环境地球化学

环境地球化学环境地球化学主要研究三个方面:⑴人类环境的化学性质和变化；环境的基本特征；全球变化；全球变化的研究手段

⑵研究污染物在环境中的迁移和富集规律；

⑶研究环境中的化学物质对生物体和人体健康的影响。有代表性环境公害事件的实例OR⑴地球化学环境与人类健康，亦即原生环境的地球化学性质及其与植物、动物和人体健康的关系；⑵环境污染的地球化学研究，亦即人类活动对环境的化学组成、化学作用、化学演化的影响及其环境效应；⑶全球环境变化的地球化学记录。2、环境化学研究目的⑴熟悉和掌握“环境地球化学”的研究内容、方法以及该学科和领域的发展动向和面临的问题⑵学会利用环境地球化学的研究方法解决当前人类所面临的环境问题及在3、研究全球变化和过去全球变化信息提取过程中的作用⑶解地球化学环境与人类健康的关系3、环境问题的分类（1）第一环境问题（原生环境问题）主要指自然界发生异常变化，分两类：一是如火山爆发、山崩、地震、海啸、台风、水旱灾害等自然灾害；二是自然界本来就存在对人类和生物有害的因素，如某些地方水土中缺少(或过多)某些人体所需的化学元素而导致疾病的发生(地方病)。（2）第二环境问题（次生环境问题）主要指人类对自然资源利用的不合理和对废弃物处理的不妥，以及由于生产发展和人口膨胀所带来的生态的破坏与环境的污染。次生环境问题在不同时期表现出的现象不同，归纳起来，有两大方面的问题：A生态的破坏①森林植被破坏；②沙漠化；③土壤侵蚀；④环境地质问题(人工爆破、地下核试验、采空区塌陷等)；⑤生物物种的消灭。B环境的污染气区域性污染；②水源与江河水污染；③噪声污染；④土地污染(废弃物)；⑤全球性污染4、环境问题的分类⑴第一个环境问题时期：300万年前至农业出现（约2万年前）人是自然食物的采集者和捕食者，主要是利用环境而很少有意识地去改造环境，当时人还是自然界的奴隶，对自然界的作用是很有限的。人类发展初期的环境问题是因过度的采集和狩猎，消灭了居住区周围的许多物种，破坏人们的食物来源，使其生存受到威胁。因而这一时期，人类总是在迁徒。⑵第二个环境问题时期两万年前至工业革命前（18世纪)第一次浪潮，即原始农业、畜牧业、新石器时期。这是人类生产发展史上的一次重大革命。使用农具，建立灌溉系统，过定居的生活等，人们不再频繁迁徒了，解决了生存的危机，有稳定的生活，但是，“刀耕火种”，“反复弃耕”导致土壤破坏，出现水土流失，使沃土变成了不毛之地。这就是以土地破坏为特征的人类第二个环境问题。如：古代三大文明发源地之一–––巴比伦的美索不达米亚(幼发拉底河与底格里斯河两河之间）公元前16世纪初灭绝；哈巴拉、玛雅(中美洲人类突然消失)文明；⑶第三个环境问题时期18世纪中期至20世纪中期以使用蒸汽机为标志的工业革命，兴起了第二次浪潮，但造成了严重的环境污染现象，规模大，影响深是前所未有的，八大公害事件，主要表现为SO2污染、光化学烟雾、水域重金属污染和毒物污染几大类。⑷第四个环境问题时期20世纪80年代至今60年代以来开始的电子工程，遗传工程等新兴工业为基础的第三次浪潮，使工业技术阶段发展到信息社会阶段。环境问题是，发达国家发展新兴产业，把技术落后、环境污染严重的传统产业转移到发展中国家来，即污染转嫁。同时环境污染和生态破坏问题并未得到解决，并打破区域和国家的界限，演变为全球性问题,主要表现在：①全球性和广域性的环境污染②大面积的生态破坏突发性的严重污染事5、八大公害及引起原因①马斯河谷事件

1930年12月，比利时马斯河谷工业区工厂排放烟尘致使当地几千居民受害。

②多诺拉烟雾事件

1948年10月，美国多诺拉镇工厂和汽车造成的大气污染使全镇1/2居民受害。

③伦敦烟雾事件

1952年12月结果在4天中有4000余人死亡，之后的两个月中又有近8000人死亡。

④洛杉矶光化学污染事件

洛杉矶是美国的工业城市，1952年洛杉矶有250多万辆汽车，这些汽车排放大量的氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳。由于阳光强烈，汽车排放的尾气引起以臭氧为主的光化学烟雾，使数百人死亡，植物大面积受害。

⑤水俣事件

1952年—1955年日本水俣镇附近的一家工厂排放含有甲基汞的废水，日本前后三次发生水俣病，患者计900人，受威胁者达2万人。⑥富山事件

1931年，日本某地出现一种怪病，患者骨骼疼痛不堪；1952年有些地方河里的鱼奇怪地大量死亡，稻田也减产；从1955年起这种怪病大量地出现，直到1961年才查明原因，原来是日本富山平原神道川河附近工厂排放含镉废水，两岸农民引水灌溉稻田，水稻直接受到镉污染。农民吃了这种稻米发生中毒，患上骨骼疼痛病，重者全身多处骨折，在痛苦中死亡。

⑦四日事件

1955年日本四日市建成第一座炼油厂，1961年因当地工厂废气排放，造成哮喘病大流行，到1972年为止，患者达6000多人。

⑧米糠油事件

1968年日本爱知县米糠油工厂制作米糠油时混入了多氯联苯。这种食用油被销售到日本各地，受害者达1.3万人，患者眼睑浮肿，肌肉疼痛，肝功能下降。用这种油制造的鸡饲料使几十万只鸡中毒死亡。

6、大气污染物：指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。7、大气污染物的分类:①从形成过程：一次、二次污染物一次污染物是指直接由污染源排放的污染物；可分为反应性污染物和非反应性污染物两类。主要有：碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物、硫氧化合物和微粒物质等。二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。主要有：臭氧、过氧化乙酰硝酸酯（PAN）、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶，以及一些活性中间产物如氢氧自由基、氧原子、过氧化氢自由基、过氧化氮自由基等。②从存在状态：气态和固体颗粒态的污染物③按化学成分分：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、卤代化合物、尘类颗粒物、有机化合物、放射性物质和其它有毒物质。8、自由基概念：化学上也称为“游离基”，是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。或是只有与共价键均裂而生成的带有未成电子对的碎片9、光化学污染：指光化学烟雾造成的污染。流动源和固定源排入大气的氮氢化物和碳氢化合物等一次污染物，经过太阳照射，各种污染物之间发生相互反应，生成臭氧、醛类等二次污染物，它们在大气中是一种有刺激性的、浅蓝色混合型烟雾。光化学烟雾不仅影响人体健康，而且对植物也有一定的损害，同时还降低大气的能见度。10、大气中主要的自由基：HO、HO2HO的来源：清洁空气中O3的光离解是大气中HO的主要来源污染大气中HNO2和H2O2的光离解：其中HNO2的光离解是污染大气中HO的白天的主要来源。HO2的来源：大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2的主要来源11、SO2的光解：①SO2的直接光氧化：在低层大气中，SO2的主要光化学过程是形成激发态SO2分子。②SO2的间接光氧化：与强氧化性自由基（如OH基、HO2基、RO基、RO2基等）反应而被氧化。③SO2的催化氧化：二氧化硫在大气中经过粉尘中铁、锰等触媒催化作用形成硫酸的过程，称为SO2的催化氧化过程，也称SO2的触媒氧化过程。12、其催化效率的顺序是：MnSO4＞MnCl2＞CuSO4＞NaCl13、光化学烟雾：光化学烟雾是一种混合物的总称。汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（CH）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。14、光化学烟雾主要成分：一次污染物：NOX、HC二次污染物：臭氧（O3）、醛、酮、酸（HNO3）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等15、光化学烟雾特征和危害：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，刺激人的眼睛，伤害植物叶子，能使橡胶开裂，大气能见度降低。此外，一般发生在大气相对湿度低、气温在24－32℃度的夏季晴天，污染高峰出现在中午或午后。16、光化学烟雾形成条件：①有引起光化学反应的紫外线烟雾形成的地理、季节气象条件：南北纬60°之间；夏季中午光线强时；天气晴朗、高温低湿和有逆温而风力不大时②有烃类特别是烯烃的存在③有NOx参加，导致烟雾起始的光化学反应污染源条件：以石油为动力燃料的工厂、汽车尾气17、光化学烟雾的形成机制：①污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。②碳氢化合物、HO、O等自由基和臭氧氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。过氧自由基引起NO向NO2的转化，并导致O3和PAN等的生成。18、三大步及十二个反应⑴污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。NO2+hv→NO+OO+O2+M→O3O3+NO→NO2+O2综合一下：O2==O2（光照，NO2）（2）有机HC化合物的氧化生成了活性自由基，尤其是HO2、RO2等RH＋OH*→RO2*+H2ORCHO＋OH*→RC（O）O2+HO2*RCHO+hv→RO2*+HO2*+CO这些过氧自由基的存在引起了NO向NO2的转化。（3）HO2、RO2引起了NO向NO2转化，进一步提供了生成O3的NO2源；同时形成了含N的二次污染物，如过氧乙酰硝酸酯（PAN）、HNO3HO2*＋NO→NO2＋OH*RO2＋NO→NO2＋RCHO+HO2*RC（O）O2+NO→NO2＋RO2*+CO2OH*+NO2→HNO3RC（O）O2*+NO2→RC（O）O2NO2RC（O）O2NO2→RC（O）O2*+NO2终止反应▼醛类、O3、PAN、HNO3等二次污染物是最终产物19、臭氧空洞20、没有臭氧层，对地球的危害：

（一）对人类健康影响

⑴增加皮肤癌，主要是黑色素癌。

⑵损害眼睛，增加白内障患者。

⑶削弱免疫力，增加传染病患者。

（二）对生态影响

⑴农产品减产及其品质下降。⑵减少渔业产量。⑶破坏森林。

21、臭氧层的破坏机制（1）平流层中NOx对O3层的破坏(2)平流层中HOx对O3层的破坏(3)平流层中C1Ox对O3层的破坏22、氟利昂：几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。举例：CCl3F（F-11）三氯一氯甲烷氟利昂11其他：CCl2F2（F-12）CClF3（F-13）CHCl2F（F-21）CHClF2（F-22）23、煤中硫的性质⑴有机硫①硫醇类R一SH（叫疏基）；②硫化物或硫醚类R一S一R'；③含噻吩环的芳香体系，如噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、萘并苯并噻吩等；④硫醌类，如对硫醌等；⑤二硫化合物RSSR'或硫蒽类等。其中，R和R'表示烷基和芳基。⑵无机硫硫铁矿硫：主要以黄铁矿硫（FeS2）为主，约占50%以上；还有白铁矿硫、砷黄铁矿硫、黄铜矿硫、磷黄铁矿硫等。硫酸盐硫：有石膏（CaSO4·2H2O）、绿矾（FeSO3·7H2O）、方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、重晶石（BaSO4）等。⑶全硫煤中硫可分为可燃硫和不可燃硫。如：煤中的有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，通称可燃硫；在煤燃烧过程中不可燃硫仍旧残留在煤灰中，如硫酸盐。以上各种硫总和称全硫St，即全硫（St）是硫酸盐硫（Ss）、硫铁矿硫（Sp）、单质硫（Se1）和有机硫（S0）的总和。煤中硫绝大部分是可燃硫，即可以在燃烧中转变为气态SO2的；进入灰渣中的不可燃硫（Ss）很少。24、烟气脱硫法（FGD）⑴氨法原理：以氨水为吸收剂，与烟气中的SO2反应生成亚硫酸铵、亚硫酸氢铵。其主要的化学反应机理为：2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO3(NH4)2SO3+H2O+SO2=2(NH4)HSO3

(NH4)HSO3+NH4OH=(NH4)2SO3+H2O优点：①适用范围广，不受燃煤含硫量、锅炉容量的限制。②脱硫效率很高，而且烟气含尘量也大大减少。③吸收剂易采购④运行可要性好，无结垢问题发生。⑤氨是良好的碱性吸收剂，吸收剂利用率很高。⑥副产品硫酸铵价值高，经济效益好。⑦环境效益好，无废水、废渣和废气排放⑧适合中国国情。缺点：氨易挥发，吸收液消耗量大，适合有廉价氨源的地方。⑵钙法原理：用石灰石、生石灰或熟石灰乳浊液吸收二氧化硫，生成的亚硫酸钙经空气氧化得到副产品石膏。其主要的化学反应机理为：石灰法：SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O石灰石法：SO2+CaCO3+1/2H2O→CaSO3·1/2H2O+CO22CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O

─→2CaSO4·2H2O优点：吸收剂的资源丰富，成本低廉，废渣可作为商品石膏回收，脱硫效率高。缺点：易结垢堵塞，设备体积庞大，操作费事。⑶碱法原理：

SO2及易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐；SO2过剩时形成酸式盐。其主要的化学反应机理为：

2MeOH+SO2─→Me2SO3+H2O

Me2SO3+SO2+H2O─→2MeHSO3

Me2SO3+MeOH─→Me2SO4+H2O亚硫酸盐不稳定，可被烟气中残留氧气氧化成硫酸盐：

Me2SO3+1/2O2─→MeSO4⑷干法脱硫原理：先用活性炭吸收二氧化硫，进一步与氧和水蒸气反应生成硫酸。二氧化硫浓度较高时。可采用五氧化二巩催化氧化制硫酸。其主要的化学反应机理为：SO2同氧化剂反应生成SO3：SO2+1/2O2─→SO3SO2经催化剂作用被迅速氧化成SO3，和水生成H2SO4：SO2+1/2O+H2O─→H2SO4优点：①投资费用较低；②脱硫产物呈干态，并和飞灰相混；③无需装设除雾器及再热器；④设备不易腐蚀，不易发生结垢及堵塞。缺点：①吸收剂的利用率低于湿式烟气脱硫工艺②用于高硫煤时经济性差；对干燥过程控制要求很高。25、空气质量评价体系26、天然水的组成天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天然溶液。可溶性物质包括:离子、气体等。悬浮物质包括：悬浮物、胶体物、水生生物、离子、溶解气体、水生生物27、一般水体中的特征离子海水中：一般Na+、Cl-占优势；

湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；地下水主要离子成分受地域变化影响很大，一般说地下水硬度高，就是其中Ca2+、Mg2+含量高一些苦水或咸水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；28、矿化度：矿化过程中进入天然水体中的离子成分的总量，以溶解总固体（TDS-TotaldissolvedSolid）表示.29、①气体分子在气液相两间的平衡--亨利定律KX—气体X在一定温度下的亨利(定律)常数；pX—气体X的分压；CX—气体X在液相中的溶解度。利用亨利定律时的注意事项在计算气体的溶解度时，需考虑水蒸气对气体分压的影响 Px=(Pa-PH2O)×fx Pa:大气压 fX:大气中气体的摩尔分（体积分数？）亨利定律表示的气体量是溶于水的总气体量吗？亨利定律不能说明气体在溶液中进一步反应，如CO2的溶解:CO2+H2O=H++HCO3-SO2+H2O=H++HSO3-因此，溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示的量。30、有机氯农药：有机氯农药（含有有机氯元素的有机化合物），主要分为以苯为原料和以环戊二烯为原料的两大类。前者如杀虫剂DDT和六六六，以及杀螨剂三氯杀螨砜、三氯杀螨醇等，杀菌剂五氯硝基苯、百菌清、道丰宁等；后者为杀虫剂的氯丹、七氯、艾氏剂等。31、有机氯农药特点：①难以化学降解和生物降解②较低水溶性和高的辛醇—水分配系数③与沉积物和生物体中相比，水中浓度很低④有机氯农药如DDT,已被许多国家禁用。32、有机磷农药①有机磷农药和氨基甲酸酯农药②与有机氯农药相比，较易被生物降解④在土壤和地表水中降解速率较快，杀虫力较高⑤溶解度较大，水中浓度相对较高，辛醇—水分配系数低⑥目前在地表水中能检出的不多，污染范围较小33、多氯联苯(PCBs)：联苯氯化而成，210种化合物联苯的分子式:C12H10结构式如下多氯联苯分子式:C12H10-xClx34、铬Cr无机化合物有二价、三价、六价三种，六价铬化合物毒性最大。六价铬具强氧化性，对皮肤、粘膜有强烈腐蚀性。在慢性影响上，六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。35、重金属：铅、镍、砷、铬、汞、镉36、有机汞的毒性大于无机汞的毒性37、水污染检测BOD：生化需氧量，是指在有溶解氧的条件下，水中可以分解的有机物由于好氧微生物的作用被氧化分解成H2O、CO2等无机物的过程所需要的氧量。结果以O2的mg/L表示。COD：化学需氧量，是指在一定条件下1升水中的还原性物质，包括有机物、NO2－、S2－、Fe2+等无机物，在外加强氧化剂K2Cr2O7的作用下被氧化分解时所消耗的氧化剂的量，以O2的mg/L表示。重铬酸钾法（K2Cr2O7）高锰酸钾法（KMnO4）TOC：总有机碳，以有机物中的主要元素碳的含量表示水中有机物质的总量，结果以碳（C）的mg/L表示。38、TOC的测定原理⑴差减法测定TOC值的方法原理⑵直接法测定TOC值的方法原理将水样酸化后曝气，使各种碳酸盐分解生成二氧化碳而驱除后，再注入高温燃烧管中，可直接测定总有机碳。但由于在曝气过程中会造成水样中挥发性有机物的损失而产生测定误差，因此其测定结果只是不可吹出的有机碳值。39、COD测定特点及优缺点COD测定特点：1、排放重金属（重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂）；2、氧化效率低（多环芳烃等）；3、无机还原物质干扰（亚硝酸盐、二价铁离子、硫化物、氯离子等）使测定结果偏高4、耗能耗时（国标要求回流2h）；5、硫酸银价格较高；40、土壤基本组成与性质土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，具有疏松的结构。固相指土壤矿物质(原生矿物和次生矿物质)和土壤有机质，两者占土壤总重量的90~95%。液相指土壤水分及其可溶物，两者合称为土壤溶液。气相指土壤空气。土壤中还有数量众多的细菌和微生物，一般作为土壤有机物而视为土壤固相物质。41、原生矿物：赤铁矿、石英、金红石次生矿物：方解石、石膏、白云石42、土壤的剖面组成：（1）覆盖层(A0层)：由地面的枯枝落叶所构成（2）淋溶层（A1层）：土壤中生物活动最为强烈，进行着有机质的转化和积累作用，金属离子和粘土颗粒在此层被淋溶的最显著（3）淀积层(B层)：它淀积着自上一层淋溶出来的有机物质、盐类和粘土颗粒物质。（4）母质层(C层)：由风化的成土母岩组成（5）风化层（D层）：又称为母岩，由已部分风化但未受成土影响的基岩组成。43、土壤粒级44、各粒级的特性粉粒颗粒中次生矿物增加，石英减少。比面较砂粒大，吸持性能增强，养分含量比砂粒高，具有一定的粘结性、粘着性、可塑性和涨缩性，通气透水能力比砂粒差，雨后易板结，应注意松土。粘粒以次生矿物为主，粒径小，比面巨大。具有很强的粘结性、粘着性、可塑性、涨缩性和吸附能力，矿质养分丰富。但粒间孔隙极小，通透性能极差，常表现为湿时粘韧，干时坚硬。总之，随着土壤单粒由大变小，各粒级土粒的粘结性、粘着性、可塑性、涨缩性以及吸附能力由弱到强。45、农药的分类根据原料来源:有机农药、无机农药、植物性农药、微生物农药、此外，还有昆虫激素46、植物性农药的例子：除虫菊素、鱼藤酮和烟碱是世界上最早的商品化农药，是最主要的植物杀虫剂。47、微生物农药：苏云金杆菌（Bt）、木霉