上海大学考研环境化学

环境化学

Whoeversavesonelife,

Savestheentireworld第一章绪论

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。它包括了环境污染和生态破坏。原生环境问题(第一环境问题）：由自然力引起的环境问题，如火山爆发、地震、洪涝、干旱、滑坡等引起的环境问题。次生环境问题（第二环境问题）: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，反过来又危害人类自身的生存和发展的现象。

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。环境污染的具体表现：

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

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造成环境污染的因素：

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80%-90%。1）环境污染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：石油工业和汽车废气在紫外线作用下产生的光化学烟雾。到1958年才发现,这一事件由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的。世界著名的环境问题伦敦烟雾事件时间地点：1952年英国伦敦中毒情况：

胸闷、咳嗽、喉痛和呕吐，5天内4000人死亡，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时间地点：1953年日本九州水俣原因：食用含有甲基汞的鱼。

中毒情况：

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时间地点：1955－1972年，日本富山县；原因：食用含镉废水灌溉的镉米和含镉的水。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

1900194019802000粪便污染重金属微生物污染核素耗氧有机物营养元素或生源要素温室气体环境内分泌干扰物二次污染物持久性有机物污染有机金属污染物发达国家不同历史时期关注重点问题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。PTSs引起污染事件持久性毒害污染物（PersistentToxicSubstances，PTS）：是指一类具有很强的毒性，在环境中难降解，可远距离传输，并随食物链在动物和人体中累积、放大，具有内分泌干扰特性的污染物，包括POPs和某些重金属污染物。持久性有毒污染物(PTS)与臭氧层破坏和温室效应并称为21世纪影响人类生存与健康的三大环境问题。由于PTS对人体健康和环境的长期影响，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，成为国际环境科学研究的十分热门的研究领域。米糠油事件时间地点：1968年，日本九州、爱知县等23个县；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6种有害物质。两个指令涉及的产品包括10大类、近20万种。二噁英污染事件时间地点：1976年，意大利米兰中毒情况：家禽大量死亡，自然流产和畸形儿增多原因：化工厂爆炸散发PCDD。世界著名的环境问题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。二噁英的结构通常所说的二噁英实际是指二噁英（Dioxins&Furam）物质，它们是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃（PCDFs））的总称。PCDD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。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1998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臭氧层耗散导致：

皮肤癌白内障3酸雨侵袭世界各国皆有不同程度的酸雨侵袭；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SO3+H2O→H2SO4SO2+hv→SO2·4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，我国风蚀与荒漠化的土地面积达33X104hm2当今人类面临的环境问题土地退化导致：沙尘暴健康危害呼吸系统疾病沙漠肺综合症心血管系统疾病患病和死亡率增加自然疫源性疾病水土流失与土壤营养物流失土壤酸化（酸雨）与土壤营养物质流失6绿色屏障锐减世界森林面积每年减少1986X104hm2当今人类面临的环境问题7物种减少大面积砍伐森林过度捕猎野生动物工业化和城市化无控制的旅游水土气的污染全球变暖当今人类面临的环境问题穿山甲Manispentadactyla

濒危等级：易危（E）

国家重点保护野生动物名录

8海洋污染污水、垃圾和化工废物等直接流入海洋海洋污染造成赤潮频繁发生当今人类面临的环境问题近年来，我国的赤潮灾害的影响也越来越大。我国自1933年首次报道以来，至1994年共有194次较大规模的赤潮，其中60年代以前只有4次，1990年后则有157起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。9固体废物污染当今人类面临的环境问题Thisisaverycommonrubbishheapofonecity!

反对垃圾焚化，防止二噁英污染10人口激增当今人类面临的环境问题疾病转型医疗配置精神健康老龄化问题11全球变暖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海平面上世纪平均上升了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《生物多样性公约》（ConventiononBiologicalDiversity）

是一项保护地球生物资源的国际性公约，于１９９２年６月１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，１９９２年６月５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１９９３年１２月２９日正式生效。

《生物多样性公约》截止２００４年２月，该公约的签字国有１８８个。中国于１９９２年６月１１日签署该公约，１９９２年１１月７日批准，１９９３年１月５日交存加入书。

《联合国气候变化框架公约》《联合国气候变化框架公约》（UnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange，简称《框架公约》)

是１９９２年５月２２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１９９２年６月４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２００４年１１月，已有１２９个国家及地区批准或加入议定书，议定书将于２００５年２月正式生效。

《保护臭氧层维也纳公约》该公约通常简称“维也纳公约”1985年3月22日订于维也纳，并于1988年9月22日生效。中国于1989年9月11日加入该公约。同年12月10日，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扩大面积相当4个澳洲《控制危害废物越境转移及其处置巴塞尔公约》《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》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》为了２１世纪的地球免受气候变暖的威胁，１９９７年１２月，１４９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１９９８年５月２９日签署了该议定书美国人口仅占全球人口的３％至４％，而所排放的二氧化碳却占全球排放量的２５％以上。美国曾于１９９８年１１月签署了《京都议定书》。但2004年３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》。我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题1．地表水污染机理与水环境修复2．地下水污染与修复3．安全饮用水技术保障体系4．污废水处理与资源化成套技术5．大气污染形成机理与控制6．城市空气质量控制机理与技术7．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题8．土壤污染机理与修复9．固体弃物处理处置与资源化10．绿色化学与清洁生产11．环境监测新技术12．持久性有毒物质与生态安全13．区域环境调控与环境建设14．国家重大建设项目与生态环境安全

第二节环境化学

1）环境化学的含义

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，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。

研究有害物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。

1）环境化学的含义

2）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4）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EnvironmentalBenignChemistryCleanerProduction,PollutionPreventionGreenChemistry(SustainableChemistry)

5）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●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。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、远距离乃至全球。

6）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●污染控制化学控制模式从终端污染控制模式(End-of-pipeControl)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）、绿色化学（GreenChemistry）和工业生态学（IndustrialEcology）等一些列污染控制的战略思路；希望生产不产生有害中间产物和副产品，实现废物和排放物的内部循环，达到污染最小化和资源、能源利用最大化的目的。一、污染物的类别环境中化学污染物是环境化学研究的对象主要分为：

元素重金属、准金属、卤素、臭氧、黄磷等。第三节环