第5章化学与环境保护

1、太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.1 环境质量评价的一般要求环境质量评价的一般要求 环境质量评价的内容包括污染源评价、污染环境质量评价的内容包括污染源评价、污染 状况评价、环境自净能力评价、环境对人体健康状况评价、环境自净能力评价、环境对人体健康 与生态系统的影响评价和经济学的评价等。与生态系

2、统的影响评价和经济学的评价等。 环境质量的分级以环境质量指数来表示，它环境质量的分级以环境质量指数来表示，它 是一种数学模型。是一种数学模型。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 环境质量指数：环境质量指数： 1 / n iis i ECC Cis为为i污染物的评价标准，污染物的评价标准，Ci为为i污染物的实际测得浓度，污染物的实际测得浓度， n为受监测的污染物种类数，为受监测的污染物种类数，Ci/Cis为污染物的超标率为污染物的超标率。E越大，越大， 污染就愈严重。污染就愈严重。 污染物评价标准污染物评价标准Cis一

3、般以国家规定的环境标准或污染物一般以国家规定的环境标准或污染物 在环境中的本底值为依据。在环境中的本底值为依据。本底值本底值指环境在未受污染情况下，指环境在未受污染情况下， 化学元素的正常含量。对评价对象不同，化学元素的正常含量。对评价对象不同， Cis可以不同。可以不同。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 若需对某个区域进行整体环境质量的综合评价，可采若需对某个区域进行整体环境质量的综合评价，可采 用将各个单项用将各个单项E值叠加的方法，求得环境质量综合指数。值叠加的方法，求得环境质量综合指数。 E综合 综合 =

4、E地面水地面水 + E地下水地下水 + E大气大气 + E土壤土壤 环境质量监测是环境质量评价的基础，首先要根据被环境质量监测是环境质量评价的基础，首先要根据被 测对象和评价目标确定监测项目。测对象和评价目标确定监测项目。 常规的大气环境质量评价中受监测的污染物种类一般常规的大气环境质量评价中受监测的污染物种类一般 有有5种：种：颗粒飘尘颗粒飘尘、SOx、NOx、CO和和氧化剂氧化剂。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 根据根据E值大小，可将大气环境质量分为值大小，可将大气环境质量分为6个级别。个级别。 级级 别别

5、环境质量指数环境质量指数E污染程度污染程度 清清 洁洁 微污染微污染 轻污染轻污染 中度污染中度污染 较重污染较重污染 严重污染严重污染 0 0.01 0.01 0.1 0.1 1 1 4.5 4.5 10 10 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.2 环境质量监测的主要手段环境质量监测的主要手段 环境分析化学环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进的是研究如何运用现代科学理论和先进的 实验技术来鉴别和测定环境污染物及有关物种的种类、成实验技术来鉴别和测定环境污染物及有关物种的种类、成 分与含量以及化学形态的科

6、学。分与含量以及化学形态的科学。 特特 点点 a. 研究领域广、对象复杂。研究领域广、对象复杂。 b. 被测组分含量低，特别是环境背景值含量极微。被测组分含量低，特别是环境背景值含量极微。 对含量极微的组分进行分析，通常采用对含量极微的组分进行分析，通常采用微量分析微量分析或或超微超微 量分析量分析的方法，并需采用高灵敏度的分析技术。的方法，并需采用高灵敏度的分析技术。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 c. 样品组成复杂，不仅要测定元素的总量，还要做样品组成复杂，不仅要测定元素的总量，还要做 形态分析。形态分析。形

7、态分析形态分析是指分析某种元素物理化学形态，是指分析某种元素物理化学形态， 包括物理形态分析和化学形态分析。物理形态分析包括包括物理形态分析和化学形态分析。物理形态分析包括 区分金属的物理性质；化学形态分析是指区分各种化学区分金属的物理性质；化学形态分析是指区分各种化学 形态。不同形态的元素性质相差很大。形态。不同形态的元素性质相差很大。 d. 样品稳定性差。需要在现场做样品稳定性差。需要在现场做连续的动态分析连续的动态分析。 要求：要求：仪器和方法测定速度快，自动化程度高。仪器和方法测定速度快，自动化程度高。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal Univers

8、ity 化学与社会化学与社会 5.3 三废处理三废处理 知识点知识点 我国经济生产的特点：工业技术水平整体不高，我国经济生产的特点：工业技术水平整体不高， 但工业生产的能源和资源消耗及污染物排放量却高，但工业生产的能源和资源消耗及污染物排放量却高， 污染十分严重。污染十分严重。 中国环境保护方针是中国环境保护方针是“全面规划、合理布局、综全面规划、合理布局、综 合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、 造福人民造福人民。” 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.

9、3.1 废气的处理废气的处理 大气污染物绝大部分由化石燃料燃烧和工业生产产生。大气污染物绝大部分由化石燃料燃烧和工业生产产生。 防止和减少污染物排放的措施防止和减少污染物排放的措施 a. 改革能源结构，积极开发无污染能源。改革能源结构，积极开发无污染能源。 b. 改进燃煤技术和能源供应办法。改进燃煤技术和能源供应办法。 c. 采用无污染或低污染的工业生产工艺。采用无污染或低污染的工业生产工艺。 d. 及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣，及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣， 减少地面扬尘。减少地面扬尘。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal Universi

10、ty 化学与社会化学与社会 e. 加强企业管理，注意节约能源，减少事故性排放加强企业管理，注意节约能源，减少事故性排放 和逸散。和逸散。 f. 植树造林。这是治理大气污染和绿化环境的重要植树造林。这是治理大气污染和绿化环境的重要 途径。途径。 中华人民共和国大气污染防治法中华人民共和国大气污染防治法于于1988年年6月月 开始实行，旨在推动我国的大气污染防治工作。开始实行，旨在推动我国的大气污染防治工作。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.3.2 废水的处理废水的处理 污水厂处理污水的方法有污水厂处理污水的方法有

11、物理法物理法、化学法化学法、物理化学法物理化学法 和和生物法生物法。 废水处理程度可分为一级、二级和三级处理。废水处理程度可分为一级、二级和三级处理。 1）一级处理）一级处理 由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成。由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成。 目的：目的：除去废水中粒径在除去废水中粒径在0.1 mm以上的大颗粒物质。以上的大颗粒物质。 经一级处理后的废水，一般还达不到排放标准。经一级处理后的废水，一般还达不到排放标准。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 2）二级处理）二级处理 采用生物处理方法和某些

12、化学法。采用生物处理方法和某些化学法。 目的：目的：除去水中可降解有机物和部分胶体污染物。除去水中可降解有机物和部分胶体污染物。 生物法生物法处理废水就是利用微生物的代谢作用，使废处理废水就是利用微生物的代谢作用，使废 水中有机污染物氧化降解成无害物质的方法。化学法主水中有机污染物氧化降解成无害物质的方法。化学法主 要是要是化学絮凝法化学絮凝法向水中投入絮凝剂，使细小悬浮颗向水中投入絮凝剂，使细小悬浮颗 粒的胶体聚集成较粗大的颗粒而沉淀与水分离。粒的胶体聚集成较粗大的颗粒而沉淀与水分离。 经二级处理后的水一般可达到农田灌溉标准和废水经二级处理后的水一般可达到农田灌溉标准和废水 排放标准。排放标

13、准。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 3）三级处理）三级处理 采用化学法和物理化学法等，它是一种除去某些特采用化学法和物理化学法等，它是一种除去某些特 定污染的定污染的“深度处理深度处理”方法。方法。 化学法化学法就是通过化学反应使废水中污染物以沉淀或就是通过化学反应使废水中污染物以沉淀或 其他形式从水中除去；其他形式从水中除去；化学沉淀法化学沉淀法就是利用某些化学物就是利用某些化学物 质作沉淀剂，与废水中的污染物进行化学反应，生成难质作沉淀剂，与废水中的污染物进行化学反应，生成难 溶于水的物质沉淀析出，从而分离。

14、溶于水的物质沉淀析出，从而分离。 Cd2+ + Ca(OH)2 Cd(OH)2 + Ca2+ Hg2+ + Ca(OH)2 Hg(OH)2 + Ca2+ 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 化学平衡态特点化学平衡态特点 a. 平衡建立时反应中各物质的浓度或分压不再随时平衡建立时反应中各物质的浓度或分压不再随时 间而改变。间而改变。 b. 化学平衡是动态平衡。化学平衡是动态平衡。 c. 化学反应在一定条件下达到平衡态，可用相应的化学反应在一定条件下达到平衡态，可用相应的 平衡常数描述反应进行的限度。平衡常数描述反应进行的

15、限度。平衡常数平衡常数是化学反应的是化学反应的 一个特征常数，其数值大小一个特征常数，其数值大小与各物质的分压或浓度无关，与各物质的分压或浓度无关， 但随反应温度而变但随反应温度而变，所以在写平衡常数时，一定要注明，所以在写平衡常数时，一定要注明 温度。温度。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 Cd(OH)2 (s) Cd2+ + 2OH- Ksp = Cd2+OH-2 溶解溶解 沉淀沉淀 Cd2+、OH- 分别表示溶液中分别表示溶液中Cd2+、OH- 的平衡的平衡 浓度。浓度。 当温度一定时，难溶电解质的饱和溶液中

16、，其离子当温度一定时，难溶电解质的饱和溶液中，其离子 浓度的乘积为一常数，这个常数叫浓度的乘积为一常数，这个常数叫溶度积溶度积，它是饱和溶，它是饱和溶 液中各离子浓度幂的乘积。液中各离子浓度幂的乘积。 平衡通式：平衡通式：AmBn(s) mAn+ + nBm- Ksp = cAn+mcBm-n 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 对难溶电解质的溶解平衡，对难溶电解质的溶解平衡，Ksp越小越小，其在相同温度下，其在相同温度下 溶解度越小溶解度越小，反之反之，溶解度，溶解度越大越大。 金属硫化物的溶解度一般都比较小，因此用

17、金属硫化物的溶解度一般都比较小，因此用Na2S或或H2S 作沉淀剂能更有效地处理含重金属离子的废水。作沉淀剂能更有效地处理含重金属离子的废水。 Cd(OH)2： Ksp = 310-14； CdS： Ksp = 3.610-29。 难溶电解质平衡是一个动态平衡，改变条件可以移动平难溶电解质平衡是一个动态平衡，改变条件可以移动平 衡。在实际中，可利用衡。在实际中，可利用同离子效应同离子效应，即加入过量沉淀剂，使，即加入过量沉淀剂，使 沉淀反应趋于完全。沉淀反应趋于完全。“完全完全”并非指溶液中就不存在欲沉淀并非指溶液中就不存在欲沉淀 分离的离子，而是分离的离子，而是指溶液中该离子浓度不超过指溶液

18、中该离子浓度不超过10-5 mol . L-1。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 化学氧化法适宜处理难以生物降解的有机物。常用化学氧化法适宜处理难以生物降解的有机物。常用 的氧化剂有的氧化剂有氯类氯类和和氧类氧类。 用氯、次氯酸钠、漂白粉等可以氧化废水中的有机用氯、次氯酸钠、漂白粉等可以氧化废水中的有机 物、某些还原性无机物以及用来杀菌、除臭、脱色等。物、某些还原性无机物以及用来杀菌、除臭、脱色等。 氯氧化法处理含氰废水氯氧化法处理含氰废水 CN- + 2OH- + Cl2 CNO- + 2Cl- + H2O 2C

19、NO- + 4OH- + 3Cl2 2CO2 + N2 +6Cl- + 2H2O 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 Hg：Fe(Zn，Cu) + Hg2+ Fe2+ (Zn2+，Cu2+) + Hg Cr：6Fe2+ + Cr2O72- +14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O 2Cr3+ + 3Ca(OH)2 2Cr(OH)3 + 3Ca2+ H2O2可除去多种有毒有味化合物，如：含可除去多种有毒有味化合物，如：含S、氰、苯、氰、苯 酚等的废水；酚等的废水；KMnO4可除去可除去Mn、Fe和某些有机污染

20、物。和某些有机污染物。 化学还原法处理含化学还原法处理含Hg、Cr等重金属离子的废水。等重金属离子的废水。 物理化学法是指运用物理和化学的综合作用使废水得到物理化学法是指运用物理和化学的综合作用使废水得到 净化的方法。常用的有吸附、萃取、离子交换、电解等。净化的方法。常用的有吸附、萃取、离子交换、电解等。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.3.3 废渣的处理废渣的处理 全球垃圾资源开发处理现状特点全球垃圾资源开发处理现状特点 a. 发达国家垃圾处理量远高于发展中国家。发达国家垃圾处理量远高于发展中国家。 b. 垃

21、圾处理技术在发达国家以垃圾处理技术在发达国家以卫生填埋卫生填埋为主，在为主，在 发展中国家以发展中国家以堆肥堆肥为主。为主。 c. 垃圾资源开发处理系列化和垃圾资源综合利用多垃圾资源开发处理系列化和垃圾资源综合利用多 元化已成为全球垃圾处理和综合回收利用的新趋势。元化已成为全球垃圾处理和综合回收利用的新趋势。 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 垃圾的回收包括垃圾的回收包括材料材料和和能源的回收能源的回收。材料回收主要是。材料回收主要是 根据垃圾的物理性能，研究和发展机械化、自动化分选垃根据垃圾的物理性能，研究和发展机

22、械化、自动化分选垃 圾技术。圾技术。 垃圾作为能源的三种利用途径垃圾作为能源的三种利用途径 a. 作为辅助燃料代替低硫煤使用。作为辅助燃料代替低硫煤使用。 b. 在焚化炉内焚化，利用其热能生产蒸汽并发电。在焚化炉内焚化，利用其热能生产蒸汽并发电。 c. 高温干馏产生气体和残渣。高温干馏产生气体和残渣。优：优：可供利用的能源可供利用的能源 更多，回收的材料更多，不污染空气。更多，回收的材料更多，不污染空气。 分选发酵法分选发酵法 城市生活垃圾城市生活垃圾 破破 碎碎 气流分选气流分选 轻组分轻组分 重组分重组分 塑料塑料 回收回收纸纸 回收回收 复合肥复合肥 烘干造粒烘干造粒 滚筒筛分滚筒筛分

23、残剩动植物残剩动植物 铺路铺路 炉灰炉灰 发酵池发酵发酵池发酵 农家肥农家肥 沼气沼气 残渣残渣 残液残液 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 5.4 绿色工艺的设计绿色工艺的设计 1）E-因子因子 每生产每生产1 kg期望产品的同时，产生的废物的量。期望产品的同时，产生的废物的量。 是在综合考虑废物的排放量和在环境中的毒性行为的是在综合考虑废物的排放量和在环境中的毒性行为的 基础上，用以评价各种合成方法相对于环境好坏的量度。基础上，用以评价各种合成方法相对于环境好坏的量度。 E-因子因子= 废料质量废料质量 产品质量产品质量 2）环境商值）环境商值EQ 太原师范学院化学系太原师范学院化学系 Taiyuan Normal University 化学与社会化学与社会 E：E-因