环境化学第一章绪论

环境化学happyskycj@163.com密码：hjhx2013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与环境问题的沿革;当代重大环境问题及其特点;环境科学和环境化学.第一章绪论主要内容第一节环境问题与环境化学一、相关概念二、环境问题和环境污染三、环境问题的认识

第二节环境污染物一、环境污染物的分类二、污染物的环境效应及影响因素三、环境污染物的迁移转化

第一节环境问题与环境化学（一）环境科学相关概念环境：周围的一切事物，是相对于中心事物而言的。在环境科学中，一般认为环境是指围绕着人群的空间，以及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素的总体，也有些人认为环境除自然因素外，还应包括有关的社会因素，即自然环境和社会环境。《中华人民共和国环境保护法》指出“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人工遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。环境分类环境具有多种层次，多种结构，可以作各种不同的划分。一般按照下述原则来分类，即按照环境的主体、环境的范围、环境的要素和人类对环境的利用或环境的功能进行分类。环境科学所研究的环境，其中心事物是人类，是以人类为主体的外部世界，即人类目前生存、繁衍所必需的、相适应的环境，或物质综合体。包括自然环境和人工环境两种。自然环境直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体。有时简称为环境。物质：空气、水、生物、岩石、土壤……自然现象：水土演变等多种自然因素、大气力量、水循环、地壳的稳定性、太阳的稳定性……能量：阳光、地热、地磁、引力……人工环境人工环境是指人类活动而形成的环境要素，它包括由人工形成的物质、能量和精神产品，以及人类活动中所形成的人与人之间的关系或上层建筑。人工环境综合生产力（包括人的素质）技术进步人工建筑物人工产品和能量政治体制社会行为宗教信仰文化与地方因素等环境系统地球表面各种环境因素及其相关系的总和环境因素包括非生物的和生物的。非生物因素有温度、光、电离辐射、水、大气、土壤、岩石以及其他如重力、压力、声音和火等。生物因素是指各种有机体，它们彼此作用，并同非生物环境密切联系着。环境系统实际上是一个不可分割的整体，但通常把地球环境系统分为大气圈、水圈、岩石圈（或土壤—岩石圈）和生物圈。在这些圈层的交界面上，各种物质的相互渗透、相互依赖和相互作用关系表现得尤其明显。（各圈层与人类活动圈关系图）各圈层与人类活动圈之间的相互关系环境系统相对地球来说是一个开放系统，也是一个动态平衡体系，能量的收入与支出保持平衡，因而地球表面温度维持一个相对稳定的范围。环境系统在长期演化过程中逐渐建立起自我调节系统，维持它的相对稳定性。所有这些都是生命发展和繁衍必不可少的条件。环境系统的范围可以是全球性的，也可以是局部性的。环境系统和生态系统、人类生态系统三个概念的区别是：环境系统着眼于环境整体，生态系统侧重于生物彼此之间以及生物与环境之间的相互关系。环境系统与人类生态系统两个概念相近似，但后者突出人类在环境中的地位和作用，强调人类同环境之间的相互关系。环境系统从地球形成以后就存在，生态系统是生物出现后的环境系统。而人类生态系统一般是人类出现后的环境系统。环境系统是具有一定调节能力的系统，对来自外界比较小的冲击能够进行补偿和缓冲，从而维持环境系统的稳定性。环境系统的稳定性在很多情况下取决于环境因素与外界进行物质交换和能量流动的容量。合理利用和改造人类环境，防止不良后果，要做好环境系统的研究。研究重点是：1、存在于各种环境因素之间，各圈层之间，有机界与无机界之间的相互作用，能量的流动，物质的交换、转化和循环。2、环境系统中的平衡关系，反馈机制，自我调节能力，环境容量。环境系统的稳定性和敏感性。3、人为活动对环境的影响。这些研究涉及许多学科领域，也是环境科学的中心任务之一。环境科学是把环境作为一个整体进行综合研究的。环境中的各种资源同环境的主体—人类之间，都处于动态平衡之中。因之在不同的生产水平的各个时期，环境对人口的承载量都有一个平衡值或最佳点，如果越出这个平衡值，则必然会使环境质量下降或者使人类生活水平下降。所以人类在改造环境中，必须是自身同环境保持动态平衡关系——可持续发展问题。可持续发展是指在保护环境的条件下既满足当代人的需求，又不损害后代人的需求的发展模式。环境质量一般是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人类的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。环境质量包括环境综合质量和各种环境要素的质量，如大气环境质量，水环境质量，土壤环境质量，生物环境质量，城市环境质量，生产环境质量，文化环境质量等。而各种环境要素的优劣，都是根据人类各种要求而进行的评价。在环境的研究与开发、利用中，人类要确定环境质量就必须进行环境质量评价，要进行评价就必须有标准，这样就产生了环境质量标准的体系。由于环境质量是依据人类各种要求来评价的，所以环境质量标准也依不同的要求而有许多种。环境化学是环境科学的一个重要分支，是化学与环境学的综合和交叉，它源于化学，但又不同于原来的化学学科，因而必须从环境的角度来考虑问题。它主要是运用化学的理论和方法，研究对人类健康和自然生态系统具有重大影响的化学组成在环境中的存在形态及其迁移、转化、归趋和效应的规律。研究重点：检测化学污染物（多组分，多介质，低含量）在大气圈、水圈、土壤、岩石圈和生物圈中的含量；鉴定其毒性和环境影响；研究其迁移、转化规律，特别是污染物在环境中的积累、相互作用和生物效应等问题。环境化学是在无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、化学工程的基础上形成的。分支学科研究领域环境分析化学环境有机分析化学环境无机分析化学环境中化学物质的形态分析各圈层的环境化学大气、水、土壤环境化学及复合污染物的多介质环境行为污染（环境）生态化学化学污染物的生态毒理学研究、环境污染对陆生生物系统、水生生态系统的影响、化学物质的生态风险评价环境理论化学环境界面化学、定量结构活性相关研究及环境污染预测模型污染控制化学大气、水污染控制，固体废物污染控制与资源化，；绿色化学与清洁生产（二）环境问题和环境污染概括地讲，环境问题是指全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象。大致可分为两类：原生环境问题和次生环境问题。由自然力引起的为原生环境问题，也称第一环境问题。由于人类生产和生活活动引起的生态系统破坏和环境污染，反过来又危及人类自身生存和发展的现象，为次生环境问题，也叫第二环境问题。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。生态破坏是指人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和结构显著改变，从而引起的环境问题。环境问题的历史发展环境问题的历史发展大致可分以下三个阶段：生态环境的早期破坏：从人类出现开始直到产业革命。近代城市环境问题：从工业革命开始到八十年代发现南极上空的臭氧洞为止。当代环境问题：从1984年英国科学家发现、1985年美国科学家证实南极上空出现的“臭氧洞”开始，人类环境问题发展到当代环境问题阶段。在历史发展的进程中，人类为了自身的生存与发展，不断地开发和利用自然资源，在生产过程中排放出废弃物，导致了环境污染问题的发生。由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境质量下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件，称之为环境污染。1）环境污染的表现和成因表现：a有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并到达致害的程度。b生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏。c不可再生资源被滥采滥用d固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害环境污染物是由物理、化学和生物因素所造成，其中，

1）物理因素：振动、噪声和放射线等

2）化学因素：化学污染物对大气、水体、土壤和动植物等环境介质的污染，并达到致害的程度。

3）生物因素：病原体和有害物种等的侵入。因化学物质引起的污染约占80%-90%。八大公害事件：20世纪30-70年代发生的最著名的世界八大公害事件，有五个是由于排放大量气体和粉尘引起的，另外三个是由于污染而引起的食物中毒的事件。公害事件时间及发生地中毒情况产生原因马斯河谷烟雾事件1932年12月比利时马斯河谷咳嗽、呼吸短促、流泪、喉痛、恶心、呕吐、胸闷、数千人发病，60人死亡SO2转化成SO3进入肺部多诺拉烟雾事件1948年10月美国多诺拉咳嗽、喉痛、胸闷、呕吐和腹泻，4d内约6000人患病，17人死亡SO2与烟尘作用生成了硫酸盐，吸入肺部伦敦烟雾事件1952年12月英国伦敦胸闷、咳嗽、喉痛和呕吐，5d内4000人死亡，历年共发生12起，死亡近万人粉尘Fe2O3使SO2转变成硫酸，附着在烟尘中，吸入肺部公害事件时间及发生地中毒情况产生原因洛杉矶光化学烟雾1943年美国洛杉矶眼睛红肿,流泪,喉痛,喘息,咳嗽,呼吸困难,头痛,胸痛,疲劳感,皮肤潮红,心脏障碍和肺功能衰竭等,大多数居民患病，65岁以上老人死亡400多人废气在紫外线辐射作用下生产的光化学烟雾水俣病事件1953日本九州南部熊本县水俣镇口齿不清、面部痴呆、全身麻木、最后精神失常、甚至死亡，患者180多人，死亡34人食用含有甲基汞的鱼、虾痛痛病事件1931-1973年日本高山县关节痛开始，最后骨骼软化萎缩，自然骨折，患者280人，死亡34人食用含镉废水灌溉的“镉米”和引用含镉的水公害事件时间及发生地中毒情况产生原因四日哮喘事件1955年以来，日本四日市支气管炎、支气管哮喘、肺气肿，患者500多人，死亡36人有毒重金属微粒及SO2入肺部米糠油事件1968年日本九州、爱知县等23个府县眼皮肿、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人食用含有多氯联苯的米糠油所致2）案例的讲述：水俣病事件日本熊本县水俣湾外围的“不知火海”是被九州本土和天草诸岛围起来的内海，那里海产丰富，是渔民赖以生存的主要渔场。水俣镇东部的一个小镇，有4万多人居住，周围的村庄还住着1万多农民和渔民。“不知火海”丰富的渔产使小镇格外兴旺。由于西方现代化工的兴起，一些年轻人到西方学了先进的技术之后，也打算在自己的国家开始创业。适逢日本将制盐收归国家专营，水俣村的唯一财路被断绝。水俣村的居民听说一家碳化工企业正在附近寻址，于是登门要求将工厂设在自己的村里，答应提供近乎免费的土地，并承担化工厂铺设电缆的费用。1925年，日本氮肥公司在这里建厂，后又开设了合成醋酸厂。1949年后，这个公司开始生产氯乙烯（C2H5Cl），年产量不断提高，1956年超过6000吨。于此同时，工厂把没有经过任何处理的废水排放到水俣湾中。氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞（Hg）的催化剂，这使排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，会转化成甲基汞（CH3HgCl）。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，而当时由于氯的持续生产已使水俣湾的甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余地程度。水俣湾由于常年工业废水排放而被严重污染了，水俣湾里的鱼虾类也由此被污染了。这些被污染的鱼虾通过食物链进入了动物和人类的体内。甲基汞通过鱼虾进入人体，被肠胃吸收，侵害脑部和身体其他部分。进入脑部的甲基汞会使脑萎缩，侵害神经细胞，破坏掌握身体平衡的小脑和知觉系统。据统计，有数十万人食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾。“水俣病”危害了当地人的健康和家庭幸福，使很多人身心受到摧残，经济上受到沉重打击，甚至家破人亡。更可悲的是，由于甲基汞污染，水俣湾的鱼虾不能再捕捞食用，当地渔民的生活失去了依赖，很多家庭陷于贫困之中。“不知火海”失去了生命力，伴随它的是无期的萧索。事件过程1950年，在水俣湾附近的小渔村中，发现一些猫的步态不稳，抽筋麻痹，最后跳入水中溺死，当地人谓之“自杀猫”，但没有人研究这事。当后来得知这一起公害事件时，有人称之为“自杀猫事件”。1953年，在水俣湾发现了一个生怪病的人，开始时只是口齿不清，步态不稳，面部痴呆，进而耳聋眼瞎，全身麻木，最后精神失常，一会酣睡，一会兴奋异常，身体弯弓高叫而死，但没人知道这是什么病。1956年5月，又在医院出现4个这种病人，得这种病而没有入院的患者还有50多人。这才引起本地熊本大学医学院一些人的注意。在调查中，把猫死人病毒各种现象联系起来分析，初步找到吃鱼中毒这个共同受害的根源。1957年，由于鱼有毒使成千上万渔民失业。1958年，资方为了掩人耳目，把排入水俣湾的毒汞延伸到水俣川的北部。六七个月之后，这个新的污染区出现了18个水银中毒的病人。于是引起广大渔民愤怒，几百名渔民攻占了新日本氮肥公司，捣毁了当地官方机构。但资方仍拒不承认污水毒害事实。到1963年，熊本大学“水俣病医学研究组”从水俣氮肥厂乙酸乙醛反应管排出的汞渣和水俣湾的鱼、贝类中，分离并提取出氯化甲基汞（CH3HgCl）结晶，用此结晶和从水俣湾捕获的鱼、贝作喂猫实验，结果400只实验猫均获得了典型的水俣病症状。用红外线吸收光谱分析，也发现汞渣和鱼贝中的氯化甲基汞结晶与纯氯化甲基汞结晶的红外吸收光谱完全一致。对水俣病死亡病例的脑组织进行病理学检查，在显微镜下也发现大脑、小脑细胞的病理变化，均与氯化甲基汞中毒的脑病理变化相同。1964年，日本西海岸的新泻县阿贺野川流域，由于另一垄断企业“昭和电工公司”含汞废水的污染，也出现了水俣病。这使人们进一步认识到，汞污染能给生命财产带来巨大的损失。综上述各种材料，日本政府与1968年9月确认了水俣病是人们长期食用含有汞和甲基汞废水污染的鱼和贝造成的。据1972年日本环境厅统计，水俣市的病患者有180多人，其中有50多人已经死亡。新泻县阿贺野川的病患者102人，其中8人死亡。实际上日本受害人数远超过这个数字，仅水俣市受害的居民已有1万人左右。（三）环境问题的认识20世纪60年代，人们把环境问题只当成一个污染问题，没有把环境问题与自然生态、社会因素联系起来，低估了环境污染的危害性和复杂性，未能追根寻源。20世纪70年代以来，所发生的许多公害的严重程度，已远远超过了前面所述的八大公害事件。在印度，博帕尔农药厂化学品泄漏造成约3000人死亡；墨西哥城，液化气罐爆炸使千人遇难；在前苏联，切尔诺贝利核反应堆爆炸使核尘埃遍布欧洲。1972年，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，第一次把环境问题与社会因素联系起来。20世纪80年代，人们对环境的认识有了新的突破性发展，提出了可持续发展的战略，指明了解决环境问题的根本途径1992年，联合国在巴西里约热内卢开了联合国环境与发展大会，这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类发展与环境关系史上新的里程碑。2002年，在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会。我国分别在1973、1983、1989和1996年召开了四次全国环境会议，推动了我国环境保护事业的发展和人们对环境认识的发展。随着环境问题的日益严重，人类对环境问题的认识也在不断提高。在当今世界上，人们越来越清楚地看到，环境问题已不再是某个国家和局部地区的事情，而成为全球性的问题。更为严重的是，现在不是局部的污染，而是生态环境的恶化。因此，除了环境污染之外，当今的环境问题还包括：温室效应和全球气候变化；土壤退化和土地沙化；植被破坏和水土流失；人口过载和资源枯竭;物种消失和生物多样性减少等。我国的环境污染也相当严重。现在每年排放的SO2已达1500万吨以上，成为世界上SO2排放量最多的国家之一。大量城市污水未经处理排入江、河、湖、海等水体，其中工业废水所占的比重较大，从而造成水环境的严重污染。我国环境领域急需解决的重大问题：土壤污染机理与修复固体废弃物处理处置与资源化绿色化学与清洁生产环境监测新技术持久性有毒物质与生态安全区域环境调控与环境建设国家重大建设项目与生态环境安全第二节环境污染物环境污染物主要是由人类的生产和生活活动产生的，是环境化学研究的主要对象。这些污染物中有一些进入环境之后，通过物理或化学反应或在生物作用下会转变成危害更大的新污染物，也可能降解成无害的物质。不同污染物同时存在时可能会形成复合污染，可因协同作用而使污染物的毒性降低或增大。（一）、环境污染物的分类按社会功能来源分类：工业污染物、农业污染物、交通运输污染物、生活污染物按化学性质分类：重金属、无机物、有机物等按受污染物影响的环境介质可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物按社会功能来源分类工业污染物工业生产造成的环境污染主要是由于对自然资源的过量开采，引起多种化学元素在生态系统中的超量循环；能源和水资源消耗和利用；生产过程中产生的“三废”。工业污染物的特点是数量大、成分复杂、毒性强。常见的有：酸、碱、油、重金属、有机和无机毒物、放射性物质等。有的工业生产过程还排放强烈致癌物如亚硝基化合物等。食品、发酵、制药、制革等一些生物制品加工工业排放大量耗氧有机物外，还会产生微生物、寄生虫、抗生素等。农业污染物：农业对环境产生污染主要是由于使用农药、化肥、农业机械等工业品，农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥中常含有细菌和微生物。交通运输污染物：汽车、火车、飞机、船舶都具有可移动性的特点。它们的污染主要是噪声、汽油（柴油）等燃料燃烧的排放和有毒有害物质的泄漏、清洗、扬尘和污水等。石油燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅、硫氧化物等。生活污染人类的生活活动也是造成环境污染的重要方面。分散取暖和炊事燃煤是城市主要的大气污染源之一。生活污水主要包括洗涤和粪便污水，含有耗氧有机物和病菌、病毒与寄生虫等病原体。城市垃圾中含有大量废纸、玻璃、塑料、金属、动植物食品的废弃物等。按化学性质分类1、重金属和准金属类：如铅、镉、铬、汞、砷等重金属和准金属。2、无机类：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、卤间化合物、次氯酸及其盐、硅的无机化合物（石棉）、无机硫磷化合物等。3、有机污染物烃类有机化合物：烷烃、芳烃、多环芳烃等。金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅、羰基镍、二苯铬、三丁基锡、单甲基或二甲基胂酸、三苯基锡等含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、酮、醛、有机酸、酯、酚类化合物等。有机氮化物：胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、三硝基甲苯（TNT）、亚硝胺等。有机硫化物：烷基硫化物、硫醇、二甲砜、硫酸二甲酯等。（二）污染物的环境效应及影响因素环境效应按照环境变化性质划分为：

环境物理效应、环境化学效应及环境生物效应。环境物理效应：由物理作用引起的效应，比如噪声、光污染、电磁辐射污染、热岛效应、地面沉降、温室效应等。因燃料的燃烧而放出大量热量以及街道和建筑物群释放的热量，使城市气温高于周围地带的现象称为热岛效应。大气中二氧化碳和其它温室气体的不断增加，产生温室效应。工业烟尘和风沙会使大气能见度下降。大气中大量的颗粒物会增加云雾的凝结核，增加了城市降水的机会。在冲击平原上建设的城市如过量开采地下水，将会引起地面沉降。

环境化学效应在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应。如湖泊的酸化、土壤盐碱化、地下水硬度升高、局部地区发生光化学烟雾、有毒有害固体废弃物的填埋造