绿色化学与水污染

1、水污染与绿色化学第一节 地球上的水1、地球上仅有不到1的淡水为人类所利用，估算约为300万立方千米。2、我国水资源总量丰富，人均不足。我国淡水资源的总量为2.8亿立方米，居世界第六位。但人均占有量较低，以13亿人口计，人均占有量仅有2154立方米，只相当于世界人均水资源占有量10000立方米的1/4左右。 一、水的分布地球上水的分布97.3% 的水是海水，不宜被人类直接使用与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水贮量约仅占地球上总水量的 0.3% 。淡水在时空上的分布又很不均衡。 水的类型水量比例/%海洋水13200097.3淡水湖12.50.009盐湖和内海lo.40.008河流0.10.00

2、01土壤水6.70.005地下水8350.6冰冠和冰川29202.1大气水1.30.001总 计135786100地球上的水量分布联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。农业缺水城市缺水生态缺水我国水资源的主要问题：我国水资源人均和亩均水量少；水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡；水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁。二、水的循环1、水的自然循环 2、水的社会循环 抽 提处 理河流、湖泊生产、生活水的性质不断变化一、 水质的概念： 水的质量。 是指水与其所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性二、水质指标： 衡量水质的好坏，分为物理性（2小类）、化学性（3小类）、生物性

3、三大类。第二节 基本概念。1.悬浮物 1）主要指：沙砾、悬浮固体、漂浮物 2）危害：减少阳光对水面的穿透能力，从而衰减了水面下的光合作用；悬浮物的大量存在，堵塞鱼类的腮，导致死亡；可以吸附其他的污染物，进行协同的迁移。2.生化需氧量（BODBiochemical Oxygen Demand） 生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质、木质素等有机化合物，可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2、H2O等。这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧，因而称为需氧污染物。 1)定义：在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。（mg/1） 或水中有机物经微生

4、物分解时所消耗的溶解氧的数量2)是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。BOD越大，表示有机污染越严重。需氧性污染物的危害水体发黑变臭3.化学需氧量（COD-Chemical Oxygen Demand）1) 定义：在酸性条件下能够将有机物氧化为H20和C02，此时所测出的耗氧量。 或者：用化学氧化剂氧化水中有机物时，所需氧化剂的数量2)特点：测定时间短，不受水质限制。主要作为工业废水的污染指标。3)CODBOD，COD与BOD的差值可表示不为微生物降的有机物。4、植物营养物 是指促使水中植物生长，从而加 速水体富营养化的各种物质，主要指氮、磷。1)水体富营养化的概念水体富营养化的表现5.

5、pH值：反映水的酸碱强弱的指标6.细菌污染指标：一般指大肠杆菌群数7.有毒物质指标： 1)定义：指达到一定浓度后，对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。 2)品种繁多，检测内容视具体情况而定第三节 水污染1、点污染源水污染的主要来源第三节 水污染一、废水中污染物浓度大 二、废水成分复杂且不易净化 三、带有颜色或异味 四、废水水量和水质变化大 1、点污染源工业废水 二、水污染的主要来源生活污水 主要来自家庭、商业、学校、旅游服务业及其他城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、沐浴排水及其他排水等。 生活污水中99.9%是水，固体物不到0.1% 大量合成洗涤剂 2、面污染源农业面

6、源污染城市径流污染1、悬浮物 使水体变浑，影响水生植物的光合作用，吸附有机毒物、重金属等，形成危害更大的复合污染物沉入水底，日久形成淤积，妨碍水上交通或减少水库容量，增加挖泥负担。 2、耗氧有机物 排入水体后能在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少 。影响鱼类和水生生物的生存 ，造成水体变黑发臭 。主要的水污染物质3、植物性营养物 主要指含有氮、磷的无机、有机化合物，易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化，使自来水处理厂运行困难，造成饮用水的异味，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，甚至会导致湖泊的干涸灭亡。 4、重金属 重金属是具有潜在危

7、害的重要污染物质，从50年代前后日本出现的水俣病和骨痛病，均已查明是由于汞、镉污染引起的公害病。重金属的环境污染已受到人们极大的关注。5、难降解有机物 指难以被微生物降解的有机物，能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集最后进入人体。它们中的一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸和致突变的作用 。6、石油类 主要来源于船舶废水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降 。它会阻止氧进入水中，妨碍水生植物的光合作用 。同时，石油还会粘附在鱼鳃上，使之呼吸困难直至死亡，还会抑制水鸟产卵和孵化。食用在含有石油的水中生长的鱼类等水产品，会危及人体健康。 传统的水污染控制 基本控制模式三级控制源

8、头控制污水集中处理尾水最终处置再利用/环境水体接管标准出水标准环境标准一级控制二级控制三级控制绿色化学的水污染控制 基本控制模式从源头上消除源头控制污水集中处理尾水最终处置再利用/环境水体出水标准环境标准一级控制二级控制三级控制采用新型的氧化剂降低对水的污染传统的无极氧化剂：NaClO, NaBrO, HNO3, KHSO3,CrO3,KMnO4, KCr2O7 ,etc.对于这些氧化剂而言，其突出的缺陷是 大量的废盐, 长生大量有害废气和废液重金属污染O2:最清洁的氧化剂对于反应条件有苛刻的要求, 多会有大量副产物生成绿色的新型氧化剂H2O2H2O2 含有超过 47的氧，氧化完成后，其产物是

9、水。H2O2 价格昂贵且不稳定，高浓度的H2O2 不便储存。绿色的新型氧化剂 (O3)：O3 也是一种绿色的氧化剂。氧化后的物质是O2需要特殊的设备才能生成。Clean oxidative and their charactersO3 tubetransformer(N2O)：氧化后的物质是N2N2O 不易合成，且N2O 的价格非常昂贵。Clean oxidative and their charactersHigh Temperature, NOX.Load catalystLower Temperature绿色表面活性剂生活污水问题是水体的主要染污源之一。主要是粪便和洗涤污水。城市每人每日

10、排出的生活污水量为150400L，其量与生活水平有密切关系 （线性烷基苯磺酸, ） 1884: Lever & Co starts producing Sunlight soap.1900: Lux Flakes. 1930: Lever & Co - Unilever(联合利华)起初烷基长链来自于煤油提取物Linear Alkylbenzene Sulfonates其后，烷基链通过丙烯（propylene）合成. 四四异丙基苯磺酸Tetrapropylene alkylbenzene sulfonate (TPBS)对环境压力很大Linear Alkylbenzene Sulfonates主

11、要的原因是：TPBS的烷基部分高度分叉，难以和细菌的酶作用问题的源头：传统化学合成方法较易合成出高取代的支链. What will happen with highly branched hydrocarbons ?由于难于生物降解，即使 TPBS只有2 mg L-1,水体泡沫化也会很严重Environmental problem TPBS was degraded by only about 50 % in sewage treatment units and as a result excessive foaming occurred in activated sludge aeratio

12、n (通风) tanks, as well as in receiving rivers. The foaming was far worse than that caused by proteinaceous(蛋白质的) material in sewage prior to the introduction of synthetic surfactants and in extreme cases sewage-works operators were killed by asphyxiation(窒息) after falling into foaming tanks from walk

13、ways made slippery by the foam.使用线形烷基苯磺酸 (LAS)替代TPBS结构上的差异：线形烷基链vs高支链化的烷基链、结果：易于与细菌内的酶作用，可以在环境中降解在到达污水处理场之间，已大部分降解2 DialkylQuaternaries(二烷基季铵)Quaternary Ammonium Compounds:Surface-active quaternary ammonium compounds (QAC)Domagks discovery :the biocidal (毁灭生命的) properties of simple quaternary ammoni

14、um compounds were greatly enhanced by the presence of a long alkyl group.QACss Usage:There are still many QAC-type biocides in use, but household fabric softeners presently constitute the largest market by far for QACs. Other applications are mainly industrial and include multiple uses in textile pr

15、ocessing, road paving, oil well drilling and mineral separation, to name just a few.2 DialkylQuaternaries(二烷基季铵)Quaternary Ammonium Compounds:Surface-active quaternary ammonium compounds (QAC)Domagks discovery :the biocidal (毁灭生命的) properties of simple quaternary ammonium compounds were greatly enha

16、nced by the presence of a long alkyl group.QACss Usage:There are still many QAC-type biocides in use, but household fabric softeners presently constitute the largest market by far for QACs. Other applications are mainly industrial and include multiple uses in textile processing, road paving, oil wel

17、l drilling and mineral separation, to name just a few. According to Cross, 66 % of the market for QACs is dominated by three classes, all of which are dialkyl quaternaries, meaning that hydrophobicity(疏水性) is imparted（授予） to the molecule by two linear alkyl chains in the C10 to C18 range. 2 DialkylQuaternaries(二烷基季铵)The three classes are dialkyl dimethylammonium salts(二烷基二甲基铵盐), imidazolium(咪唑) quaternary ammonium salts, ethoxylated ethanaminium quaternary unmonium salts (羟乙基乙铵鎓季铵盐), with typical structures shown on the following page