上海大学考研环境化学

1、环 境 化 学 Whoever saves one life, Saves the entire world第一章第一章 绪绪 论论 本章从当今世界和我国面临的主要环境问题入手，介绍环境化学在环境科学和解决环境问题中的地位和作用及其任务、内容、特点、发展方向和主要环境污染物迁移转化途径。 要求同学们了解环境化学的任务，明确环境化学课程学习的目的。第一节第一节 环境问题环境问题环境问题：是指包括一切形式的环境恶化或对生环境问题：是指包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。它包括了环境污染和生物圈的一切不利影响。它包括了环境污染和生态破坏。态破坏。原生环境问题原生环境问题( 第一环境问题）

2、：由自然力引起的第一环境问题）：由自然力引起的环境问环境问 题，如火山爆发、地震、洪涝、干旱、题，如火山爆发、地震、洪涝、干旱、滑坡等引起的环境问题。滑坡等引起的环境问题。次生环境问题次生环境问题（第二环境问题）（第二环境问题）:由于人类的生产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，反和生活活动引起生态系统破坏和环境污染，反过来又危害人类自身的生存和发展的现象。过来又危害人类自身的生存和发展的现象。l 由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境素质下降，由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境素质下降，从而扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生产条件。从而扰乱和破坏生

3、态系统和人们正常的生活和生产条件。l环境污染的具体表现：环境污染的具体表现：l a、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度l b、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏l c、不可再生资源被滥采滥用、不可再生资源被滥采滥用l d、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害l造成环境污染的因素：造成环境污染的因素：l 有物理的、化学的和生物的三方面，其中由化学物质引起的约占有物理的、化学的和生物的三方面，其中由化学物质

4、引起的约占80%-90%。1）环境污染）环境污染洛杉矶光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾时间地点: 1943年，美国洛杉矶；中毒情况： 刺激眼、喉、鼻，引起眼病、 喉炎。65岁以上老人死亡400人；原因：石油工业和汽车原因：石油工业和汽车废气在紫外线作废气在紫外线作 用下产用下产生的光化学烟雾。生的光化学烟雾。到到19581958年才发现年才发现, ,这一事件由于洛杉这一事件由于洛杉矶市拥有的矶市拥有的250250万万辆汽车排气污染造辆汽车排气污染造成的。成的。世界著名的环境问题伦敦烟雾事件n时间地点： 1952年 英国伦敦n中毒情况： 胸闷胸闷、咳嗽咳嗽、喉痛和喉痛和 呕吐呕吐，5天内4000人死亡

5、，共发生12起，死亡近万人；原因：粉尘中Fe2O3使SO2转变成硫酸，附着在烟尘，吸入肺部。世界著名的环境问题水俣病事件n时间地点：1953年日本九州水俣n原因：食用含有甲基汞甲基汞的鱼。 中毒情况： 口齿口齿不清、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；世界著名的环境问题中国典型汞污染工人水俣病事件世界著名的环境问题水俣病事件世界著名的环境问题骨痛病事件骨痛病事件n时间地点： 19551972年，日本富山县；n原因：食用含镉废水灌溉的镉米镉米和含镉镉的水。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；世界著名的环境问题n 19001940

6、19802000粪便污染粪便污染重金属重金属 微微 生生 物物 污污 染染核素核素耗氧有机物耗氧有机物营养元素或生源要素营养元素或生源要素环境内分泌干扰物环境内分泌干扰物二次污染物二次污染物持久性有机物污染持久性有机物污染有机金属污染有机金属污染物物发达国家不同历史时期关注重点问发达国家不同历史时期关注重点问题题传统污染传统污染非传统污染非传统污染我们几十年经历了发达国家上百年的发展阶段。我们几十年经历了发达国家上百年的发展阶段。 PTSs引起污染事件引起污染事件n持久性毒害污染物（持久性毒害污染物（Persistent Persistent Toxic SubstancesToxic Sub

7、stances，PTSPTS）：是指一类）：是指一类具有很强的毒性，在环境中难降解，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，具有内分泌干扰人体中累积、放大，具有内分泌干扰特性的污染物，包括特性的污染物，包括POPsPOPs和某些重金和某些重金属污染物。属污染物。n持久性有毒污染物持久性有毒污染物( (PTSPTS) )与与臭氧层破坏臭氧层破坏和和温室效应温室效应并称为并称为2121世纪影响人类生世纪影响人类生存与健康的存与健康的三大环境三大环境问题。问题。n由于由于PTSPTS对对人体健康人体健康和和环境环境的长期影响，

8、的长期影响，目前已经受到各国环境保护组织，各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国政府和全世界环境科学家的关注，成为国际成为国际环境科学研究环境科学研究的十分的十分热门热门的的研究领域。研究领域。米糠油事件n时间地点： 1968年，日本九州、爱知县等23个县；n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；世界著名的环境问题原因：食用含有PCBs的米糠油。2006 年7月1 日以后投放欧盟市场的电气和电子产品不得含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚6种有害物质。两个

9、指令涉及的产品包括10大类、近20万种。二噁英污染事件二噁英污染事件n时间地点：时间地点：n19761976年，意大利年，意大利米兰米兰n中毒情况：中毒情况： 家禽大量死亡，家禽大量死亡，自然流自然流产和畸形儿增多产和畸形儿增多n原因：化工厂爆炸散发原因：化工厂爆炸散发PCDDPCDD。世界著名的环境问题香港母乳香港母乳的二恶英及类似二恶英化学物质多氯联苯（PCBs）含量，由每克脂肪含9至16.7微微克，中位数为12.9，在全球26个国家及地区中排名第17。二噁英的结构二噁英的结构 n通常所说的二噁英英实际是指二噁英英（Dioxins&Furam）物质，它们是多氯代二苯并二噁英英(PC

10、DDs)和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的总称。nPCDD 和PCDF 的分子结构分别为由2个和1个氧原子连接被氯取代的苯环。n每个苯环上可以取代(1-4)个氯原子所以共有75 个PCDD异构体和135 个PCDF 异构体。1 大气污染 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。当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题世界卫生组织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。2 臭氧层破坏n1998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倍当今人类面临的环境问题当

11、今人类面临的环境问题臭氧层耗散导致：臭氧层耗散导致：n 皮肤癌皮肤癌n 白内障白内障3 酸雨侵袭n世界各国皆有不同程度的酸雨侵袭；n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。当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题4 水体污染与水资源短缺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；当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题我国属于贫水国家，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。5 土地荒漠化全球有19.6X108hm2土地正趋于荒漠化，2.5亿人直接受害，我国风蚀

12、与荒漠化的土地面积达33X104hm2当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题土地退化导致：土地退化导致：n 沙尘暴健康危害沙尘暴健康危害 呼吸系统疾病呼吸系统疾病 沙漠肺综合症沙漠肺综合症 心血管系统疾病心血管系统疾病 患病和死亡率增加患病和死亡率增加n自然疫源性疾病自然疫源性疾病n水土流失与土壤营养物流失水土流失与土壤营养物流失n土壤酸化（酸雨）与土壤营土壤酸化（酸雨）与土壤营养物质流失养物质流失6 绿色屏障锐减n世界森林面积每年减少1986X104hm2当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题7 7 物种减少物种减少n大面积砍伐森林n过度捕猎野生动物n工业化和城市化n无控制的旅游

13、n水土气的污染n全球变暖当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题穿山甲穿山甲 Manis pentadactyla Manis pentadactyla 濒危等级：易危（E）国家重点保护野生动物名录 8 海洋污染n污水、垃圾和化工废物等直接流入海洋n海洋污染造成赤潮频繁发生当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题n近年来，我国的赤潮灾害的影响近年来，我国的赤潮灾害的影响也越来越大。我国自也越来越大。我国自19331933年年首次首次报道以来，至报道以来，至19941994年共有年共有194194次次较大规模的赤潮，其中较大规模的赤潮，其中6060年代以年代以前只有前只有4 4次，次，1

14、9901990年后则有年后则有157157起起图是太湖赤潮的遥感图像，图中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。箭头所指处为赤潮发生地带。9 固体废物污染当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题This is a very common rubbish heap of one city! 反对垃圾焚化，防止二噁英反对垃圾焚化，防止二噁英污染污染10 人口激增当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题n疾病转型疾病转型n医疗配置医疗配置n精神健康精神健康老龄化问题老龄化问题11 全球变暖n北极海冰区域大约每10年收缩9% 当今人类面临的环境问题当今人类面临的环境问题海平面上

15、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。 我国为履行国际公约所作的承诺n生物多样性公约（Convention on Biological Diversity） 是一项保护地球生物资源的国际性公约，于年月日由联合国环境规划署发起的政府间谈判委员会第七次会议在内罗毕通过，年月日，由签约国在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上签署。公约于年月日正式生效。 生物多样性公约截止年月，该公约的签字国有个。中国于年月日签署该公约，年月日批准，年月日交存加入书。

16、联合国气候变化框架公约n联合国气候变化框架公约（United Nations Framework Convention on Climate Change，简称框架公约) 是年月日联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成的公约，于年月日在巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过。 我国为履行国际公约所作的承诺 截至年月，已有个国家及地区批准或加入议定书，议定书将于年月正式生效。 保护臭氧层维也纳公约n该公约通常简称该公约通常简称“维也纳维也纳公约公约”19851985年年3 3月月2222日订于日订于维也纳，并于维也纳，并于19881988年年9 9月月2222日生效。日生效。

17、n中国于中国于19891989年年9 9月月1111日加入日加入该公约。同年该公约。同年1212月月1010日，日，该公约对中国生效。该公约对中国生效。我国为履行国际公约所作的承诺南极臭氧空洞又南极臭氧空洞又扩大扩大 面积相当面积相当4 4个澳洲个澳洲控制危害废物越境转移及其处置巴塞尔公约n巴塞尔公约的正式名称为控制危险废料越境转移及其处置巴塞尔公约，于1989年3月22日在瑞士巴塞尔通过，1992年5月正式生效，现已有近百个国家签署了这项公约。 我国为履行国际公约所作的承诺我国参与了该公约的起草和通过，并于1991年9月4日批准加入该公约。 2003年11月12日，一艘拖船将前美国海军报废油

18、轮“卡卢萨哈奇”号牵入英格兰东北部哈特尔普尔港。“卡卢萨哈奇”号是美国海军二战时使用过的油轮，已报废，被环保人士称为“鬼船”。根据一项总金额为1670万美元的合同，英国埃布尔公司计划拆解被称为“幽灵舰队”的13艘美国海军报废油轮。“卡卢萨哈奇”号是其中抵达英国的第一艘。近百名英国环保人士手举标语，在港口抗议英公司对该船进行拆解。 关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约n该公约于2001年5月22在瑞典斯德哥尔摩通过，至今已有151个国家签署、83个国家批准。它是继1987年保护臭氧层的维也纳公约和1992年气候变化框架公约之后，第三个具有强制性减排要求的国际公约，是国际社会对有毒化学品采取优先控

19、制行动的重要步骤。2001年5月23日，中国政府签署公约 我国为履行国际公约所作的承诺京都议定书n为了世纪的地球免受气候变暖的威胁，年月，个国家和地区的代表在日本东京召开联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议，经过紧张而艰难的谈判，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书。 我国为履行国际公约所作的承诺中国于年月日签署了该议定书 美国人口仅占全球人口的至，而所排放的二氧化碳却占全球排放量的以上。美国曾于年月签署了京都议定书。但2004年月，布什政府以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务”为借口，宣布拒绝执行京都议定书

20、。 我国环境科学与工程领域急需解决的重大我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题问题我国环境科学与工程领域急需解决的重大我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题问题n1地表水污染机理与水环境修复n2地下水污染与修复n3安全饮用水技术保障体系n4污废水处理与资源化成套技术n5大气污染形成机理与控制n6城市空气质量控制机理与技术n7城市物理污染机理及其控制我国环境科学与工程领域急需解决的重大问我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题题n8土壤污染机理与修复n9固体弃物处理处置与资源化n10绿色化学与清洁生产 n11环境监测新技术n12持久性有毒物质与生态安全n13区域环境调控与环境建设n14国家重

21、大建设项目与生态环境安全 第二节第二节 环环 境境 化化 学学 1）环境化学的含义）环境化学的含义 环境化学是在化学学科的传统环境化学是在化学学科的传统理论和方法的基础上发展起来，以理论和方法的基础上发展起来，以化学物质在环境中出现和引起的环化学物质在环境中出现和引起的环境问题为研究对象，以解决环境问境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。题为目标的一门新兴学科。 研究有害物质在环境介质中的研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。控制的化学原理和方法的科学。 1）环境化学的含义）环境化学的含义 2 2）环境

22、化学的分支学科）环境化学的分支学科 研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法用化学的基本理论和方法发现和解决环境问题3）环境化学的任务）环境化学的任务4）环境化学的研究内容）环境化学的研究内容 有害物质在环境中存在的浓度水平和形态； 潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为； 有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性； 有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。环境化学的特点与发展环境化学的特点与发展特点：复杂性、综合性、精细性发展：创造无污染生产过程为目标 环境良性化学Environment

23、al Benign ChemistryCleaner Production, Pollution PreventionGreen Chemistry(Sustainable Chemistry) 5）环境化学的研究特点）环境化学的研究特点 从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径； 其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。6）环境化学的发展方向）环境化学的发展方向 随着环境问题日益严峻和人们认识提高，环境化学研究出现新趋势。目前，国际上较为注重元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的地球生物化学循环及其相互耦合研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全

24、球性问题。最近，美国环境化学家提出“为21世纪环境而设计” ，支持以创造无污染生产过程为目的的环境良性化学。下面按分支学科对发展方向做简要介绍：环境分析化学 主要集中在环境样品的前处理技术完善、开发，分析对象从无机化合物为主转变为有机化合物和有机金属化合物为主；样品仪器分析方法上集中于仪器分析的灵敏度和重线性提高上。6）环境化学的发展方向）环境化学的发展方向环境污染化学 研究化学污染物在大气、水体和土壤环境中的形成、迁移、转化和归趋过程中的化学行为和生态效应。 l大气环境化学： 研究对象涉及大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧耗损及全球气候变暖等；空间尺度从室内空气、城市、区域环境、

25、远距离乃至全球。 6）环境化学的发展方向）环境化学的发展方向水环境化学：主要研究河流湖泊和水库，其次是河口、海湾和近海海域，地下水污染；集中研究水体界面化学过程、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程、有机物的化学降解过程、金属和准金属甲基化等方面。 土壤环境化学：主要研究农用化学品在土壤环境中的迁移转化和归趋及其对土壤和人体健康的影响，包括：有机污染物在土壤中的降解、土壤中温室气体的释放、污染物在固-液界面上的化学过程和土壤污染的化学与生物修复等内容。 环境生态化学：主要研究农用化学品在生态系统中产生效应的化学过程，如稀土农用的环境化学行为及生态安全等。6）环境化学的发展方向）环境化学的发展方向污染控制化学 控制模式从终端污染控制模式(End-of-pipe Control)向全过程控制模式转变； 提出了污染预防（Pollution-Prevention）、清洁生产（Cleaner-Production）、绿