环境化学课件.ppt

环境化学,绪论,这是一个简单的化学课，掌握了这堂课，你就会明白，为什么说已经到了必须探讨环境科学的时代。纽约时报,（一）环境与环境问题1、环境：是想对于中心事物而言，人们所在的周围地方与有关事物，一般把围绕人群的空间，即直接或间接和自然因素以及能量的总称。一般分为自然环境与社会环境。研究环境问题必须从整体出发，若只看到一点，不顾其他，就会造成重大损失。,一、人类活动和环境问题,是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。“直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，简称为环境.,1.自然环境,人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。,2.社会环境,中华人民共和国环境保护法把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”,环境系统是地球表面各种环境因素及其相互关系的总和。通常把地球环境系统分为四个圈层：,1、大气圈2、水圈3、土壤-岩石圈4、生物圈,说明：1、也有将土壤-岩石圈细化为土壤圈、岩石圈。2、还有将人类活动的空间从生物圈中独立出来称为人工圈。3、这些圈层主要在太阳能的作用下进行着物质循环和能量流动。,一方面人类通过生产和生活活动，从自然界获取物质资源，然后又将经过改造和使用的资源和各种废弃物返还自然界，从而参与自然界的物质循环和能量流动过程，不断的改变自然。另一方面，自然环境也以自己的规律运动着并不断对人类产生反作用。如果相互之间不能很好的协调，其结果常常产生环境问题。,2、人与自然的关系：人类与环境是一体的,3、环境问题：概括的讲，环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象，它是目前世界人类面临的几个主要问题之一。4、环境问题大致可以分为两类：原生环境问题。由自然力引起的原生环境问题，也称为第一环境问题，如火山喷发，地震，洪涝，干旱，滑坡等引起的环境问题。次生环境问题。（第二环境问题）由于人类的生产和生活活动引起生态系统破坏和环境污染反过来又危及人类自身的生存和发展的现象。,次生环境问题又包括1、生态破坏2、环境污染3、资源浪费、生态破坏：生态破坏(又叫环境破坏)是指人类不合理地开发、利用自然资源而引起的生态环境的退化及由此而衍生的有关环境效应。如：水土流失、土地荒漠化、土壤盐碱化、生物多样性减少等。,、环境污染：则指人类活动的副产品和废弃物进入环境后，对生态系统产生的一系列扰乱和侵害，特别是当由此引起的环境质量的恶果反过来又影响人类自身的生活质量的时候。如热污染、噪声污染、电磁污染和放射性污染。,、资源浪费是指因资源的未充分利用或过度消费性使用造成的损失。不珍惜有限的资源，任意舍弃技术不成熟或落后或操作不精细，致有用资源未经利用即作为废弃物扔掉；利用方式不合理，致资源未能充分发挥效益；社会结构不完善或价值比率不合理过度消费。,前因,后果,人为因素,环境素质,生产生活,工业“三废”，化肥农业，生活垃圾等,大气、水、土壤质量等要素质量下降,水生/陆生生态系统破坏，生物多样性减少,资源、能源枯竭，生活环境质量下降等,人类既是环境污染的肇事者，也是环境污染的受害者！,生态系统,5、目前我们所说的环境问题一般是指次生环境问题。6、环境问题产生的前因后果,有害物质的环境污染生态系统的干扰和破坏不可再生资源的滥采滥用固废、噪声等造成的环境损害,7.环境问题的内涵,8.产生环境问题的因素,物理因素：噪声、放射线等化学因素：工业“三废”生物因素：细菌，病毒等,约占80%90%。,（二）环境问题的产生与发展1、环境问题在人类活动的早期就开始了，随着人类破坏环境能力的加强而越加严重。人类活动所引起的环境污染可追溯到原始人在山洞中燃烧柴草对空气的影响。早期农业生产中砍伐森林、刀耕火种之类的活动，已经造成最初的环境破坏。然而，环境问题真正成为社会问题是随着大规模工业生产的发展而逐渐表现出来的。,环境问题由来已久，于今为烈！,18世纪后期以来的一百多年里，英、法、德、美等国先后进行了工业革命，生产力得到了很大发展，环境污染也就日益严重。煤炭、冶金、化工和交通运输业的发展，工矿企业排出大量废弃物，不断造成一些人为的灾害。,20世纪20年代以来，工业有了进一步发展，特别是石油和天然气生产急剧增长，烧油的各种机动车广泛使用，从而出现了前所未有的石油污染问题。20世纪50年代以来环境问题更加惊人，不仅事件增多，性质严重，而且范围扩大。,50年代伦敦又发生了几次毒雾事件。1952年12月的一次特别严重，几天内突然出现了许多呼吸道病人，死亡人数竟高达3900人。日本四日市1955年发展石油工业以来的一段时间因大气污染而诱发了“四日市气喘病”。自1970年起东京等地也出现多次“光化学烟雾”。水污染的严重事件也很惊人。日本熊本县水俣镇自二三十年代以来化工工业有很大发展，污水严重危害动物和人。1950年发现病猫跳水“自杀”。1953年开始确定有一种奇怪的“水俣病”。1956年有病人53名。11人死亡。调查证实了人和猫都是因吃鱼中毒而得病乃至死亡。50年代末60年代初终于查明污水造成的汞中毒是主要病因。,1955年后不断出现一种特殊的疼痛病。病人最初感到关节痛，后来全身骨痛、神经痛。这就是所谓“神通川痛痛病”。1961年初步查明这种病与水污染造成的镉中毒有关。由于含镉废水污染了河流，居民通过饮水和吃饭（“镉米”）就会引起痛痛病。这种病在日本许多地方都有发生。除“三废”造成的污染外，这一时期又有两项威胁性很大的新污染问题，这就是核能和农药带来的灾难。50年代和60年代初，美国在大气中大规模进行核试验，这一时期放射性物质沉降量特别高。核爆炸产生的放射性尘埃可以直接或通过食物链进入人体（放射性同位素锶Sr90能潜伏人体多年）导致白血病和骨髓癌。原子反应堆事故和放射性废弃物也是重要的污染源。此外，原子能发电工业的发展也可能因核电站本身、核燃料再处理、放射性废物处理以及发生严重事故而导致放射性污染。,有机农药污染则是一个相当广泛的威胁性很大的环境问题。第二次世界大战后到处推广的DDT、六六六等有机氯农药是最突出的例子。现在世界上各个角落都可能发现它们。1968年的一份报告说，在英国多处采取的雨水样品中都存在这类农药。大量试验表明，有机氯农药在一定时间内可残留在土壤、水域和生物体，并随着食物链逐步浓缩在高等动物和人体内而引起一些不良后果。1962年美国女海洋生物学家卡尔松出版科普著作寂静的春天，当年就在西方国家引起强烈的反响。该书主要是揭露有机农药可能带来的“大破坏”，描述了它对人类生存的威胁。虽然对她的某些论点有争议，但这本书及时地向人们敲起了警钟，有力地促使各方面专家和公众高度重视环境污染问题。60年代中期开始有人研究某些有机农药的致癌作用。事实上，不仅放射性物质和一些有机农药有致癌作用，而且一些化工原料和产品乃至空气中的一些污染物都可能诱发癌症、畸形和遗传性变异而带来不良后果。,此后1979年美国三哩岛核电厂事故1984印度博帕尔农药厂异氰酸甲酯泄漏事件1986年切尔诺贝利核污染事件1987年巴西銫-137接触事件。90年代以来随着科技迅猛发展和国际舆论事件有所减少。当前主要的环境问题水污染、水资源短缺与健康工业废水和生活污水对水体的污染。城市污水处理率：上海15%，成都40%，广州30%。地面水重金属污染:蓄积、发育期的低暴露严重的有机物污染：肠道疾病。,在世界范围内已经确定存在于饮水中的有机污染物达1100多种，每年至少有1500万人死于水污染引起疾病；,我国属于贫水国家，人均占有水量为2.51km3/a，低于世界上多数国家。水质恶化使水资源更趋于紧张。,农药化肥对水体的污染。发展中国家过量施用、管理混乱（废气和泄漏）、不合格产品的使用、无标签或标签错误等严重。水体富营养化后大量藻类生长。微囊藻毒素是继肝炎病毒、黄曲霉毒素之后，又一大导致肝癌的因素。此外，微囊藻毒素还有强致畸性。内分泌干扰。涂料丁基锡塑料双酚A饲料添加剂激素、抗生素农药DDT垃圾焚烧二噁英,大气污染与健康,主要污染物有悬浮颗粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、铅等。全球有11亿人口生活在空气污染城市中。目前城市机动车尾气污染。苯系物和烃类。治理-净化、替代从目前的燃料结构来看（煤炭占75%）,煤烟型大气污染相当长一段时间仍是我国工业城市的污染类型,世界卫生组织1998年公布的世界十大空气严重污染城市中，我国有七个，太原和北京分别名列第一和第三。,1998年9月报道，南极上空臭氧空洞的面2720X104km2，近南极大陆面积的1倍,臭氧层破坏,臭氧层耗散导致：皮肤癌白内障,世界各国皆有不同程度的酸雨侵袭；我国酸雨覆盖率以国土面积计已近40%，并有半数以上城市受酸雨之害。,酸雨侵袭,SO2+O2SO3,SO3+H2OH2SO4,酸雨污染是南方城市(地区)的一个主要环境问题。酸雨的形成在污染强度一定的前提下，地理环境是主要影响因素。我国北方多为石灰岩地区偏碱性，酸雨出现频率不高。南方地区多为酸性土壤，酸雨出现频率高且程度严重。,跨境污染，如SO2全部转化为H2SO4需数天时间，足以长距离传送，而非局限于工业区局部，边境地区可造成跨境污染。如内地与香港，美国与加拿大，中国与日本。主要污染物是硫氧化物，和氮氧化物。燃料脱硫脱氮可控制局部酸雨污染。,固体废弃物的影响城市垃圾填埋。对周围环境卫生状况的影响；渗漏对地下水的污染，我国华北地区大城市近80%靠地下水供水。垃圾焚烧。DIOXIN污染问题，经空气排放后扩散至周围地区，可经作物、水、禽畜、空气等暴露。与各类癌症，心血管病、免疫功能和内分泌失调、流产或精子异常等相关。,反对垃圾焚化，防止二噁英污染,日本二噁英主要发生源及所占比例,土地荒漠化,土地退化导致：沙尘暴健康危害呼吸系统疾病沙漠肺综合症心血管系统疾病患病和死亡率增加自然疫源性疾病水土流失与土壤营养物流失土壤酸化（酸雨）与土壤营养物质流失,全球有19.6108hm2土地正趋于荒漠化，2.5亿人直接受害，我国风蚀与荒漠化的土地面积达33104hm2,绿色屏障锐减,世界森林面积每年减少1986X104hm2过量砍代森林，可导致气候异常、水土流失，影响人类栖息之地。,物种减少,大面积砍伐森林过度捕猎野生动物工业化和城市化无控制的旅游水土气的污染全球变暖,穿山甲Manispentadactyla濒危等级：易危（E）国家重点保护野生动物名录,海洋污染,污水、垃圾和化工废物等直接流入海洋海洋污染造成赤潮频繁发生,近年来，我国的赤潮灾害的影响也越来越大。我国自1933年首次报道以来，至1994年共有194次较大规模的赤潮，其中60年代以前只有4次，1990年后则有157起图是太湖赤潮的遥感图像，图中箭头所指处为赤潮发生地带。,人口激增,疾病转型医疗配置精神健康,老龄化问题,（11）全球变暖,北极海冰区域大约每10年收缩9%,海平面上世纪平均上升了10到20厘米,20世纪90年代是自19世纪中期开始温度记录工作以来最温暖的十年，在记录上最热的几年依次是：1998年，2002年，2003年，2001年和1997年。,其他环境医学问题:室内空气环境的健康问题:办公场所的微小环境的健康问题(SBS)食品安全后代环境与寿命环境与心理健康环境生物因素的威胁(环境变迁与病源库的释放),马斯河谷烟雾事件1930年。比利时马斯河谷工业区。12月1日到5日的几天里，河谷上空出现了很强的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩散，大量有害气体积累在近地大气层，对人体造成严重伤害。一周内有60多人丧生，其中心脏病、肺病患者死亡率最高，许多牲畜死亡。这是本世纪最早记录的公害事件。,2、全球十大环境污染事件,洛杉矶光化学烟雾事件1943年夏季美国西海岸的洛杉矶市。该市250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油。汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病。,多诺拉烟雾事件1948年美国的宾夕法尼亚州多诺拉城有许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂。1948年10月26日清晨，大雾弥漫，受反气旋和逆温控制，工厂排出的有害气体扩散不出去，全城14000人中有6000人眼痛、喉咙痛、头痛胸闷、呕吐、腹泻。17人死亡。伦敦烟雾事件1952年自1952年以来，伦敦发生过12次大的烟雾事件，祸首是燃煤排放的粉尘和二氧化硫。烟雾逼迫所有飞机停飞，汽车白天开灯行驶，行人走路都困难，烟雾事件使呼吸疾病患者猛增。1952年12月那一次，5天内有4000多人死亡，两个月内又有8000多人死去。,水俣病事件19531956年,时间地点：1953年日本九州水俣原因：食用含有甲基汞的鱼,中毒情况：口齿不清、面部痴呆、全身麻木，最后精神失常致死亡，患者180人死亡50人；,1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。,水俣病事件,骨痛病事件19551972年,时间地点：19551972年，日本富山县；,原因：食用含镉废水灌溉的镉米和含镉的水。,中毒情况：关节痛开始，最后骨骼软化萎缩，自然骨折，患者280人，死亡34人；,骨痛病事件,日本米糠油事件1968年,时间地点：1968年，日本九州、爱知县等23个县；中毒情况：眼皮肿、出汗，全身红疙瘩，恶心、呕吐，肺功能下降，甚至死亡，患者5000多人，死亡16人；,原因：食用含有PCBs的米糠油。,印度博帕尔事件1984年12月3日，美国联合碳化公司在印度博帕尔市的农药厂地下储罐内剧毒的甲基异氰酸脂爆炸外泄。45吨毒气形成一股浓密的烟雾，以每小时5000米的速度袭击了博帕尔市区。死亡近两万人，受害20多万人，5万人失明，孕妇流产或产下死婴，受害面积40平方公里，数千头牲畜被毒死。,切尔诺贝利核泄漏事件1986年4月26日乌克兰基辅市郊的切尔诺贝利核电站，4号反应堆爆炸起火，放射性物质泄漏。31人死亡，237人受到严重放射性伤害。而且在20年内，还将有3万人可能因此患上癌症。基辅市和基辅州的中小学生全被疏散到海滨，核电站周围的庄稼全被掩埋，少收2000万吨粮食，距电站7公里内的树木全部死亡，此后半个世纪内，10公里内不能耕作放牧，100公里内不能生产牛奶这次核污染飘尘给邻国也带来严重灾难。,如今，在当时划定隔离区内，几乎所有村落仍处于遗弃状态,今天，控制室仍处于荒废状态，房间内的核辐射足以致命。,如今核电站仍属于高辐射地区，在此工作工人们处于危险的境地。每天，他们只允许在此地停留15分钟。,2005年，普里皮亚特核事故发生前，该镇约有近5万名居民。如今，普里皮亚特已变成一座名符其实的“鬼城”。远处，切尔诺贝利核电站的轮廓依稀可见。,2011年，乌克兰切尔诺贝利核电站，多年来，工人们都在想方设法支撑容纳4号核反应堆房间的屋顶，以便确保其不会塌陷。然而，房间内杂乱的电线、金属碎片以及其他残骸都遭受严重核污染，工人们束手无策，只能想办法加固房间，直到有关部门想办法将所有东西拆除。,普里皮亚特（十九世纪七十年代为在切尔诺贝利核电站工作的科学家和工人们特意修建），距离出事的4号核反应堆不到3公里的距离。核事故发生后，以往生机勃勃的景象已不复存在。,时间紧迫，居民们把大部分的个人物品都留在了家里.,2011年，乌克兰政府确定普里皮亚特隔离区旅游的合法化，图中游客参观的这间教室里面堆满了废弃的防毒面具。,普里皮亚特被遗弃的学校和幼儿园也因无人看管照顾，已破败不堪,游乐场一派萧条,剧毒物污染莱茵河事件1986年11月1日瑞士巴塞尔市桑多兹化工厂仓库失火，近30吨剧毒的硫化物、磷化物与含有水银的化工产品随灭火剂和水流入莱茵河。顺流而下150公里内，60多万条鱼被毒死，500公里以内河岸两侧的井水不能饮用，靠近河边的自来水厂关闭，啤酒厂停产。有毒物沉积在河底，将使莱茵河因此而“死亡”20年。造成西欧10年来最大的污染事故。,桑多兹事件发生后，各国政府修改了环境立法，授予政府当局检查设施安全和要求采取降低风险措施的权力。大型危险性贮存设施被防火墙分隔成多个小型设施，还建设了消防水滞流池，作为敏感性工厂的必备设施。对于使用或存储危险材料（酸、溶剂、有毒材料、杀虫剂等）的工厂，意外事故风险管理和预防规划已成为永久性的强制要求。,二噁英污染事件,时间地点：1976年，意大利米兰中毒情况：家禽大量死亡，自然流产和畸形儿增多原因：化工厂爆炸散发PCDD。,二噁英是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的总称。,海湾战争造成的环境污染。1991年的海湾战争历时42天，期间油井大火昼夜燃烧，大量原油入海，先后形成3片共约1200km2的油膜，给近岸海域生态环境造成了巨大的危害，造成世界最大的海洋石油污染事件。是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最严重的一次环境污染，其污染程度超过切尔诺贝利核电站发生的核泄漏事故。这次战争所造成的环境污染是灾难性的，已给世界带来了影响。,美国海上钻井漏油事件2010年,2010年4月20日，英国石油公司租赁的位于美国墨西哥湾的一座半潜式钻井平台爆炸起火。36小时后，平台沉没，11名工作人员遇难。钻井平台底部油井自24日起漏油不止并引发了大规模原油污染。墨西哥湾原油泄漏事件已成为美国历史上最严重的生态灾难。受墨西哥湾漏油事件影响，美国5月25日宣布将当地禁渔区域扩大2万平方公里。由于泄漏油井迟迟得不到封堵，奥巴马政府面临的外界压力也越来越大，其执政能力受到质疑。,中海油渤海海上钻井漏油事件2011年,2011年6月4日中海油渤海油田发生漏油事故，中海油蓬莱193油田溢油事故发生后，已经造成周边3400平方公里海域由第一类水质下降为第三、四类水质，这一污染外缘线尚未达到油田周边山东、河北、天津等地管辖的近岸12海里(约22公里)海域，距离较近的山东省长岛县近岸海域水质石油类含量尚未超标，长岛县鱼类出现死亡疑似细菌感染所致。,松花江受污染哈尔滨停水四天。因主要水源松花江遭上游化学品污染，黑龙江省省会城市哈尔滨11月23日停止供应自来水。吉林省中石油吉林石化分公司本月11月13日爆炸，发生爆炸的车间距离松花江只约数百米，导致松花江哈尔滨区段水体受到上游来水的污染，市政府因此决定市区停止供水，以检查和维修供水设施。,3、近期国内环境污染事件,化工污水：二甲基苯胺,松花江受污染,湘江遭遇镉污染2005年12月23日，株洲市水利投资有限公司开始对霞湾港清淤工程导流渠施工，2006年1月4日17时开始从株洲冶炼厂总废水排口处截流，水流进入映峰居委会一湖和二湖，再通过老霞湾港排入湘江。由于这两个湖长期接纳附近工厂含镉废水，并受株洲冶炼厂渣场渗入，导致两湖镉含量严重超标。,母亲河污染状况,水体污染之母亲河受到柴油污染河南省人民政府发布黄河污染预警，1月5日上午10时左右，河南省巩义市第二电厂储油罐发生泄漏事故，有6吨左右柴油进入黄河支流伊洛河。山东沿黄63个取水口因黄河污染暂停取水,工业废水：铅污染和砷污染,广西镉污染事件,广西龙江河2012年1月15日出现重金属镉含量超标2011年7月3日福建紫金矿业紫金山铜矿湿法厂发生铜酸水渗漏事故，事故造成汀江部分水域严重污染，矿方瞒报事故9天。,紫金矿业污染事件,云南曲靖铬渣污染事件,2011年8月13日云南省曲靖市“云南省陆良化工实业有限公司剧毒工业废料铬渣非法倾倒致污。,我们几十年经历了发达国家上百年的发展阶段。,PTSs引起污染事件,持久性有毒污染物（PersistentToxicSubstances，PTS）：是指一类具有很强的毒性，在环境中难降解，可远距离传输，并随食物链在动物和人体中累积、放大，具有内分泌干扰特性的污染物，包括POPs（PersistentOrganicPollutants）和某些重金属污染物。PTS与臭氧层破坏和温室效应并称为21世纪影响人类生存与健康的三大环境问题。由于PTS对人体健康和环境的长期影响，目前已经受到各国环境保护组织，各国政府和全世界环境科学家的关注，成为国际环境科学研究的十分热门的研究领域。,环境领域研究的重要环境问题,全球气候变化、酸沉降与温室气体室内空气质量水体富营养化、赤潮和藻毒素污染土壤和地下水污染持久性有机污染物和环境内分泌干扰物重金属和类金属污染食品安全及生态安全,二、环境化学,1、概念：研究化学物质（污染物）在环境中的分布、存在形式、迁移、转化、归属及其效应和控制。是化学科学的一个新的重要分支，也是环境科学的核心组成部分。是研究在人类活动的影响下，环境质量变化的规律以及环境保护与改善的科学。2、研究环境化学目标：,（1）查明有害物在环境介质中浓度水平和形态分布(介质存在)；（2）查明有害物的迁移转化和归宿(环境行为)；（3）查明有害物对生态和人体作用的途径、方式、程度和风险(环境效应)；（4）探索有害物已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径(环境控制)。,3、环境化学的特征（1）以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；（2）研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。（3）物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10-12,(1)环境化学是环境科学的核心学科。(2)揭示全球环境问题产生的本质。(3)揭示局部环境问题的症结。(4)可为环境污染的控制提供新型论、新方法。,4、环境化学在环境科学中的地位与作用,3、环境化学的任务、对象、手段与内容,任务,内容,解决化学物质引起的环境问题,有害化学物质的存在状态与化学特性,对象,化学物质引起的环境问题,控制原理与方法,化学行为与效应,1970年以前为孕育阶段70年代为形成阶段80年代以后为发展阶段,4、环境化学的发展,孕育阶段(1970年以前),1950年代开始，1960年代的酝酿和准备。针对早期的污染控制工作和污染防治工作，结合化学的理论，提出一些基本观点。,2019/12/12,89,可编辑,有关燃煤引起污染早在17世纪1661年英国人伊夫林就写了驱逐烟气一书献给英王查理二世。该书已指出空气污染的危害，并提出了一些防治对策。二次大战以后至60年代，发达国家经济从恢复逐步走向高速发展，由于当时只注意经济的发展而忽视了环境保护，污染环境和危害人体健康的事件接连发生，事实促使人们开始研究和寻找污染控制途径，力求人与自然的协调发展。60年代初，由于当时有机氯农药污染的发现，农药中环境残留行为的研究就已经开始。这个阶段是环境化学的孕育阶段。,形成阶段(70年代),最早是一门化学分支学科，由如湖泊学、生态学、生物地球化学等方面学者提出。如农药对水生生物影响，湖泊富营养化，环境中元素地理分布等。,发展阶段(80年代以后),目前，出现一些新的趋势。,1972年在瑞典斯德歌尔摩召开了联合国人类环境会议，成立了联合国环境规划署，确立了一系列研究计划，相继建立了全球环境监测系统(GEMS)和国际潜在有毒化学品登记机构(IRPTC)，并促进各国建立相应的环境保护结构和学术研究结构。,到了70年代，国际科联1969年成立了环境问题专门委员会(SCOPE)，1971年出版了第一部专著全球环境监测，随后，陆续出版了一系列与化学有关的专著，这些专著在70年代环境化学研究和发展中起了重要作用。,主要元素，尤其生命必需元素循环研究（O、C、N、S、P）化学品安全评价（生态风险、健康风险）全球变化研究（臭氧空洞、全球变暖）污染控制化学研究（应用于工程领域，清洁生产、循环经济、绿色化学）,1989年国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）制订了“化学与环境”研究计划，开展了空气、水、土壤、生物和食品中化学品测定分析等六个专题的研究。1991年和1993年在我国北京召开的亚洲化学大会和IUPAC会议上，环境化学均是重要议题之一。1992年巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议(UNCED)，国际科联组织了数十个学科的国际学术机构开展环境问题研究。1995年诺贝尔化学奖第一次授予三位环境化学家Crutzen（克鲁岑）,Rowland（罗兰）和Molina（莫利纳），他们首先提出平流层臭氧破坏的化学机制。,1、1997年在日本京都召开的气候框架公约第三次缔约方大会上通过的国际性公约，为各国的二氧化碳排放量规定了标准，即：在2008年至2012年间，全球主要工业国家的工业二氧化碳排放量比1990年的排放量平均要低5.2。2、2009年哥本哈根气候大会3、2010年坎昆世界气候大会4、2011年德班世界气候大会,我国的环境化学研究也已经有了20多年的历史，自70年代起，在典型地区环境质量评价，环境容量和环境背景值调查，污染源普查，围绕工业“三废”污染，在大气、水体、土壤中环境污染物的表征、迁移转化规律，生物效应以及控制等方面进行了大量的工作。近年来，完成了一批攻关课题和重大基金项目等国家任务。“八五”和“九五”期间，在有毒污染物环境化学行为和生态毒理效应、水体颗粒物和环境工程技术、大气化学和光化学反应动力学、对流层臭氧化学、区域酸雨的形成和控制、天然有机物环境地球化学、有毒有机物结构效应关系、废水无害化和资源化原理与途径等方面的工作分别得到了国家自然科学基金、国家科技攻关、中国科学院重大重点等项目的支持。在酸雨测量技术、形成机制、物理化学特征、高空云雨化学、大气酸性污染物来源和沉降过程等方面取得重要成果，在天然源研究、区域酸沉降模式和酸雨成因、能源与环境协调规划、酸雨区域综合防治和临界负荷的研究方法等方面达到国际先进水平，获国家科技进步一等奖。,随着国家对环境污染问题的重视和公众环境保护意识的提高，跨世纪的环境化学任重道远。无论是控制或防治环境污染和生态恶化，还是从改善环境质量、保护人体健康、促进国民经济的持续发展等各个方面，环境化学都可以发挥重要作用。在环境监测，大气复合污染的化学机制、污染评价与防止对策，水体中复合污染及土壤多介质污染机制研究，有毒化学品生态效应及危险性评价，内分泌干扰物质的筛选，污染控制原理，环境修复技术等诸多领域，环境分析化学，大气、水体和土壤环境化学，污染生态化学，污染控制化学等分支学科都面临着挑战和良好的发展机遇。,环境污染化学：研究化学污染物在环境中的变化，包括迁移、转化过程中的化学行为、反应机理、积累和归宿等方面的规律。（圈层）,环境污染图,5、环境化学主要的研究领域：,环境分析化学和环境监测,污染物的生物效应。综合运用化学、生物、医学三个方面的理论和方法，研究化学污染物造成的生物效应，如，致畸、致突变、致癌的生物化学机理，化学物质的结构与毒性的相关性，多种污染物毒性的协同和拮抗作用的化学机理，污染物食物链作用的生物化学过程等。事例：中国潜藏“生态环境地质病”危机50年内中国将出现新的癌症村？（中国青年报）,近日，中国地质科学院地质研究所研究员林景星忧心忡忡地告诉记者，目前，我国“生态环境地质病”的态势十分严峻，若不采取行动，后果将很严重。2001年年底，林景星自费赶赴“癌症村”的所在地一陕西省华县瓜坡镇龙岭村。龙岭村距华县县城约8公里，位于,秦岭北坡一个形似龙背的山峁上的小村庄。很难想象，这样一个山青水秀的小村庄却一直被笼罩在“癌症”阴霾之下。据中国地质科学院地质研究所的调查统计，在该村30户人家、154人中，自1974年村上发现第一例食道癌患者，到2001年全村共死亡59人，其中死于癌症的36人，占全部死亡人数的61%，死于心脑血管病和肺病的22人，仅1人属于自然死亡，全村30户人家中只有4户未出现过癌症患者。,调查结果让人震惊：作为村里人主食的面粉中，铅的含量超出国家标准1.6倍，属于重污染；铬超出国家标准2.98倍，属于严重污染。芹菜中镉、铅、汞、砷、铬全都超标，其中汞高出国家标准16倍，铅高出国家标准83.5倍，属于特级污染。中药柴胡中镉、铅、汞、砷、铬全都超标，其中铅高出国家标准91.5倍。豆角叶中铅高出国家标准191倍。核桃中铬高出国家标准2.9倍。油菜籽中铅高出国家标准75倍。耕植地、非耕植地以及室内用地，都受到了铅、铬、砷、铜、锌、镍等元素不同程度的污染。此外，村里所有人的头发已经受到铅、砷、锰、铁、磷的严重污染。,4.环境化学的发展方向,国际：重视元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化学讯及其相互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等。20世纪末，美国化学家提出了“环境良性化学”。国内（优先考虑与环境化学有关的环境问题）：以有机物污染为主的水质污染；以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。今后一段时期的环保工作重点包括环境污染防治和自然生态保护2方面。,环境良性化学（environmentalbenignchemistry）是以创造无污染生产过程和产品为目的化学。例如设计无铅儿童用品。,何谓环境良性化学？,5、各圈层环境化学的发展方向。大气环境化学方面：研究对象：大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧损耗及全球气候变暖等；空间尺度：从小到大（从室内空气、城市、区域环境、远距离乃至全球）；化学过程：大气光化学过程、大气自由基反应；模式研究：光化学烟雾和酸雨的形成机制研究。,水环境化学方面：研究对象：有毒有害物质（固体废物填埋引起的）污染地下水的研究；重点研究对象：重金属（含准金属）及持久性有毒有机污染物；研究过程：天然水体污染过程和废水净化过程研究；水体界面化学研究、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程、金属和准金属甲基化等方面的研究。土壤环境化学：有机物污染物（如农药）在土壤中的吸附、降解过程机制，土壤环境复合污染问题，以及污染土壤修复的化学基础等。,6、污染控制化学的发展方向。从末端污染控制模式转向全过程控制模式，提倡污染预防（pollutionprevention），清洁生产（cleanerproduction），循环经济（circulareconomy）和绿色化学（greenchemistry）。,即指通过改变产品设计和生产工艺路线，使不生成有害的中间产物和副产品，实现废物或排放物的内部循环，达到污染物最小量化并节约资源和能源的目的，减小它们对人类和环境的危害。也就是政府和学术界提倡的“清洁生产”和“循环经济”模式。,何谓全过程控制模式？,时间：1991年，美国环保局阿纳斯塔斯Anastas博士首先提出绿色化学名词的创意。此后发展很快。绿色化学（greenchemistry）亦称可持续的化学（sustainablechemistry）。它是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。例如：开发氯氟烃类化合物（常用作冰箱和空调的制冷剂）的代替品，目前已经开发的代替品有氢氯氟烃HCFCs和含氢氟代烷HCFs，排放到大气中后，即可通过与大气中的活性物种进行反应而得到去除，减小对臭氧层的破坏。,何谓绿色化学？,五、环境意识,随着人类社会社会经济的发展，生产力的提高，人口数量也迅速增长，人口增长有反过来要求生产力进一步提高，如此循环，直至现代，环境问题发展到十分尖锐的地步。1、在1972年联合国人类环境会议上通过人类环境宣言2、环境质量学说3、1992年联合国环法大会后，可持续发展思想风靡一时。,环境问题的认识过程,1972年,包含生态破坏，与社会因素相联系,20世纪80年代,提出解决环境问题的根本途径可持续发展战略,20世纪90年代,可持续发展战略得到国际认同,何谓可持续发展？,环境意识,可持续发展是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力。换句话说，就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。,可持续发展的定义,决不能吃祖宗饭，断子孙路！江泽民,环境意识,可持续发展意识的主要特征有以下几个方面,（一）综合思维它把人类、社会、自然环境和经济作为一个有机整体，统一考虑，注重协调约束各自的行为，以达到动态的发展平衡。这种思维方式表现在社会发展战略的选择上，就是要综合决策。（二）价值观可持续发展的价值评定不仅仅以人类为标准，也以更深层次的人类自然整体为尺度；不仅以人类利益为目标，也以人类和自然的和谐发展为目标。在价值观念上，既承认自然界对于人类的各种价值，也承认自然界自身存在的价值，以及生命和自然界可持续生存的价值。,（三）经济观经济增长是生产产值的提高，它并不等同于经济发展。不能以损害和牺牲环境的方式去追求经济增长。经济发展中应当寻求集约型的发展模式，生产过程中应当采用清洁生产技术。经济发展的目的，是在人类、社会和环境系统相互协调的前提下，提高人类的生活质量。（四）道德观可持续发展要求人们具有高度的文化水平和道德水平，明白自身活动对于自然、人类社会生存和发展的长远影响和后果，认识自己对社会和子孙后代的崇高责任，并能自觉地为社会的长远利益而牺牲一些眼前利益和局部利益。人们应当改变超前消费、炫耀富裕、过分追求物质利益、以牺牲环境来换取高额利润的各种不道德行为。,六、环境污染物,1、环境污染物定义：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。大部分污染物是人类生产和生活活动产生的。2、环境污染物分类：,按受污染物影响的环境要素：大气污染物、水体污染物、土壤污染物；按污染物的形态：气体污染物、液体污染物、固体污染物；按污染物的性质：化学污染物、物理污染物和生物污染物；按污染物在环境中物理、化学性状的变化：一次污染物（原生污染物）、二次污染物（次生污染物）。,(1)元素:Cr,Hg,As,Pb,Cl(2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃(4)金属有机和准金属有机化合物:四乙基铅、三丁基锡(5)含氧有机化合物:环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等(6)有机氮化合物:胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）(7)有机卤化物:氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚(8)有机硫化合物:硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯(9)有机磷化合物:有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯,按化学组分（九类）,3、优先控制污染物（黑名单）,概念:基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在环境中出现的概率等因素,从多种有机物中筛选出的需要优先控制的物质美国从7万余种有机物中筛选出65类，129种优先控制污染物。欧共体于1975年提出有毒化合物的“黑名单”和“灰名单”。,中国优先控制“黑名单”：共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，包括10种卤代(烷、烯)烃类，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯。6种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈和2种亚硝胺。,1、二氯甲烷2、三氯甲烷3、四氯化碳4、1，2-二氯乙烷5、1，1，1-三氯乙烷6、1，1，2-三氯乙烷7、1，1，2，2-四氯乙烷8、三氯乙烯9、四氯乙烯10、三溴甲烷11、苯12、甲苯13、乙苯14、邻二甲苯15、间-二甲苯16、对-二甲苯17、氯苯18、邻-二氯苯19、对-二氯苯20、六氯苯,21、多氯联苯22、苯酚23、间-甲酚24、2，4二氯酚25、2，4，6-三氯酚26、五氯酚27、对-硝基酚28、硝基苯29、对-硝基甲苯30、2，4-二硝基甲苯31、三硝基甲苯32、对硝基氯苯33、2，4-二硝基氯苯34、苯胺35、二硝基苯胺36、对硝基苯胺37、2，6-二氯硝基苯胺38、萘39、荧蒽,40、苯并b荧蒽41、苯并K荧蒽42、苯并k芘43、茚并1，2，3-cd芘44、苯并ghi芘45、酞酸二甲脂46、酞酸二丁脂47、酞酸二辛脂48、六六六49、滴滴涕50、满滴畏51、乐果52、对硫磷53、甲基对硫磷54、除草谜55、敌百虫56、丙烯腈57、N-亚硝基二丙胺58、N-亚硝基二正丙胺,中国优先控制的有毒有机化合物黑名单,七、环境效应,1、定义：自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。2、一般按环境变化的性质划分，可分为：,由物理作用引起的环境效应，比如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。,在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染。,环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果。如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径并影响它们的繁殖、大量工业废水排放对水生生物的毒性效应。,第三节环境的发生和演变一、大气圈的形成1、大约在60108以前，地球是一团没有凝聚在一起的星云状气尘物质。2、星云物质逐渐凝聚成地球时，由于当时地球还不太大，小部分气体物质被保留在地表上空，构成原始大气的一部分3、原始的层次不明显的地球胎重力分异逐渐形成现在的地壳,4、地球已有巨大的质量，以其强大的引力把在地壳内部的挥发性气体物质吸留在地球周围，形成了原始的大气圈。5、大气中的游离氧是在高等植物出现后才逐渐积累起来的。随着植物的进化、繁衍大气中的氧，浓度迅速上升，最终趋于现代浓度水平。6、由于大自然的放电现象、太阳辐射和紫外线对氧的作用，在离地面20一50km外，逐渐形成了奥氧层。二、水圈的形成,1、最初地球上的水，绝大部分以岩石中结晶水的形式存在于地球内部。2、随着地球内部温度的升高，大量水蒸汽向地球外部原始大气层中蒸发。蒸腾为云，环绕于地球周围。3、云层变厚，遮住了日光对地表的直接照射，使地面温度降低。温度低到一定程度就开始下雨，雨水使地面进一步冷却。大雨连续下了几千年，形成海洋、江河和湖泊，由此产生了水田。待雨过天晴，日光重新照射到地表。这时液态的水和日光提供的能源，为生物的产生提供了必要的条件。,三、土壤-岩石圈的形成1、又最原始的岩石圈（宇宙尘埃物质凝聚起来）重力分异逐渐趋向于复杂化。2、大气圈、水圈出现后，地表开始风化，出现疏松风化产物。3、大气中氧气出现后，改变了地球化学过程和岩石圈成分。4、陆上植物的出现，产生了土壤层。土壤是植物和岩石相互作用的产物。土壤的形成，使易于淋湿的养分在地表富集起来，从而保证了生物圈的发展和繁荣。,四、生物圈的形成1、原始大气圈和原始水圈在地球上出现时地球环境还是一个没有生命的世界。2、在地球上有水圈出现之后，由于水流冲击把岩石颗粒、碎块和一些可溶性物质夹带着流入海洋，在放电和太阳辐射作用下，这些化学物质开始构成复杂的分子。由简单无机分子合成简单有机化合物，成为生命发生的最基本材料。经过由小分子到大分子，由大分子到多分子体系的漫长历程，最后演化为原始生命。,3、最早生命是厌氧的异养性原始菌类。（缺氧、强烈紫外线）生活在水下510m。4、原始海洋供应养料有限，在3020108出现自养生物，通过光合作用制造有机质，放出氧气，逐步改变大气成分。5、大约1516108出现真核细胞生物，出现较高级多细胞生物。6、大约6108大气氧浓度逐步增加，臭氧层逐步形成，生命开始由海洋深处发展到水体表面，生物由低级向高级进化。7、42000万年志留纪出现陆生蕨类植物并迅速发展，大气中氧趋向于现代水平。动物由水生向陆生，从无脊椎向脊椎动物发展，生物圈基本形成。,8、在大约300104年现代地表基本形成，被子植物和草本植物特别是营养丰富的禾本植物和豆科植物繁殖，使哺乳类动物较大发展。9、进入第四纪出现人类，现代环境基本形成。人类逐步成为生物圈中最活跃的因素和主体。,第四节环境中的物质循环与能量流动,一、水循环,1、自然界中水的储量巨大，发布广泛。,2、水在自然界中循环，其量是非常大。,3、水循环的示意图,4、水循环受到气象条件和地理条件自然因素的影响外，人类活动也能不断改变原自然环境，而影响水循环的过程。5、人类活动影响主要表现在：大气污染影响降水的质和量。地面的改变影响了水的径流。地下水位下降。水污染。水的再分布。,1、碳是构成有机物质的核心元素，也是构成岩石和矿物燃料（煤、石油、天然气)的主要成分。它在自然界中的分布：,二、碳循环,1、生物圈中碳的循环是从植物的光合作用，固定大气中的二氧化碳开始的。2、循环的途径有三：一、陆地生物与大气之间的碳循环。二、海洋生物与大气中的碳交换。三、化学燃料燃烧参与的碳循环。3、碳循环图,4、随着科学技术的进步人类开采利用化石燃料工业的发展，大气中二氧化碳的含量正在增多。,1、氮在环境中含量大而且变动量小的三种存在形式是：大气中的氮气(N2)，海水中的溶解氮，沉积物中的有机氮。其余形式的氮则处于不断地复杂变化、流动和交换中。2、氮的主要储存库是大气，大气中氮的含量约占大气总体积的79。而地表及底土只合有0.03的氮。土墩中的氮主要存在于腐殖质中，其中98为有机氮。海水中氮的含量只有百万分几。,三、氮循环,3、大气中的分子态氮，不能被绝大多数生物直接利用，必须通过固氮作用，将游离氮转变为铵态或硝态氮之后才能被植物吸收。4、大气中的氮的固定的方式有三：生物固氮。具有固氮酶的特殊微生物类群，每年可达5000-6000104t。自然界的高能固氮。每年约有760104t。工业固氮。,5、氮循环示意图,1、氧在自然界中有巨大的含量以及其特有的化学活泼性，在自然界中无处不在。2、以游离态或化合态形式存在，在自然界的循环非常复杂。3、大多数物质循环中都包含了氧，也表现了氧循环的一部分。4、简单的说，植物的光合作用却大量吸收二氧化碳,释放氧气,动植物的呼吸作用及人类活动中的燃烧消耗氧气,产生二氧化碳，如此构成了生物圈的氧循环。,四、氧循环,五、其他循环1、硫循环自然界中硫的最大储存库在岩石圈。硫在水圈中的储存量也较大，在海水中含134801020克，在极地冰帽、冰山和陆地冰川中含2781020克，但在地下水、地面水、土壤圈、大气圈中含量均较小。陆地和海洋中的硫通过有机物分解释、火山喷发、矿物燃烧等以H2S、SO2气体或可溶硫酸盐等过程使硫变成可移动的简单化合物进入大气、水或土壤中。人类生产活动干预了硫的自然循环造成了污染。,2、磷循环六、物质循环与能量流动1、环境中的物质循环和能量交换是一个普遍现象，也是生态系统生存、发展并维持平衡的必要条件，自然环境和生物体之间的这种物质和能量的交换，通常被称为生物地球化学循环，这是生物与环境协同进化的动力。,1、植物光合作用产生的葡萄糖2、动物的呼吸作用与植物的光合