环境土壤学 1

环境化学,课程特点,发展快概念多内容新范围广,教材1.戴树桂主编.环境化学.北京：高等教育出版社，2006.2.董德明，朱利中主编.环境化学实验.北京：高等教育出版社，2002,培养兴趣联系实际多记抓关键词,如何学习？,理科中的文科,教学内容与课时安排,1.绪论2学时2.大气环境化学14学时3.水环境化学20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.实验部分（3个实验）18学时7.复习2学时,共68（50+18）学时,第一章绪论,本章重点,【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,第一节环境化学,环境问题环境化学,2006年十大环境事件之一,化工污水：二甲基苯胺,2006年十大环境事件之四,工业废水：铅污染和砷污染,环境问题,1.环境污染的概念,前因,后果,人为因素,环境素质,生态系统,生产生活,工业“三废”，化肥农业，生活垃圾等,大气、水、土壤质量等要素质量下降,水生/陆生生态系统破坏，生物多样性减少,资源、能源枯竭，生活环境质量下降等,人类既是环境污染的肇事者，也是环境污染的受害者！,环境问题,有害物质的环境污染生态系统的干扰和破坏不可再生资源的滥采滥用固废、噪声等造成的环境损害,2.环境污染的内涵,3.产生环境污染的因素,物理因素：噪声、放射线等化学因素：工业“三废”生物因素：细菌，病毒等,约占80%90%。,环境问题,环境问题的认识过程,20世纪60年代,=环境污染,1972年,包含生态破坏，与社会因素相联系,20世纪80年代,提出解决环境问题的根本途径可持续发展战略,20世纪90年代,可持续发展战略得到国际认同,何谓可持续发展？,环境问题,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,决不能吃祖宗饭，断子孙路！江泽民,环境化学,1.环境科学的任务、对象、手段与内容,任务,手段,环境质量控制与改善,自然科学,对象,环境问题,社会科学,地学、物理、化学、医学等,管理学、经济学和法学等,交叉学科,评价学、规划学等,微观,宏观,内容,环境化学,2.环境化学的任务、对象、手段与内容,任务,内容,解决化学物质引起的环境问题,有害化学物质的存在状态与化学特性,对象,化学物质引起的环境问题,控制原理与方法,化学行为与效应,环境化学,3.人类活动圈与其它圈层的关系,人类活动圈,生物圈,岩石圈,大气圈,水圈,营养元素,CO2、O2,H2S、CO2,CO2、O2,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,4.环境化学的分支学科,环境分析化学,环境有机分析化学,环境无机分析化学,环境中化学物质的形态分析,各圈层环境化学,大气环境化学,水环境化学,土壤环境化学,复合污染物的多介质环境行为,污染控制化学,大气/水污染控制化学,绿色化学与清洁生产,固体废物污染控制与资源化,环境化学,4.环境化学的分支学科,污染生态化学,化学污染物的生态毒理学研究,环境污染对陆地/水生生态系统的影响,化学物质的生态风险评价,环境理论化学,环境界面化学,定量结构活性相关研究,环境污染预测模型,环境化学,国际：重视元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的生物地球化学讯及其相互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等。20世纪末，美国化学家提出了“环境良性化学”。国内（优先考虑与环境化学有关的环境问题）：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。今后一段时期的环保工作重点包括环境污染防治和自然生态保护2方面。,4.环境化学的发展方向,环境化学,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。,何谓环境良性化学？,环境化学,研究污染物形态、价态和结构分析方法是环境化学的一个重要发展方向。研究方法：环境有机分析方面，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。研究对象：有机污染物（如多环芳烃和有机氯等）、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的分析。,4.1环境分析化学的发展方向,环境化学,何谓超临界流体萃取技术？,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。,环境化学,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。,4.2各圈层环境化学的发展方向,环境化学,自由基也称游离基，是指由于共价键均裂而生成的带有未成对电子的碎片。大气中常见的自由基如HO，RO等都是非常活拨的，存在时间很短，一般只有几分之一秒。,何谓自由基？,环境化学,1943年，美国洛杉矶第一次出现，所以光化学烟雾也称为洛杉矶烟雾，呈蓝色，具强氧化性，能使橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，使大气能见度降低。含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物，这种一次污染物和二次污染物（如臭氧，醛等）的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。,何谓光化学烟雾？,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。,4.2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。,4.2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）。,4.3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。,何谓全过程控制模式？,环境化学,时间：1991年，美国环保局Anastas博士首先提出绿色化学名词的创意。此后发展很快。绿色化学（greenchemistry）亦称可持续的化学（sustainablechemistry）。它是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。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。,何谓绿色化学？,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.环境污染物的概念,环境污染物,按环境要素分：大气、水体、土壤污染物等按形态分：气体、液体、固体污染物按性质分：化学污染物、物理污染物和生物污染物按来源分：工业、农业、交通运输和生活污染物,2.环境污染物的类别,环境污染物,(1)工业：主要是工业“三废”，特点是数量大、成分负责、毒性强。(2)农业：主要是农药、化肥、农业废弃物等。(3)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。(4)生活：主要是生活污水和垃圾。,2.环境污染物的类别,环境污染物,(1)元素：重金属和准金属、卤素、臭氧、黄磷等。(2)无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤化物、无机磷化物等。(3)有机化合物和烃类：烷烃、非芳香烃、芳烃等。(4)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。(5)含氧有机化合物：醚、醇、醛、有机酸等。,3.化学污染物的分类,环境污染物,(6)有机氮化合物：胺、三硝基苯（TNT）等。(7)有机卤化合物：四氯化碳、多氯联苯（PCBs）和氯代二噁英类等。(8)有机硫化合物：烷基硫化物、硫醇等。(9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸酯类化合物等。,3.化学污染物的分类,环境污染物,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，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）。,何谓优先污染物？,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。可分为自然环境效应和人为环境效应。也可按性质作如下划分：1.环境物理效应：物理作用引起，如噪声、电磁辐射、温室效应等。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。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。,3.环境效应,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