環(huán)境化學(xué)的回顧與展望

環(huán)境化學(xué)的回顧與展望

摘要環(huán)境化學(xué)是化學(xué)和環(huán)境科學(xué)的重要分支。文中簡(jiǎn)要回顧了20年來(lái)環(huán)境化學(xué)的發(fā)展歷程、主要成就和我國(guó)環(huán)境化學(xué)研究取得的成績(jī)并對(duì)未來(lái)環(huán)境化學(xué)的發(fā)展作了簡(jiǎn)要討論。

關(guān)鍵詞環(huán)境化學(xué)回顧與展望

環(huán)境化學(xué)主要研究化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的存在、轉(zhuǎn)化、行為和效應(yīng)及其控制化學(xué)的原理和方法。它是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支，也是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分。根據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)《自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告》的劃分，環(huán)境化學(xué)的研究主要包括環(huán)境分析化學(xué)，大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)，污染生態(tài)化學(xué)，污染控制化學(xué)等四部分內(nèi)容［1］。

環(huán)境化學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：1970年以前為孕育階段，70年代為形成階段，80年代以后為發(fā)展階段。二次大戰(zhàn)以后至60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)從恢復(fù)逐步走向高速發(fā)展，由于當(dāng)時(shí)只注意經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而忽視了環(huán)境保護(hù)，污染環(huán)境和危害人體健康的事件接連發(fā)生，事實(shí)促使人們開(kāi)始研究和尋找污染控制途徑，力求人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。60年代初，由于當(dāng)時(shí)有機(jī)氯農(nóng)藥污染的發(fā)現(xiàn)，農(nóng)藥中環(huán)境殘留行為的研究就已經(jīng)開(kāi)始。這個(gè)階段是環(huán)境化學(xué)的孕育階段。到了70年代，為推動(dòng)國(guó)際重大環(huán)境前沿性問(wèn)題的研究，國(guó)際科聯(lián)1969年成立了環(huán)境問(wèn)題專門委員會(huì)(SCOPE)，1971年出版了第一部專著《全球環(huán)境監(jiān)測(cè)》，隨后，在70年代陸續(xù)出版了一系列與化學(xué)有關(guān)的專著，這些專著在70年代環(huán)境化學(xué)研究和發(fā)展中起了重要作用。

1972年在瑞典斯德歌爾摩召開(kāi)了聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議，成立了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署，確立了一系列研究計(jì)劃，相繼建立了全球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(GEMS)和國(guó)際潛在有毒化學(xué)品登記機(jī)構(gòu)(IRPTC)，并促進(jìn)各國(guó)建立相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)結(jié)構(gòu)和學(xué)術(shù)研究結(jié)構(gòu)。應(yīng)該說(shuō)，這一系列的舉措在人類的環(huán)境保護(hù)事業(yè)中起到了里程碑作用。

80年代全面地開(kāi)展了對(duì)各主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化學(xué)循環(huán)和各主要元素之間的相互作用，人類活動(dòng)對(duì)這些循環(huán)產(chǎn)生的干擾和影響，以及對(duì)這些循環(huán)有重大影響的種種因素的研究；重視了化學(xué)品安全性評(píng)價(jià)；開(kāi)展了全球變化研究，涉及臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等全球性環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)加強(qiáng)了污染控制化學(xué)的研究范圍。

1992年在巴西里約熱內(nèi)盧召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議(UNCED)，國(guó)際科聯(lián)組織了數(shù)十個(gè)學(xué)科的國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開(kāi)展環(huán)境問(wèn)題研究。例如：國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)1989年制訂了“化學(xué)與環(huán)境”研究計(jì)劃，開(kāi)展了空氣、水、土壤、生物和食品中化學(xué)品測(cè)定分析等六個(gè)專題的研究。

1991年和1993年在我國(guó)北京召開(kāi)的亞洲化學(xué)大會(huì)和IUPAC會(huì)議上，環(huán)境化學(xué)均是重要議題之一。

1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第一次授予三位環(huán)境化學(xué)家Crutzen,Rowland和Molina，他們首先提出平流層臭氧破壞的化學(xué)機(jī)制。Crutzen于1970年提出了NOx理論，Rowland和Molina于1974年提出了CFCs理論，這幾位化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中得到驗(yàn)證。從發(fā)現(xiàn)平流層中氧化氮可以被紫外輻射分解而破壞全球范圍的臭氧層開(kāi)始，追蹤對(duì)流層大氣中十分穩(wěn)定的CFCs類化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入平流層的同樣歸宿，闡明了影響臭氧層厚度的化學(xué)機(jī)理，使人類可以對(duì)耗損臭氧的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行控制。這些理論的研究成果因1985年南極“臭氧洞”的發(fā)現(xiàn)而引起全世界的“震動(dòng)”，從而導(dǎo)致1987年《蒙特利爾議定書(shū)》的簽訂。這充分表明環(huán)境化學(xué)家的工作已經(jīng)引起全人類的重視，環(huán)境化學(xué)已經(jīng)開(kāi)始走向全面發(fā)展。

我國(guó)的環(huán)境化學(xué)研究也已經(jīng)有了20多年的歷史，自70年代起，在典型地區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，環(huán)境容量和環(huán)境背景值調(diào)查，污染源普查，圍繞工業(yè)“三廢”污染，在大氣、水體、土壤中環(huán)境污染物的表征、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，生物效應(yīng)以及控制等方面進(jìn)行了大量的工作。近年來(lái)，完成了一批攻關(guān)課題和重大基金項(xiàng)目等國(guó)家任務(wù)?！鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g，在有毒污染物環(huán)境化學(xué)行為和生態(tài)毒理效應(yīng)、水體顆粒物和環(huán)境工程技術(shù)、大氣化學(xué)和光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、對(duì)流層臭氧化學(xué)、區(qū)域酸雨的形成和控制、天然有機(jī)物環(huán)境地球化學(xué)、有毒有機(jī)物結(jié)構(gòu)效應(yīng)關(guān)系、廢水無(wú)害化和資源化原理與途徑等方面的工作分別得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技攻關(guān)、中國(guó)科學(xué)院重大重點(diǎn)等項(xiàng)目的支持，取得了一批具有創(chuàng)新性的研究成果，形成了一支從政府到地方各級(jí)行政管理與環(huán)境保護(hù)部門、科研單位、高等院校等多層次的管理人員與研究人員隊(duì)伍［2，3］。

在酸雨測(cè)量技術(shù)、形成機(jī)制、物理化學(xué)特征、高空云雨化學(xué)、大氣酸性污染物來(lái)源和沉降過(guò)程等方面取得重要成果，在天然源研究、區(qū)域酸沉降模式和酸雨成因、能源與環(huán)境協(xié)調(diào)規(guī)劃、酸雨區(qū)域綜合防治和臨界負(fù)荷的研究方法等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

在環(huán)境分析化學(xué)方面，從80年代起，我國(guó)先后制訂出《環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法》，《環(huán)境污染分析方法》和《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》等，選取了200多種分析方法，近百種無(wú)機(jī)和有機(jī)物，所用的方法靈敏、準(zhǔn)確、可靠，多年來(lái)在全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用。對(duì)監(jiān)測(cè)分析方法的統(tǒng)一與標(biāo)準(zhǔn)化，在提高分析監(jiān)測(cè)水平及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制方面起了重要作用。

1992～1995年，國(guó)家基金委化學(xué)部資助了重大基金項(xiàng)目“典型有機(jī)污染物環(huán)境化學(xué)行為與生態(tài)效應(yīng)”的研究，探討了某些有毒有害污染物的環(huán)境行為、在介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水生天然有機(jī)物的起源、表征、與重金屬相互作用機(jī)理與模型以及鹵代烴生成潛力等。在新農(nóng)藥單甲脒的環(huán)境行為和生態(tài)毒理效應(yīng)以及有機(jī)錫的生態(tài)毒理效應(yīng)研究中取得了創(chuàng)新性成果。首次發(fā)現(xiàn)城市水源中的硝基多環(huán)芳烴的存在，對(duì)多氯聯(lián)苯等的光解規(guī)律和產(chǎn)物毒性提出了新的機(jī)理和解釋。部分研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，該工作于1999年獲得了中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

在O3的測(cè)量技術(shù)、中國(guó)光化學(xué)煙霧特征、室內(nèi)大氣光化學(xué)反應(yīng)模擬、空氣質(zhì)量模式、汽車尾氣高效凈化等方面取得了重大成果，其中大氣微量組分源排放、大氣氧化能力、大氣光化學(xué)模擬和模式的研究達(dá)到世界先進(jìn)水平，曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)。

在天然水質(zhì)變化與水污染控制原理、難降解有毒有害污染物的物理化學(xué)去除與生物降解和高級(jí)化學(xué)氧化、水質(zhì)凈化的高效生物和絮凝反應(yīng)器、廢水的無(wú)害化與資源化、清潔生產(chǎn)等方面取得了達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國(guó)家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

但是，從國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)和目前水平來(lái)衡量，就總體而論，我國(guó)環(huán)境化學(xué)的研究，無(wú)論從方法、技術(shù)上，還是研究思路上大多缺乏獨(dú)創(chuàng)性、系統(tǒng)性和完整性，對(duì)熱點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)家在環(huán)境保護(hù)方面的需求。在分支學(xué)科和研究的內(nèi)容上發(fā)展也不平衡，缺乏連貫性、系統(tǒng)性和綜合性。在環(huán)境化學(xué)過(guò)程研究中對(duì)化學(xué)污染物的外觀表征研究得較多，而在復(fù)合污染的界面反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)，污染機(jī)制及其效應(yīng)方面研究的深度不夠，缺乏從分子水平上對(duì)污染物動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究。在環(huán)境分析化學(xué)方面，雖然建立和發(fā)展了較為完備的常規(guī)分析測(cè)試方法，但對(duì)于環(huán)境樣品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與中間產(chǎn)物、同族體等的分離與測(cè)定還與國(guó)際先進(jìn)水平有很大差距。在污染物的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、實(shí)時(shí)測(cè)定等方面尚缺少有效的方法和儀器。

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題的重視和公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，跨世紀(jì)的環(huán)境化學(xué)任重道遠(yuǎn)。無(wú)論是控制或防治環(huán)境污染和生態(tài)惡化，還是從改善環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)人體健康、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展等各個(gè)方面，環(huán)境化