环境化学-戴树桂版-第二版-课件-1第一章

环境化学

32学时东华大学环境科学系：宋新山

Tel：67792550-mail：newmountain@考核方式：平时(测验、作业、点名):20%

考试：80%1

参考教材类环境化学何燧源金云云何方编著华东理工大学出版社2000年12月第3版

环境化学王晓蓉编著南京大学出版社1993年11月第1版环境化学教程邓南圣吴峰编著武汉大学出版社2000年1月第1版EnvironmentalChemistry(seventhedition)SE.ManahanLewisPublishers环境化学教程刘兆荣，陈忠明化学工业出版社2003年1月环境水化学魏振枢化学工业出版社2002年7月水化学王凯雄化学工业出版社2001年5月ChemistryoftheEnvironmentThomasG.SpiroWilliamM.Stigliani

清华大学出版社（影印版），2003年7月

2科学期刊类

1.中国环境科学

2.环境科学

3.环境化学

4.环境科学学报

5.Environ.Sci.Technol.6.WaterResearch3第一章绪论(基本了解，2学时)第二章大气环境化学(重点掌握，10学时)第三章水环境化学(重点掌握，10学时)第四章土壤环境化学(重点了解，4学时)第五章生物体内污染物质运动过程(重点了解，4学时)第六章典型污染物在环境圈层中转归与效应(自学-了解)第七章受污染环境的修复(自学-了解)第八章绿色化学的基本原理与应用（自学-了解）全书内容学时分配与重点4

教学要求1.要求掌握大气的基本性质和组成，污染物的源和汇，大气中主要的气相反应和液相反应以及大气颗粒物性质等基本概念和基本原理；了解酸雨、温室效应及臭氧层破坏等全球关注的大气问题。2.掌握天然水体的组成和性质、溶解和沉淀、氧化和还原、配合作用及固液界面间相互作用等基本原理在环境化学中的应用；了解主要有毒难降解污染物的环境行为及归趋模式。3.掌握土壤主要的理化性质，重金属及氮、磷营养物质在土壤环境中的迁移、积累以及有机农药等污染物在土壤中的降解途径和持留，了解环境条件变化对污染物在土壤中迁移转化的影响。4.了解金属形态的生物有效性、污染物的微生物转化、化学物质的生物吸收和生物浓缩机理以及对人体健康的影响。5.了解化学物质在生物体内的转运和代谢，化学物质的联合作用以及化学物质引起致突变、致畸和致癌作用基本原理，利用有机物结构与致癌作用关系预测化学物质的致癌性等。5第一章绪论一、环境问题—旧话重提二、环境化学—时代需要三、环境污染物四、环境效应五、几个基本概念6EnvironmentalChemistry

—Chemistryisallaroundus化学和环境之间有着密不可分的关系1）CO—CO2：汽车尾气中燃烧不充分的CO对人类危害，但减少了CO，CO2增多，CO2会导致全球气候变暖（GlobalWarming）。2）HC—NOx：洛杉矶烟雾后，严格限制汽车排放HC和CO。为此增加空气/燃料比率，减少HC和CO排放。尾气排放量增加，而且其中含有的NOx也明显增加，有导致酸雨发生的污染气体。

Dilemmasituation,EnvironmentCoin3）降雨中的环境化学rainfallandEnviron.Chem.

冲刷尘埃？O2=O+O，O+O2=O3，O3=O2+O，

SO3+H2O=H2SO4,NO2+H2O=HNO34)原野湿地静悄悄：栖息地、酸雨、臭氧层、疾病、化学污染物

FrogNoVoice7一、环境问题—旧话重提

1、Environment1）定义环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。

89一定程度上,自然环境中适应的本质是化学物质作用结果

小麦种在麦仙翁（一种野草）群落中，产量明显提高；羊角芹的种子同期它植物种子种植在一起，其它植物不会发芽；

黄鱼不能生长在淡水中；

鲤鱼不会生长在海水中；

人体血液中元素含量和地壳中元素的丰度具有高度的一致性；

2）分类：环境包括自然环境和社会环境两大部分。

是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。“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”，简称为环境.

自然环境10Environment：本课程的定义11

《中华人民共和国环境保护法》把环境定义为：“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、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”

人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。社会环境122、环境问题1）定义全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。2）分类原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等。次生环境问题：人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。又包括：环境污染和生态破坏。目前的环境问题一般都是次生环境问题。13

环境污染：人类活动产生的副产品和废物进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，便环境系统的结构与功能发生变化，对生态系统产生的一系列干扰和侵害，如水污染、大气污染、酸雨、臭氧层破坏、海洋污染等等。具体地说：环境污染就是指有害物质对大气、水、土壤和动植物污染并达到有害的程度。生态破坏：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该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。14早期世界著名八大公害(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：发生在1930年12月，重工业排放的SO2使数千人中毒，60余人死亡。

(2)美国洛杉矶光化学烟雾事件：发生在1943年5～10月，造成400余人死亡。

(3)多诺拉烟雾事件：1948年10月26～31日，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇冶炼厂排放的SO2和烟尘，使5911人发病，17人丧生。

(4)伦敦烟雾事件：发生在1952年12月5～8日，四天内中毒死亡4000多人。

(5)四日市哮喘事件：1955年以来日本四日市石油提炼和工业燃油产生的废气严重污染城市大气，哮喘病患者达817人，死亡36人。

(6)痛痛病事件：1955～1972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食用含镉米和饮用含镉水而中毒，患者超过280人，死亡数十人。

(7)水俣病事件：1953～1956年，日本熊本县水俣市，居民食用含有甲基汞的鱼，导致水俣湾和新县阿贺野川下游有机汞中毒者283人，其中60人死亡。

(8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市，爱知县一带生产米糠油时，混入多氯联苯，造成13000人中毒，死亡16人。15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16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17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18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19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。20二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：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。21二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。22

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。23PTSs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。2420C80Y以来，全世界平均每年发生200多起严重公害事件。世界瞩目的有：

(1)墨西哥的液化气爆炸事故。1984年11月19日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供应中心发生爆炸，死亡1000多人，伤400多人，3万多人无家可归。

(2)印度博帕尔农药泄漏事故。1984年12月3日，美国联合碳化物公司设在博帕尔市的农药厂的剧毒化学品异氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人数20万，死亡3000人以上。

(4)原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故。1986年4月26日位于基辅地区的切尔诺贝利核电站四号反应堆爆炸，造成重大放射性污染，周围十多万居民被疏散，伤数百人，死亡31人。

(5)莱茵河污染事故。1986年11月1日，瑞士巴塞赞德兹化学公司的仓库起火，使大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，造成西欧10年来最大的污染事故。

(6)海湾战争造成的环境污染。1991年的海湾战争历时42天，期间油井大火昼夜燃烧，是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最严重的一次环境污染，其污染程度超过切尔诺贝利核电站发生的核泄漏事故。这次战争所造成的环境污染是灾难性的，已给世界带来了影响。

25博帕尔农药厂毒气泄漏而毙命的牲畜不要博帕尔，不要污染，我们要生存！26在切尔诺贝利事故中受到核污染的患者271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。282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29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→SO2·3酸雨侵袭304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。315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326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337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Manis

pentadactyla

濒危等级：易危（E）

国家重点保护野生动物名录

348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。359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3610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3711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。

38环境领域研究的重要环境问题1全球气候变化、酸沉降与温室气体2室内空气质量3水体富营养化、赤潮和藻毒素污染4土壤和地下水污染5持久性有机污染物和环境内分泌干扰物6重金属和类金属污染7食品安全及生态安全

基本都和化学问题有关联39二、环境化学—时代需要

孕育阶段(1970年以前)形成阶段(70年代)发展阶段(80年代以后)1、环境化学的发展阶段：1950年代开始，1960年代的酝酿和准备。针对早期的污染控制工作和污染防治工作，结合化学的理论，提出一些基本观点。

最早是一门化学分支学科，由如湖泊学、生态学、生物地球化学等方面学者提出。如农药对水生生物影响，湖泊富营养化，环境中元素地理分布等。

目前，出现一些新的趋势。

401980年代后的新趋势主要元素，尤其生命必需元素循环研究（O、C、N、S、P）化学品安全评价（生态风险、健康风险）全球变化研究（臭氧空洞、全球变暖）污染控制化学研究（应用于工程领域，清洁生产、循环经济、绿色化学）41主要元素循环示意图——氧42主要元素循环示意图——碳43主要元素循环示意图——氮44主要元素循环示意图——磷45主要元素循环示意图——硫46二、环境化学—时代需要2、环境化学：定义?何用？特征？包括哪些？A、B、C、D、47

《自然科学学科发展战略研究报告：环境化学》一书提出：“环境化学是一门研究潜在有害化学物质在环境介质中的存在、行为、效应（生态效应、人体健康效应及其它环境效应）以及减少或消除其产生的科学”。A、环境化学的概念

1972年R.AHonne在所著《环境化学》定义：“环境化学是研究岩石圈、水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成和其中发生的过程，特别是界面上的化学组成和过程的学科”。

戴树桂等认为：“环境化学是一门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的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支”。48

EnvironmentalChemistrymaybedefinedasthestudyofthesources（来源）,reactions（反应）,transport（传输）,effects（效应）,andfates（归宿）ofchemicalspeciesinwater,soil,air,andlivingenvironments（水、大气、土壤、生物环境）,andtheeffectsoftechnologythereon.------[EnvironmentalChemistry(seventhedition)2000,S.E.Manahan]环境介质\化学过程\环境效应\环境控制4950（1）查明有害物在环境介质中浓度水平和形态分布(介质存在)；

（2）查明有害物的迁移转化和归宿(环境行为)；

（3）查明有害物对生态和人体作用的途径、方式、程度和风险(环境效应)；

（4）探索有害物已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径(环境控制)。B、WhatisthegoalofEnvironmental

Chemistry?－何用？51

（1）

以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；（2）研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。（3）物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10-12C、WhatisthecharactersofEnvironmentalChemistry?－特征52C、Whatisthecharactersof

EnvironmentalChemistry?－美国化学会atom/molecularofpollutant.

atom/molecularofchemicals.system.Isopentoenvironment.

systemisisolatedfromoutside(inbeaker).Pollutantconcentrationisoftenlowlevel同本教材中总结一致53D、WhatareincludedbyEnvironmental

Chemistry?——包括哪些学科环境化学环境分析化学环境污染化学（圈层）污染控制化学（环境工程化学）污染生态化学环境理论化学545556三、环境污染物

1定义

环境污染物：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。大部分污染物是人类生产和生活活动产生的。572环境污染物类别－不同分类依据58按照来源形式分为：59按化学组分，九类－中文(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl(2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃(4)金属有机和准金属有机化合物：四乙基铅、三丁基锡(5)含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等(6)有机氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）(7)有机卤化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚(8)有机硫化合物：硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯60按化学组分，九类－英文61概念:基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在环境中出现的概率等因素,从多种有机物中筛选出的需要优先控制的物质美国从7万余种有机物中筛选出65类，129种优先控制污染物。欧共体于1975年提出有毒化合物的“黑名单”和“灰名单”。中国优先控制“黑名单”：共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，包括10种卤代(烷、烯)烃类，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯。6种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈和2种亚硝胺。

3优先控制污染物（黑名单）621、二氯甲烷2、三氯甲烷3、四氯化碳4、1，2-二氯乙烷5、1，1，1-三氯乙烷6、1，1，2-三氯乙烷7、1，1，2，2-四氯乙烷8、三氯乙烯9、四氯乙烯10、三溴甲烷11、苯12、甲苯13、乙苯14、邻二甲苯15、间-二甲苯16、对-二甲苯17、氯苯18、邻-二氯苯19、对-二氯苯20、六氯苯21、多氯联苯22、苯酚23、间-甲酚24、2，4二氯酚25、2，4，6-三氯酚26、五氯酚27、对-硝基酚28、硝基苯29、对-硝基甲苯30、2，4-二硝基甲苯31、三硝基甲苯32、对硝基氯苯33、2，4-二硝基氯苯34、苯胺35、二硝基苯胺36、对硝基苯胺37、2，6-二氯硝基苯胺38、萘39、荧蒽40、苯并[b]荧蒽41、苯并[K]荧蒽42、苯并[k]芘43、茚并[1，2，3-cd]芘44、苯并[ghi]芘45、酞酸二甲脂46、酞酸二丁脂47、酞酸二辛脂48、六六六49、滴滴涕50、满滴畏51、乐果52、对硫磷53、甲基对硫磷54、除草谜55、敌百虫56、丙烯腈57、N-亚硝基二丙胺58、N-亚硝基二正丙胺中国优先控制的有毒有机化合物黑名单10种卤代烃，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯，6种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈2种亚硝胺。63四、环境效应

自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。一般按环境变化的性质划分，可分为

环境物理效应环境化学效应环境生物效应由物理作用引起的环境效应，比如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。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，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染。

环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果。如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径并影响它们的繁殖、大量工业废水排放对水生生物的毒性效应。64五、几个基本概念1、环境本底

也称环境背景值（EnvironmentalBackgroundValue），某地未受污染的环境中某种化学元素或化学物质的含量（浓度）。目前，未受污染的环境已经基本不存在，因此获得环境本底已经十分困难，一般只能获得相对轻污染的环境背景值。2、环境容量

EnvironmentalCapacity，特定环境单元在不影响其特定环境功能的情况下，能够容纳污染物的最大量。这里的特定环境功能一般以环境质量标准为依据。例如湖泊环境容量：EC=V(Cs—CB)。V为湖泊水域体积（m3），Cs和CB分别为某种污染物的水环境质量标准和环境背景值（mg/L，g/m3）。653、生物浓缩因子（BCF）

BCF—BiologicalConcentrationFactorBCF=

例如：

浮游生物对铅：BCF=30—12000，对铜BCF=400—90000

藻类对六六六：BCF=600

鱼类对六六六：BCF=1260，鱼类对氯化甲基汞：BCF=3000

又如有研究表明，鱼体内BCF和正辛醇—水分配系数（Poct）有关系：

lgBCF=0.76lgPoct—0.23

则只要测得某污染物的Poct，很容易得到其BCF，这为研究过程提供了方便。664、生物半衰期（BHL）

BHL—BiologicalhalfLife，污染物进入生物体内后，在代谢作用下，污染物削减到初始浓度的一半所需要的时间，即生物半衰期。一般，污染物在生物体内的代谢符合一级动力学方程：（k为衰减常数）所以：

例如在人体内衰减pb：t1/2=20a

Cd：t1/2=13a

无机

Hg：t1/2=45d

气态

Hg：t1/2=58d

甲基

Hg：t1/2=70d67例如：金属硒(Se)能够抑制Hg的毒性

金属锌(Zn)能够抑制Cd的毒性5、