大学化学+化学与环境zhang

第9章

化学与环境可持续发展环境环境问题环境保护环境污染9.1人类与环境的关系环境定义：与人类活动相关的所有外界影响力之和。

环境人类环境问题

目前人类面临的主要环境问题a.自然灾害b.水污染c.大气污染d.资源问题e.人口问题f.粮食问题环境保护环境保护概念的发展50年代70年代80年代

可持续发展两个基本要点：人类应坚持与自然和谐相处当代人不能剥夺后人发展的权利发生时间发生地事件名称中毒情况

致害原因1930年12月比利时马斯河谷烟雾事件60人死亡，几千多人发病SO2，烟尘1948年10月美国多诺拉烟雾事件17人死亡，六千多人患病SO2，烟尘1952年12月英国伦敦烟雾事件4天内死亡4000多人SO2，烟尘1955年5~10月美国洛杉矶光化学烟雾事件2天内65岁以上老人死亡400人，大多数居民患病光化学烟雾1953~1956年日本水俣事件—汞中毒50多人死亡，280多人患病甲基汞1955~1972年日本富山事件—骨痛病81人死亡，130多人患病镉1961~1972年日本四日市事件—哮喘病10多人死亡，800多人患病SO2，烟尘1968年3月日本米糠油事件16人死亡，五千多人发病多氯联苯二十世纪国外八大环境污染事件

化学在环境科学中的作用（1）环境分析化学环境分析化学的发展主要集中在对环境中微量、痕量有害化合物的分析。（2）环境污染化学环境污染化学主要研究环境污染物的产生、迁移、转化、累积、降解、危害及归宿。（3）污染控制化学化学、生物以及化学与生物配合技术已广泛地应用于污染控制。（4）生态化学综合应用环境化学、生物学、毒理学研究大量化学物质在环境中引起的生态效应和对人体健康的影响是生态化学研究的主要内容。绿色化学概述1干洁空气(N2,O2,Ar,CO2)2水汽3悬浮颗粒

当前大气的组成9.2大气环境化学主要大气污染物及来源一次污染物：CO,CO2SO2,H2SNO,NH3颗粒污染物二次污染物：SO3,H2SO4,MSO4NO2,HNO3,MNO3,O3醛、酮空气污染指数CO源汽车尾气，化石燃料燃烧火山爆发、森林火灾植物生长过程的光分解海洋生物代谢汇与土壤中微生物反应CO——CO2与OH·反应CO2源汽车尾气，化石燃料燃烧火山爆发、森林火灾汇植物的光合作用温室效应SOX源电厂、工业排放自然界火山、海洋排放生物腐败或生产排放出的H2S,经氧化生成SO2汇地面或水系酸雨NOX源天然土壤、海洋中细菌对硝酸盐的分解闪电过程NH3的氧化燃料燃烧合成氨生产（很少）汇NO——NO2——HNO3——地面或水系NOx与光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏都有关系颗粒物空气污染指数（API）二氧化氮（nitrogendioxode,NO2）二氧化硫（sulphurdioxide,SO2）臭氧（ozone,O3）一氧化碳（carbonmonoxide,CO）可吸入悬浮粒子（respirablesuspendedparticulates,RSP）

空气污染指数是把五种空气污染物的浓度与相关的某城市空气污染指数比较而计算出来的。其中五种空气污染物为空气污染指数API空气质量状况表征颜色对健康的影响建议采取的措施0-50优可正常活动51-100良100-200轻度污染易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动200-300中度污染心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状老年人和心脏病、肺病患者应停留在室内，并减少体力活动>300重污染健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动国内空气污染指数表9.2.1.大气结构大气污染物迁移的影响因素风、湍流、浓度梯度天气形势和地理形势光化学烟雾淡蓝色，氧化性烟雾硫酸型烟雾淡黄色，还原性烟雾酸性降水中国酸雨地区分布图颗粒物温室效应敌人？“亦正亦邪”的臭氧朋友？人类对臭氧层的破坏臭氧层的保护作用

臭氧可阻挡大部分高能紫外线，防止紫外线对地球上生物的杀伤。臭氧对人类的危害

臭氧会使人感到呼吸困难、肺功能减弱及肺组织受损；臭氧与汽车派出的碳氢化合物产生作用，生成光化学烟雾，刺激我们的呼吸系统。人类对臭氧层的破坏臭氧空洞大气污染的综合防治1、大气污染的控制途径合理规划改变燃料结构集中供热供暖绿化造林采用先进技术2、大气污染的治理技术颗粒污染物的治理（除尘）主要气态污染物的治理（吸收法；吸附法；催化法；燃烧法；冷凝法）9.3水的污染和水处理9.3.1自然界中的水体自然水体是指存在于海洋、湖泊、河流、沼泽、水库、地下水、以及大气水等的总称。水是生命之源，人类社会的发展不论过去、现在、以及将来都与水密切相关。概述总量：15亿立方公里淡水2.8%海水97.2%淡水分配：冰川、冰盖：77.2%地下水：22.4%沼泽、湖泊：0.35%大气：0.04%河流：0.01%我国目前平均每人占有地表水资源约2700m3，居世界第88位，仅为世界人均占有量的1/4。水体水体的组成不仅包括水，而且也包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物，所以水体是个完整的生态系统，或是被水覆盖地段的自然综合体。天然水体组成：悬浮物质：泥沙、粘土、藻类及附着的细菌等胶体物质：硅溶胶和腐殖酸胶体等水合金属离子（Fe3+、Al3+）溶解物质：盐类（K+

、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、

Cl-、

SO42-等）微量金属离子（Cd、Hg、Pb、Sb、Sn、Zn、Mn、Cu）营养物质（N,P）气体（O2、CO2、H2S和N2等）有机物质(非腐殖质和腐殖质)水体指标总含盐量(TDS):水体中常见主要离子总量。TDS=[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-]水体中的有机污染物BODCODTOCTOD气体在水中的溶解度天然水中存在的气体有氧气、二氧化碳、硫化氢、氮气和甲烷等水体污染

污染物排入天然水体,一旦超过其自净能力，就引起天然水体发生物理、化学性质的变化，水质变坏。

水的污染恶化环境，传染疾病，毒害生物，对人类和自然界造成严重危害。水体中主要污染物来源及危害1、无机无毒物质（颗粒；酸、碱、无机盐；氮、磷等营养物质）2、无机有毒物质（氰化物、砷、汞、镉、铅等重金属盐）3、有机无毒物质（碳水化合物、蛋白质、脂肪）4、有机有毒物质（农药、酚、醛、酮、多氯联苯、多环芳烃、染料、塑料）5、石油类污染物（石油及其制品）6、其他污染物（放射性物质、热）颗粒来源:岩石风化（石英、刚玉、赤铁矿…）粘土矿物碳酸盐、硅石有机颗粒物（生物残骸）天然人造有机物（核酸、蛋白质）危害：大大降低光合作用，妨碍水体自净堵塞鱼鳃，导致鱼类死亡其他污染物的载体酸、碱和无机盐来源：酸：酸雨、矿山废水、化工厂排放、金属加工碱：制碱、制革、造纸、炼油危害：抑制甚至消灭微生物的生长，妨碍水体自净土壤酸化（碱化），水质恶化，危害渔业生产改变水的硬度，水中无机盐增加，增大水的渗透压，影响生物生长氮、磷等营养物质来源：农业排水城市污水工业废水危害：藻类使水道堵塞，水质变差破坏水体中原有生态平衡，严重的导致水质腐化水的富营养化水生生物赤潮1赤潮除了接触而引起皮肤不适，挥发性毒素还能对眼睛和呼吸道产生影响。2更主要的是有毒赤潮产生的赤潮生物毒素通过食物链的传递作用，导致人类的中毒甚至死亡。水体自净

水体的自净过程很复杂，按其机理可以分为：物理过程（稀释、混合、扩散、挥发、沉淀）化学及物理化学过程（氧化、还原、吸附、凝聚、中和）生化过程（分解、转化、代谢）

水的软化a.硬水及其危害含Ca2+、Mg2+离子的水，称“硬水”，具有某些不良特征。2HCO3-(aq)+Ca2+(aq)=CaCO3(s)+CO2(g)+H2O软化水的方法1）石灰-苏打法

2）离子交换法

水的净化城市污水系统土壤是由固、液、气三相共同组成的多相体系。9.4土壤污染及其防治土体构型土壤中的无机矿物质原生矿物硅酸盐类：长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石氧化物类：石英、赤铁矿、金红石硫化物类：白铁矿、黄铁矿磷酸盐类：磷灰石次生矿物简单盐类：方解石、白云石、石膏、泻盐、芒硝三氧化物：褐铁矿、三水铝石、针铁矿次生硅酸盐：伊利石、蒙脱石、高岭石土壤中的有机质土壤中的生物土壤中的粒级划分颗粒名称粒径（mm）石块>10石砾10－3－1砂粒1－0.25－0.05粉粒0.05－0.01－0.005粘粒0.005－0.001<

由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤的粗细状况，称为土壤质地。土壤的性质土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能土壤胶体的电性土壤胶体的凝聚性和分散性土壤的吸附性土壤胶体的离子交换吸附阳离子交换吸附影响吸附的因素阳离子交换量盐基饱和度阴离子交换吸附土壤的氧化还原性主要氧化剂：土壤中氧气、硝酸根、高价金属离子主要还原剂：有机质、低价金属离子体系氧化态还原态铁体系Fe(III)Fe(II)锰体系Mn(IV)Mn(II)硫体系SO42-H2S氮体系NO3-NO2-N2NH4+有机碳体系CO2CH4土壤中的无机矿物质原生矿物硅酸盐类：长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石氧化物类：石英、赤铁矿、金红石硫化物类：白铁矿、黄铁矿磷酸盐类：磷灰石次生矿物简单盐类：方解石、白云石、石膏、泻盐、芒硝三氧化物：褐铁矿、三水铝石、针铁矿次生硅酸盐：伊利石、蒙脱石、高岭石土壤中的有机质土壤中的生物土壤中的粒级划分颗粒名称粒径（mm）石块>10石砾10－3－1砂粒1－0.25－0.05粉粒0.05－0.01－0.005粘粒0.005－0.001<

由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤的粗细状况，称为土壤质地。土壤的性质土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能土壤胶体的电性土壤胶体的凝聚性和分散性土壤的吸附性土壤胶体的离子交换吸附阳离子交换吸附影响吸附的因素阳离子交换量盐基饱和度阴离子交换吸附土壤酸碱性活性酸度（土壤溶液中H＋浓度的直接反应）潜在酸度（土壤胶体吸附的H＋、Al3＋发生离子交换时产生的酸度）代换性酸度（中性盐溶液淋洗）水解性酸度（弱酸强碱盐溶液淋洗）水解性酸度一般大于代换性酸度只有盐基不饱和土壤才有潜在酸度潜在酸度往往比活性酸度大得多二者是同一平衡体系中的两种酸度，可互相转化。土壤酸度土壤碱度碱金属、碱土金属的碳酸盐和碳酸氢盐难溶性盐水溶性盐土壤胶体上吸附的Na＋、K＋离子饱和度较大时会水解产生氢氧根土壤的缓冲性土壤溶液的缓冲性（碳酸、硅酸、磷酸、腐植酸和其它有机酸及其盐类）土壤胶体的缓冲性（吸附的H＋、Al3＋发生离子交换时）铝离子对碱的缓冲作用土壤的氧化还原性主要氧化剂：土壤中氧气、硝酸根、高价金属离子主要还原剂：有机质、低价金属离子体系氧化态还原态铁体系Fe(III)Fe(II)锰体系Mn(IV)Mn(II)硫体系SO42-H2S氮体系NO3-NO2-N2NH4+有机碳体系CO2CH4土壤的基本环境机能培育植物推动物质循环保存水资源防止灾害自净能力

土壤的退化包括：水土流失；沙漠化；酸化、碱化；营养物流失；土壤污染土壤污染土壤污染的类型

水体污染型大气污染型农业污染型固体废物污染型土壤中的主要污染物无机污染物（重金属、非金属、放射元素、酸碱盐）有机污染物（农药、塑料、酚、氰化物、石油、苯并芘、有机洗涤剂、脂肪蛋白质）有害微生物我国土壤污染状况土壤污染迁移及其机制大气污染物农药化肥灌溉污水固体废物土壤环境水体农作物饮用水食品水生生物人体污染物在土壤－之物体系中的迁移及机制迁移方式主动转移和被动转移影响因素植物种类土壤种类重金属形态重金属种类植物对重金属污染的几种耐受机制抑制重金属跨膜吸收根际分泌螯合剂形成氧化－还原梯度形成pH酸度梯度与细胞壁结合有保护酶活性的机制形成金属结合蛋白的解毒作用土壤中农药的迁移和转化迁移方式：1、扩散2、质体流动降解方式：1、生物代谢降解2、化学降解3、光分解土壤中农药的迁移典型农药在土壤中的迁移转化有机氯农药DDT六六六有机磷农药敌敌畏乐果敌百虫土壤的基本环境机能培育植物推动物质循环保存水资源防止灾害自净能力

土壤的退化包括：水土流失；沙漠化；酸化、碱化；营养物流失；土壤污染土壤污染土壤污染的类型

水体污染型大气污染型农业污染型固体废物污染型土壤中的主要污染物无机污染物（重金属、非金属、放射元素、酸碱盐）有机污染物（农药、塑料、酚、氰化物、石油、苯并芘、有机洗涤剂、脂肪蛋白质）有害微生物我国土壤污染状况土壤污染迁移及其机制大气污染物农药化肥灌溉污水固体废物土壤环境水体农作物饮用水食品水生生物人体迁移方式：1、扩散2、质体流动降解方式：1、生物代谢降解2、化学降解3、光分解土壤中农药的迁移典型农药在土壤中的迁移转化有机氯农药DDT六六六有机磷农药敌敌畏乐果敌百虫概述固体废物人类生产生活过程中丢弃的固状和泥状物质。放在错误地点的原料。固体废弃物的分类工业固体废物矿业固体废物农业固体废物城市垃圾放射性固体废物固体废物的两重性城市废物量及主要成分城市生活垃圾指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物其主要成分包括厨余物，废纸，废塑料，废织物，废金属，废玻璃陶瓷碎片，砖瓦渣土，粪便，以及废家用什具，废旧电器，庭园废物等等。它的主要特点是成分复杂，有机物含量高。响城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活习惯、季节，气候等。80年代中期收入水平不同的

国家及几个典型城市人均垃圾产生量收入水平高收入国家中等收入国家低收入国家垃圾量0.7-0.80.5-0.90.3-0.6城市东京维也纳汉城香港新加坡利马里约热内卢垃圾量m/y2.71.02.530.850.870.960.54

年份人均GDP人均垃圾（kg/y）

1990

8700

597

1991

9653

598

1992

10530

603

1993

11366

613

1994

11592

621

1995

13073

63190年代北京

人均垃圾产生量固体废弃物对环境的危害侵占土地污染土壤污染水体污染大气影响环境卫生固体废弃物的处理1、倾海、填埋2、固体废弃物的一般处理技术预处理技术焚烧热回收技术热解技术微生物技术3、资源化系统有害废物指固体废物中对人体及环境有较大危害的废物。（固状、泥状、液态）鉴别标准：可燃性、反应性、腐蚀性、浸出毒性、急性毒性、放射性等。

例有害废物中的有害成分有害废物的迁移途径及危害有害废物1998年7月1日实施的《国家危险废物名录》，我国危险废物共分为47类有害废物中重要的有害成分无机物汞及其化合物砷及其化合物镉及其化合物铬及其化合物铅及其化合物锌及其化合物可溶性铜及其化合物氰化物氟化物石棉过氧化物、高氯酸、氯酸盐、叠氮化物有机物烃类（石油烃、苯、甲苯、多环芳烃）含氧化物（醛类、酚类、醚类、钛酸酯）含氮化物（丙烯氰、联苯胺、吡啶）含硫化物（甲硫醇、二甲硫醚）卤代物（氯仿、多氯联苯）有机金属化合物（四乙基铅）有机农药（六六六、对硫磷）有害废物的越境转移《巴塞尔公约》是现今国际上控制废物