书城童书我的第一本环境科学探索发现
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第31章 学科猜想(3)

目前,人们对于工业废水的处理一般采取物理法、化学法、物理化学法以及生物化学法,其中生物化学法是最受欢迎的一种处理方法。这种方法就是利用各种微生物,将工业废水中的有机物和某些无机物分解,并使之转化为无害无毒的无机物。不同的微生物可以净化不同的污水,芽孢杆菌能消除污水中的酚,耐汞杆菌能吸收污水中的汞。有一种细菌能把DDT转变成溶于水的物质,并消除毒性。真菌能吃掉浮在水面上的油类。枯草杆菌、马铃薯杆菌能消除已丙酰。溶胶假单孢杆菌可以氧化剧毒的氧化物。红色酵母菌和蛇皮癣菌对聚氯聚苯有分解作用。尽管微生物的本领高超,但它们对通气性、酸碱度、营养物、温差等都有一定的要求,因此,在使用时,必须要掌握好它们的生活规律。经过微生物处理后,水中仍能留下较复杂的化学污染物,而且还不能除掉不断增加的氨和磷。因此人们经常将几种处理方法结合使用,即系统处理以达到最佳效果。

空气中存在大量的污染物质,如一氧化碳、硫化物等。空气中的微生物也是污染物,可使人体致病。但是微生物也有有利的一面,可吸收污染物质,减少空气中污染物含量。在采用微生物治理空气污染时,一般使用生物吸收法和生物过滤法。生物吸收法是利用微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气。生物过滤法是用固体颗粒吸收废气中的污染物,然后由附着在固体过滤材料表面的微生物将污染物转化为无害物质。

在处理固体废物方面,微生物也发挥着重要作用。生物处理固体废物的主要方法有堆肥处理、厌氧发酵和卫生填埋等。这几种方法主要是通过微生物的生命活动将其逐渐分解,从而达到稳定化、无害化、减量化和资源化。

除了在治理污水、空气污染以及固体废物中可以大显身手之外,科学家们还发现,不少微生物都有产生类似碳氢化合物的能力。如一种分枝杆菌产生的霉菌酸,就类似于碳氢化合物。科学家们准备建造一个名副其实的“细菌油田”,将这些细菌放养在一起,供给足够的饲料——二氧化碳,使它们快快生长繁殖,然后用特殊的办法将它们收集,送到专门的工厂去“炼油”。据说,只要掌握好条件,每亩水面每年能生产3700桶原油。

小小微生物是人类好帮手,过去,它帮人类做了很多有益的事,今后,将有更多的微生物特别是经过生物技术改造的“超级微生物”,加入环境保护行列,为人类再立新功。

知识链接

在环境治理中,利用微生物作用的生化法因其投资少、处理效率高、运行成本低、二次污染少等优点而得到越来越广泛的应用。目前,环境微生物学已经成为环境工程专业一门较重要的专业基础课,它是环境污染治理与微生物学相结合而产生发展起来的一门边缘性学科,其重点是研究污染控制工程中涉及的微生物学问题。

开发地下空间

人类的祖先穴居于天然洞穴之中,随着人类的成长,先民们渐渐走出洞穴,开始营造更加适合人类繁衍生息的居住环境。多少万年过去了,人类在自身发展的同时,创造了灿烂的现代建筑与城市。但是,当城市里的楼群变得密集、马路变得拥挤时,人类又不得不重新提出了开发地下空间的宏伟构想,并开始付诸实践。

早在20世纪下半叶,世界发达国家已经开始开发利用地下空间了,现在日本大城市的浅层地下空间开发得已经差不多了。另外,瑞典、挪威、芬兰这些国家城市地下空间开发得也比较好,有好多地下音乐厅、游泳池、运动场。

美国著名的地下大楼建筑设计家戴维·贝内特设计建造的地下摩天大楼“土木与矿山工程大厦”,露出地面部分仅高7米,里面是光热设备,而大厦钻入地下深40米,是实验室和办公室。有3层楼是从冰成岩里凿出来的,坐落在一块75厘米厚的石灰石岩层上。这种房屋的屋顶上安装的一套反射透镜装置,可以将阳光投射到18米以下的地方。更令人感兴趣的是楼顶上的“眺望窗”犹如地面上高层建筑的观光镜,通过一系列的透镜和平面镜,将街上景色投影到最低的一层。新技术的发展,使人类有可能在地下建筑舒适的工厂、办公室、商店、医院、学校和宿舍。在未来的若干年,将会有越来越多的人到地下工作和生活。

日本一家公司拟订的方案,初步设想在地下200米的深层用直径200米的管道来构建地下城市。地下城市的季节、气候、温度、湿度、通风、光照等全部用电脑等高科技手段进行控制。为了解决地下空间的交通问题,日本的一个公司建议城市间用地下飞机,这种飞机没有两翼,仅有机身,形成城市间的飞机高速交通网。这种飞机不是在空中飞,而是在隧道里面开,在地下50米以下深层开发的隧道里面,以600公里/小时的速度飞行。这种地下飞机不需要驾驶员,而是由遥控中心来遥控,这种飞机其实就是在部分真空的地下隧道中行驶的磁悬浮列车。

在21世纪,隧道工程也成为地下空间开发的重点。随着日本青函隧道和英国、法国之间的英吉利海峡隧道的开通,世界各国纷纷提出方案,要开发海峡隧道和大的穿山隧道。美国、俄罗斯、加拿大提出要在白令海峡建一座90公里的海底隧道。这个隧道从地下60公里处开挖,预计耗资370亿美元。另外,联合国计划采取水、桥结合的办法穿越直布罗陀海峡,把欧洲和非洲联系起来。中国也提出要修建穿越渤海的烟台—大连隧道,穿越琼州海峡和澎湖海峡的海底隧道。

建筑师们开始向地下发展他们的设想,有以下几条重要原因:一是可以节省宝贵的土地。当今世界各国城市土地普遍紧张,每个人占有的有效陆地面积正在逐步减少,地面上建筑物越来越稠密,结果造成了城市发展中的一系列问题,建设地下城市,既可节省日益昂贵的土地,又可减少地面建筑对生态平衡的影响。二是节约能源。因为地面提供了极好的绝热条件,所以在地下空间,冬天温暖舒适,夏天则凉爽宜人。三是静谧安全。地下没有令人讨厌的噪音,还可避免风雪、雷电的侵扰。在地下城市开设工厂,由于没有多少振动,有利于制造精密仪器和声学设备,作战时有利于掩避和安全,更引起了军事领导人的注意。

地球是否能宽宏大量地打开自己的“内腑”迎接人类进驻,就要看人类的科技与智慧了。相信在不久的将来,一座座规模庞大的现代化的地下城市会在世界各地出现。

学科展望

地下空间是指属于地表以下,主要针对建筑方面来说的一个名词。它的范围很广,比如地下商城、地下停车场、地铁、矿井、军事隧道、穿海隧道等建筑空间。在21世纪,人们越来越注重环保,同时地上空间越来越紧迫,综合各方面的因素,地下空间是人类的一个发展方向。快速发展的环保农业

随着生物防治技术的进一步发展,现代环保型农牧业也一步步发展起来。人们开始施用有机肥、喷施天然药剂、实行轮作或间作等技术,使得农业生产对土壤污染减少,提高土壤利用的可持续性。欧洲、美、日等发达国家都在大力发展各自的环保型农业体系,并已走在了世界的前列。

德国是传统的工业强国,1950年一个德国农民平均可以养活10人,现在则可以养活130人。第二次世界大战后,德国政府通过调整农业生产结构和实施新的产业政策,使农业向现代化和健康的方向发展。目前,德国农业政策的根本点是发展有竞争力和可持续的农业,在提高农业现代化水平的同时,促进生态平衡,保护环境。

由于工业生产所需的原材料资源紧缺,同时,由矿物资源生产的工业原材料在生产过程中释放的二氧化碳等工业废气对生态环境的污染越来越严重。德国政府早在20世纪90年代初就号召农民发展工业作物种植业,即种植那些可代替矿物资源、化工原料的高附加值经济作物。德国政府每年拨巨款用于发展工业作物种植,全国也有20多家大学、科研机构协助农民发展工业作物种植。近年来,德国工业作物种植不断发展。1999年全国工业作物种植面积已占总耕地面积的65%以上,已经能够为化工、造纸等工业部门提供相当一部分原料,生产出天然黏合剂、洗涤剂、染料等。在德国各地广泛种植的油菜籽,已成为能源、化工部门收购的重要作物之一,马铃薯和玉米也成了许多工业企业的替代原料。

英国农业机械化和现代化程度相当高,但由于长期以来对农业资源的过度开发,影响了农业的可持续发展,也给农村环境造成了破坏。为了实现可持续发展,保护风景优美、古朴清幽的乡间环境,近年来,英国政府通过财政补贴和税收优惠等政策,努力引导农业向环保型迈进。政府首先在农业补贴方面引入了所谓的“环境许可证”制度。农场主如果想得到政府补贴,必须保证其农业生产达到一系列环保标准,如果不能达标,就会从补贴名单中除名。除财政补贴外,政府还在税收政策上加大对绿色环保农业的支持力度,增加一些新税种,促使人们节约能源,发展绿色农业。2001年,政府对农场主开始征收能源税、大气变化税等,同时还计划征收环境污染税,通过税收机制提高能源使用效率。另外,英国政府还用税收优惠政策鼓励环保,如果农民在节约能源方面达到目标,可以给予税收减免;如果制定行业性或多家农场的联合环保目标,实现目标后最多可以免除一半能源税。

据统计,英国的绿色农业正以每年40%的速度递增,同时英国还有约25万名农场主参加了以保护农村风景为主的“农业环境”计划。2003年,这些农场主共种植了总长4万公里的灌木篱笆墙,经营着23万个农用水塘,这也大大丰富了英国的农业旅游资源。

美国也正在探索一种农业可持续发展的新模式。它将轮作、翻耕整地、施肥和防治病虫害技术综合配套使用,达到保护生态环境和农业持续发展的目的。为此,美国政府成立了持续发展农业顾问委员会;实施农业水源质量奖励,对那些采用保护性耕种方式的农民提供补贴,鼓励农民实行轮作等。

美国夏威夷有个名为ONO的农场。它为了保护生态环境,生产健康食品,16年来从未使用过化肥、农药等人工合成化工产品,而是只施用有机肥,选用抗病虫害强的品种,培育病虫害天敌,喷施天然药剂等方法,生产蔬菜、水果、咖啡等农产品。由于这些产品无污染,有益于人类健康,因此深受消费者欢迎,十分畅销,仅1990年美国就有600种左右的绿色产品问世,而消费者的需要则相应增长得更快。

日本的水稻研究居世界先进水平,但长期以来,日本的水稻是浸泡在农药和化肥中长大的。据调查,日本每10亩水田一年使用农药费用为7300日元,相当于美国的52倍,使用的磷肥是美国的2倍,钾肥是美国的25倍。这种情况现在也已起了变化,1990年起,日本新澙县的武石定夫在40亩水田上进行试验,将鱼渣滓、豆饼、菜籽饼发酵,用做肥料。为了对付水田中的杂草,他又使用了两种新方法:一个是在水田中放养鸭子,让鸭子吃水田中的杂草和害虫;另一个是在插秧季节将残留着稻草和稻秆的水田不加耕作插上秧苗。这两种方法的使用,使田里的稗草长不起来,而大米质量却有了很大的提高,邻近的农民都纷纷向他学习,现在采用这种水稻种植法的农民已增加到1000多户。

另外,日本还在发展“植物工厂”,这是一种高水平控制环境的植物常年生产系统。在“植物工厂”中不使用土,而采用水耕栽培。通过对光、温度、湿度、二氧化碳浓度、肥料等的控制,使所栽培的植物能够在短期内最有效地生长和收获。这种植物工厂实际上是使农业工业化,有利于环境的保护,日本已开始向国外输出这种生产技术。

学科展望

发展环保农业,是农业自身发展的需要,是环境保护的需要,是人类健康的需要。因此,推动环保农业的发展,努力探索一条农产品在生产中不对环境造成损害、农产品在食用中不对人类身体造成损害的环保农业道路,已经成为世界各国普遍关心的一个问题。

“绿色”汽车

绿色常常象征着自然、生命、健康、舒适、活力与安全。绿色使人回归大自然,人们选择绿色作为无污染、无公害和环境保护的标志,由此而开发出的一系列绿色产品,非常直观鲜明地表达了这一概念与深刻含义。燃油汽车发展到今天,已面临“环境污染”与“能源危机”的双重压力。因此开发和研究新型的绿色汽车是环境保护的迫切要求,是人类的期望,更是汽车工业可持续发展的需要。

世界各国特别是西方的发达国家,对开发绿色汽车技术非常重视,他们开发和推广的以蓄电池电动汽车、太阳能电动汽车为主的绿色汽车工程正在广泛应用。

电动汽车早在1873年就已诞生。当时,英国人罗伯特·戴维森制作了世界上最初的可供实用的电动汽车,这比德国人戴姆勒和本茨发明汽油发动机汽车早了10年。戴维森发明的电动汽车是一辆载货车,使用铁、锌、汞合金与硫酸进行反应的一次性电池。其后,从1880年开始,他应用了可以充放电的二次电池。从一次性电池发展到二次电池,这对于当时电动汽车来讲是一次重大的技术变革,由此电动汽车需求量有了很大提高,在19世纪下半叶成为交通运输的重要工具,写下了电动汽车在人类交通史上的辉煌一页。

1890年法国和英国伦敦的街道上行驶着电动大客车,当时的车用内燃机技术还相当落后,行驶里程短,故障多,维修困难,而电动汽车却维修方便。电动汽车最盛期是19世纪末。1899年法国人考门·吉纳驾驶一辆以双电动机为动力的后轮驱动电动汽车,创造了时速106公里的纪录。进入20世纪以后,由于内燃机技术的不断进步以及电动汽车的蓄电池寿命短、充电时间长等缺点,导致电动汽车逐步被内燃机汽车取代。直到20世纪60年代以后,内燃机汽车的污染、石油燃料短缺等问题相继出现,电动汽车才又重新受到重视。