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关键词:白色污染; 聚乳酸; 降解
前言
S着塑料的广泛应用和产量的持续增大。“白色污染”问题己变得越来越严重,成为当今世界最严重污染源之一,己受到各国的重视,并且制定了相关的法律政策来处理。现在各国除了研究如何回收废弃塑料外,更多的精力是研究可降解的高分子材料,从而在根本上解决塑料的“白色污染”问题。主要原因是高分子材料的回收利用,从理论上讲,可以解决环境污染,也可以解决资源短缺的问题,但在实施过程中,往往受到高分子材料本身性质、技术及成本等的限制;而研究开发可降解的高分子材料则成为20世纪70年代以来重要课题,受到世界范围内的关注仁。
1可降解性高分子材料的降解机理
高分子材料的生物降解是指在生物(主要是指真菌、细菌等)作用下,聚合物发生降解、同化的过程、生物降解主要取决于聚合物分子的大小和结构、微生物的种类以及环境因素。聚合物的降解机理十分复杂,一般认为材料在体内的降解和吸收是受生物环境作用的复杂过程,包括物理、化学和生化因素。物理因素主要是外应力,化学因素主要有水解、氧化及酸碱作用,生化因素主要是酶和微生物。由于植入体内的材料主要接触组织和体液,因此水解(包括酸碱作用和自催化作用)和酶解是最主要的降解机制。
2聚乳酸的降解性能
与大部分热塑性聚合物相比,PLA具有更好的降解性能。PLA的降解首先通过主链上的降解性能。PLA的降解首先通过主链上的C-O水解,然后在酶的作用下进一步降解,最终生成无害的水和二氧化碳。由于具有降解性能,故人们担心其使用寿命。实际上,PLA的降解速度相对比较缓和;更为重要的是,PLA的降解总是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相对分子品质、形态、结晶度等,PLA降解的速度可从几星期到几个月甚至是1~2年。但如果与微生物和复合有机废料混合埋入地下,它的降解速度会加快。因此它是一种理想的生物降解材料,特别适宜于2~3年的短期用途。影响PLA降解速度的因素主要有结晶度、玻璃化转变温度、相对分子质量和介质的pH值等。水先渗入聚乳酸的无定形区,导致酷键断裂,当大部分无定形区己降解时,才由晶区边缘向晶区中心逐步降解。晶区降解速度很慢,因此结晶度大小对降解速度有很大的影响。玻璃化转变温度低于水解温度则水解加快。相对分子质量越小及其分布越宽的PLA降解速度越快,这是因为相对分子质量越大,聚合物的结构越紧密,内部的酷键越不容易断裂,并且相对分子质量越大,降解所得的链段越长,易溶于水中,产生的H+越少,使pH值下降缓慢。酸或碱都能催化PLA水解,介的pH值也是影响PLA降解速率的重要因素。
3 PLA共混改性的研究进展
通过与韧性聚合物共混,也是常用的改进聚乳酸柔性的途径,目前人们己经研究的很多共混体系,如乙烯一醋酸乙烯共聚物(poly(ethylene-vinyl acetate))、聚4-乙烯基苯酚(poly(4-vinylphenol)、聚ε-己内酯、聚3羟基丁酸酯(poly(3-hydroxybutyrate)等。
沈一丁等[4]将热塑性淀粉(TPS)与聚乙二醇(PEG)、聚乳酸(PLA)共混后,采用溶剂蒸发法制备出完全生物降解的聚乙二醇改性淀粉/聚乳酸薄膜(SPLA)。聚乙二醇增塑SPLA薄膜,有效的降低了玻璃化转变温度和热塑性淀粉和PLA的相容性,体系的耐水性、强度均随着PLA含量的增加而增加,不过这种薄膜的强度和柔性并没有得到改善。
龚华俊等[5]采用超声辅助原位湿法合成多壁碳纳米管/轻基磷灰石纳米复合材料(MWNTs/HA),并通过溶液浇铸法制备了PLA/MWNTs/HA复合材料薄膜,静态力学和动态力学性能分析表明,当MWNTs/HA为0.05~0.10份时,对复合薄膜有一定的增韧效果,复合膜的玻璃化转变温度随着MWNTs旧A用量增加呈上升趋势。
PCL除可以和PLA共聚形成共聚物改善柔性外,还可以与PLA共混来改善PLA基体的脆性。直接共混PLA和PCL,两种组分是不相容的,两者混合时必须添加一定的相容剂。Wang等在PLL刀PcL体系中,以亚磷酸三苯酯(TPPi)为催化剂,在熔融状态下进行混合。结果表明,在共混过程中发生酯交换反应,生成界面相容剂,促进组分均匀分布,提高体系的机械性能,并大大改善了体系的柔性,当添加TPPi2%时,PLLA/pCL(80/20)断裂伸长率从28%提高到了128%。
顾书英等[11]采用熔融挤出法制备聚乳酸/对苯二甲酸-己二酸-1,4-丁二醇三元共聚酯(PBAT)共混物,发现低含量低的PBAT的加入适当的提高了聚乳酸的断裂伸长率,不过共混物的拉伸、弯曲性能也有所降低。当PBAT含量较高时,共混物断面的SEM照片可以明显观察到两相不相容。
4 聚乳酸在包装领域的生产应用现状
聚乳酸作为包装材料有其独特的优势,可以说,聚乳酸包装材料完全可以替代传统的包装材料,在很多方面更优于传统包装材料。与传统热塑性塑料相比,聚乳酸作为包装材料有以下优点[13]:
(l)完全折叠性和缠结保持力取向性的PLA薄膜具有和玻璃纸膜、金属薄片等相媲美的完全折叠性和缠结保持力,即可以弄皱或折叠,这些普通塑料膜是不具备的。
(2)高的光泽度和透明度PLA的高透明性和光泽度可以和玻璃纸以及聚对苯二甲酸乙二酯相比,是普通聚丙烯薄膜的2~3倍,低密度聚乙烯的10倍。
(3)阻隔性能和良好的印刷性能乳酸的基本重复单元使得PLA是一种内在极性的材料,这种高的极性导致聚乳酸具有高的表面能,从而产生良好的印刷性能,此外它还能够阻止脂肪族分子的透过,具有很好的抗油性。
(4)低温热封性能无定形聚乳酸薄膜的热封温度和EVA(巧%)相同,都在80~85℃之间。
以上的这些优点,注定聚乳酸会在包装领域大放异彩,就目前的生产状况来看,聚乳酸薄膜开发应用的前沿集中在日本和美国,国内仅仅出于起步阶段。
5 可降解塑料的开发趋势及发展前景
可降解塑料尽管存在种种问题,但它的发展方兴未艾,以下几个方面代表了可降解塑料的发展方向:(1) 积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等,进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。(2)为避免二次污染,同时保证有丰富的原料,以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料将会越来越受到重视。(3) 水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而备受瞩目,也成为环境适应性材料的又一热点。(4) 充分利用基因工程技术培育可生产聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。
可降解塑料的发展,不但在一定程度上缓解了环境污染,而且对日益枯竭的石油资源也是一个补充。许多国家已开始考虑用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料,并陆续颁布了一些法规,如意大利的立法规定自1991 年起所有包装用塑料都必须可降解,我国也已开始考虑禁用不可降解的塑料制品。据日本生物降解塑料实用化检讨委员会预测,今后10 年内全世界生物可降解塑料的市场规模为130 万吨。我国每年产生的塑料垃圾达100 万吨以上,若其中的20 %以降解塑料取代的话,需求量也在20 万吨以上,市场潜力是很大的。可降解塑料的发展适应了人类可持续发展的要求,因此,可降解塑料的发展前景是美好的。
参考文献
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[4]贺小虎,章庆国,李新松.中国临床康复2005,9(38):36~38
[关键词]绿色;包装材料;可降解塑料包装材料;可食性包装材料;纸质包装材料
中图分类号:TB484 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)30-0071-01
随着环境污染的日益严重,绿色、低碳、环保、节能、安全等要素已成为全球关注的焦点,人们对包装材料对环境产生的影响也越来越重视,绿色包装材料正受到了越来越多的重视和推广。人们对绿色包装材料的认识和要求也从原先单纯的减少固体废弃物及其对环境的污染,逐步扩大为考虑在整个包装生命周期全过程中对环境的影响,更加注重减排、节能、低碳、降耗、生态、安全,注重废弃物的可自行降解、可循环再利用及可持续发展。目前我国研究和应用最多的绿色包装材料就是可降解包装材料,可食性包b材料和纸质包装材料。
1、绿色包装材料的内涵及分类
绿色包装材料是指材料在全生命周期内对自然环境和人类健康不造成危害,并且后期能实现回收再使用或可自行降解从而不污染会环境,有效地降低不可再生资源的消耗,具有绿色的特性的包装材料。根据应用及发展现状可以将其按照可降解塑料包装材料、可食性包装材料和纸质包装材料划分。
1.1、可降解塑料包装材料
目前主要的可降解塑料包装材料有淀粉基可降解包装材料、聚乳酸基可降解塑料、水溶性薄膜及其他可降解材料等。
淀粉基可降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品。淀粉是绿色植物进行光合作用得到的产物,对环境不会造成污染,是一种纯绿色无污染可再生资源。
聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,是由各种可再生天然资源中的淀粉、纤维素、多糖等碳水化合物经过水解、发酵、纯化、聚合而制得的一种环境友好型树脂,其原料来源广泛,可再生。
水溶性塑料包装薄膜主要原料是低醇解度的聚乙烯醇(PVA),主要利用其成膜性、水溶性及降解性的特点。PVA薄膜材料可100%生物降解,属于绿色包装材料。
1.2、可食性包装材料
可食性包装材料是以可食性生物大分子物质及其衍生物为主要基质,辅以可食性增塑剂,经过混合、加热、加压、涂布和挤出等工艺,使各成膜剂分子相互作用,干燥后形成的一种具有一定工程性质和选择透过性的薄膜。可食性包装材料广泛应用于如保鲜膜、包装薄膜、食品包装、糕点包装、调味包装等,是一种无废弃物的资源型包装材料,可使资源得到最大限度的利用,同时具有环保特性,成为未来食品包装的发展趋势之一。
1.3、纸质包装材料
在主要的几种包装材料中,纸质包装材料占有非常大的比重。虽然按照生命周期理论纸质包装材料的来源和生产过程不环保,但纸质包装原材料来源于可再生的草木及植物茎秆,且纸质包装材料价格低廉、废弃后易回收利用、易自然降解等一系列绿色环保特性的优点,总体来看,纸质包装材料的绿色环保性能是非常好的,常见的纸质包装材料有蜂窝纸板、纸浆模塑制品等。
2、我国绿色包装材料发展现状
我国绿色包装材料产业起步较晚,从上世纪八十年代中期开始生产和使用绿色包装材料和制品,其中最典型的是纸浆模塑和蜂窝纸板制品。与美国、日本等国相比较,我国绿色包装材料产业相对落后,且产业结构不合理。
我国绿色包装材料的研发还处于起步阶段,因此环境破坏和资源浪费比较严重,不利于我国包装产业健康快速发展。另外,我国包装材料生产加工技术和设备相对落后,在生产加工过程中,造成了环境污染和资源浪费的情况。此外,我国包装材料回收再利用技术也相对落后,资源的浪费以及环境的污染较为严重。
3、绿色包装材料的发展对策
3.1、研发以质轻、环保和可回收重复使用为目标的材料,注重生产过程技术发展
在未来材料研发中,应当注重质量轻便、简单实用的新包装材料的研发。质轻有助于降低运输成本,方便回收重复使用。面对日益严重的环境污染,环保是未来包装材料所应当具备的特点。可回收重复使用,则能够满足当今社会可持续发展的理念,降低不可再生资源的使用量,更好地保护我国的自然资源。
包装材料对环境影响不应仅仅局限在其使用后对环境产生的影响,而应该是在材料的全生命周期内。为了包装材料在全生命周期内达到绿色标准,应重视发展包装材料生产过程中的技术环节,减少生产过程中对环境造成的不利影响。
3.2、国家宏观调控,产业政策支持
国家应进一步加大环保产业的扶持力度,支持包装行业积极开发新产品和采用新技术,促进循环经济和绿色环保包装产业发展。设立国家基金作为研发资金支持,范围包括具有国际领先水平或填补国内空白的项目、保障人身健康安全及符合环境保护要求的新型环保包装材料项目、包装减量化和节能化项目、包装废弃物处理和利用项目等符合国家宏观政策、环境保护和循环经济政策的项目。
3.3、建立绿色包装评价体系
建立中国的绿色环保包装评价体系,涉及到包装产品的制造、使用、回收和废弃的整个过程。从可持续发展的战略高度出发,建立一个包括国家立法、部门监管、行业协调、企业实施、科研机构支持、公众广泛参与等多方面内容,并能够有效运行的绿色环保包装体系。
3.4、加强环保部门监督管理,完善相关法律法规,建立绿色环保包装运行机制
环保部门可以通过监督管理以及鼓励措施等方法,来促进绿色包装材料实际运用到产品包装中去。如可以对采用能耗大、污染大的包装材料的企业给予法律或经济手段的惩罚,而对采用绿色、低碳包装材料的企业,则给予资金或技术上奖励。
包装物的取材、用量以及制造过程中的废气、污水排放和包装废弃物的回收、再利用和再生利用等都要依靠法律、制度和其他行政的、经济的措施和手段来实现。因此要完善相关法律法规,加强法规建设,建立绿色环保包装运行机制。
3.5、加强各领域合作、技术交流,明确研发方向
绿色包装材料的研发不仅涉及各个行业,也要依赖各大院校甚至全球合作的力量,因此应该加强各个行业之间、企业与院校之间甚至国内与国外之间的合作和技术交流。此外,还应制定绿色包装材料在未来5到10年内的研发计划,提出未来包装材料研发方向和目标,使我国绿色包装材料研发、生产、应用达到世界先进水平。
4、结语
综上可知,绿色包装材料的研制和开发,在一定程度上缓解了包装废弃物对生态环境的污染。我国在绿色包装材料的研究和应用上仍然存在着较多不足,产业相对落后,结构不合理。今后的研究重点将是对现有的绿色包装材料进行改进、优化提高生产工艺、降低成本和研发新型绿色包装材料。
只有从对环境无污染、可降解可回收、不影响人类身体健康等方面出发,才能够更好地实现包装材料的“绿色”。相信随着我国对绿色包装材料越来越多的重视,以及人们环保意识地不断提高,绿色包装材料的使用必将得到更好的提高。
参考文献
1、白色污染的危害。
白色污染的危害是多方面的,埋入土壤中的塑料制品,养分的吸收,污染地下水,如果将塑料燃烧,则会产生大量有害气体,破坏环境。将塑料倒入海洋(海洋中塑料的分解需250年),若被海鸟、鱼类误食,会造成这些动物死亡,若是缠住一些舰船的螺旋桨,则会造成海上交通事故。
2、目前国际上较为先进的白色污染治理办法。
白色污染形成的关键是塑料不易分解,因此,科学家研制了多种自毁可降解塑料,如生物自毁塑料、化学自毁塑料、医用自毁塑料等。
制造这些塑料的指导思想是:在塑料中加入某种化学物质,使塑料能被光照、细菌或其他化学物质溶解或消除。这些方法的共同特点是造价昂贵,无法与便宜的不可降解塑料竞争。我们盼望着早日出现可以与不可降解塑料一样便宜的可降解塑料能够回收、再生、利用。
二、调查情况
我们小组在学校随机挑选50人参加我们的问卷调查,共收回45份,占90%(调查问卷附表),结果如下:
问题一:你知道什么是白色污染吗?
调查者中,有2/3表示知道白色污染,而有1/3表示不清楚。结果表明,大部分中学生是知道什么是白色污染的,这与学校教育有很大关系(高二化学教材对于白色污染有过讲解)。但仍有一部分(1/3)的人不清楚,这表明,学校还应加强对学生的教育。
问题二:你经常购买小食品吗?
71.1%的人偶尔购买小食品,22.2%的人经常购买,只有6.7%的人不买小食品。这是因为,学生族很少有时间在家吃早饭,所以来学校购买食品充饥的人很多,而食品包装袋绝大部分都是塑料制品(请看以下的调查),这就为校园白色污染的产生提供了前提条件。
问题三:你如何处理塑料袋?
上图显示只有7人(占15.6%)将塑料袋随地乱扔,而扔进垃圾箱的占80%,但这并不表示大部分塑料袋进入垃圾箱中,因为据我们小组成员观察发现,很多人虽然知道应当把塑料袋扔入垃圾箱内,却总是扔到垃圾箱旁,风一吹,塑料袋就满校园乱飞了。另外值得提出的是,在两位选择其他的同学中。一人表示会把塑料袋扔进视线所见的垃圾箱内。我们发现。校园内垃圾箱以前并不多,而且大多锈迹斑斑的,沉重、固定的老式垃圾箱十分不方便。不过本学期开始后,学校增加了垃圾箱的数量,这对于防治校园白色污染是有帮助的。
问题四:请同学对校园白色污染的处理方法提出一些建议。
提供建议如下:
(1)学校应教育同学们增强环保意识,多宣传白色污染的危害。
(2)同学们不要随意扔垃圾,对随地扔废弃物的人讲讲环保的重要性。
(3)学校统一将垃圾分类、回收,集中处理。
(4)增设垃圾箱,放在白色污染严重的地方(如小卖部门口)。
(5)设计一个环保标志,挂在醒目的地方。
(6)尽量减少用塑料袋包装物品,并杜绝使用一次性发泡饭盒(现在校食堂使用的一次性饭盒就是国家禁止使用的饭盒,但仍在使用)。
(7)呼吁全社会增强环保意识。
(8)学校不要焚烧垃圾。
通过本次调查,我们得出以下结论:
①大部分学生对于白色污染比较了解,但仍有部分人对白色污染的概念不清楚,这需要学校增强环保方面的教育。
②相当一部分人虽然知道什么是白色污染,但依然使用或随手丢弃白色污染物。由此可见,学校培养学生环保的观念十分重要,同时学校也要作出实际行动,如多设置分类垃圾箱,组织回收有价值的垃圾等。
三、学校白色污染现状调查
通过上一阶段的调查,我们已经调查清楚了学生对白色污染的了解情况,与同学们初步探讨了如何防治校园白色污染。这一阶段我们的主要目的是调查我们学校白色污染的情况,并对处理方法进行可行性探讨。
[论文摘要]坚决抵制白色污染,对环境有积极的作用。介绍白色污染的危害及治理措施以及对未来的展望。
所谓的“白色污染”,是人们对塑料垃圾污染环境的一种形象称谓。是一次性难降解的塑料包装物,它是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物。
城市塑料垃圾的消耗量、废弃量十分惊人。在“白色垃圾”中,污染最明显、最令人头痛、群众反映最强烈的,是那些遍布城市街头的废旧塑料包装袋,一次性塑料快餐具。据有关部门统计,仅以一次性塑胶泡沫快餐盒为例,我国全年消耗量达4亿至7亿个。
一、“白色污染”的现状及其危害
塑料包装材料在世界市场中的增长率高于其它包装材料,19901995年塑料包装材料的年平均增长率为8.9%。
我国是世界上十大塑料制品生产和消费国之一。包装用塑料的大部分以废旧薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式,被丢弃在环境中。这些废旧塑料包装物散落在市区、风景旅游区、水体、道路两侧,不仅影响景观,造成“视觉污染”,而且因其难以降解对生态环境造成潜在危害。
“白色污染”,的主要危害在于“视觉污染”,和“潜在危害”:
(1)“视觉污染”。在城市、旅游区、水体和道路旁散落的废旧塑料包装物给人们的视觉带来不良刺激,影响城市、风景点的整体美感,破坏市容、景观,由此造成“视觉污染”。
(2)“潜在危害”。废旧塑料包装物进入环境后,由于其很难降解,造成长期的、深层次的生态环境问题。首先,废旧塑料包装物混在土壤中,影响农作物吸收养分和水分,将导致农作物减产;第二,抛弃在陆地或水体中的废旧塑料包装物,被动物当作食物吞入,导致动物死亡(在动物园、牧区和海洋中,此类情况已屡见不鲜);第三,混入生活垃圾中的废旧塑料包装物很难处理:填埋处理将会长期占用土地,混有塑料的生活垃圾不适用于堆肥处理,分拣出来的废塑料也因无法保证质量而很难回收利用。
目前,人们反映强烈的主要是“视觉污染”问题,而对于废旧塑料包装物长期的、深层次的“潜在危害”,大多数人还缺乏认识。
二、对于危害严重的白色污染,世界各国的态度如何
世界各国已经被难缠的“白色污染”困扰多年,对于抵制“白色污染”更是各出奇招。
欧洲的很多国家的超市都采取出售一次性购物袋的办法控制购物袋的使用量,事实证明,运用经济杠杆应对“白色污染”是个行之有效的办法。
立法禁止使用塑料袋是应对“白色污染”的官方举措。美国的旧金山市是美国第一个封杀塑料袋的城市。2007年3月27日,美国旧金山市议会通过一项法案,限令旧金山的超市、药店等零售商分别在6个月和1年内停止使用化工塑料袋。该法案规定,超市和药店零售商只允许向顾客提供纸袋、布袋或以玉米副产品为原料生产的可降解塑料袋,化工塑料袋被严格禁止。如果不想被罚款,商家就只能乖乖地放弃使用塑料袋。实施这项禁令后,每年将节省45万加仑的石油,也省却了1400吨垃圾填埋的麻烦。
韩国政府从1999年起要求全国商场超市不再免费提供塑料袋和纸质购物袋。为推行和宣传这项措施,韩国政府当时在全国张贴了10万张宣传画,分发了20万份宣传册和6.5万个环保购物袋。新加坡也从去年开始举办“自备购物袋日”活动,每逢星期三,新加坡全国206家超市就会以非强制性的方式鼓励消费者少用塑料袋。
世界上其它国家也酝酿出台相关的法律法规,遏制“白色污染”。法国将从2010年元旦起,在全国范围内禁用不可生物降解塑料袋。澳大利亚环境、遗产和艺术部长彼得·加勒特宣布,澳大利亚的超级市场将分阶段停止使用塑料购物袋,这项计划将于2008年底前开始实施。
在我国,如何防治“白色污染”,保护好城市生态环境呢?有关专家提出以下防治措施:
(1)将“白色污染”防治工作纳入法制化轨道。目前,国家对此末专门立法,广大群众希望有关法规尽快出台。
(2)制定中长期治理规划。非降解塑料制品从城市生活中“退位”已是必然趋势。这就要求人们应当有个紧迫观念,为其做两种准备,一是找出路;二是制定时间表。有关部门要在根治污染、减经污染、预防污染三个层次上规定任务、明确责任,使“白色污染”的治理有步骤、有目标、有期限地稳妥展开。
(3)重视“白色污染”防治;的科学研究和技术攻关。大力支持可降解型“绿色”替代产品的研制、生产、销售和使用。
(4)增强全民环境卫生意识,把“白色污染”防治作为“两个文明”建设和综合整治城市环境的重点内容来抓。
(5)狠抓污染源头治理,实行减量化、无害:化和省资源化、再资源化原则。一方面要抑制:“白色污染”量,另一方面强调“白色垃圾”的回收利用。
抵制“白色污染”的冲锋号已经在全球吹响,公众、商家、政府一个都不能少。
三、结语
随着白色污染问题的不断恶化和人类对其环境的重视,消除白色污染愈来愈受到人们的重视。完全生物降解高分子材料由于其生产成本太高,用途难以进一步扩大,而淀粉基降解塑料在淀粉基降解后,残余的碎片并不能完全降解,其分解产物是否会造成二次污染尚不明确。如何解决目前的环境问题,笔者认为首先应强调废旧塑料的回收、分类、加工,使有限的资源循环利用;其次是强调全民行动起来,响应号召,拒绝使用一次性塑料袋,改用温馨可爱结实耐用可长期使用的布袋。相信在不久的将来,白色污染物从我们身边永远消失不见……
参考文献
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一、我国生态环境现状 二、现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。与传统方法比较,生物治理方法具有许多优点。首先,生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,这样既做到一劳永逸,不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。其次,利用发酵工程技术处理污染物质,最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等,常常是一步到位,避免污染物的多次转移而造成重复污染,因此生物技术是一种既安全又彻底的手段。再次,生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质,其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的,所以大多数生物治理技术可以就地实施,而且不影响其他作业的正常进行,与常常需要高温高压的化工过程比较,反应条件大大简化,具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。所以,当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理以及有毒有害物质的无害化处理等各个方面。
三、现代生物技术在环境保护中的应用
(一)污水的生物净化
污水中的有毒物质其成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合,将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器,用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定,可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等,此方面国内外成功的例子很多,如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶,以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于处理对硫磷废水,去除率达95%以上;近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展,对于含100mg/L废水,降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。
(二)污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性,通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀,防止水土流失。
(三)白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解,估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产,若再连续使用而不采取措施,十几年后不少耕地将颗粒无收,可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌;另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解。同时,还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯,这些聚酯是微生物内源性贮藏物质,可以用发酵方法进行生产,由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量,人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造,此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-羟基烷酸(PHAs),研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种,即将PHAs重组菌进行发酵,在积累大量的PHAs后,加入信号物质,使裂解蛋白产生,细胞壁破坏,PHAs析出,以简化胞内产物PHAs的提取过程,降低提取成本。
[关键词] 白色污染 治理 资源化 垃圾分类 对策
塑料自问世以来,以其质量轻、强度高、耐磨性好、隔热、防水、绝缘、经济实惠、易生产等特性,受到人们的青睐,被广泛应用于生产、生活的各个方面,并随着社会经济的不断发展与进步其使用量与日俱增。由于用后被随意丢弃,形成所谓的 “白色污染”。
一、“白色污染”的危害
1.影响人、畜健康塑料废弃物对人的危害早的定论[1]。早在上个世纪60年代,人们研究发现聚氯乙烯塑料中残存的氯乙烯单体能使人产生“肢端骨溶解症”,长期接触氯乙烯单体后,会出现皮肤硬化症,还有人出现脾肿大、胃及食道脂肪瘤、肝损伤、门静脉压亢进等病变。废塑料也会危及动物健康。动物误食塑料后,会引起胃部不适、行动异常、生殖功能障碍,严重者会引起动物的死亡。
2.影响环境卫生在城市居民区、旅游区、水体和道路旁散落的五颜六色的废塑料给人们的视觉带来不良刺激,影响城市、风景点的整体美感,破坏市容、景观,造成“视觉污染”。废塑料与其他废物混杂在一起,也易导致细菌、病原菌、蚊蝇等的大量繁殖,影响公众健康。
3.污染土壤、影响生物生长废塑料进入土壤中长期不降解,会对土壤的通气性、透水性、养分的迁移转化、土壤微生物的类型和活性等理化性质产生深刻的影响,降低土壤肥力。土壤中残留的塑料阻碍植物根系的正常生长,影响植物对水、肥的吸收;也会影响植物发芽、出苗,降低产量及作物品质。对土壤动物的正常活动也会产生不利的影响。
4.影响航运及水力设施的正常运转废塑料进入水体,随水流漂移,一方面会影响水的流动,堵塞涵洞,降低防洪、泄洪能力;另一方面水中大量的废塑料会缠绕在水力设施如轮船、水力发电机等的转动部位并致其损坏,引发事故。
二、造成“白色污染”的原因
1.塑料用途广,使用量剧增
(1)农用塑料地膜的使用由于农用塑料增产效益高,导致其使用量剧增。塑料薄膜的应用在我国已有30多年的历史。近年来,全国仅塑料包装业的年总用量就达5 000万t;农用塑料年总用量在2 000万t以上,其中在666.7万hm2耕地50余种农作物上应用地膜近1000万t,农产品保鲜膜、营养钵塑料等的使用量亦达1000万t左右。目前,全国每年约有1000万t塑料残余物遗留土壤,单位耕地面积塑膜残留量达3kg/667m2[2]。由于废地膜不易分解,积留在农田不易清除,导致农田土壤污染。
(2)商品的生产与包装塑料制品作为一种新型材料,具有一系列其他产品所无法比拟的优点,在世界范围内被广泛应用于各种商品的生产、包装过程,被用作包装袋、包装盒、防震泡沫塑料、隔层板及塑料产品等,且呈逐年增长趋势。塑料包装材料在世界市场中的增长率高于其他包装材料,1990-2000 年塑料包装材料的年平均增长率为 8.9%[3]。
(3)一次性塑料制品的使用随着社会经济的快速发展,人们的生活水平逐步提高,生活方式也由“节俭型”向“消费型”转变,一次性塑料制品的使用量都在大幅度增加。我国的泡沫餐具的生产和使用量极大,食品包装、购物买菜的塑料袋使用数量也是惊人的。据调查[4], 全国一次性发泡塑料餐具的消费已达100亿只,一次性使用的塑料购物袋消耗要超过万亿只。
2.人们不良的行为习惯城市居民的环保观念虽比前几年有所提高,开始关注环境问题,但还没有落实到具体的行动上,大量使用一次性塑料制品、用后随手抛弃、乱堆废旧塑料包装物的行为随处可见,这是导致“白色污染”的一个重要原因。
3.垃圾的袋装化为方便城市生活垃圾的清运,在一些地区提倡垃圾袋装化。城市居民也习惯于将生活垃圾装进塑料袋内抛弃,给垃圾的分类、废塑料的回收利用带来了极大的困难,加剧了“白色污染”的程度。
三、目前的治理现状
1.填埋填埋法是我国治理“白色污染”的主要方法。该方法由于简单易行,勿需繁琐的操作工艺,是我国处理生活垃圾的一种主要方法。但由于我国垃圾的产量大,并夹杂了大量废塑料,使其体积庞大,降低了填埋场的处理能力。再加上废塑料非常稳定,难以被微生物分解利用,可在土壤中200年不降解,造成严重的土壤污染。因此,填埋法并不是一种行之有效的处理方法。
2.焚烧焚烧虽然可以销毁塑料袋并可以获取一定的热能,但在焚烧过程中,塑料会产生一些有毒、有害气体,导致环境的二次污染,危及人类身体健康。同时,建一个垃圾焚烧厂需要较高的投入,对于中国这样一个发展中国家来说,不适宜大范围推广。
3.禁用为了治理“白色污染”,国家经贸委及国务院办公厅先后相继出台了相关“禁白令”。1996年国家颁布的《中华人民共和国固体废弃物处理法》明确规定对固废治理实行“减量化、无害化、资源化”三化原则,对地膜、一次性包装塑料制品的使用也作了有关限制。1999年1月国家经贸委6号令,规定到2000年12月31日,全面禁止使用一次性发泡塑料餐具。国家经济贸易委员会于2001年4月23日、5月29日连续下发了《关于立即停止生产一次性发泡塑料餐具的紧急通知》、《关于餐饮企业停止使用一次性发泡塑料餐具的通知》。2007年12月31日,国务院办公厅发出“禁白令”,从2008年6月1日起,在全国范围内禁止生产、销售、使用超薄塑料购物袋,在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所一律不得免费提供塑料购物袋。但收效甚微,“白色污染”形势依旧严峻。究其原因,一是塑料的诞生被誉为一场“白色革命”,已渗入到人类社会生活的各个领域,与人们的生活息息相关,给人们的生活、生产带来了极大的便利。因为使用管理不当带来污染而禁止使用,这种“因噎废食”的做法老百姓很难接受,这也是禁白屡禁不止的重要原因。二是国家针对治理“白色污染”的法律法规缺乏强制性的措施,给各有关行政管理部门在监督管理、行政处罚上带来了一定困难,政府执法不严,执法多数是“一阵风”;三是“禁白令”配套措施没跟上,缺乏一套好的管理方法和切实可行的经济政策。由此可见,治理“白色污染”,只靠单一的行政命令是很难行得通的。
4.替代在禁止使用一次性塑料制品的同时,人们在寻求其他替代物来减轻“白色污染”。一是提倡使用可降解塑料。在塑料包装制品的生产过程中加入一定量的添加剂,使塑料包装物的稳定性下降,较容易在自然环境中降解。与一次性塑料制品相比,由于技术方面的原因,可降解塑料在性能和价格上都没有优势,难以被消费者接受;尽管可降解塑料可被微生物降解,但总还是存在一个降解周期,用后如果不重视回收利用,同样可以造成环境污染。二是提倡以纸代塑。认为废纸容易被土壤中的微生物分解,可以解决所谓的“潜在危害”,但也会带来新的环境问题:首先,造纸需要大量的木材,这会给我国并不富裕的森林资源带来压力;其次造纸过程中会带来水污染,并不环保。另外,纸不具防水性,在隔热、抗拉强度等性能尚无法与塑料相比。“以纸代塑”值得商榷。
四、回收利用是治理“白色污染”的根本途径
废物具有二重性,弃之不用即为垃圾,污染环境;回收利用即可变为资源,可重新造福于人类。废塑料是一种资源,清洁的废旧塑料可以被重复使用,或重新用于造粒、炼油、制漆、作建筑材料等。因此,加强废塑料的回收利用是治理“白色污染”的关键。造成“白色污染”的责任不在塑料本身,而在人类不恰当的行为。对于如何进行废弃塑料的回收利用,可从以下几个方面考虑:
1.宣传教育通过社会、家庭、学校三结合的方式,广泛利用各种媒体、多种渠道加强对广大民众的宣传教育,提高人们对“白色污染”危害的认识,了解对废塑料的回收利用在“白色污染”治理中的重大意义。提高全社会的环境保护意识,教育人们养成良好的行为习惯,积极投身到“白色污染”的治理工作中来。
2.实行垃圾分类回收制度,促进废塑料的回收利用实行垃圾分类回收利用制度是解决垃圾污染,促进生活垃圾资源化、减量化、无害化的有效手段。世界上许多发达国家都实行了有关垃圾分类回收制度。如美国的《资源保护与回收法》,日本的“绿化地球百年行动计划”,德国、韩国制定了《包装条例》等,把回收、利用、处置的义务,分解落实到商品及其包装材料的整个生命周期中各个细微环节,因而具有很强的可操作性。目前,我国还没有一部关于垃圾分类回收制度的全国性的专门法规。因此,制订、实行垃圾分类回收利用制度,是有效治理“白色污染”的前提。
3.制订促进废塑料回收利用的优惠政策在市场经济条件下,也不能仅靠行政命令,而要给回收、加工、利用塑料制品的企业以优惠政策,以经济杠杆调动积极性。建议有关职能部门或地方政府,利用经济杠杆的作用,调动超市、大卖场以及连锁店的力量,通过他们的工作,尽可能多地把使用过的废弃塑料购物袋回收、集中起来,免费或低价提供给从事塑料再生利用的企业,解开塑料购物袋回收利用工作中,长期以来因回收成本高而无法运作的“死结” [5]。 使众多的集体或个人积极地投入到废塑料的回收、加工利用中来,彻底根治“白色污染”。
4.加强废塑料的再生利用的技术研究废弃塑料经回收后,经过加工处理进行再生利用,制造成各种产品,才算完成了一个循环周期。目前,尽管废塑料已经有了多种用途,但在回收、分选、处理的技术上还不是很完善,还需要进行深入研究,研制先进的生产加工设备及综合利用技术,以使废塑料的再利用达到无害化及有效利用的要求,缓解环境污染。
结语
“白色污染”的治理是一个系统工程,需要全社会的共同关注及社会各界的共同参与,政府在其中起着主导作用,制订相关法律、法规及优惠政策,引导人们对塑料产品从生产、使用、回收、再利用等进行全程管理,重视回收、再利用环节,“白色污染”是完全可以消除的。
参考文献:
[1]杨福馨侯林青:杨连登编著.包装材料的回收利用与城市环境[M].北京:化学工业出版社,2005年2月:210
[2]崔峰:浅谈农业面源污染的危害与治理[J].山西水土保持科技,2006,2:8
关键词 现代生物技术 生态环境 环境保护
1 我国生态环境现状
目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染,严重的影响了我国的生态环境,使得水污染日益加剧,水资源严重短缺,全国600多个城市中已有一半城市缺水,农村则有8 000万人和6 000万头牲畜饮水困难;土壤污染严重,耕地面积锐减,近10年来每年流失的土壤总量达50亿t,土地荒漠化日益加剧;森林覆盖面积下降,草场退化,每年减少森林面积达2 500万亩;人们的身体健康受到严重威胁,疾病发病率急剧上升。因此,加大环境保护和环境治理力度,加快应用高新技术,如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡,提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。
2 现代生物技术与环境保护
现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20 世纪 80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。与传统方法比较,生物治理方法具有许多优点。
(1)生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,这样既做到一劳永逸,不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。
(2) 利用发酵工程技术处理污染物质,最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等,常常是一步到位,避免污染物的多次转移而造成重复污染,因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。
(3)生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质,其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的,所以大多数生物治理技术可以就地实施,而且不影响其他作业的正常进行,与常常需要高温高压的化工过程比较,反应条件大大简化,具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。
所以,当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理,有毒有害物质的无害化处理等各个方面。
3 现代生物技术在环境保护中的应用
3.1 污水的生物净化
污水中的有毒物质的成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合,将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器,用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定,即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等,此方面国内外成功的例子很多,如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶,以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于处理对硫磷废水,去除率达95%以上;近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展,对于含100mg/L废水,降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。转贴于
3.2 污染土壤的生物修复
重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性,通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀等作用,防止水土流失。
3.3 白色污染的消除
废弃塑料和农用地膜经久不化解,估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产,若再连续使用而不采取措施,十几年后不少耕地将颗粒无收,可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌,另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解。同时,还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。
有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯,这些聚酯是微生物内源性贮藏物质,可以用发酵方法进行生产,由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量,人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造,此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs),研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种,即将PHAs重组菌进行发酵,在积累大量的PHAs后,加入信号物质,使裂解蛋白产生,细胞壁破坏,PHAs析出,以简化胞内产物PHAs的提取过程,降低提取成本。
3.4 化学农药污染的消除
一般情况下,使用的化学杀虫剂约80%会残留在土壤中,特别是氯代烃类农药是最难分解的,经生态系统造成滞留毒害作用。因此多年来人们一直在寻找更为安全有效的办法,而利用微生物降解农药已成为消除农药对环境污染的一个重要方面。能降解农药的微生物,有的是通过矿化作用将农药逐渐分解成终产物CO2和H2O,这种降解途径彻底,一般不会带来副作用;有的是通过共代谢作用,将农药转化为可代谢的中间产物,从而从环境中消除残留农药,这种途径的降解结果比较复杂,有正面效应也有负面效应。为了避免负面效应,就需要用基因工程的方法对已知有降解农药作用的微生物进行改造,改变其生化反应途径,以希望获得最佳的降解、除毒效果。要想彻底消除化学农药的污染,最好全面推广生物农药。
所谓生物农药是指由生物体产生的具有防止病虫害和除杂草等功能的一大类物质总称,它们多是生物体的代谢产物,主要包括微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。其中微生物杀虫剂得到了最广泛的研究,主要包括病毒杀虫剂、细菌杀虫剂、真菌杀虫剂、放线菌杀虫剂等。长期以来并没有得到广泛的使用。现在人们正在利用重组DNA技术克服其缺点来提高杀虫效果,例如目前病毒杀虫剂的一个研究热点是杆状病毒基因工程的改造,人们正在研究将外源毒蛋白基因如编码神经毒素的基因克隆到杆状病毒中以增强杆状病毒的毒性;将能干扰害虫正常生活周期的基因如编码保幼激素酯酶的基因插入到杆状病毒基因组中,形成重组杆状病毒并使其表达出相关激素,以破坏害虫的激素平衡,干扰其正常的代谢和发育从而达到杀死害虫的目的。
参考文献
1 孔繁翔. 环境生物学[M]. 北京:高等教育出版社,2000
2 陈坚.
关键词:农业面源污染水体富营养化分类控制
1农业面源污染的概念与特征
农业面源污染主要是指在农业生产活动过程中,由于各种污染物(沉淀物、营养物、农药、化肥、致病菌等)以低浓度、大范围缓慢地在土壤圈内运动或从土壤圈向水圈扩散,致使土壤、含水层、湖泊、河流、滨岸、大气等生态系统遭到污染的现象。
农业面源污染具有形成过程随机性大、影响因子多、分布范围广、潜伏周期长、危害大等特点,且具有潜在性、复杂性和隐蔽性。目前,许多研究已证实了农业面源污染是导致水污染的主要原因之一,影响了全世界陆地面积的30%~50%。面源污染由于没有固定的污染源,在治理和控制上难度较大。
2我县农业面源污染类型与现状
2.1 化肥用量超出安全极限
目前,我国的化肥使用量已位居世界首位,全国年使用量已突破4124万t,单位播种面积化肥用量高达400 kg·hm2,是世界平均水平的3倍,远远超出发达国家为防止水体污染所设置的225 kg·hm2的安全上限值。2009年,太和县30个乡镇施用化肥折纯总量为66191t,其中氮肥9144t、磷肥6582t、钾肥8260t、复合肥42205t,单位施用量573.7kg/ hm2,由于盲目超量施肥,致使化肥利用率低。
化肥面源污染主要表现在: (1)矿质肥料中重金属含量高于土壤本底。长期大量使用造成部分土壤重金属含量明显上升; (2)氮磷钾比例不协调,氮肥过量,造成肥料当季利用率不高,蔬菜、水果等农产品硝酸盐含量超标,品质下降; (3)设施栽培田块超量施用化肥,加之频繁灌溉,造成土壤次生盐渍化和地下水污染; (4)大量化肥通过农田径流流入江河,造成水体富营养化。有关试验资料显示,在目前的施肥技术水平下,农田化肥的利用率仅为30%~50%,挥发损失约20%,淋溶损失约10%,反硝化损失约15%,地表径流冲刷损失约15%,总计损失量60%左右。据调查,在化肥损失量中约有15%通过地表径流进入水体,造成水质污染。
2.2 农药用量严重超标
目前,全国每年施用农药防治病虫害的面积约为1.53亿hm2·次,其中90%使用的是高毒、高残农药,低毒的生物农药所占比例仅为2%~3%。太和县使用农药按纯量计算, 2009年1107 t,单位施用量9.6kg/ hm2,高出国家标准6kg/ hm2,病虫害综合防治率70%。农药的长期大量使用,致使害虫抗药性愈来愈强,且大量害虫天敌被杀灭,破坏了农田生态平衡和生物多样性,农药每667 m2平均用量增加,造成农业面源污染。
农药面源污染主要表现在: (1)在蔬菜、果树等农作物使用禁用农药造成农药残留超标,夏、秋季发生率较高; (2)施药器械和方法落后,大部分药液洒落于土壤表面,形成在土壤中农药残留; (3)用后农药瓶袋弃置于沟渠边、池塘旁或施药后雨水冲洗,部分农药污染水体。
2.3 农膜
太和县2009年使用农膜584t,其中地膜约234 t,平均使用量为5.1 kg/ hm2。据调查测算,太和县农膜回收约500t,年残留量高达84t,残膜率达14%。部分残膜进入农田土壤后,分解产生有毒物质污染土壤,改变土壤理化性质,造成耕地理化性状恶化,通透性变差,阻碍农作物根系吸收水分及根系生长,导致农作物减产。
2.4 畜禽粪便造成水体污染
据农业部门统计,我县生猪存栏48万余头,肉牛存栏4.3万头,家禽355万只,畜禽的排泄物基本上未经无害化处理直接排放到河道或露天堆放,由于大多数没有得到科学、合理地利用和处理,大量畜禽粪便中的氮磷造成地表水和地下水的严重污染。成为当前环境污染的主要因素之一。据调查,养殖一头牛产生并排放的废水超过22个人生活产生的废水,养殖一头猪产生的污水相当于7个人生活的废水。
2.5农村生活垃圾污染严重
全国因固体废弃物堆放而被占用和毁坏的农田面积已达13万hm2以上,加之农村环卫设施的缺失或不完善以及公众环保意识不强等原因,农村生产、生活污水任意排放,垃圾泛滥成灾。据估算,据调查测算,2009年底太和县农村居民为150多万人,其中有粪污无害化处理利用设施的不到20万人,占13%,无粪污无害化处理利用设施的有130多万人,占87%;农村生活污水、生活垃圾基本无处理外排; 村镇饮用水卫生合格率、卫生厕所普及率不足15%。生活垃圾严重堵塞和污染江河、沟渠、道路、湖泊等,在影响人们生活环境质量的同时,还污染耕地、空气。
3农业面源污染的危害
3.1 污染水体,危及饮用水安全
当前,我国河流污染由局部发展到整体、由城市发展到农村;地下水污染由点到面,由浅层到深层;湖泊、水库富营养化加剧。近年来,中央和地方加大了城乡饮用水安全保障工作的力度,采取了一系列工程和管理措施,解决了一些城乡居民的饮用水安全问题。但是,饮用水安全形势仍十分严峻,有的城市饮用水水源污染加重,一些农村饮用水存在苦咸或含有高氟、高砷及血吸虫病原体等问题,对人民群众身体健康构成严重威胁。
3.2 污染土壤,危及粮食与蔬菜安全
土壤污染是指进入土壤中的有害、有害物质超出土壤的自净能力,导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变,降低农作物的产量和质量,并危害人体健康的现象。土壤污染源十分复杂,污染种类主要可分为两大类:一是病原体污染。主要由人畜的粪尿、生活污水和垃圾等造成,被病原体污染的土壤能传播伤寒、痢疾、病毒性肝炎等传染病;二是有毒物质污染。主要由农田施用过量的农药和化肥造成。据调查统计,全国被农药污染的耕地约940 万hm2。卫生部的调查结果显示,2004 年第一季度全国叶菜类蔬菜中甲胺磷等高毒高残禁用农药超标率仍达10.5%;城市居民餐桌上的食品,90%以上受过直接或间接污染。在2004年中国环境与发展国际合作委员会年会上,中外专家、学者呼吁,中国的农药与化肥用量已到极限,并已成为水环境污染的“元凶”,已到非治不可的地步。
由于化肥的不合理施用与过量施用,不仅导致肥料的经济效益降低和严重的面源污染,还导致了农产品产量和品质的下降。在一些地方,由于过量施用化肥造成土壤肥力持续下降,农民为维持农田生产能力,更加依赖于增施化肥,“饮鸠止渴”形成恶性循环,导致农田土壤生态环境的严重恶化。
4主要防治理对策
要加大对环境污染的专项治理,特别是对重要水体、空气和土地的面源污染,要有计划有步骤地进行治理。农业面源污染的防治,应采取“预防为主,防治结合,注重源头控制”的策略。
4.1加强面源污染的机理研究
面源污染的产生、迁移过程非常复杂。主要由降雨径流、土壤侵蚀、地表溶质溶出和土壤溶质渗漏 4 个过程组成。国内水污染治理存在的最主要问题是缺乏对点源和面源污染进行分类控制的意识,而产生这一问题的根本原因在于,目前对面源污染的机理研究尚没有成熟的理论,无法对其形成科学的认识,进而制定科学的防治措施。
4.2 科学合理地施用化肥与农药
推广农田最佳养分管理,杜绝氮、磷肥料的过量施用。提倡科学使用农药,严格执行《农药安全使用标准》(GB4285-89),禁止使用国家明令禁用的农药。
4.3研究开发易降解的农用薄膜
目前,世界各国都在大力开展可降解塑料的研发工作,其应用前景广阔。 尽管目前开发的可降解塑料尚未彻底解决日益严重的“白色污染”问题,但它仍然是一条缓解矛盾的有效途径。可降解塑料的出现,不仅扩大了塑料的功能,缓解了人类和环境的关系,而且从合成技术上展示了生物技术的威力和前景,将是21世纪新材料发展的重要领域。
4.4 加强农村环境整治
4.4.1农村固体废弃物治理
引入城市模式管理农村垃圾,参照城镇固体废弃物处理方式,对农户的固体垃圾实行以自然村庄为单位,集中收集处理。建设垃圾填埋场或垃圾焚烧场,配备专门的卫生保洁员和简易清运车,将垃圾收集清运到垃圾填埋场或垃圾焚烧场进行无害化处理,使农村垃圾管理无序的状况得到大大改观。在垃圾处理中,要结合农村特点,利用科技手段处理农村垃圾,建设垃圾处理与利用集成的新模式,变废为宝,切实做到农村经济社会与资源环境协调发展,建设环境优美的社会主义新农村。
4.4.2农村生活污水治理。农村生活污水主要是农户生活洗漱用水。治理方法以能过污水收集管网进入污水处理池,可集中亦可分户处理。生活污水处理流程:暗管沉淀池厌氧池兼氧池过滤池缓冲区(湿地、农田等)水渠。
4.4.3养殖业污染源治理。这类污染主要是农户畜禽养殖和大中型畜禽养殖场以及水产养殖业对环境的污染。①一般农户人畜禽粪便处理流程:粪便池(禽舍、畜棚、厕所)沼气池农田。②大中型畜禽养殖场粪便处理流程:畜禽粪便干湿粪分离。
4.4.4水产养殖对水体污染的治理
提高饵料和药品利用率,减少投饵和用药量;设置增氧机;通过种植水生植物、撒播光合细菌,吸收降解和转化水中氮磷和有机污染物;定期清淤,减少鱼病进而减少施药量。
4.4.5种植业污染源治理
种植业污染源主要是指在农业生产过程中过量使用化肥、农药、农用地膜、作物秸秆等对生态环境和水体的污染。其主要治理措施:①削减农药使用量,提高农药利用率。一是通过建立健全农作物病虫害测报体系,实施达标防治,避免盲目用药和乱用药;二是推广应用高效低毒农药、生物农药、植物源农药,减少剧毒、高毒、高残留农药对环境的污染;三是实施病虫害的综合防治,扩大物理防治、生物防治等控害措施,推广“以虫治虫”“以菌治虫”“灯光诱杀虫”“黄板诱杀虫”以及使用防虫网等措施,削减化学合成农药的使用量。②大力推广应用有机肥,削减化肥使用量。一是实施测土配方施肥,推广平衡施肥技术;二是实施化肥深施技术;三是实施增施有机肥措施。③农用残膜的集中回收再利用。农用残膜再利用性能较好,只要集中回收,就可进入再利用循环系统。
4.5.6农作物秸秆综合利用
一是因地制宜搞好秸秆还田,既可直接粉碎还田,也可粉碎堆沤发酵后还田;二是大力推行秸秆过腹还田,在有条件的饲养小区,积极推广秸秆青贮、氨化、微贮等技术,实行过腹还田;三是利用农作物秸秆大力发展食用菌生产。
一、现状
1.种植业总体情况
我区耕地总面积744556.78亩,其中旱地201771亩,水田542785.78亩。保护地面积11958.5亩。园地面积9029.7亩,其中果园5351亩,茶园1795.8亩,桑园8.8亩,其他1874.1亩。平地707001.48亩,缓坡地43832亩,陡坡地2753亩。顺坡35698.6亩,横坡10366.4亩。肥料使用量(折纯)26104.21t,其中五氧化二磷4466.05t,氮肥21638.16t,通过地表径流流失的总磷11.68t,总氮285.1t,通过地下淋溶流失的总氮14.68t。农药使用与流失量:毒死蜱施用量3737.59kg,流失量0.02kg,阿特拉津施用量5159.35kg,流失量为0,2,4-D丁酯施用量32.21kg,流失量为0,丁草胺施用量6859.61kg,流失量为0,乙草胺施用量4328.89kg,流失量1kg,氟虫腈施用量24.35kg,流失量0.01kg,吡虫啉施用量903.45kg,流失量0.27kg,其他有机磷类施用量28614.06kg,其他菊酯类施用量174.5kg,其他氨基甲酸酯类1524.74kg,其他类施用量52938.54kg。地膜使用量144.47t,残留量23.36t。秸秆产生量16.43万t,丢弃量0.16万t,田间焚烧量7.07万t,还田量2.23万t,堆肥量0.09万t,用作饲料量0.34万t,用于燃烧量6.44万t,其他去向量0.16万t。
2.畜禽养殖业总体情况
规模化养殖场13个,养殖小区1个,养殖专业户214户。生猪年出栏量124200头、生猪年出栏量22626头、奶牛年存栏量2275头、肉牛年存栏量79头、肉牛年出栏量67头、蛋鸡年存栏量328300只、肉鸡年存栏量64700只、肉鸡年出栏量797000只。粪便产生量4.27万t,尿液产生量1.92万t,总氮产生量356.31t,排放量142.43t,总磷产生量94.04t,排放量21.89t,COD产生量7667.99t,排放量2123.86t,铜产生量1141.34kg,排放量236kg,锌产生量3303.25kg,排放量757.16kg。
3.水产养殖业总体情况
规模化养殖场2个,养殖专业户568户。养殖总面积36122.91亩。饲料总使用量14539.635t,药物总使用量162.9778t,肥料总使用量14760.693t。总氮产生量12.39t,排放量11.61t,总磷产生量4.76t,排放量4.6t,COD产生量163.12t,排放量156.15t,铜产生量110.36kg,排放量106.32kg,锌产生量57.45kg,排放量55.17kg。
二、存在问题
1.水体污染日益加剧
近年来,由于农村生活水平不断提高,生活垃圾逐渐增多,农村水环境易受到多种有机物污染,此外,为了追求短期经济效益,有些种植户过度使用农药、化肥等生产要素,有些畜禽养殖场无处理设施或设施不全,产生的污水和粪便直接排入水体,有些水产养殖户过度使用肥料、饲料和渔药,这些因素直接造成农村水环境的严重污染,而且这些污染物经过淋溶途径下渗,对地下水造成了不可估量的影响,加之全区农村环境基础设施建设滞后,绝大多数村庄没有生活污水集中收集处理系统,无法有效治理水污染,所以部分农村地区供水安全存在隐患。
2.土壤污染不容忽视
以上污染物经淋溶进入土壤,而且种植户使用的农膜大多数不能完全回收利用,这些不可降解物质极大地污染了土壤。
3.大气污染时有发生
农作物秸秆有效利用率很低,许多农民仍然习惯将秸秆焚烧,既浪费了宝贵的植物资源,又污染了大气环境。
三、对策建议
大力支持科技人员和大学毕业生到农技推广一线工作,开展农业科技培训,培养新型农民,指导农民科学生产,合理使用农业生产资料,提高农业环保意识,增强污染防治能力。
扩大测土配方施肥实施范围,实施鼓励农民增施有机肥、种植绿肥、秸秆还田奖补政策。研制可降解塑料农膜并推广应用,大力发展高效设施农业,降低农膜使用量并提高农膜回收量。
加大农村污水集中收集处理系统建设力度,确保农业污染水体和农村生活污水能够得到有效治理,实行循环利用或无害化排放。安排专门资金,实行以奖促治,对现有的农业农村污染源进行治理,还农村一片清凌凌的水蓝莹莹的天。