“环境监测”绿色化教学实践

徐建春 邱梅

摘 要：对“环境监测”教学过程绿色化改革与实践进行了阐述，包括在教学各环节中融入绿色发展的理念，培养学生绿色发展的意识，帮助学生构建绿色环境监测知识体系，重点利用清洁生产思想和5R理论对“环境监测”实验室进行绿色化管理，培养学生的绿色监测技能，將绿色发展的理念和知识用于指导“环境监测”教学，实现教学过程绿色化。

关键词：绿色教学;“环境监测”教学;实验室管理;教学改革

绿色教学的主要内容除了传统教学任务中的专业知识、专业技能、通用知识和技能，还包括培养学生的绿色职业能力，主要从培养学生的绿色意识、帮助学生构建绿色知识体系和培养绿色技能3个方面入手。

“环境监测”是一门实践性很强的课程，实验占到近50%，样品复杂多样。在样品保存、预处理和分析的过程中，所用的化学试剂药品种类多、药量也较大，环境污染问题不容忽视。“环境监测”是高校环境类专业的核心课程，教师在培养学生环境监测方面的知识和技能时，需要渗透绿色发展的思想，培养学生绿色环保的意识和绿色发展的思维力、行动力，提升学生的绿色素质，确保学生将来在工作岗位中肩负环保的责任，更好地落实工作。本研究依据5R理   论[1]和清洁生产思想，对“环境监测”课程绿色化教学进行了思考和探索，并在实践中贯彻执行，取得了较好的效果。

1    培养绿色环境监测意识

环境专业的学生毕业后主要从事环境保护及相关工作，因此，培养其绿色发展的意识尤为重要。污染防治重在源头控制，要让学生充分理解绿色发展的必要性，培养其绿色发展的责任意识。同时，通过逐渐渗透的方式，把绿色发展理念引入课程理论教学、实验教学各环节中，有意识地强化绿色发展的理念，使学生在学习和实验过程中逐渐理解绿色发展并自觉应用[2]。

绿色发展意识培养分事前、事中和事后3个方面。事前预防污染是培养绿色意识的首要方面。在分析监测项目时，首先，选择分析方法，要求学生搜集相关分析方法，引导其思考为何教材会编选其中一种方法，该方法有何优缺点，提醒学生不仅要从方法的准确度、精密度、测定限等技术方面思考，还要考虑环保、安全等问题。其次，在监测实验的操作过程中，引导学生思考经常要用到哪些有毒有害物质，药品的收集和富集、分离和处置过程是否合理，对环境的危害是否降到了最低。最后，必须建立实验完成以后的“后处理”机制，对用剩的原料试剂和产生的废液、废气、废物等进行回收处理、无害化处理等。

2    构建绿色环境监测知识体系，培养绿色监测技能

按照环境监测工作的一般流程，用绿色发展的理念分析每个环节，引导学生进行产污分析;在课程网站上和教材编排中，针对各环节设置绿色讨论专题和论坛，在教学过程中构建绿色监测知识体系，培养学生的绿色监测技能。

2.1  “环境监测”教学中采样过程的绿色控制

采样包括从自然环境（包括水质、空气、土壤、生态等）中采样和从社会环境中采样（主要为企事业单位排污采样）。（1）水样的采集。现场采样时的润洗废液和用剩的保存剂、现场测试药剂必须带回实验室处理。（2）土壤采样，主要涉及植被破坏和四分法后剩余土壤以及实验室分析后剩余土壤的处置问题，应尽量避免大量破坏植被，四分法后剩余土壤尽量回填土坑，实验室测试剩余土壤根据测定结果考虑安全处置。（3）环境气样的采集，主要涉及吸收液、吸附剂的处理问题，必须带回实验室妥善处置。此外，现场人员的安全和健康也必须采取相应措施。

2.2  “环境监测”教学中实验室分析过程的绿色控制

“环境监测”的主要污染来源于实验室分析。绿色实验室分析知识体系包括绿色分析技术选择知识、实验室安全与环保管理知识。

2.2.1  绿色分析技术的选择

对于一种分析方法，一般用精密度、准确度、灵敏度、分析速度、校准曲线的线性范围等项指标进行评价[3]。对于绿色分析方法来说，除了上述指标外，还应把对环境的影响程度作为评价的关键指标之一。

首先，在进行“环境监测”分析方法选择教学时，引导学生选择相对绿色的新方法。随着国家对生态环境保护的日益重视，出现了许多新的考虑环境影响的国标方法。比如分析常规指标化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）的最新国标方法（HJ 828—2017），将取样体积减半，减少样品测定过程造成的环境污染，还将硫酸汞的加入量由0.4 g修改为可根据样品中氯离子的含量按比例加入，加入前可进行氯离子含量测定或粗略判定，减少有毒物质硫酸汞的使用等。

其次，从绿色发展角度考虑，引导学生构建绿色方法知识体系，了解绿色化发展方向，追踪最新的绿色方法，并能在工作中开展绿色创新研究。在取消有害物质的使用和产生方面，引导学生从以下几个方面考虑：（1）采用无污染或少污染测试技术。无污染技术如X射线荧光法（X-Ray Fluorescence，XRF）[4]能够原位采样和收集数据，从样品收集、准备到分析测试的各个阶段，不需要任何溶剂，几乎没有使用和产生有害物质。少污染技术有前处理中的超声萃取法、微波消解法[5]、仪器掩蔽法[6]等。（2）采用无毒、无害的试剂，如开发超临界流体（Super Critical Fluid，SCF）[7]，特别是超临界二氧化碳作溶剂，既具有常规液体的良好溶解性，又具有气体的快传质速度，故采用这种无毒、无害的试剂可代替原来有毒的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）。（3）试剂减量化。实验微型化、仪器化，可以减少试剂的使用。仪器分析相较于化学分析，样品和分析试剂都大大减少了，环境监测在线化也是环境监测的主要发展方向。（4）减少加热过程冷凝水的使用等，避免资源的浪费，减少能源的使用。比如COD测定技术发展，改水冷凝为空气冷凝，缩短了加热时间。

2.2.2  “环境监测”实验室安全与环保管理

在监测教学中，需要把实验室安全与环境管理知识应用在实验操作的每个环节中，并针对每个具体的实验项目全方位地进行绿色化考虑，帮助学生学习实验室安全与环境管理知识和相關绿色技能。

（1）建立规范的实验室绿色管理制度。首先，制订完善的实验室常规管理制度，包括试剂、药品、仪器、用水、用电、安全管理等。在教学过程中，老师和学生都必须遵守相关规定。其次，在规范管理实验室的基础上，运用清洁生产思想和5R理论加强实验室污染控制。如制定实验室三废管理规定，包括建立有毒有害试剂使用登记制度、规定每一种有毒有害废弃物的处理程序、实验室管理人员定期检查废弃物处理情况。

（2）实验室试剂的绿色化管理与使用。第一，实现绿色化的项目管理，并传授相关知识，训练学生的相关技能，如化学试剂合理分类保存训练等。第二，减少化学药品用量。除了选用绿色方法，在既定方法的实验教学中，也要合理安排使用试剂以减少药品用量。在“环境监测”教学中，一般对学生进行分组实验，要求每组学生掌握从采样、样品预处理、实验药品配制、分析测试到报告完成的系统的分析监测知识。在实验室准备过程中，需教会学生计算出不同试剂使用的量，按照需要量配制，而不仅是按照书上写的量进行配制，避免出现试剂浪费现象。仍然以COD的测定实验为例，在国标方法中，实验需要配置重铬酸钾储备液1 000 mL，而每个小组仅需要10 mL。如果学生不能灵活运用所学知识，必然会配置1 000 mL，造成药品的大量浪费，并且剩余大量有毒的重铬酸钾溶液，也会污染环境。

（3）实验室仪器的绿色化管理与使用。在环境检测实验室管理过程中，为了实现绿色化管理的目的，需做好实验室仪器的绿色化管理，提高检测仪器的基本性能，避免资源浪费。同时，需要明确设计维护工作，提高仪器的使用效率。维护仪器日常工作的稳定，延长实验仪器的使用寿命、提高使用效率。对各种仪器分别建档管理，按照仪器的使用、保存要求制订相关操作规程，在操作前对学生进行相关知识培训，严格督促学生按照相关规程进行操作，养成良好的习惯。

（4）实验室污染治理。实验室废弃物的浓度相对较高、种类相对较多、治理的难度相对较大。实验室污染治理主要是对废液和有机废气的处理。首先，“环境监测”实验室中的废液量相对较多，可将废液分为危险废液和非危险废液。对于危险废液，贴上标签妥善保管并交由有资质的第三方公司处理，对于非危险废液，可处理后直接排放。在实验室设置废液缸，将废酸、废碱、有机物、重金属废液分别收集处理。对于酸碱废液，可以采用中和方法处理。对于有机废液，可通过蒸馏方法回收。其次，使用挥发性试剂等产生有机废气的过程，需要在通风橱中进行，并在通风橱出气口安装废气净化装置。

3    运用现代化的教育手段开展绿色“环境监测”教学

四川工商职业技术学院的“环境监测”实验教学已经采用多媒体演示教学，开设了“环境监测”资源共享课程，并建立了多媒体仿真实验室。大量运用电子化教学手段，使得开展绿色“环境监测”教育成为一种切实可行的“绿色低碳环保”的教学方法。比如常量实验所需要的水、电等资源消耗量比较大，需排放污染废水、废气等。采用多媒体演示对实验目的、原理、装置、流程过程进行模拟仿真，有些相关知识和技能在仿真互动过程中已经可以学习，不需要进行相关实验。如果学生必须进行相关实验，在动手实验之前，在资源共享课程网站上观看演示视频，对整个实验过程形成清晰的认识，避免在实验中由于疏忽而产生对环境不友好的行为，甚至是污染环境的行为[8]。

4    结语

在教学各环节中融入绿色发展的理念，帮助学生构建绿色环境监测知识体系，包括绿色采样、绿色分析方法选择、绿色实验室分析等，重点利用清洁生产思想和5R理论对“环境监测”实验室进行绿色化管理，培养学生的绿色监测技能。同时，将绿色发展的理念和知识用于指导“环境监测”教学，实现教学过程的绿色化。经过绿色化教学实践，有效地减少了化学试剂的浪费和环境污染，最重要的是，极大地提升了本专业学生的绿色“环境监测”职业能力。

[参考文献]

[1]GRANT S，FREER A A，WINFIELD J M，et al.Introducing undergraduates to green chemistry： an interactive teaching exercise[J].Green Chemistry，2005，7（3）：121-128.

[2]柴育红.绿色化学教育融入“环境监测”与分析实验教学中的实践[J].实验实践教学，2013（17）：99-113.

[3]许春丽.绿色分析化学[J].理化检验（化学分册），2001，37（11）：528-530.

[4]张运波，齐兵，刘喜秀，等.X射线荧光光谱法测定钢中的有害元素[J].化学分析计量，2005，14（2）：56-57.

[5]黄河柳.微波辅助消解-原子吸收分光光度法测定催化剂中铜、铁、镍含量[J].广州化工，2003，31（1）：44-47.

[6]曾楚杰.绿色分析化学在中国的研究进展[J].化学研究与应用，2010（5）：2.

[7]王保宁.导数分光光度法[J].分析化学，1983，11（2）：149.

[8]张艳娟.引入虚拟实验及多媒体技术，促进高等物理化学实验绿色化[J].广东化工，2016（17）：211-212.