第二十二章合成高分子化合物

1、第五章化学与环境保护教学目的:掌握环境质量评价的内容以及环境质量的分级；掌握对废气、废水和废渣进行处理的方法；熟悉催化作用及其催化理论；了解绿色工艺的设计相关知识及认识发 展绿色工艺设计的前景。教学重点:废气、废水和废渣进行处理的方法。教学难点：废水的处理方法：化学还原法、化学氧化法第一节环境质量评价的一般要求一、环境质量评价1. 环境质量评价的内容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、环境对人体健康与生态系统的影响评价和环境经济学的评价等。2. 环境质量的分级环境质量的分级是以环境质量指数来表示的。 这是一种数学模型，不同国家、 不同地区，不同部门采用的计算方法不

2、尽相同。 评价对象和评价方法不同，数学 模型也不同。常用的一种表示方法为环境质量指数 E(或EQI，即Environment Quality Index)的表述是式中G为i污染物的评价标准，C为i污染物的实际测得浓度，n为受监测 的污染物种类数。C/Cs实际上是污染物的超标率。这是一种比值法评价。显然E 值愈大，污染就愈严重。如对水质进行评价时，水质标准可有三种：人体直接接触的（如饮用水）水质 标准；人体间接接触的（如农田用水）水质标准；人体不接触的（如工业用水）水质 标准。若需要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E值叠 加的方法，求得环境质量综合指数：E综合=E 地面水

3、 +E 地下水+E大气+E 土壤二、环境质量监测环境质量监测是环境质量评价（分级）的基础，首先要根据被测对象和评价目 标确定监测项目。如对水体质量进行评价时一般需要测定的项目有三类：无机物，包括硝酸盐、铵态氮、磷酸盐、氯化物、水中总固体浓度、硬度、pH值等；有机物，包括生化需氧量、化学耗氧量、有机酸、氰化物、洗涤剂等的含量；重金属， 铬、镉、铅、汞、砷等含量。此外还有色度、臭度、透明度、温度、放射性物质 浓度、细菌总数、藻类含量及水文条件等许多项目供各种评价目标选择。常规的大气环境质量评价中受监测的污染物种类一般有 5种：颗粒飘尘 （PM）, SQ, NO, CQ氧化剂（以O为代表）。测定目标

4、确定后，通过具体监测， 将各污染物的实际测得值和标准值代入公式进行计算，并根据E值大小，将大气环境质量分为6个级别，见下表。级别环境质量指数E污染程度I0 0.01清洁n0.010.1微污染m0.11轻污染IV14.5中度污染V4.510较重污染> 10严重污染第二节 环境质量监测的主要手段一、环境分析的主要特点环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进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学， 是环境化学的 一个重要分支学科，也是环境科学和环境保护的重要基础学科。环境分析的主要特点如下：（1） 研究领域广、对象复杂。 要针对各种污染源 （ 工业

5、、农业、交通、生活等 ） 和各类环境要素 （ 大气、水体、土壤、动物、植物、食品及人体组织等生物材料 ） 中成千上万种的化学物质进行定性或定量的测定。 被测组分含量低，特别是环境背景值含量极微 （io-6gio-12g）。对含量极 微的组分进行分析， 通常采用微量分析或超微量分析的方法， 并需要采用高灵敏 度的分析技术。（3）样品组成复杂，不仅测定元素的总量，还要做形态分析。（4）样品稳定性差。有些污染物在环境介质中可能发生溶解、沉淀、吸附、 氧化、还原、光解、水解、生物降解等变化，因此样品的采集时间、地点、气象 条件的影响、贮存条件 （容器性质、温度、避光条件 ）等会影响样品的组成和浓度。

6、这需要在现场进行连续的动态分析， 要求仪器和方法测定速度快， 自动化程度尽 可能高。第三节 三废处理一、废气的处理通过下列措施防止或减少污染物的排放。 改革能源结构， 积极开发无污染能源 （ 太阳能、地热能、海洋能、风能等 ） ， 或采用相对低污染能源 （ 天然气、沼气等 ） ； 改进燃煤技术和能源供应办法， 逐步采取区域采暖、 集中供热的方法， 这 样既能提高燃烧效率，又能降低有害气体排放量； 采用无污染或低污染的工业生产工艺； 及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣，减少地面扬尘； 加强企业管理，注意节约能源和开展资源综合利用，并要减少事故性排放 和逸散； 植树造林，这是治理大气污染、绿化

7、环境的重要途径。即使采取上述措施，仍会有污染物排入大气，因此，对各种污染源要进行治 理，控制其排放浓度和排放总量，使其不致超过该地区的环境容量。二、废水的处理1. 废水的处理方法排污水及工业废水可利用多种分离和转化进行无害化处理，其基本方法可分 为物理法、化学法、物理化学法和生物法。各种方法的简要基本原理和单元技术列入表 5-1。表5-1污水处理方法分类基本方法基本原理单元技术物理法物理或机械的分离过程过滤，沉淀，离心分离，上浮等化学法加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程中和，氧化，还原，分解，混凝，化学沉淀等物理化学法物理化学的分离过程汽提，吹脱，吸附，萃取，离子交换，电解电渗

8、析，反渗透等生物法微生物在污水中对有机物进行氧化，分解的新陈代谢过程活性污泥，生物滤池，生物转盘，氧化塘，厌气消化等废水按水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度。 废水处理程度可分为 一级、二级和三级处理。一级处理由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成， 主要是用以除去废 水中大部分粒径在0.1mm以上的大颗粒物质（固体悬浮物），且减轻废水的腐化程 度。经一级处理后的废水一般还达不到排放标准， 故通常作为预处理阶段，以减 轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。二级处理是采用生物处理方法（又称微生物法）及某些化学法，用以去除水中 的可降解有机物和部分胶体污染物。二级处理中采用的化学法主要是化学

9、絮凝法 （或称混凝法）。废水中的某些污 染物常以细小悬浮颗粒或胶体颗粒的形式存在，很难用自然沉降法除去。向废水 中投加凝聚剂（混凝剂），使细小悬浮颗粒的胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉 淀，与水分离。常用的凝聚剂有硫酸铝（Al 2（SO）3），明矶（硫酸铝钾），硫酸亚 铁（FeSO），硫酸铁（Fe2（SO4）3），三氯化铁（FeCl 3）等无机凝聚剂和多种有机聚合物 （高分子）凝聚剂。三级处理可采用化学法（化学沉淀法、氧化还原法等）、物理化学法（吸附、 离子交换、萃取、电渗析、反渗透法等），这是以除去某些特定污染的一种“深 度处理”方法。化学法就是通过化学反应改变废水中污染物的化学性质或物理性

10、质，使之发生化学或物理状态的变化，进而将其从水中除去化学沉淀法处理废水，一般有投药、混合、反应、沉淀等过程。其工艺流程如图5-1所示（混育 一* 匚预备进水药剌制备I沉淀物排除甌反应沉淀部分回流蕪ffi-1化学沂淀法工艺疣程示意图2. 化学氧化法化学氧化法常用来处理工业废水， 特别适宜处理难以生物降解的有机物， 如 大部分农药、染料、酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物质。常用的氧化剂有 氯类（液态氯、次氯酸钠、漂白粉等）和氧类（空气、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾 等）。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。氯氧化法处理含氰废水是废水处理的一

11、个典型实例。 在碱性条件下（pH=8.511），液氯可将氰化物氧化成氰酸盐：氰酸盐的毒性仅为氰化物的千分之一。 若投加过量氧化剂，可将氰酸盐进一 步氧化为二氧化碳和氮：2CNG4OH+3CL2COT +N T +6C+2HO使水质得以进一步净化。2.化学还原法化学还原法主要用于处理含有汞、铬等重金属离子的废水。例如用废铁屑、废铜屑、废锌粒等较汞活泼的金属作还原剂处理含汞废水，将上述金属放在过滤装置中，当废水流过金属滤层时，废水中的Hg+即被还原为金属汞：Fe(Zn, Cu)+HgJFe2+(Zn2+，CU+)+Hg J生成的铁(锌、铜)汞渣经焙烧炉加热，可以回收金属汞。对于含铬废水，可先用硫酸

12、酸化(pH=34)，然后加入5%10%的硫酸亚 铁，使废水中的六价铬还原为三价铬：6F 尹+14H J6F 产 +2C严 +7HaO然后再加入石灰，降低酸度，调至 pH为89,三价铬离子形成难溶于水的 氢氧化铬沉淀，即自然沉降而与水分离。2Cr3+3Ca(OH) 2Cr(OH)3+3Ca+物理化学处理法 是指运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。 常用的有吹脱、吸附、萃取、离子交换、电解等方法，有时也归类于化学方法。 常用化学方法处理废水的原理和处理对象见表 5-2。表5-2常用处理废水的化学方法方法原理设备及原材料处理对象向胶状浑浊液混凝剂有硫酸铝，明含油废水，染色废混中投加电解质，

13、凝聚矶，聚合氯化铝，硫酸亚水，煤气站废水，洗毛凝水中胶状物质，使之铁，三氯化铁等废水等和水分开中酸碱中和，pH石灰，石灰石，白云硫酸厂废水用石和达中性石等中和酸性废水，CO中灰中和，印染废水等和碱性废水投加氧化（或还氧化剂有空气（02），含酚，氰化物，硫,氧原）剂，将废水中物质漂白铬，汞废水，印染，医化还原氧化（或还原）为无害粉，氯气，臭氧等院废水等物质电在废水中插入电源，电极板等含铬含氰（电镀）解电极板，通电后，废废水，毛纺废水水中带电离子变为中性原子将不溶于水的萃取剂：醋酸丁酯，含酚废水等溶剂投入废水中，使苯，N-503等设备有脉冲筛萃废水中的溶质溶于此板塔，离心萃取机等取溶剂中，然后利用

14、溶剂与水的相对密度差，将溶剂分离岀来将废水通过固吸附剂有活性炭，煤染色、颜料废水，吸体吸附剂，使废水中渣，还可吸附酚，汞，铬，附（包含溶解的有机或无机物土壤等吸附塔，再生氰以及除色，臭，味等离子交吸附在吸附剂上，通装置用于深度处理换）过的废水得到处理三、废渣的处理1. 当前全球垃圾资源开发处理现状主要特点发达国家垃圾资源开发处理量远高于发展中国家；垃圾处理技术在发达国家以卫生填埋为主，而在发展中国家以堆肥为主； 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。2. 垃圾的回收对垃圾的回收包括材料和能源的回收。其中材料回收主要是根据垃圾的物理 性能，研究

15、和发展机械化、自动化分选垃圾技术。分选发酵法，其处理工艺路线如图 5-2所示。气疣分庭城市生活垃圾沼气回收回收复含肥（自学）煤的气化、煤的焦化和煤的液化。第四节绿色工艺的设计无污染或低排放的“绿色”新工艺综合考虑对原料的选取、能量的耗损、以 及废料的环境商值EQ等，探索新的合成工艺。E-因子定义为每生产1kg期望产品的同时产生的废物的量， 即E-因子二废料质量/产品质量。表5-3列出了不同生产部门生产中环境所能接受的E-因子的大小。门工业部产品/吨E-因子炼油166 1080.1工基本化104 106< 1 5工精细化102 1045 50制药101 10325 100从表中可看到，精细化工（如染料）和制药工业的E-因子较大，主要废料是 在纯化产品的反应过程中产生的无机盐。一般合成步骤多，废料就多。因此，减 少合成步骤、无机盐的形成，可减少废料向环境的排放。环境商值EQ是综合考虑废物的排放量和废物在环境中的毒性行为，用以评 价各种合成方法相对于环境的好坏