環(huán)境工程的建設水平，站在技術(shù)層面滿足環(huán)境治理要求，這也是我國環(huán)境工程中必須予以高度重視的基礎(chǔ)性任務。

1 當前我國環(huán)境工程存在的問題

隨著我國社會經(jīng)濟的快速增長，廣大居民在日常生活中積聚的垃圾對空氣、河流、土壤造成了嚴重的污染問題，在經(jīng)濟消費能力和消費欲望的影響下，我國居民的汽車用量也隨之不斷增長，加大汽車尾氣排放量的同時，還產(chǎn)生了嚴重的熱島效應。與此同時，建筑行業(yè)的生產(chǎn)制造同樣會威脅周邊生態(tài)環(huán)境，尤其體現(xiàn)在樹木砍伐、粉塵飛揚、材料輻射等方面[1]。另一方面，在城市化進程不斷加快的背景下，城市人口數(shù)量也呈現(xiàn)出了顯著增長的態(tài)勢，而工業(yè)垃圾、生活垃圾、醫(yī)療垃圾在危害城市衛(wèi)生的同時，還可能對人類的生存構(gòu)成一定的威脅。此外，我國在城市垃圾處理方面制定的章程仍有待完善，環(huán)境工程未來的方向不明確，對我國居民賴以生存的生活空間、水資源、土壤資源造成了嚴重的危機與挑戰(zhàn)。最后，工業(yè)生產(chǎn)制造過程不合理，大量有毒氣體和液體隨意排放，同樣會引起動物鏈短缺的問題，甚至威脅其它生物的生存空間以及廣大居民的生命健康[2]。

有機化學在農(nóng)作物改良、醫(yī)療研究、食物工程等方面均發(fā)揮著積極影響，尤其在環(huán)境治理、環(huán)境保護等環(huán)境工程中有著廣泛的應用前景，其在環(huán)境治理和環(huán)境生物檢測中也占據(jù)著至關(guān)重要的地位。生態(tài)環(huán)境污染問題本質(zhì)上屬于多學科交叉的綜合性問題，而有機化學在環(huán)境工程中的有效應用可以大幅度改善我國居民的生活質(zhì)量。例如，DDT本身就有較強的殺蟲效果，但其化合物難以分解，在農(nóng)作物中大量使用還可能殘留到土壤中，并通過食物鏈進入人體或牲畜體內(nèi)，因此這種含氯類農(nóng)藥已被禁止使用。

有機化學對室內(nèi)環(huán)境構(gòu)成的影響主要與室內(nèi)裝飾裝修材料有關(guān)，如部分先進的建筑材料內(nèi)包含的有害成分，一旦被大量釋放將會導致嚴重的室內(nèi)環(huán)境污染問題，如甲醛、氨氣、油漆、各種膠粘劑均會對人體健康構(gòu)成嚴重的危害。盡管傳統(tǒng)有機化學在環(huán)境工程建設中起到一定的負面影響，但同樣可以有效改善生態(tài)環(huán)境。例如，將煤轉(zhuǎn)化為清潔材料，可以有效減少燃煤中產(chǎn)生的廢氣，盡可能達到零排放的標準。這種方式的化學原理在于將煤中的元素原子全部轉(zhuǎn)化為有益于人體健康的有機產(chǎn)物，并在環(huán)境保護過程中提高能源利用率，因此在環(huán)境工程的未來階段必須大力開發(fā)綠色有機物，為有機化學賦予環(huán)境污染治理的重任。

2 有機化學在環(huán)境工程中的應用

2.1 在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域中的應用

食品安全在居民正常的生活中起到不可替代的作用，如蛋白質(zhì)、維生素等有機物的供給。在食品制造過程中，生產(chǎn)商可以通過人工添加微量元素的方式提高自身在市場中的核心競爭力，深入挖掘產(chǎn)品賣點，并為人體健康的生長發(fā)育提供良好保障。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，施加肥料可以有效提高農(nóng)作物生長的質(zhì)量和產(chǎn)量，但在肥料使用過程中必須充分考慮種植區(qū)域的土壤及作物的生長周期，以免肥料過量使用而導致藥物殘留，甚至出現(xiàn)環(huán)境富營養(yǎng)化的問題，嚴重抑制植物的正常生長。目前有機化學已在醫(yī)藥行業(yè)得到了廣泛應用，研究人員可以結(jié)合其對中草藥的理性認識分析其中的組成成分，并運用化學技術(shù)合成類似的成分，從而有效減輕中藥植物開采的負擔，節(jié)省不必要的制藥時間和流程，在保證藥物成分精度的基礎(chǔ)上提高治療成效。

目前大部分西藥的合成都離不開先進的有機化學技術(shù)，如屠呦呦在青蒿素原本的碳氧鍵中加入基團，以人工合成的方式制成了衍生物，極大地增強了腦型瘧疾處理的藥效。

2.2 在染料行業(yè)中的應用

有機化學在染料行業(yè)中的應用主要集中在纖維染色、建筑材料、工藝品制作等方面，將有機化學與染料行業(yè)相結(jié)合可以為人們帶來視覺上的沖擊，進一步拓服裝、印染、建筑等行業(yè)途徑，但相關(guān)材料使用不當同樣會對環(huán)境保護工作以及人們的身體健康造成威脅，因此我國必須加大有機化學在染料行業(yè)中的應用力度，禁止使用危害大、污染性強的染料，同時明確環(huán)保染料的使用標準，確保有機染料不會對人體造成過敏、刺激、輻射等影響[3]。例如，德國早已針對染料原料的使用制定了一系列的清單，還對相關(guān)法律法規(guī)進行了優(yōu)化與完善。實際上有機顏料本質(zhì)上屬于不溶性有機物，盡管顏料和染料的化學結(jié)構(gòu)大體相同，但兩者的使用方法不同，其中染料又進一步分為天然和人造兩種形式，目前較為常見的人造有機染料主要包括花青素、綠盤、鈦青等。

2.3 金屬有機化學的應用

金屬有機化學的應用涵蓋了多個不同的領(lǐng)域，如機械化農(nóng)業(yè)技術(shù)在作物種植、灑藥、施肥等環(huán)節(jié)中的應用，而有機化肥、氮、磷等物質(zhì)在農(nóng)藥和化肥中還可以用于除草，并且這類金屬有機化學產(chǎn)物的副作用也相對較小。

在工業(yè)領(lǐng)域應重點研究輕金屬化合物的使用，以此為工業(yè)生產(chǎn)的創(chuàng)新與改革奠定良好基礎(chǔ)，現(xiàn)階段我國已在碳金屬的研究方面投入了大量資金成本，還積極向國外發(fā)達國家尋求合作。另外，在石油化工行業(yè)同樣可以將金屬有機物作為催化劑，而航天事業(yè)同樣可以利用金屬的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等特性制作節(jié)能添加劑，并且在燃料中加入1‰的比例，即可節(jié)能5%～10%，并在此基礎(chǔ)上減少30%～70%的煙霧含量。由此可見，在未來階段金屬有機化學有著廣泛的應用前景。

2.4 在材料領(lǐng)域中的應用

有機高分子材料為廣大社會公眾的日常生產(chǎn)生活帶來了極大的便利，如塑料、橡膠、纖維、涂料等材料已被廣泛應用到建筑、產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域。尤其在建筑領(lǐng)域，通常需要用到大量有機化學材料，如墻體中使用的合成橡膠板、油漆等。其中塑料制品主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等有機化合物，以單體為原料，采用人工合成的方式將其加工為高分子有機化合物。

與此同時，橡膠也具有良好的收縮性，其主要通過單體聚合加工的方式形成橡膠，目前已廣泛應用于輪胎、膠管、電纜等生產(chǎn)行業(yè)[4]。采用化學提煉的方式提取煤、石油、天然氣、農(nóng)副產(chǎn)品中的合成纖維，即可將相關(guān)分子合成加工成滌綸、錦綸、尼龍、腈綸等纖維制品。最后，站在分子分類的角度，可以將薄膜分為聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜等。

2.5 在污染防治中的應用

有機化學作為一種新型環(huán)境保護技術(shù)，在環(huán)境工程中應用有機材料可以有效抑制環(huán)境中生成的污染產(chǎn)物。由于生產(chǎn)制造導致的環(huán)境污染程度日益加劇，而能源排放與廢物處理，也成為當前不得不解決的問題，酸雨、霧霾等環(huán)境污染還對其它生物的生存空間構(gòu)成了威脅，但在環(huán)境工程中應用有機化學即可減輕其對環(huán)境造成的破壞。在廢水處理環(huán)節(jié)添加Fenton試劑，可以充分利用化學反應降解HMX和COD。對于汽車尾氣中的一氧化碳等有害氣體，同樣可以借助催化劑凈化汽車尾氣中的有害氣體，并將其轉(zhuǎn)化為對大氣無污染的二氧化碳氣體，但隨著汽車尾氣排放量的不斷加劇，全球變暖的速度也隨之不斷加快。

另外，由于傳統(tǒng)有機化學學科更側(cè)重于有機分子的合成及結(jié)構(gòu)鑒定，而較少涉及分子降解過程方面的研究，因此在環(huán)境工程中應用有機化學時，應重點關(guān)注揮發(fā)性有機物VOCs以及持久性污染物POPs的處理，其中揮發(fā)性有機物VOCs排放分散，在空氣中的濃度相對較低，整個處理過程復雜。目前較為常見的處理方法主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃燒法、膜分離法、生物法等，在未來階段應著重研究生物法的應用，圍繞著生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法等深入研究揮發(fā)性有機物VOCs的處理方案。

對于持久性污染物POPs的處理，可以從物理、化學、生物修復法三個角度著手進行研究，其中POPs污染土壤的物理修復法主要包括換土法、通風去污法、熱解吸技術(shù)等；POPs污染土壤的化學修復方法則包括化學氧化法、化學還原法、化學淋洗法、超臨界萃取法等；生物修復法作為一種最理想的低濃度POPs污染處理方法，其主要涉及植物修復、動物修復、微生物修復三種。

植物修復指利用植物或植物與微生物的共生體系清除環(huán)境中的污染物，而動物修復需要借助土壤動物群（蚯蚓、線蟲類等）直接吸收、轉(zhuǎn)化、分解污染物，同時間接發(fā)揮其對土壤理化性質(zhì)、土壤肥力、植物與微生物生長的促進作用，以此達到污染土壤修復的目的。微生物修復指利用微生物的代謝活動，將POPs轉(zhuǎn)化為易降解的物質(zhì)，目前這類生物修復技術(shù)已在國外POPs污染土壤中得到廣泛應用。

3 有機化學在環(huán)境工程中的應用策略

3.1 合理運用有機化學材料

近年來我國社會經(jīng)濟呈現(xiàn)出了顯著增長的態(tài)勢，但在經(jīng)濟因素影響下工業(yè)化進程也隨之不斷加快，在引發(fā)環(huán)境污染問題的同時，還產(chǎn)生了嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象。目前各種風險環(huán)境污染源的分布極為廣泛，如常見的城市汽車尾氣、溫室效應、霧霾等，因此將有機化學運用到環(huán)境工程時，必須組織相關(guān)工作人員做好調(diào)查工作，進一步確定環(huán)境污染的主要源頭，通過取樣、調(diào)查、分析等方式確定污染源的種類和數(shù)量，同時制定具有針對性的解決方案[5]。

在環(huán)境工程建設中全方位調(diào)查，結(jié)合實際需求選擇適合的有機化學材料，可以從根本上避免污染源帶來的危害，同時充分發(fā)揮化學試劑在實際應用中起到的作用和效果。

在種植行業(yè)方面，農(nóng)業(yè)研發(fā)部門主要通過有機化學肥料、DDT等方式來提高土壤的理性，同時有效防控病蟲害問題。但大多種植人員對相關(guān)理論知識的了解僅停留在較為淺顯的層面，使得有機化學元素大量滲入土壤中，最終流入湖泊和河流，而水質(zhì)與土質(zhì)的富營養(yǎng)化還會直接威脅我國生態(tài)環(huán)境，以物質(zhì)循環(huán)的方式進入人體內(nèi)。

盡管有機化學建材可以延長建筑物的使用壽命，但其會直接影響空氣、水、土壤以及人體，如持續(xù)釋放各種有害物質(zhì)將會導致嚴重的大氣環(huán)境污染問題，這就需要我國政府部門對有機化學材料的使用加大管控力度，合理運用有機化學相關(guān)產(chǎn)品。

3.2 通過實驗明確有機化學的應用效果

在環(huán)境工程建設過程中運用有機化學技術(shù)時，必須從多個層次、多個角度著手進行考慮，以免在環(huán)境治理工作中運用有機化學時，受到現(xiàn)場環(huán)境以及其它影響因素的干擾。由于環(huán)境治理問題離不開所有工作人員的長期堅持與努力，并且其還需要充分考慮所在區(qū)域的環(huán)境污染情況，由當?shù)丨h(huán)境部門組織設計各種具有可行性的實驗項目，并在實驗過程中深入挖掘有機化學的應用效果，在提高有機化學運用的嚴謹性的同時，推動環(huán)境保護工作[6]。

環(huán)境工程涉及到多個學科和領(lǐng)域，國家應在人才培養(yǎng)和應用等方面提供相應的扶持，結(jié)合工作人員的特點和學習能力，有針對性地進行人才培養(yǎng)工作，以環(huán)境友好型戰(zhàn)略為出發(fā)點，大力研發(fā)有機化學技術(shù)，通過加強管理來預留一定的發(fā)展空間[3]。

3.3 利用綠色化學提高環(huán)保工作質(zhì)量

從環(huán)境工程的工業(yè)視角出發(fā)，綠色化學可以側(cè)面反映出有機化學在環(huán)境工程中的應用成效。綠色化學中涉及的綠色技術(shù)可以有效提高廢物資源的利用率、減少廢物量，同時有效控制廢物的毒性。而化工領(lǐng)域的綠色化學在推動行業(yè)變革的同時，還能不斷深化綠色能源工業(yè)，將有機化學的技術(shù)優(yōu)勢全面體現(xiàn)出來，為環(huán)境污染治理工作提供強大的技術(shù)支持。

由于傳統(tǒng)有機化學反應離不開催化劑、溶劑及后處理過程，部分有機化學反應還涉及高溫、高壓反應，但將有機化學與生物工程技術(shù)相結(jié)合，即可充分利用酶催化的高效選擇性以及常溫、常壓的優(yōu)勢，在減少污染物的排放的同時，還能為科技界與工業(yè)提供建設性的參考意見。

實際上酶作為一種高效生物催化劑，在常溫、常壓、pH值中性附近條件下具有較強的催化活力，并且其還具有明顯的特異立體選擇性及區(qū)域選擇性，這種高效選擇性催化作用可以生產(chǎn)出多種不同類型的產(chǎn)物，有效彌補傳統(tǒng)化學法合成中存在的不足。目前酶催化技術(shù)在醫(yī)藥方面有著廣泛的應用前景，其主要用于多種高效手性藥物的合成及制備，整體呈現(xiàn)出巨大的潛力。

3.4 提高人們的環(huán)境保護意識

盡管有機化學產(chǎn)品具有一定的雙面性特點，但運用有機化學同樣能推動現(xiàn)代社會發(fā)展[7]。國家結(jié)合有機化學產(chǎn)品的運用下發(fā)相關(guān)政策文件時，還需要通過具體的宣傳工作加強廣大社會公眾的環(huán)保意識，著力對工業(yè)生產(chǎn)方面的管理工作加大監(jiān)管力度，并在每一工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測周邊資源，同時嚴格把控工廠中生產(chǎn)的廢料，從源頭上追蹤環(huán)境污染問題的主要源頭，根據(jù)污染程度采取相應的懲處措施[8]。在排放標準方面應以市場為參考，由媒體實時追蹤與管控環(huán)境污染問題，適當增加社會環(huán)境污染方面的報道比重。

4 結(jié)語

有機化學本身具有較強的創(chuàng)新性特點，其在現(xiàn)代技術(shù)與生態(tài)環(huán)境治理中起到了強大的推動力，在有機化學應用的原有基礎(chǔ)上開發(fā)的食品添加劑和藥物，還在一定程度上改善了我國居民的生活質(zhì)量。在環(huán)境工程后續(xù)的進程中，若想從根本上解決環(huán)境污染問題，就必須在應用有機化學技術(shù)前做好調(diào)查分析工作，結(jié)合實際需求選擇適合的有機化學產(chǎn)品，著重強調(diào)有機化學技術(shù)的作用和優(yōu)勢，嚴格把控各種有害于環(huán)境質(zhì)量的不利元素[4]。