化学与人类文明压缩课件2

1、环境是人类赖以生存和发展的基础，人类所从事的一切活动，都是在一定的环境条件下进行的。第四章 环境与化学 化学家用化学的技术和方法研究环境中物质间的相互作用，包括物质在环境介质（大气、水体、土壤、生物）中的存在、化学特性、行为和效应，并在此基础上研究控制污染的化学原理和方法，称之为环境化学。 化学家利用化学原理从源头上消除污染，即采用无毒、无害的原料和洁净、无污染的化学反应途径与工艺过程，生产出有利于环境保护与人类安全的环境友好的化学产品 ( 如可降解的塑料，可循环使用的金属和橡胶，对臭氧层不构成威胁的新型制冷剂，能控制害虫而不危害人类和有用生物的农药等) ，称为绿色化学。 4.1 环境与生态平

2、衡 环境的构成原生环境 (primitive environment)次生环境 (secondary environment)指天然形成的、未受到人为活动影响或影响较少的自然环境。指在人类活动影响下，发生了重大变化的自然环境。这种变化可产生有利或有害的影响。自然环境社会环境自然环境(natural environment)自然环境包括地质环境（矿藏、自然遗址等）、土壤、大气、水体（海洋、湖泊、河流等）；生物环境（森林、草原、野生动物、野生植物等）。它是人类生存、繁衍的物质基础。保护和改善自然环境，是人类维护自身生存和发展的前提。这是人类与自然环境关系的两个方面，缺少一个就会给人类带来灾难。社会

3、环境(societal environment)社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期有计划、有目的地发展，逐步创造和建立起来的一种人工环境，包括生产环境、交通环境、商业环境、聚落环境、文教环境、卫生环境、旅游环境等。 生态环境术语介绍 生态系统生物圈生物群落 食物链与食物网生态平衡 生态系统 环境部分：日光、大气、水分、土壤和营养（无机环境）物质。 生物部分 （生物群落） 生产者 消费者 分解者（还原者）：各种微生物 植物：野生植物、栽培 植物、藻类等。 细菌：消化菌、硫细菌、 磷细菌等。 一级消费者二级消费者三级消费者 生物群落在一定范围和区域内相互依存，在同一个生存环境中组成动态平衡

4、系统，就叫做生态系统。生态系统由生产者、消费者、分解者和非生命物质(无机界)四部分组成 。 生物圈 生物圈也叫做生态圈，它包括了地球上所有的生物及其生存环境。生物圈是各种生物孕育、成长、生活的大舞台。生物圈通常分三层：上层是“大气圈”，中层是“水圈”，下层是“岩石圈”。水生生态系统陆地生态系统海洋生态系统 淡水（河、湖、沼泽）生态系统 森林生态系统 草原生态系统 生物群落 生物群落，也称群落，是指一定时间内居住在一定空间范围内的生物种群的集合，其中包括了植物、动物和微生物，其概念比种群要大。一个群落可以说是共同生活在一个地区的生物大家庭，具有一定的组成和结构，其中的各种生物并不是孤立的，它们相

5、互制约，又相互依存。 按生物群落中各种生物的生活方式，可以划分为三大类：生产者、消费者和分解者 。生物群落中的生产者 水中的莲藕、浮萍、水草和绿色的水藻等均为可进行光合作用的绿色植物。它们从阳光中获得能量，并从空气中吸收二氧化碳，从水和淤泥中吸收养分，合成碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机营养物质，释放出氧气，同时自己不断生长繁殖。这些生物就被称为“生产者”。 生物群落中的消费者 消费者是指动物。它们不能直接利用外界能量和无机物制造有机物，而是以消耗生产者为生。草食动物以植物作为直接食物，称为一级消费者，如蝗虫、蚱蜢等；以草食动物为食物的肉食动物称为二级消费者，如青蛙、蟾蜍等；以肉食动物作为食物的

6、动物，则称为三级消费者，如蛇、猫头鹰等。 生物群落中的分解者 分解者是指具有分解能力的各种微生物，也包括一些低等原生动物，如土壤线虫、鞭毛虫等。分解者是生态系统的“清洁工”，它们把动植物的尸体分解成简单的无机物，并归还给非生物环境。如果没有分解者，死亡的有机体就会堆积起来，使营养物质不能在生物与非生物之间循环，最终使生态系统成为无水之源。 食物链与食物网 生物与生物之间通过吃与被吃的食物关系形成一条一环扣一环的链条，称为食物链。同一种植物会被不同的动物吃掉，同一种动物也不只吃一种食物。各生物成分之间在取食关系上存在着错综复杂的联系，各种食物链相互交错，相互联结，形成网状结构，称为食物网。生态系

7、统中各种生物之间的关系 生态平衡概念生态系统发展到成熟阶段，物质和能量的输入与输出处于相对稳定状态，即系统中生产、消费和分解处于相对平衡状态，叫生态平衡。生态平衡是暂时的、相对的动态平衡。生态系统总是在不平衡平衡不平衡的发展过程中，进行物质和能量的交换，推动着自身的变化和发展。生态平衡特点人为因素植被和食物链被破坏；环境被污染等人类活动破坏原因自然因素地震、火山爆发、山崩海啸、台风、水旱灾害流行病等自然灾害。圈层性； 地带性； 节律性； 等级性； 稳定性和变异性。4.1.2 全球环境结构 圈层性：地球表面 人类生活的自然环境，是地球的表层，由空气、水和岩石(包括土壤)构成大气圈、水圈、岩石圈，

8、在这三个圈的交汇处是生物生存的生物圈。这四个圈在太阳能的作用下，进行着物质循环和能量流动，使人类(生物)得以生存和发展。 地带性：从赤道到两极，气候带依次为：相应的土壤和植被带为： 节律性： 等级性： 能量在生态系统中沿着食物链、食物网，由一个机体转移到另一个机体中。食物链上每一营养级都将从前一个营养级获得的能量中的一部分，用于维持自己的生存和繁殖，然后将剩余的部分传递到下一个营养级。人类则处于食物链的终端。 稳定性与变异性： 环境结构具有：相对的稳定性；永久的变异性；有限的调节能力。 4.1.3 影响生态平衡的因素 生态系统的调节能力是有限的。外力影响超出这个限度，生态平衡就会遭到破坏，生态

9、系统就会在短时间内发生结构上的变化，如一些物种的种群规模会发生剧烈变化，另一些物种则可能消失，也可能产生新的物种。但变化总的结果往往是不利的，它削弱了生态系统的调节能力。这种超限度的影响对生态系统造成的破坏是长远性的，生态系统重新回到和原来相当的状态往往需要很长的时间，甚至造成不可逆转的改变，这就是生态平衡的破坏。 影响生态平衡的因素 自然因素地震、台风、龙卷风、洪涝、干 旱 影响生态平衡的因素人为因素丢弃废电池、滥伐、破坏生态平衡的危害 对局部地区和全球气候都会产生一定影响。如海岸后退，海平面上升、土地沙漠化、水土流失、泥石流等。4.1.4 社会文明与环境的关系 文明是社会进步和人类开化状态

10、的集中体现。生态文明是指人们在改造客观 物质世界的同时，不断克服改造过程中的负面效应，积极改善和优化人与自然、人与人的关 系，建设有序的生态运行机制和良好的生态环境所取得的物质、精神、制度方面成果的总和 。它是生态生产发展水平及其积极成果的体现，是社会文明在人类赖以生存的自然环境的扩 展和延伸，是社会文明的生态化表现。 文明产生的环境条件：华夏文明黄河流域；（公元前1500年）古埃及文明尼罗河流域； （公元前3100年） 两河文明幼发拉底河、底格里斯河； （公元前3500年）古印度文明恒河流域。 （公元前2500年） 文明对环境的冲击：农业发展=人口增加=生物圈结构的变化=水土流失和荒漠化；

11、服饰的需求=对环境产生的压力=棉、麻、毛皮、丝绸、金银饰、宝石玉器； 居住环境的改善、交通进步、石化燃料的使用； 均以牺牲环境为代价！ 文明消失的教训：西亚文明的消失； 玛雅文明的背影； 中国西部文明的消失和经济中心的南移 世界最早的文明美索不达米亚（希腊语意为两河之间的土地）文明（又称两河文明）发源于底格里斯河和幼发拉底河之间的流域苏美尔地区（中下游地区）。美索不达亚是古巴比伦的所在，在今伊拉克共和国境內。 欧洲学者研究认为，许多辉煌的古代文明，巴比伦文明、地中海的米诺期文明、腓尼基文明、玛雅文明、撒哈拉文明之灭亡，最重要的原因，就是人类早期农耕对森林的破坏，和对土地的不合理使用和开发，使得

12、支撑这些文明的生态环境受到了彻底的破坏。 玛雅人是中美洲的土著居民，主要居住在今天的墨西哥、危地马拉、洪都拉斯和萨尔瓦多等地。他们曾经拥有与大河流域的文明古国同样高度发达的文明（公元前1500-公元300年 ）。有人认为，地震、瘟疫等天灾造成了玛雅文明人口的急剧减少；也有人认为，战争或者玛雅农民起义让文明陷入了混乱。还有人提出了玛雅文明的“生态危机”论，认为玛雅人过度开垦土地、人口严重膨胀，最终导致生态环境被破坏，文明消亡。 环境与文明的失调：人类由对自然的崇拜古代的图腾崇拜= 对自然的制服从火的发明到现代科技的进步= 对自然的过渡征服人定胜天的理念及其行为= 对环境的破坏破坏环境生态遭遇的大

13、自然的报复。 自然界的报复20世纪上叶半发生的著名的世界八大公害事件： 1932年12月比利时发生的马斯河谷烟雾事件； 1943年5月到10月美国落杉矶的光化学烟雾事件； 1948年10月发生在美国的多诺拉烟雾事件； 1952年12月英国伦敦的烟雾事件； 1955年日本四日市的哮喘事件； 1953年日本的水俣病事件； 1955年日本的土壤重金属污染痛痛病事件； 1968年日本的农药污染米糠油事件。 比利时的马斯河谷烟雾事件 1930年12月15日，比利时马斯河谷工业区工业区处于狭窄盆地中发生气温逆转，工厂排出的有害气体在近地层积累。3天后，有人发病，症状为胸痛、咳嗽、呼吸困难等。一周内有60多

14、人死亡。心脏病、肺病患者死亡率最高。后来推测当时大气中二氧化硫的浓度约为25100毫克/立方米。 美国落杉矶的光化学烟雾事件 20世纪40年代初期，美国洛杉矶全市50多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50千米长的盆地中，汽车排出的废气在日光作用下，形成以臭氧气为主的光化学烟雾。导致400多人非正常死亡。 美国的多诺拉烟雾事件 多诺拉是美国宾夕法尼亚州的一个小镇，位于匹兹堡市南边30公里处，有居民14万多人。多诺拉镇座落在一个马蹄形河湾内侧，两边高约120米的山丘把小镇夹在山谷中。多诺拉镇是硫酸厂、钢铁厂、炼锌厂等的集中地。在1

15、948年10月2631日，受反气旋和逆温控制，加上持续有雾，使大气污染物在近地层积累。造成5911人发病，17人死亡。 英国伦敦的烟雾事件 1952年12月58日，英国几乎全境为浓雾覆盖，伦敦市因冬季取暖燃煤和工业排放的烟雾，加之逆温层现象，致使城市上空连续四五天烟雾弥漫，能见度极低。4 天中死亡人数较常年同期约多4000人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。一头牛当场死亡，52头严重中毒，其中14头奄奄待毙。 日本四日市的哮喘事件 日本东部海岸四日市，原有人口25万人，主要是纺织工人。由于四日市近海临河，交通方便，又是京滨工业区的大门，日本垄断资本看中了四日市是发展

16、石油工业的好地方。 1955年日本第一座石油化工联合企业在四日市上马，产生的冶炼和燃油废气严重污染了空气。1961年，哮喘病发作。1967年，一些患者不堪忍受痛苦而自杀。1972年，全市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人。 日本的水俣病事件 从1949年起，位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞（Hg）的催化剂，大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水俣湾。1954年，水俣湾开始出现一种病因不明的怪病，叫水俣病，患病的是猫和人，症状是步态不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体弯弓高叫，直至死亡。 1972年，日本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野

17、川下游汞中毒者有283人，其中60人死亡。 日本的土壤重金属污染痛痛病事件 19551972年，日本富山县平原神通川上游从事铅、锌矿开采、精炼的矿山企业。在采矿过程将产生的含有镉等重金属的废水直接排放，在当地的水田土壤、河流底泥中产生了镉等重金属的沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾脏障碍，逐渐导致软骨症，并主要使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病，叫痛痛病，也叫骨痛病，重者全身多处骨折，在痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地区被确诊患此病的人数为258人，其中死亡128人，至1977年12月又死亡79人。 日本的农药污染米糠油事件 1968年3月，日本九洲爱知县一个食用油厂在生产

18、米糠油时，因操作失误，致使油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于当时把被污染了的米糠油中的黑油用去做鸡饲料，造成了九州、四国等地区的几十万只鸡中毒死亡。人食用被污染的米糠油后中毒，患病者超过1400人。至78月份，患病者超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000人。 当前面临的十大环境问题： 全球气候变暖*； 臭氧层破坏*； 酸雨蔓延； 大气污染严重； 淡水资源枯竭和恶化*； 固体废物弃置*； 生物多样性减少； 森林面积锐减； 土壤退化和沙漠化； 资源匮乏。4.2 自然环境中化学物质的循环 生物有机体大约由40多种元素组成，其中碳、氢、氧、硫、磷是最主要的

19、元素，它们都来源于环境，构成生态系统中的生物个体和生物群落。生产者把无机物转化为有机物，给消费者消耗；消费者产生的废弃物及生产者的残体被分解者消化，又转化为无机物，返回环境，供植物重新利用。地球上无数个这样的物质循环，汇合成生物圈的总的物质循环。 能量流动与物质循环的关系:太阳能植 物(能量单向流动)食 草 动 物一级食肉动物二级食肉动物三级食肉动物次级生产环境物资初级生产4.2.1 水 循 环 水在生态系统中不断循环。海洋、湖泊、河流中的水经过蒸发，形成水蒸汽进入大气；植物叶片不断发生蒸腾作用，也把水蒸汽送入大气。大气中的水遇到冷空气，又会以雨、雪的形式重新返回地面。这部分水一部分通过植被覆

20、盖的土壤汇入地下水，另一部分通过地表径流汇入江河和海洋。在正常情况下，水的蒸发和降落维持着平衡，总量是稳定的。 水循环一般包括降水、径流、蒸发三个阶段4.2.2 氮 循 环 氮是生物体中蛋白质的重要成分，它参与几乎所有的生命活动，所以氮的循环涉及到生物圈的全部领域。空气中约78% 是氮气，但大多数生物体不能直接利用空气中的氮，而必须通过固氮作用 。 4.2.3 碳 循 环 自然界中碳循环的基本过程是：空气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收，成为有机物中最重要的成分，然后通过生物或地质过程，以及人类活动，又以二氧化碳形式返回到大气中。火山爆发和岩石风化也产生一部分二氧化碳。 碳的地球化学循环控

21、制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移,而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。沉积物含有两种形式的碳：干酪根和碳酸盐。 碳的生物循环 在碳的生物循环中，大气中的二氧化碳被植物吸收后，通过光合作用转变成有机物质,然后通过生物呼吸作用和细菌分解作用又从有机物质转换为二氧化碳而进入大气。碳的生物循环包括了碳在动、 植物及环境之间的迁移。 4.2.4 氧 循 环 氧的地球化学循环涉及的环节非常复杂，包括了大气圈、生物圈、岩石圈，甚至整个地球的方方面面，是目前研究较多的领域之一。氧在大气圈和生物圈中主要是以水、二氧化碳和氧气的形式存在。在自然条件下，水中的氧很难分解成氧气

22、。而二氧化碳则可以通过植物的光合作用而释放出氧气。因此，在生态系统中，氧循环与碳循环有着密切的联系。 大气中氧含量占21，可以渗透到生态系统的各个角落：动物的呼吸作用、植物非光合器官的呼吸作用和光合器官在夜间的呼吸作用，以及地表物质腐败氧化等过程不断消耗着大气中的氧。但与此同时，大量绿色植物的光合作用却大量吸收着大气中的二氧化碳并将释放出的氧气排入大气。如此生生不息，构成了生态系统的氧循环，并保持了大气中氧含量的恒定，维持了整个生态系统的平衡。 硫 循 环 自然界的硫最初来自于黄铁矿（FeS2）和黄铜矿(CuFeS2)等含硫的矿物。但这些矿物被风化剥蚀后，硫就进入了土壤。土壤中的硫一部分被地表

23、径流溶解进入海洋，一部分被氧化以挥发性气体的形式进入大气，还有一部分被植物吸收，通过食物链的关系分布于生物圈。进入海洋的硫，一部分以沉积的方式，亿万年之后成为煤或石油中的硫，一部分进入生物体被吸收。 生物体中的硫在生物体死亡腐败过程中，一部分以H2S的方式进入大气，其余的又回到土壤，使循环得以继续。而大气中的硫却以降水的形式落到海洋、土壤中，又开始了它们的下一轮次的循环。 磷 循 环磷灰石构成了磷的巨大储备库，而含磷灰石岩石的风化，又将大量磷酸盐转交给了陆地上的生态系统。与水循环同时发生的则是大量磷酸盐被淋洗并被带入海洋。在海洋中，它们使近海岸水中的磷含量增加，并供给浮游生物及其消费者的需要。

24、而后，进入食物链的磷将随该食物链上死亡的生物尸体沉入海洋深处，其中一部分将沉积在不深的泥沙中，而且还将被海洋生态系统重新取回利用。 埋藏于深处沉积岩中的磷酸盐，其中有很大一部分将凝结成磷酸盐结核，保存在深水之中。一些磷酸盐还可能与SiO2 凝结在一起而转变成硅藻的结皮沉积层，这些沉积层组成了巨大的磷酸盐矿床。通过海鸟和人类的捕捞活动可使一部分磷返回陆地。但从数量上比起来，每年从岩层中溶解出来的以及从肥料中淋洗出来的磷酸盐要少多了。其余部分则将被埋存于深处的沉积物内。4.3 保护大气环境4.3.1 大气圈的化学组成与大气污染 大气圈是环绕地球最外层的气体圈层，它的密度随高度的增加而减小，越向上空

25、气越稀薄，并逐渐转化为宇宙空间。地球外围大气总质量3.91015t，是地球总质量的百万分一。大气质量垂直分布不均，50%的质量集中在离地面5km以下，75%集中在10km以下，90%集中在30km以下。高度100 km以上的空气质量仅占整个大气圈质量的百万分之一，即可认为大气圈离地面高度为100 km。逸散层(3000km)热层(250800km)中间层(85km)平流层(5055km)对流层(地面818km)大气圈 大气圈由空气、少量水气、粉尘和其他微量杂质组成。空气的主要成分按体积之比是氮为78.09%，氧为20.09%，氩为0.93%,CO2为0.03%。此外还有稀有气体氦、氖、氙和甲烷

26、、氮的氧化物、氨、臭氧等占0.1%。 大气圈的作用 是地球上生命物质的源泉:提供物质循环基础。 人类依靠氧气而生存:一般成年人每天需要呼吸约1012m3的空气，它相当 于一天进食量的10倍、饮水量的3倍。 大气层是地球的“保护伞”:使地表的热量不易散失，同时通过大气的流动和 热量交换，使地表的温度得到调节,防止紫外线辐射。 大气污染大气中的污染源人为源自然源燃料的燃烧 ； 工业排放 ； 交通运输排放 ； 农业排放 。天然尘埃（风沙、土壤颗粒物）； 森林和草原大火 ( 形成CO, CO2, NOx, SOx, CHx)； 火山活动(形成SOx, H2O, SO42- )； 森林释放 (CHx)；

27、 海浪飞沫 ( SO42- 和 SO32- )。 污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2，H2SSO3，H2SO4，MSO4 碳的氧化物CO，CO2无 含氮化合物 NO，NH3NO2，HNO3，MNO3 碳氢化合物C1C3化合物醛、酮、酸 卤化化合物HF，Cl2，HCl卤代烃无 氧化剂O3、过氧化物 颗粒物质煤尘、粉尘、金属微粒 放射性物质铀，钍，镭等 大气中污染的分类 大气污染 颗粒物 总悬浮颗粒（0.1100m颗粒物的总称）。其中包括：降尘直径大于10m；飘尘直径小于10m；超细颗粒物直径为；颗粒物对人体健康有害，尤以超细颗粒物（又称飘尘，最容易被生物体吸入）的危害最大颗粒物主要来自工

28、业锅炉和家用煤炉燃烧时所排放的烟尘。 。大气污染 含硫化合物 矿物燃料中一般都含有相当数量的硫（如煤中就有0.5%6.0%。燃烧时释放出SO2，目前世界因燃煤而排入大气的SO2高达亿吨。SO2是无色有味气体，人的嗅觉器官可探测到3g/mL以上的SO2，当浓度达8g/mL时，可对人造成危害，达400g/mL时人立即死亡。 大气污染 含碳化合物 全球每年CO排放量34亿吨，主要由不完全燃烧、汽车尾气、以及森林火灾、动植物腐败等因素引起；碳氢化物年排放量7亿吨以上，生物的分解作用、不完全燃烧和有机化合物的蒸发是其根源。 CO可使生命体缺氧；碳氢化物则会造成二次污染 。 大气污染 含氮化合物 大气中含

29、氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、NO-3等，下层大气中N2O是土壤细菌活动的产物，在对流层上部被氧化。NO和NO2为含氮有机物燃烧时所释放。其中NO的危害最大，NO年排放约4.3108吨，其中人为因素占10%。NO和NO2毒性比CO大5倍，它们能刺激呼吸系统，还能与血红素结合形成亚硝基白色素而引起中毒。氮氧化物还是光化学烟雾的引发剂之一。 大气污染 氧化剂 氧化剂是指空气中氧化性能高的化合物，主要为臭氧(O3)，也包括过氧化物、过氧硝酸盐等，其中以过氧乙酰硝酸酯（PNA）最为普遍。臭氧主要是由氮氧化物在太阳光照射下与氧气反应生成。臭氧有很强的氧化力，在不同浓度下，可以损坏橡胶、油漆、织

30、物等材料。臭氧对于动物和人类有多种伤害作用，特别是伤害眼睛和呼吸系统。 大气污染 放射性污染 指铀、钍、镭等释放的。自然环境中放射性源有天然和人工两大类。天然的来自宇宙辐射，矿床中的放射。人工的主要是医用射线源，反应堆和各种放射性废料。人体受到辐射后，会引起机体细胞分子、原子电离（称电离辐射），使组组织的某些大分子结构被破坏。如使蛋白质及核糖核酸和脱氧核糖核酸分子链发生断裂。4.3.2 光化学烟雾 大气中的烃和NOx等为一次污染物，在太阳光中紫外线的照射下能发生化学反应，衍生多种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。NOx是这种烟雾的

31、主要成分，又因其1946年首次在美国洛杉矶出现，因此又叫洛杉矶型烟雾，以区别于煤烟烟雾（伦敦型烟雾）。 目前，由于我国内地汽车油耗量高，污染控制水平低，已造成汽车污染日益严重。部分大城市交通干道的NOx和CO严重超过国标，汽车污染已成为主要的空气污染物;一些城市臭氧浓度严重超标,已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险。 光化学烟雾的防治 防止光化学烟雾产生的主要办法有：控制汽车尾气排放；安装配有尾气净化催化剂的汽车尾气净化装置；严格控制新车污染；推广使用清洁燃料等等。 采用蓄电池或燃料电池驱动的电动汽车作为交通运输工具，才可以真正控制光化学烟雾的产生。 4.3.3 酸雨的形成 水的微弱酸性可使土壤

32、的养分溶解，供生物吸收，这是有利于人类环境的。酸雨通常是指pH小于的降水，是大气污染现象之一。首先用酸雨这个名词的人是英国化学家史密斯。1852年，他发现在工业化城市曼彻斯特上空的烟尘污染与雨水的酸性有一定关系，并于1872年编著的科学著作中首先采用了“酸雨”这一术语。酸雨的形成是一个复杂的大气化学和大气物理过程，主要是由废气中的SOx和NOx造成的。我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200 多万平方公里的酸雨区是世界三大酸雨区之一。 酸雨危害

33、 一个月前插下的秧，看起来长得很美，但几场大雨把黑水冲入，禾苗就这样枯死了！” 农妇曾德梅欲哭无泪。污染使他们的辛勤汗水一次次付诸东流。 4.3.4 温 室 效 应 众所周知，花房具有让阳光进入、阻止热量外逸的功能，人们称之为“温室（花房）效应”。在地球大气中，存在一些微量气体，如二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、甲烷、氟利昂等，它们也有类似于花房的功能，即让太阳短波辐射自由通过，同时强烈吸收地面和空气放出的长波辐射（红外线），从而造成近地层增温。我们称这些微量气体为温室气体，称它们的增温作用为温室效应。 温室效应的特点： 大气中CO2吸收了地面辐射出来的红外光（1200 1630nm)，把能量截流

34、在大气中，从而使大气温度升高的现象。 温室效应导致的环境效果全球气候变暖：百年来平均约上升了0.6近； 海平面上升：导致两极的冰层消融及海水膨胀， 城市、海岛将面临淹没的危险。全 球13人口将受到威胁；温度带和降水带北移 ，将导致： 低纬度热带多雨地区受到洪涝的威胁； 亚温带地区变得更加干旱； 台风更加频繁发生； 厄尔尼诺和拉尼娜现象肆虐，频繁发生； 苔原减少，草原增加，荒漠化、沙漠化过程 加剧，森林减少； 农业生产不稳定性增加； 对生物多样性产生不良影响等。 地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约能源，

35、以减少对化石燃料的消耗。另一方面保护好森林和海洋，比如不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。还可以通过植树造林，减少使用一次性木筷，节约纸张，不破坏城市植被等行动来保护陆地植物，使它们多吸收二氧化碳，以帮助减缓温室效应。4.3.5 臭氧层空洞之迷 臭氧（O3）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一，其浓度因海拔高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外部离地面2025公里高的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UVB（UVB是紫外线的一段波长，为280315nm）的作用。同时，由于紫外线是平流层的热能来源，臭氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平流

36、层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用，发挥着调节气候的重要功能。南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60。 臭氧层特点:作用：吸收绝大部分来自太阳的紫外线，阻挡紫外线辐射达到地面。 臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家罗兰和莫利纳于1974年首先提出来的。他们认为，在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后，在那里分解产生的原子氯（Cl）将有可能破坏臭氧层。 (1994) 2000年南极上空出现了有史以来最大的臭氧层空洞，空洞面积达2918万平方公里，比加拿大和中国的面积加起来还大；产生自由基：

37、CFCl3 CFCl2 + Cl 破坏O3层： Cl+ O3 ClO + O2 ClO+ O Cl + O2 破坏O3层总反应 O3 + O O2 臭氧层的破坏 臭氧空洞的环境效果对植物成长产生不利影响，改变植物 的再生能力与质量，易受虫害； 危害人体健康，受过量紫外线辐射， 免疫系统紊乱； 对水生生态系统危害， 中断水生生态系统的 生物链； 促进光化学烟雾形成。 大气污染的防治控制大气污染源对城市与工业的合理规划 与布局； 防止或减少污染排放如改革燃料结构、改 革生产工艺等； 治理排放的主要污染物 物理方法：机械除尘、洗涤除尘、冷凝除 尘； 化学方法：气体吸收装置、催化转化、吸 附； 生物方

38、法：植物净化、环境自净。 污染的法制管理建立完善的环境法制度。 利用低硫燃料 燃料脱硫 烟气脱硫： 干法、湿法 燃料预先脱氮； 改变燃烧条件。SO2污染的防治NOx污染的防治方 法 原 理 SO2去除效果() 石灰石/石灰石膏法(湿法、非再生法) 用石灰石或石灰浆液吸收SO2 8095 亚硫酸钠循环法 (湿法、再生法) 用Na2SO3吸收SO2， 用加热法再生循环吸收液 8595 双碱法 (湿法、再生法) 用Na2CO3吸收S02， 用石灰石再生循环吸收液 8595 氧化镁法 (湿法、再生法) 用MgO浆液吸收SO2， 用加热法再生循环吸收浆液8595 氨法 (湿法，非再生法) 用NH4OH液

39、吸收SO2， 产出硫胺和回收浓SO2 9097 4.4 保护水资源 地球总面积的75是水面，但在地球亿立方千米水资源中，只有3600万立方千米是人类生存不可或缺的淡水。淡水仅为地球水资源总量的。而淡水资源中，77是极地冰山、冰川，22是地下水，是飘浮在大气中的水蒸气，其余的在江河湖海中。可见，人类可利用的淡水资源非常有限。 目前，全世界有1/6的人口、约10多亿人缺水。专家估计，到2025年世界缺水人口将超过25亿。被视为“生命之源”、人们一天也离不开的水，已越来越宝贵。正是在这一背景下，保护环境，保护水资源，已被提上各国政府的议事日程。 水的一些理化性质 水的化学式为H2O，纯水是一种无味无

40、色的液体。天然水多呈浅蓝绿色。水是氧的氢化物，与周期表中同族的一些元素的氢化物(如H2S，CH4等)相比，水的许多物理常数均表现出“异常”。如水的生成热很高，所以其热稳定性很大，在2000K的高温下离解度不足百分之一。在一般性液体中，除汞以外，水的表面张力最大。 水的结构Ammonia, NH3 4.70Liquid water , H2O 4.184Ethylene glycol, C2H6O22.42Ice , H2O 2.01Water vapor, H2O 2.0Aluminum, Al 0.90Iron, Fe 0.451 Silver, Ag 0.24 Gold, Au 0.13

41、几种常见物质的热容(J/gK) 水的性质 水的性质水的蒸发热大: 40.67 kJmol-1) 水的等压热容：75.30 Jmol-1K-1 水 的 沸 点：100(373.15K) 水 的 冰 点: 0(273.15K) 密 度 反 常： 4为最大 良好的溶剂 水资源污染的化学 由于人类的各种活动排放的污染物进入河流湖泊、海洋或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。水体是江河湖海、地下水、冰川等的总称，是被水复盖地段的自然综合体。它不仅包括水，还包括水中溶解物质、悬浮物、底泥、水生生物等。 地球各种水体的循环更替期水体类型循环更替期水

42、体类型循环更替期海洋2500年湖泊17年深层地下水1400年沼泽5年极地冰川9700年土壤水1年永久积雪高山冰川1600年河川水16天永冻带底冰10000年大气水8天生物水几小时 水体污染源的分类 按造成水体污染原因分类天然污染源人为污染源 按受污染的水体分类地表水污染源地下水污染源海洋污染源 按污染源释放的有害物质种类分类物理性污染源(如热或放射性物质等)化学性污染源(如无机物或有机物)生物性污染源(如细菌或霉素) 按污染源的分布特征分为点污染源(如城市污水、工矿企业和排污的船舶等)面污染源(如雨水的地面径流、水土流失以及农田大面积排水等)扩散污染源(随大气扩散的污染物通过沉降或降水等途径进

43、入水 体，如放射性沉降物、酸雨等)天然污染源植物、腐烂、降雨、泥石流、风蚀塌方、夏威夷基拉韦厄火山、酸雨人为污染源点污染 它又分为固定的点污染源（如工厂、居民点、矿山、医院、废渣堆等）和移动的点污染源（如轮船、汽车、飞机、火车等）。造成水体点污染源主要有以下几种工业：食品工业、造纸工业、化学工业、金属制品工业、钢铁工业、皮革工业、染色工业等。人为污染源线污染 指输油管道、污水沟道以及公路、铁路、航线等线状污染源。线污染源所形成的危害大大低于点污染源，但一旦形成污染源，其后果也是极其可怕的。图为滇池呈贡农村线源污染人为污染源面污染 指喷洒在农田里的农药、化肥等污染物，经雨水冲刷随地表径流进入水体

44、，从而形成水体污染。地表水污染源 几乎所有水污染源的污染物，都通过各种途径进入地表水体中，且向下游汇集。河川水、湖泊水对流域内工农业生产有着极其重大的意义，一旦这些水体遭到污染，危害是极大的。 地下水污染源 地下水一般有一定的保护层，污染物很难进入地下水体形成地下水污染源。但是，地下水体一旦被污染，则很难恢复，更新期特别长。大气水污染源和地表水污染源都可以通过下渗而转化为地下水污染源。 海洋污染源 海洋约占地球总面积的71，是地球上最大的水体。海洋污染具有以下特点。污染源多而复杂。污染持续性强，危害性大。污染范围大。 赤潮的成因 赤潮究竟是一种原本就存在的自然现象，还是人为污染造成的，至今尚无

45、定论。但根据大量调查研究发现，其发生必须具备以下条件： 海域水体高营养化； 某些特殊物质参与作为诱发因素，已知的有维生素B1、B12、铁、锰、脱氧核糖核酸； 环境条件，如水温、盐度等也决定着发生赤潮的生物类型。发生赤潮的生物类型主要为藻类，现已发现有63种浮游生物，硅藻有24种，甲藻32种、蓝藻3种、金藻1种、隐藻2种、原生动物1种。 新华网北京6月15日电 (记者 李斌、李亚杰) 记者15日从国家海洋局获悉，我国5月份全海域发现赤潮34起，其中，黄渤海3起(赤潮监控区内2起)，东海31起(赤潮监控区内13起)，累计面积超过10000平方公里。针对今年5月浙江沿海连续发生大面积的赤潮，国家海洋

46、局密切关注赤潮发生、发展情况，同时，及时与浙江省沟通，加强跟踪监视监测。陈连增表示，赤潮发生发展及变化趋势始终处于国家海洋局和当地政府的监控之中，赤潮未造成重大损失。 赤潮的危害 赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。主要包括两个方面： 引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海； 有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。 工业废水中包含有大量的氮和磷，这些东西正好是农业化肥原料成分。这些养分使海藻急速的生长，形成大规模的浮游植物群。在特别大的浮游植物群的某些部分，海藻会非常

47、集中，海水呈现黑色，一些海藻死掉之后沉入海底，被细菌吞噬。大量滋生的细菌不断的吞噬海藻，导致海水中氧气含量减少，于是海中的鱼类就会因为缺氧而大规模死亡。 物理性污染源化学性污染源 需氧污染物 水体中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质等有机化合物中水中微生物等作用下，最终分解为二氧化碳、水等简单的无机物，同时消耗大量的氧；而水体中的亚硫酸盐、硫化物、亚铁盐和氨类等还原性物质，在发生化学氧化时，也要消耗水中的溶解氧。这些物质就统称为需氧污染。化学性污染源 重金属 重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著的生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。微量浓

48、度即可产生毒性(一般为110毫克/升，汞、镉为 毫克/升)；在微生物作用下会转化为毒性更强的有机金属化合物(如甲基汞)；可被生物富集，通过食物链进入人体，造成慢性中毒。 长期饮用含砷量严重超标的地下水造成慢性砷中毒，其症状多在接触砷化合物数年后发生，主要表现为消化系统症状（如腹泻、便秘）、贫血、肝肾损害症状、皮炎以及多发性周围神经病。 化学性污染源 一般有机物 指油类和有机化学毒物。油类已成为水体特别是海洋污染的主要物质，会降低水生生物的品质和数量。有机化学毒物主要是指酚、氰化物、苯、硝基物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃、合成洗涤剂等。这些物质具有较强的毒性。 化学性污染源 酸碱及一般无机盐类

49、 酸主要来自矿坑废水、工厂酸洗水、硫酸厂、粘胶纤维、酸法造纸等，酸雨也是某些地区水体酸化的主要来源。碱主要来自造纸、化纤、炼油等工业。酸碱污染不仅可腐蚀船舶和水上构筑物，改变水生生物的生活条件，还可大大增加水的硬度（生成无机盐类），影响水的用途，增加工业用水处理费用等。化学性污染源 植物营养物 植物营养物主要指N、P、K化合物。主要污染源是化肥、农业废弃物、生活污水和造纸、制革、印染、食品、洗毛等工业废水。如，城市居民每人每天排放污水中的氮约50克。N、P、K等物质大量进入河流、湖泊、海湾等缓流水域，引起不良藻类和其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡。这种

50、现象叫富营养化。4.4.3 水的化学净化、纯化和软化 受污染的水体在自然或人工状态下，通过物理、化学、生物学的作用，使污染物浓度逐渐降低，直至恢复到原有清洁状态，称为水体的净化。利用蒸馏、离子交换等方法进一步除去净水中的钠、钙、镁、铁等离子及氨、二氧化碳等气体的过程称为水的纯化。水的软化是指将水中的钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）、铁离子（Fe3+）或锰离子（Mn2+）等会产生沉淀物的离子去除的过程。 水质术语溶解氧(DO)（dissolved oxygen）： 溶解氧是指溶解于水中的氧。以每升水所含氧的毫克数表示。一般情况下，没有受到污染的水中，溶解氧呈饱和状态。化学需氧量(COD)（

51、chemical oxygen demand）： 在一定条件下，用一定的强氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾)处理水样时所消耗的氧化剂的量，以氧的毫克升表示。是评定水质污染程度的重要综合指标之一。 COD的数值越大，则水体污染越严重。 生物化学需氧量(BOD)(biochemical oxygen demand): 表示在规定条件下水中有机污染物经微生物分解所需的氧量，用氧的毫克/升表示有机物的浓度。目前均以 5 天作为测定生化需氧量的规定时间，故称5日生化需氧量(用BOD5表示)。 总需氧量（TOD ）(total oxygen demand) ： 总需氧量是指水中能被氧化的物质，如有机碳氢化合物

52、，含硫、含氮、含磷等化合物燃烧生成稳定的氧化物所需的氧量。包括全部稳定的和不稳定的需氧污染物需氧量，其数值较BOD5(五日生化需氧量)为高。目前用燃烧法测定。 总有机碳(TOC) (total organic carbon): 水溶液中有机物所含碳（有机分子中以共价键结合的碳）的总量 。 水的硬度(hardness): 水的总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总含量。水中钙镁酸式碳酸盐形成的硬度称为暂时硬度，钙镁的其他盐类如硫酸盐、氯化物等形成的硬度称为永久硬度。暂时硬度和永久硬度的总和称为总硬度，其单位用每升水中含CaO或CaCO3的毫克数来表示，可写成CaO mgL-1或CaCO3 mgL-

53、1。 有害物质 主 要 来 源 游离氯 造纸厂，纺织物漂白 氨 煤气和炼焦，化学工厂 氟化物 烟气的净化，玻璃制品 氰化物 有机玻璃，丙烯腈合成，制造煤气，电镀 汞 氯碱制造，炸药制造，农药制造，医用仪表 镉 有色金属冶炼 硫化物 纺织物硫化染色，皮革，煤气，粘胶纤维 亚硫酸盐 纸浆工厂，粘胶纤维 酸 化学工厂，矿山，钢铁，铜等金属酸洗 碱 化学纤维工厂，制碱厂 油 石油炼厂，纺织厂，食品加工厂 酚 煤气和焦化厂，化学工厂，合成树脂厂，染料厂，制药厂 醛 合成树脂厂，青霉素药厂，合成橡胶厂，合成纤维厂 放射性物质 原子能工业，放射性同位素实验室，医院，疗养院 水体中常见的工业污染物二噁英 (d

54、ioxine)是210种氯代烃的总称，分为多氯二苯对二噁英(PCDD, 75种)和多氯二苯并呋喃(PCDF, 135种)两种。 无色针状晶体的含氯化会物，是目前世界上已知的有毒化合物中毒性最强的，其致癌性质极强，还可引起严重的皮肤病和伤及胎儿。 二噁英微量摄人人体不会立即引起病变，但由于其稳定性极强，一旦摄入不易排出。在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物质的过程中产生。 来自对垃圾的焚烧。在高温（约1000）焚烧聚氯乙烯塑料时，就会产生微量二噁英。二噁英的来源：分类BOD5(毫克/升)氨氮 (毫克/升)悬浮固体（毫克/升）很清洁106.735河流的分类中华人民共和国国家标准 生活饮用

55、水卫生标准 (GB5749-85) 项目标准感官性状和一般化学指标色色度不超过15度，并不得呈现其他异色浑浊度(度)不超过3度，特殊情况不超过5度嗅和味不得有异臭、异味肉眼可见物不得含有pH6.5-8.5总硬度(以CaCO3,计)(mg/L)450铁(Fe)(mg/L)0.3锰(Mn)(mg/L)0.1铜(Cu)(mg/L)1.0锌(Zn)(mg/L)1.0挥发性酚类(以苯酚计)(mg/L)0.002硫酸盐(mg/L)250氯化物(mg/L)250溶解性总固体(mg/L)1000毒理学指标 氟化物(mg/L)1.0 氰化物(mg/L) 0.05 砷(As)(mg/L)0.05 硒(Se)(mg

56、/L)00.01 汞(Hg)(mg/L) 0.001 镉(Cd)(mg/L) 0.01 铬(六价)(Cr6+)(mg/L) 0.05 铅(Pb)(mg/L) 0.05 银 0.05 硝酸盐(以N计)(mg/L) 20 氯仿*(g/L) 60 四氯化碳*(g/L) 3 苯并（a）芘*(g/L) 0.01 滴滴涕 *(g/L) 1.0 六六六*(g/L)5.0细菌学指标 细菌总数(个/mL) 100 总大肠菌群(个/L) 3 游离余氯 在与水接触30min后应不低于0.3mg/L。 放射性指标 总放射性(Bq/L) 0.1 总放射性(Bq/L) 1.0 水体的净化物理净化:借助于物理作用，分离和去

57、除污水中非溶解的 悬浮固体（包括油膜、油品）的污水处理法。 化学净化:通过化学反应改变污水中污染物的化学形态或 物理形态，消除其毒性，或使其从溶解、胶体 和悬浮状态转变为沉淀物或漂浮物，或从固体 形态转变为气态，而从污水中去除，使污水得 到净化的污水处理法。 物理化学净化:运用物理和化学的综合作用，使污水得 到净化的污水处理技术。生物净化:利用水生生物特别是微生物的降解作用而使水 中污染物浓度降低的过程。 水体的物理净化 根据物理作用的不同，物理净化法可分为筛滤截留法、重力沉降法和离心分离法 : 筛滤截留法：使污水流过留有孔眼或孔隙的 装置。 重力沉降法：污水中的固体污染物在其本身 重力作用下

58、与水分离的过程。 离心分离法：使注有污水的容器高速旋转， 形成离心力场。固体颗粒在离 心力的作用下被甩向外侧，污 水则留在内侧，各自通过不同 的出口排出，使固体颗粒从污 水中分离出来的方法。 水体的化学净化: 属于化学净化法的有中和、化学沉淀、氧化还原、电解等。化学法主要用于工业废水的处理。 中和：酸和碱相互反应生成盐和水的过程称为中和。中和法用以处理酸性 废水和碱性废水，还可以调节被处理污水的pH值，使其形成中性。 化学沉淀：向污水中投加某些化学药剂，使污水中的污染物发生直接的化 学反应，形成难溶的固体生成物（沉淀物），然后通过固液分 离，使污水得到净化。 氧化还原：通过药剂与污水中污染物的

59、氧化还原反应，将污水中有毒害的 污染物转化为无毒或微毒物质的方法称为氧化原还法。常用的 氧化剂有：空气、臭氧、氯气、高锰酸钾等，作为还原剂者： 硫酸亚铁、亚硫酸盐等。 电解：污水在直流电流作用下，发生电解，其中的有毒物质在阳极和阴极 分别进行氧化和还原反应，生成新物质，这些物质或沉积在电极表 面或生成气体从水中逸出，降低了污水中有毒物质浓度，使污水得 到处理。水体的物理化学净化 属于物理化学净化法的处理技术有：混凝、气浮、吸附、离子交换、电渗析、反渗透、超滤等。 混凝：向污水中投加混凝剂，使水中呈胶体形态的污染物失去稳定状态， 进一步在相互碰撞和附聚搭接而成为较大的呈絮状的颗粒，这样的 颗粒易

60、于从水中沉淀分离。 常用的混凝剂(絮凝剂)： 铝盐、聚合铝、铁盐、镁盐、有机絮凝剂 、高分子絮凝剂。气浮：采取一定的技术措施，使空气以微小气泡的形式分散在污水中，并向水面上浮，污水中比重小于1或接近于1的污染物以及乳化油剂粘附在气泡上，随气泡一同上浮，与污水分离，使污水得到净化。按气泡产生的方法不同，气浮可分为加压溶气气浮、叶轮扩散气浮、扩散板曝气气浮等。气浮法可有效地用于处理含油废水、造纸厂白水以及染色废水等。 吸附：利用多孔性固体（称为吸附剂）吸附污水中某种或几种污染物（称为吸附质），以回收或去除某些污染物，从而使污水得到净化的过程称为吸附净化。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为物理吸附