环境化学绪论.ppt

环境化学 课程特点 发展快概念多内容新范围广 课程教学内容与课时安排1 绪论4学时2 大气环境化学18学时3 水环境化学16学时4 土壤环境化学8学时5 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应4学时6 绿色化学的基本原理与应用2学时7 复习2学时 第一章绪论 概念 环境污染 环境化学 环境污染物 环境效应 迁移 转化 全过程管理模式 优先污染物 其它 对环境问题的认识过程 环境化学的任务 内容和特点 环境污染物和化学污染物的分类及组成 环境污染物在环境各圈层的迁移转化过程 知识点 第一节环境化学 环境问题环境化学 次生环境问题由人类活动引起生态系统破坏和环境污染 反过来又危机人类自身的生存和发展的现象 为次生环境问题 也叫第二环境问题 包括生态破坏 环境污染和资源浪费等方面 环境问题一般是指次生环境问题 原生环境问题由自然力引起的原生生环境问题 也称第一环境问题 如火山爆发 地震 洪涝 干旱等等引起的环境问题 产生原因大体分原生和次生环境问题 一 环境问题 环境问题是指全球区域环境中出现的不利于人类生存和发展的各种现象 环境问题 1 环境污染的概念 有害物质或因子进入环境 并在环境中扩散 迁移 转化使环境系统的结构与功能发生变化 对人类或其他生物的正常生存和发展产生不利影响的现象 即是环境污染 常简称 污染 其中引起环境污染的物质或因子称环境污染物 简称污染物 环境污染主要是指人类活动导致环境质量下降 有害物质的污染环境 生态系统的破坏 环境的干扰 环境效应 环境问题 环境问题 1 生态环境的早期破坏这个阶段从人类出现开始直到产业革命 是一个漫长的过程 但这一段的人类活动对环境的影响还是局部的 没有影响到整个生物圈的程度 地球度过了40多亿年以后 才成为人类的摇篮 最近的数千年成为人类之家 300万年前的第三纪 大约距今300万年时 人类产生 环境问题 2 环境问题产生分为三个阶段 在这一大变革时期的环境问题是气候危机 属于原生环境问题 食物危机又迫使古人类再次改变自已的生活方式和生产方式 距今大约8000年前 人类学会了农耕和畜牧 人类社会发展到了一个新的阶段 即由原始社会进入了农业社会 环境问题 2 近代城市环境问题阶段从工业革命开始到20世纪80年代发现南极上空的臭氧空洞 此后的环境问题也开始出现新的特点并且日益复杂化和全球化 这一阶段的环境问题跟工业革和城市同步发展 同时伴随着严重的生态破坏 环境问题 世界上曾发生过八大公害事件 1932年12月比利时马斯 Meuse 河谷烟雾事件 比利时马斯河谷工业区 出现逆温 工业区排放的多种有毒有害气体累积 一周内造成60多人死亡 1943年5月到10月美国洛杉矶光化学烟雾事件 多诺拉烟雾事件 伦敦烟雾事件 日本四日市哮喘事件 1961年 日本四日市哮喘大流行 原因就是大气被污染了 居民长期吸入含有二氧化硫 铅等物质的混合气体 据报道 四日市工业粉尘和二氧化硫的排放量每年达13万吨 大气中二氧化硫浓度超过标准5 6倍 烟雾层厚达500米 其中飘浮着多种有害气体和金属粉尘 它们之间相互作用 生成了硫酸等物质 引发了哮喘病 1964年 四日市有连续3天烟雾不散 哮喘患者开始死亡 到了1967年 一些患者因不堪忍受痛苦而自杀 1972年 确认为四日哮喘的患者达817人 死亡10多人 痛痛病事件 Cd 全身疼痛 水俣事件 汞 神经系统 米糠油事件 指1968年在日本北九州市 爱知县一带发生的一种食品污染病者5000多人 其中死亡16人 实际受害者超过1万 用米糠油中的黑油作家禽饲料 引起几十万只鸡死亡 症状有眼皮肿 掌出汗 全身起红疙瘩 重者呕吐恶心 肝功能下降 肌肉痛 咳嗽不止 甚至死亡 主要污染物是多氯联苯 其发生原因是 生产米糠油时用多氯联苯作脱臭工艺中的热载体 因管理不善 混入米糠油中 食后中毒 3 当代环境问题阶段从发现南极上空的臭氧空洞开始 这一阶段环境问题主要集中在酸雨 臭氧空洞 全球变暖 与此同时 发展中国家的城市环境问题和生态破坏 一些国家的贫困化愈演愈烈 水资源短缺在全球范围内普遍发生 其他能源问题也相继出现将要耗竭的信号 70年代以来 所发生的许多公害的严重程度 已远远超过了八大公害 1984年博帕尔市 美国联合碳化物公司的印度子公司一家农药厂 大约有45万吨农药剧毒原料甲基异氰酸酯泄漏 造成20万人中毒 10万人残废 4万人重伤 3000人死亡 1986年前苏联切尔诺贝利核电站泄漏爆炸事件 使北欧 东欧等国大气层中放射性尘埃增高达一周之久 是世界上第一次核电站污染环境的严重事故 海湾战争造成的环境污染 点燃700多口油井 每天烧掉500万桶原油 流入大海约3 5 7亿吨原油 1L原油在水面扩展1000m2 扩展为56km 16km的污染带 飘到哪里 死亡就降临到哪里 初步统计有200万只海鸟丧生 战后1991年7月 伊朗突降 黑雨 珠穆朗玛峰上突降 黑雪 匈牙利首都布达佩斯160公里外的一家铝厂废水池2010年10月4日发生决堤 约100万立方米的红色有毒泥浆吞没了3个州的数十座村镇 在废水进入多瑙河一天之后 样本中的有毒物质浓度依然 令人惊异的高 每千克干物质中有110毫克的砷和1 3毫克的汞 以及660毫克的铬 2011年3月11日 日本当地时间14时46分 日本东北部海域发生里氏9 0级地震并引发海啸 同时2011年3月12日日本福岛核电站发生爆炸 辐射或将达100公里 主要泄露的物质为碘131 碘131一旦被人体吸入会引发甲状腺疾病 3 环境问题的认识过程 环境问题 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 环境问题 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 提出了持续发展的战略 指明了解决环境问题的根本途径 1992年6月3 14日联合国环境与发展大会在巴西的里约热内鲁举行 会议通过了 里约宣言 和 21世纪议程 两个纲领性文件以及关于森林问题的原则性声明 可持续发展已成为人类共识 这是本世纪人类社会的又一重大转折点 树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑 见后一页 环境问题 二十一世纪议程 是将环境 经济和社会关注事项纳入一个单一政策框架的具有划时代意义的成就 二十一世纪议程 载有2500余项各种各样的行动建议 包括如何减少浪费和消费型态 扶贫 保护大气 海洋和生活多样化 以及促进可持续农业的详细提议 二十一世纪议程 内的提议仍然是适当的 后来联合国关于人口 社会发展 妇女 城市和粮食安全的各次重要会议又予以扩充并加强 里约宣言 由序言和27项原则所组成 序言说明了环发大会举行的时间 地点和通过该宣言的目的等 原则1至原则3 宣布了人类享有环境权 各国享有自然资源的主权和发展权 原则4至原则21 分别规定了国际社会和各个国家在保护环境和实现可持续发展方面应采取的各项措施 原则22至23 是关于土著居民及受压迫 统治和占领的人民 环境权益要加以特殊保护的规定 原则24至26 是关于战争 和平与环境和发展关系的规定 原则27呼吁 各国和人民应诚意本着伙伴精神 合作实现本宣言所体现的各项原则 并促进可持续发展方面国际法的进一步发展 可持续发展是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力 换句话说 就是指经济 社会 资源和环境保护协调发展 它们是一个密不可分的系统 既要达到发展经济的目的 又要保护好人类赖以生存的大气 淡水 海洋 土地和森林等自然资源和环境 使子孙后代能够永续发展和安居乐业 可持续发展的定义 环境问题 2002年 在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会 我国对环境问题的认识过程 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 环境问题 随着社会经济快速发展 城市化进程加速和人民生活水平迅速提高 今后10 20年我国环境保护和污染防治将面临更大的挑战 快速的经济增长 污染防治压力越来越大 小康社会生活水平 环境质量的要求越来越 发达国家技术进步 国际环境标准越来越严格 我国环境污染防治面临的挑战 环境问题 与发达国家的差距 我国环境问题的严重性和复杂性 发达国家环境质量显著改善 污染控制技术已取得绝对优势 发达国家研究重点向绿色技术 环境修复与环境安全转移 我国环保科技整体水平与发达国家差距明显 并有扩大的趋势 环境问题 二 环境化学 1 环境科学的任务 对象 手段与内容 任务 环境质量控制与改善 对象 环境问题 微观 宏观 内容 2 环境化学的任务 对象 内容与特点 环境化学 环境化学 3 人类活动圈与自然环境和生物圈层的关系 环境化学 2020 3 17 28 可编辑 现代生活带来的污染 1 抗生素对环境的污染 2 常用消毒剂的环境污染 3 建筑材料带来的污染 4 装修材料带来的污染 5 生活用品带来的污染 6 食品带来的污染 7 饲养宠物带来的污染 8 动物养殖过程中的污染 9 生活垃圾污染 10 频繁电讯 污染 环境化学 氧的循环碳的循环氮的循环磷的循环硫的循环 4 元素的生物地球化学循环 环境化学 氧 碳 氮 磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分 它涉及地层环境中物质的交换 迁移和转化过程 是地球运动和生命过程的主要营力 环境化学 元素 尤其是碳 氮 硫 磷 的生物地球化学循环及其相互耦合的研究 化学品安全评价 臭氧层破坏 气候变暖等 20世纪末 美国化学家提出了 环境良性化学 国际 环境良性化学 environmentalbenignchemistry 是以创造无污染生产过程和产品为目的化学 例如设计无铅儿童用品 环境化学 5 环境化学的发展方向及分支学科 以有机物污染为主的水质污染 以大气颗粒物和二氧化硫为主的城市空气污染 工业有毒有害废弃物和城市垃圾对大气 水和土地的污染等 国内 优先考虑与环境化学有关的环境问题 今后一段时期的环保工作重点 环境污染防治和自然生态保护 环境化学 环境化学的分支学科 环境化学 发展方向 研究污染物形态 价态和结构分析方法 以环境有机分析化学为例 研究方法 20世纪80年 环境样品前处理技术 超临界流体萃取法和固相萃取法 联用仪器技术 连续自动分析和遥感分析等 筛选优先监测污染物 研究对象 有机污染物 以多环芳烃和有机氯为主 挥发性有机物 胺类化合物 表面活性剂 砷 汞 锡等 金属有机物化合物 1 环境分析化学的发展方向 大气污染物 水污染 由于化学污染物种类繁多 世界各国都筛选一些毒性强 难降解 残留时间长 在环境中分布广的污染物优先进行控制 例如 美国 1976年 确定了129种优先污染物 我国 68种 当前世界范围最关注的 化学 污染物主要是 持久性有机污染物 pops 具有致突变 致癌变和致畸变作用的 三致 化学污染物 以及环境内分泌干扰物 天然或人工合成的激素药物 二恶英 多氯联苯等均能影响人类的免疫系统 环境化学 34 40选讲 超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体 具有特异增加的溶解能力而发展起来的分离新技术 它具有萃取效率高 分离工艺简单 不需要溶剂回收设备 工作条件温和 应用前景广泛等特点 一般是在室温或接近室温下完成 例如深水鱼油 EPA DHA即脑黄金 维生素E 维生素C等的提取 当将排放的有机废料与氧置于超临界水中时 氧化反应进行的非常快 常常在几分钟将有机物完全转化为二氧化碳和水 在处理难转换的酚类化合物 氯烃类化合物 含氮化合物 有机氧化物 军事材料等方面的废弃物污染方面 超临界流体技术都显示了其无与伦比的优越性 尤其是对二恶英的清理更是如此 每种物质都有一个特定的温度 在这个温度以上 无论怎样增大压强 气态物质不会液化 这个温度就是临界温度 在这个温度下使气体变为液体的最小压力就叫临界压力 超临界流体萃取分离过程的原理是超临界流体对脂肪酸 植物碱 醚类 酮类 甘油酯等具有特殊溶解作用 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系 即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的 在超临界状态下 将超临界流体与待分离的物质接触 使其有选择性地把极性大小 沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来 当然 对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的 但可以控制条件得到最佳比例的混合成分 然后借助减压 升温的方法使超临界流体变成普通气体 被萃取物质则完全或基本析出 从而达到分离提纯的目的 所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的 大气环境化学方面 研究对象 大气颗粒物 酸沉降 大气有机物 痕量气体 臭氧损耗及全球气候变暖等 空间尺度 从小到大 从室内空气 城市 区域环境 远距离乃至全球 化学过程 大气光化学过程 大气自由基反应 模式研究 光化学烟雾和酸雨的形成机制研究 2 各圈层环境化学的发展方向 环境化学 水环境化学方面 研究对象 有毒有害物质 固体废物填埋引起的 污染地下水的研究 重点研究对象 重金属 含准金属 及持久性有毒有机污染物 研究过程 天然水体污染过程和废水净化过程研究 水体界面化学研究 金属形态转化动力学过程 有机物的化学降解过程 金属和准金属甲基化等方面的研究 各圈层环境化学的发展方向 环境化学 土壤环境化学 有机物污染物 如农药 在土壤中的吸附 降解过程机制 土壤环境复合污染问题 以及污染土壤修复的化学基础等 各圈层环境化学的发展方向 环境化学 从末端污染控制模式转向全过程控制模式 提倡污染预防 pollutionprevention 清洁生产 cleanerproduction 循环经济 circulareconomy 和绿色化学 greenchemistry 3 污染控制化学的发展方向 环境化学 即指通过改变产品设计和生产工艺路线 使不生成有害的中间产物和副产品 实现废物或排放物的内部循环 达到污染物最小量化并节约资源和能源的目的 减小它们对人类和环境的危害 也就是政府和学术界提倡的 清洁生产 和 循环经济 模式 例如 开发氯氟烃类化合物 常用作冰箱和空调的制冷剂 的代替品 目前已经开发的代替品有氢氯氟烃HCFCs和含氢氟代烷HCFs 排放到大气中后 即可通过与大气中的活性物种进行反应而得到去除 减小对臭氧层的破坏 第二节环境污染物 环境污染物是指进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质 它是环境化学研究的对象 环境污染物大部分由人类的生产和生活活动产生的 环境污染物是个相对的概念 放错地点的原料 它进入环境后可通过物理 化学 生物反应而变成危害更大或将降解成无害的物质 1 按环境要素分 大气 水体 土壤污染物等 2 按形态分 气体 液体 固体污染物 3 按性质分 化学污染物 物理污染物和生物污染物 4 按来源分 工业 农业 交通运输和生活污染物 一 环境污染物的类别 环境污染物 工业 主要是工业 三废 特点是数量大 成分负责 毒性强 农业 主要是农药 化肥 农业废弃物等 交通运输 主要是噪声 汽油 柴油 等燃料燃烧产生的有毒有害气体 生活 主要是生活污水和垃圾 1 环境污染物的分类 1 无机物单质 重金属和准金属 卤素 臭氧 黄磷等 化合物 氰化物 一氧化碳 氮氧化物 卤化物 无机磷化物等 2 有机化合物烃类 烷烃 非芳香烃 芳烃等 含氧有机化合物 醚 醇 醛 有机酸等 有机氮化合物 胺 三硝基苯 TNT 等 有机卤化合物 四氯化碳 多氯联苯 PCBs 和氯代二噁英类等 有机硫化合物 烷基硫化物 硫醇等 有机磷化合物 有机磷农药 磷酸酯类化合物等 3 金属有机和准金属有机化合物 四乙基铅 单甲基或二甲基胂酸等 2 化学污染物 环境污染物 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 据产生原因可分为自然环境效应和人为环境效应 二 环境效应 环境污染物 也可按性质作如下划分 1 环境物理效应 环境干扰 物理作用引起 如噪声 电磁辐射 温室效应等 一般环境干扰一般是局部性的 区域性的 在环境中不会有残余物质存在 当污染源停止作用后 污染也就立即消失 因此环境干扰的治理很快 只要停止排出能量 干扰就会立即消失 3 环境生物效应 生态系统变异产生的 如工业废水对水生生态系统的毒害效应 三致 污染物对人体健康的危害等 2 环境化学效应 化学反应产生的 如湖泊的酸化 土壤盐碱化 光化学烟雾等 按对象性质可分为两类一类是生物环境破坏 如因过度砍伐引起的森林覆盖率锐减 因过度放牧引起草原退化 因滥肆捕杀引起许多动物物种濒临灭绝等 另一类属非生物 温度 光 湿度等 环境破坏 环境污染物 1 污染物的迁移 指污染物在环境中所发生的空间位移及其引起的富集 分散和消失的过程 污染物的转化 指污染物在环境中通过物理 化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程 污染物的迁移和转化常常相伴进行 三 环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介 环境污染物 2 迁移方式 机械 物理 化学和生物迁移3种 物理 化学迁移是最重要的迁移形式 3 转化方式 物