有机化学在环境工程中的应用研究

吴仕明

（吉林省吉林生态环境监测中心，吉林 吉林 132001）

引言

环境工程的根本目的在于保护城市生态环境，有效防治水、气、声、固体废物等污染，并对一次性能源的使用加以管控，从根本上治理人类活动对生态环境造成的污染问题。目前有机化学已在我国环境工程领域起到重要促进作用，运用有机化合物既可以改善环境污染问题，又能综合提高我国环境工程的建设水平，站在技术层面满足环境治理要求，这也是我国环境工程中必须予以高度重视的基础性任务。

1 当前我国环境工程存在的问题

随着我国社会经济的快速增长，广大居民在日常生活中积聚的垃圾对空气、河流、土壤造成了严重的污染问题，在经济消费能力和消费欲望的影响下，我国居民的汽车用量也随之不断增长，加大汽车尾气排放量的同时，还产生了严重的热岛效应。与此同时，建筑行业的生产制造同样会威胁周边生态环境，尤其体现在树木砍伐、粉尘飞扬、材料辐射等方面[1]。另一方面，在城市化进程不断加快的背景下，城市人口数量也呈现出了显著增长的态势，而工业垃圾、生活垃圾、医疗垃圾在危害城市卫生的同时，还可能对人类的生存构成一定的威胁。此外，我国在城市垃圾处理方面制定的章程仍有待完善，环境工程未来的方向不明确，对我国居民赖以生存的生活空间、水资源、土壤资源造成了严重的危机与挑战。最后，工业生产制造过程不合理，大量有毒气体和液体随意排放，同样会引起动物链短缺的问题，甚至威胁其它生物的生存空间以及广大居民的生命健康[2]。

有机化学在农作物改良、医疗研究、食物工程等方面均发挥着积极影响，尤其在环境治理、环境保护等环境工程中有着广泛的应用前景，其在环境治理和环境生物检测中也占据着至关重要的地位。生态环境污染问题本质上属于多学科交叉的综合性问题，而有机化学在环境工程中的有效应用可以大幅度改善我国居民的生活质量。例如，DDT本身就有较强的杀虫效果，但其化合物难以分解，在农作物中大量使用还可能残留到土壤中，并通过食物链进入人体或牲畜体内，因此这种含氯类农药已被禁止使用。

有机化学对室内环境构成的影响主要与室内装饰装修材料有关，如部分先进的建筑材料内包含的有害成分，一旦被大量释放将会导致严重的室内环境污染问题，如甲醛、氨气、油漆、各种胶粘剂均会对人体健康构成严重的危害。尽管传统有机化学在环境工程建设中起到一定的负面影响，但同样可以有效改善生态环境。例如，将煤转化为清洁材料，可以有效减少燃煤中产生的废气，尽可能达到零排放的标准。这种方式的化学原理在于将煤中的元素原子全部转化为有益于人体健康的有机产物，并在环境保护过程中提高能源利用率，因此在环境工程的未来阶段必须大力开发绿色有机物，为有机化学赋予环境污染治理的重任。

2 有机化学在环境工程中的应用

2.1 在食品、医药领域中的应用

食品安全在居民正常的生活中起到不可替代的作用，如蛋白质、维生素等有机物的供给。在食品制造过程中，生产商可以通过人工添加微量元素的方式提高自身在市场中的核心竞争力，深入挖掘产品卖点，并为人体健康的生长发育提供良好保障。

在农业生产环节，施加肥料可以有效提高农作物生长的质量和产量，但在肥料使用过程中必须充分考虑种植区域的土壤及作物的生长周期，以免肥料过量使用而导致药物残留，甚至出现环境富营养化的问题，严重抑制植物的正常生长。目前有机化学已在医药行业得到了广泛应用，研究人员可以结合其对中草药的理性认识分析其中的组成成分，并运用化学技术合成类似的成分，从而有效减轻中药植物开采的负担，节省不必要的制药时间和流程，在保证药物成分精度的基础上提高治疗成效。

目前大部分西药的合成都离不开先进的有机化学技术，如屠呦呦在青蒿素原本的碳氧键中加入基团，以人工合成的方式制成了衍生物，极大地增强了脑型疟疾处理的药效。

2.2 在染料行业中的应用

有机化学在染料行业中的应用主要集中在纤维染色、建筑材料、工艺品制作等方面，将有机化学与染料行业相结合可以为人们带来视觉上的冲击，进一步拓服装、印染、建筑等行业途径，但相关材料使用不当同样会对环境保护工作以及人们的身体健康造成威胁，因此我国必须加大有机化学在染料行业中的应用力度，禁止使用危害大、污染性强的染料，同时明确环保染料的使用标准，确保有机染料不会对人体造成过敏、刺激、辐射等影响[3]。例如，德国早已针对染料原料的使用制定了一系列的清单，还对相关法律法规进行了优化与完善。实际上有机颜料本质上属于不溶性有机物，尽管颜料和染料的化学结构大体相同，但两者的使用方法不同，其中染料又进一步分为天然和人造两种形式，目前较为常见的人造有机染料主要包括花青素、绿盘、钛青等。

2.3 金属有机化学的应用

金属有机化学的应用涵盖了多个不同的领域，如机械化农业技术在作物种植、洒药、施肥等环节中的应用，而有机化肥、氮、磷等物质在农药和化肥中还可以用于除草，并且这类金属有机化学产物的副作用也相对较小。

在工业领域应重点研究轻金属化合物的使用，以此为工业生产的创新与改革奠定良好基础，现阶段我国已在碳金属的研究方面投入了大量资金成本，还积极向国外发达国家寻求合作。另外，在石油化工行业同样可以将金属有机物作为催化剂，而航天事业同样可以利用金属的固态、液态、气态等特性制作节能添加剂，并且在燃料中加入1‰的比例，即可节能5%～10%，并在此基础上减少30%～70%的烟雾含量。由此可见，在未来阶段金属有机化学有着广泛的应用前景。

2.4 在材料领域中的应用

有机高分子材料为广大社会公众的日常生产生活带来了极大的便利，如塑料、橡胶、纤维、涂料等材料已被广泛应用到建筑、产品包装等领域。尤其在建筑领域，通常需要用到大量有机化学材料，如墙体中使用的合成橡胶板、油漆等。其中塑料制品主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等有机化合物，以单体为原料，采用人工合成的方式将其加工为高分子有机化合物。

与此同时，橡胶也具有良好的收缩性，其主要通过单体聚合加工的方式形成橡胶，目前已广泛应用于轮胎、胶管、电缆等生产行业[4]。采用化学提炼的方式提取煤、石油、天然气、农副产品中的合成纤维，即可将相关分子合成加工成涤纶、锦纶、尼龙、腈纶等纤维制品。最后，站在分子分类的角度，可以将薄膜分为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜等。

2.5 在污染防治中的应用

有机化学作为一种新型环境保护技术，在环境工程中应用有机材料可以有效抑制环境中生成的污染产物。由于生产制造导致的环境污染程度日益加剧，而能源排放与废物处理，也成为当前不得不解决的问题，酸雨、雾霾等环境污染还对其它生物的生存空间构成了威胁，但在环境工程中应用有机化学即可减轻其对环境造成的破坏。在废水处理环节添加Fenton试剂，可以充分利用化学反应降解HMX和COD。对于汽车尾气中的一氧化碳等有害气体，同样可以借助催化剂净化汽车尾气中的有害气体，并将其转化为对大气无污染的二氧化碳气体，但随着汽车尾气排放量的不断加剧，全球变暖的速度也随之不断加快。

另外，由于传统有机化学学科更侧重于有机分子的合成及结构鉴定，而较少涉及分子降解过程方面的研究，因此在环境工程中应用有机化学时，应重点关注挥发性有机物VOCs以及持久性污染物POPs的处理，其中挥发性有机物VOCs排放分散，在空气中的浓度相对较低，整个处理过程复杂。目前较为常见的处理方法主要包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法、膜分离法、生物法等，在未来阶段应着重研究生物法的应用，围绕着生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法等深入研究挥发性有机物VOCs的处理方案。

对于持久性污染物POPs的处理，可以从物理、化学、生物修复法三个角度着手进行研究，其中POPs污染土壤的物理修复法主要包括换土法、通风去污法、热解吸技术等；POPs污染土壤的化学修复方法则包括化学氧化法、化学还原法、化学淋洗法、超临界萃取法等；生物修复法作为一种最理想的低浓度POPs污染处理方法，其主要涉及植物修复、动物修复、微生物修复三种。

植物修复指利用植物或植物与微生物的共生体系清除环境中的污染物，而动物修复需要借助土壤动物群（蚯蚓、线虫类等）直接吸收、转化、分解污染物，同时间接发挥其对土壤理化性质、土壤肥力、植物与微生物生长的促进作用，以此达到污染土壤修复的目的。微生物修复指利用微生物的代谢活动，将POPs转化为易降解的物质，目前这类生物修复技术已在国外POPs污染土壤中得到广泛应用。

3 有机化学在环境工程中的应用策略

3.1 合理运用有机化学材料

近年来我国社会经济呈现出了显著增长的态势，但在经济因素影响下工业化进程也随之不断加快，在引发环境污染问题的同时，还产生了严重的生态环境破坏现象。目前各种风险环境污染源的分布极为广泛，如常见的城市汽车尾气、温室效应、雾霾等，因此将有机化学运用到环境工程时，必须组织相关工作人员做好调查工作，进一步确定环境污染的主要源头，通过取样、调查、分析等方式确定污染源的种类和数量，同时制定具有针对性的解决方案[5]。

在环境工程建设中全方位调查，结合实际需求选择适合的有机化学材料，可以从根本上避免污染源带来的危害，同时充分发挥化学试剂在实际应用中起到的作用和效果。

在种植行业方面，农业研发部门主要通过有机化学肥料、DDT等方式来提高土壤的理性，同时有效防控病虫害问题。但大多种植人员对相关理论知识的了解仅停留在较为浅显的层面，使得有机化学元素大量渗入土壤中，最终流入湖泊和河流，而水质与土质的富营养化还会直接威胁我国生态环境，以物质循环的方式进入人体内。

尽管有机化学建材可以延长建筑物的使用寿命，但其会直接影响空气、水、土壤以及人体，如持续释放各种有害物质将会导致严重的大气环境污染问题，这就需要我国政府部门对有机化学材料的使用加大管控力度，合理运用有机化学相关产品。

3.2 通过实验明确有机化学的应用效果

在环境工程建设过程中运用有机化学技术时，必须从多个层次、多个角度着手进行考虑，以免在环境治理工作中运用有机化学时，受到现场环境以及其它影响因素的干扰。由于环境治理问题离不开所有工作人员的长期坚持与努力，并且其还需要充分考虑所在区域的环境污染情况，由当地环境部门组织设计各种具有可行性的实验项目，并在实验过程中深入挖掘有机化学的应用效果，在提高有机化学运用的严谨性的同时，推动环境保护工作[6]。

环境工程涉及到多个学科和领域，国家应在人才培养和应用等方面提供相应的扶持，结合工作人员的特点和学习能力，有针对性地进行人才培养工作，以环境友好型战略为出发点，大力研发有机化学技术，通过加强管理来预留一定的发展空间[3]。

3.3 利用绿色化学提高环保工作质量

从环境工程的工业视角出发，绿色化学可以侧面反映出有机化学在环境工程中的应用成效。绿色化学中涉及的绿色技术可以有效提高废物资源的利用率、减少废物量，同时有效控制废物的毒性。而化工领域的绿色化学在推动行业变革的同时，还能不断深化绿色能源工业，将有机化学的技术优势全面体现出来，为环境污染治理工作提供强大的技术支持。

由于传统有机化学反应离不开催化剂、溶剂及后处理过程，部分有机化学反应还涉及高温、高压反应，但将有机化学与生物工程技术相结合，即可充分利用酶催化的高效选择性以及常温、常压的优势，在减少污染物的排放的同时，还能为科技界与工业提供建设性的参考意见。

实际上酶作为一种高效生物催化剂，在常温、常压、pH值中性附近条件下具有较强的催化活力，并且其还具有明显的特异立体选择性及区域选择性，这种高效选择性催化作用可以生产出多种不同类型的产物，有效弥补传统化学法合成中存在的不足。目前酶催化技术在医药方面有着广泛的应用前景，其主要用于多种高效手性药物的合成及制备，整体呈现出巨大的潜力。

3.4 提高人们的环境保护意识

尽管有机化学产品具有一定的双面性特点，但运用有机化学同样能推动现代社会发展[7]。国家结合有机化学产品的运用下发相关政策文件时，还需要通过具体的宣传工作加强广大社会公众的环保意识，着力对工业生产方面的管理工作加大监管力度，并在每一工业生产环节检测周边资源，同时严格把控工厂中生产的废料，从源头上追踪环境污染问题的主要源头，根据污染程度采取相应的惩处措施[8]。在排放标准方面应以市场为参考，由媒体实时追踪与管控环境污染问题，适当增加社会环境污染方面的报道比重。

4 结语

有机化学本身具有较强的创新性特点，其在现代技术与生态环境治理中起到了强大的推动力，在有机化学应用的原有基础上开发的食品添加剂和药物，还在一定程度上改善了我国居民的生活质量。在环境工程后续的进程中，若想从根本上解决环境污染问题，就必须在应用有机化学技术前做好调查分析工作，结合实际需求选择适合的有机化学产品，着重强调有机化学技术的作用和优势，严格把控各种有害于环境质量的不利元素[4]。