环境化学：第1章 绪论

1、环境化学Environmental Chemistry参考资料： 环境化学戴树桂编,高等教育出版社,2006环境化学王晓蓉编，南京大学出版社，1997环境化学刘绮编，化学工业出版社，2004环境化学赵美萍, 邵敏编著 ,北京大学出版社，2005第一章 绪 论什么是环境？什么是环境污染？主要的环境污染物？什么是环境化学？环境化学的研究内容及特点？什么是环境效应?什么是污染物的迁移和转化? 重点内容主要问题：第一节 环境化学本节要点环境问题环境化学内容及特点环境化学发展动向1.1 环境与环境问题1.1.1环境 第一章 绪 论 “环境”一词的含义通常是指围绕人群的空间，以及其中可以直接或间接影响人类

2、生活和发展的各种自然和社会因素的综合。 我国法律中的“环境” 强调的是与人类生存关系最密切的环境要素。水、大气、生物、土壤、阳光等1.1.2几个基本概念（1）环境背景值（Environmental Background Value） 指自然环境在未受污染的情况下，各环境要素中化学元素或化合物的正常含量，又叫本底值。（2）环境容量（Environmental Capacity） 一般指在人群健康和自然生态不受危害的前提下，环境各要素对污染物的最大容量。第一章 绪 论1.1.3环境污染与环境问题 （1）环境污染： 由于人类生产和生活活动引起的环境质量下降并导致对人类健康和生物生存有不良影响的现象。

3、 造成环境污染的因素有：物理的、化学的和生物的三方面 其中因化学物质引起的约占8090%。第一章 绪 论环境污染的具体表现：有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度；生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏；不可再生资源被滥采滥用；固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害 （2） 环境问题通常可分为两类： 一是自然灾害问题(natural disasters)；二是由于人类活动作用其周围环境而引起的人为环境问题(anthropogenic pollution)，这是人类社会发展与环境的关系不协调所引起的。人为的环境问题将是环境科学的主要研究对象第一章 绪 论（3）将人

4、类所面临环境问题可分为三种类型： 消耗型（Consumed）： 污染型（Contaminated）： 破坏型（Destroyed）：第一章 绪 论（4） 全球主要的环境问题 人口问题（Population） 资源问题（Resources） 生态环境的恶化（Deterioration of Ecological Environment ） 大气环境污染（Air Pollution） 生物多样性危机（Biodiversity Crisis） 水体污染（Water Pollution）第一章 绪 论大气污染 （Air Pollution） 矿物燃料燃烧过程是大气污染的最主要来源，全球性的酸雨、二氧化

5、碳浓度上升、臭氧层的破坏巳成为特别关注的三大问题。臭氧层空洞温室效应酸雨 酸雨通常是由排入大气中的氮氧化物或硫氧化物转化为硝酸或硫酸后随雨雪降落所形成。全世界每年因酸雨腐蚀而造成的经济损失高达200亿美元。 我国每年排放的SO2 己达2107 t以上，成了世界上SO2排放量最多的国家之一。四川、贵州、湖南、云南、重庆和广西六省(市、自治区)是我国主要的酸雨区。第一章 绪 论 酸雨能加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程。 酸雨使湖泊、河流酸化并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中，毒害鱼类，造成鱼类死亡。 酸雨能加速金属腐蚀，出现空洞和裂缝，强度降低，桥梁损坏。如重庆的嘉陵江大桥，锈蚀速度每年为

6、0.16毫米，远超过瑞典斯德哥尔摩每年0.03毫米的速度。 酸雨可以直接使大片森林死亡，农作物枯萎。1982年6月18日晚重庆下了一场酸雨，市郊2万亩水稻叶片突然枯黄。控制酸雨的根本措施是是减少二氧化硫和氮氧化物的排放。温室效应（Greenhouse Effect） 所谓温室效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而使大气变暖的效应。 大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，把地球变成了一个大暖房。据估计，如果没有大气，地表平均温度就会下降到23，而实际地表平均温度为15，这就是说温室效应使地表温度提高38。 第一章 绪 论年份17

7、641850197820082014二氧化碳浓度(ppm)280290330385400“温室效应”将加速两极冰雪融化，海面上升。过去100 年中海平面已经上升了1015 厘米，今后到2030 年将上升30 厘米，100 年后可能上升1 米左右。海平面升高会淹没许多城市和港口，必将对人类生存环境和社会经济发展造成影响。首先，要积极治理大气污染。其次，要保护好现有森林，最后，还要通过各种途径减少矿物能源总消耗，尽量采 用核能、太阳能、水能、风能等新能源，以减少二氧化碳的排放。针对温室效应采取的措施 全球大气中臭氧总量约有30亿吨，如果在摄氏零度的温度下，沿着垂直于地表的方向将大气中的臭氧全部压缩

8、到一个标准大气压，那么臭氧层的总厚度只有3毫米左右。大气平流层中臭氧含量不到10ml/m3，但它能有效阻止过量的紫外辐射对地表的照射，从而使地面上生物体的生存得到保护。 由于氟里昂、其他含氯氟烃和氮氧化物的释放，均能减少和破坏臭氧层。1985年在南极上空有一个“臭氧空洞”，其臭氧含量下降了40。 臭氧层空洞（Ozone Layer Destruction ）：南极臭氧浓度计算机的三维模拟图1981年和2003年臭氧层浓度对比图1981年2003年采取合理可行的措施补救制订保护性国际公约；减少并逐渐停止氟里昂的生产和使用；利用各种高科技手段修补臭氧层 由于人类活动把废物排入河流、湖泊、海洋或地下

9、水等水体，使水和水体底质的理化性质和生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值，这就是水体污染现象。 据2006年上半年公布的资料，我国工业废水的排放量为120.4亿t，COD排放689.6万t。我国约有78条主要河流，其中有54条受到污染，严重污染的有14条。水体污染 水体中污染物的种类甚多，其中对人体和生物体危害最大的是有毒重金属和难分解的有机物。 有毒重金属主要是指汞、镉、铬、铅等，它们在自然界中很难消失，可以通过食物链聚集。这类物质直接作用于人体可以致病，或者促进某些慢性病的发展。 难分解有机物主要是有机氯化物、多环芳香烃、有机芳香胺类化合物和有机金属化合物等。这些化合物中不少具有

10、致癌、致畸、致突变性质，因而对人类健康的潜在危害更大。第一章 绪 论水体富营养化（N、P过量） 发生赤潮，造成水生生物死亡。“赤潮”，被喻为“红色幽灵”，国际上也称其为“有害藻华”，赤潮又称红潮，是海洋生态系统中的一种异常现象。它是由海藻家族中的赤潮藻在特定环境条件下爆发性地增殖造成的。赤潮发生后，除海水变成红色外，一是大量赤潮生物集聚于鱼类的鳃部，使鱼类因缺氧而窒息死亡 。 Deepwater Horizon (2010.4)墨西哥湾受污染的海水墨西哥湾死亡的水鸟潜水员潜入受污染的海水“potentially the worst environmental disaster in Ameri

11、can history” 生态911！Leaking pipelines and oil spills 据统计，全世界每年流失的表土达2.51010t以上。植被破坏引起大气中氧和二氧化碳的平衡受到影响，从而导致气候反常。 近几年的沙尘暴。植被破坏、水土流失和气候异常沙尘暴原因之一：森林滥砍滥伐、森林火灾等原因之二：水土流失原因之三：生态破坏环境问题产生的原因环境问题人口压力资源的不合理利用人口基数大 人口增长快对自然环境认识不足生态意识淡薄只以产值和利润的增长，物质、财富的增加为目的，不注重环境保护，以损害环境为代价来换取经济增长。片面追求经济的发展环境问题产生的本质是发展问题1.1.4人们对

12、环境问题的认识过程 环境问题的发展过程 环境问题的发生经历了一个从轻到重、从局部到区域到全球的发展过程。第一章 绪 论 重大公害事件（public nuisance ） “公害”通常是指由于人类活动而引起的环境污染和破坏，以致对公众的安全、健康、生命、财产和生活舒适性等造成的严重危害。 公害事件的危害程度与发生频率，直接反映了环境问题的广度、深度以及严重后果。第一章 绪 论比利时马斯河谷烟雾事件：多诺拉烟雾事件：洛杉矶光化学烟雾事件：伦敦烟雾事件：四日市哮喘事件：痛痛病事件：水俣事件：米糠油事件： 世界上曾发生过八大公害事件： 1930年12月15日比利时马斯河谷工业区窄的盆地、气温逆转，有害

13、气体在近地层积累症状表现为胸痛、咳嗽、呼吸困难等、心脏病、肺病患者死亡率最高。（1）马斯河谷事件（Meuse River Valley Smog ）1948年10月2631日 美国宾夕法尼亚洲多诺拉镇 该镇 处于河谷受反报旋和逆温控制，持续有雾，使大气污染物在近地层积累二氧化硫及其氧化作用的产物与大气中尘粒结合是致害因素症状是眼痛、喉痛、流鼻涕、干咳、头痛、肢体酸乏、呕吐、腹泻，死亡17人（2）多诺拉事件（Disasters in Donora） 40年代初期 美国洛杉矶市 全市250多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50公里

14、长的盆地中，汽车排出的废气在日光作用下，形成以臭氧为主的光化学烟雾（3）洛杉矶光化学烟雾事件（Los Angeles Photochemical Smog Episode ） 1952年12月58日 英国伦敦市 几乎全境为浓雾覆盖，当时伦敦上空烟尘最高浓度达 4.5mg/m3，为平时的10倍；SO2浓度高达3.8 mg/m3，为平时的6倍。在严重污染的一周内人口死亡总数达4703人，第二周为3138人。（4）伦敦烟雾事件（London Smog Incidents ）第一章 绪 论1961年日本四日市 四日市成为噪音振耳、臭水横流、乌烟瘴气的公害严重城市。 石油冶炼和工业燃油（高硫重油）产生的

15、废气(SO2)，使整座城市终年黄烟弥漫。 在四日市上空500米厚度的烟雾中飘着多种有毒气体和有毒铝、锰、钴等重金属粉尘。 重金属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾。 1961年哮喘病发作,1972年市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人。（5）四日市哮喘事件19551972年 日本富山县神通川流域 锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米和饮用水含镉而中毒，1963年至1979年3 月共有患者130人，其中死亡81人。（6）痛痛病事件19531956年 日本水俣市熊本县含甲基汞的工业废水污染水体，使水俣湾和不知火海的鱼中毒，人食用毒鱼后受害。1972年日本环境

16、厅公布：水俣湾和新 县阿贺野川下游有汞中毒者283，其中60人死亡。（7）水俣病事件1968年3月 日本北九洲市爱知县一带 生产米糠油用多氯联苯作脱臭工艺中的热载体，由于生产管理不善，混入米糠油，食用后中毒，患病者超过1400人，至七八月份患病者超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000人。用米糠油中的黑油作家禽饲料，引起几十万只鸡死亡。 （8）米糠油事件人们对环境问题的认识过程在20世纪60年代，人们把环境问题只当成一个污染问题。局限性：没有把环境问题与自然生态联系起来，没有把环境污染与社会因素相联系。第一章 绪 论1972年斯德哥尔摩人类环境会议发表的人类环境宣言明确指出环境问

17、题与社会因素的联系。局限性：并未从战略高度指明防治环境问题的根本途径，没明确解决环境问题的责任，没强调需要全球的共同行动。联合国环境规划署（UNEP）第一章 绪 论 20世纪80年代对环境的认识有新的突破性发展，提出持续发展战略。 1987年4月在我们共同的未来强调世界各国政府和人民要对经济发展和环境保护两大任务结合起来，这一时期逐步形成的持续发展战略，指明了解决环境问题的根本途径。第一章 绪 论进入20纪90年代，形成当代主导的环境意识。 1992年6月在巴西里约召开了联合国环境与发展大会， 通过了里约环境与发展宣言等重要文件。更加巩固了环境保护和经济、社会发展结合起来的指导思想。第一章 绪

18、 论我国分别在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。1.2 环境科学与环境化学1.2.1环境科学 从20世纪50年代开始，经60年代的酝酿和准备，到70年代初期，有较多不同学科的科学工作者投入防治环境污染的研究领域，经过较长时间的孕育和发展过程，在原有各学科的基础上产生了一门以研究环境质量及其控制和改善为目的的综合性新学科-环境科学第一章 绪 论第一章 绪 论环境科学应用环境学环境学基础环境学区域环境学城市环境学生物环境学土壤环境学水体环境学大气环境学环境管理学环境医学生物环境学环境经济学环境工程学环境控制学环境化学

19、环境数学环境物理学污染生态学污染毒理学污染化学地理学污染地质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第一章 绪 论1.2.2环境化学 从20世纪70年代初期产生的一门新生学科，是由美国密执安大学化学系提出的（1972年）。(1)环境化学 简单的说，是研究化学物质在环境中的运动规律及其对生物、生态的影响的科学。第一章 绪 论 1.2.2环境化学 与环境科学其他分支学科的区别： 从化学的角度阐述和解释环境的结构、功能、状态和演化过程及其与人类行为的关系。与化学科学其它分支学科的区别： 以环境问题为研究对象，阐述和解释环境问题的化学本质，为调控人类活动的行为提供科学依据。 由包

20、涵大气、水和土壤各圈层的自然环境和以生物圈为代表的生态环境组成地球环境系统。第一章 绪 论 (2) 环境化学的任务 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。 用化学的基本理论和方法发现和解决环境问题。第一章 绪 论(3)环境化学研究的内容:有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性；有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径。第一章 绪 论(4)环境化学的研究特点:从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变化的

21、化学机制及其防治途径；其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。环境本身是一个多因素的开放性体系，变量多、条件较复杂，许多化学原理和方法则不易直接运用；化学污染物在环境中的含量很低，一般只有10-6、10-9、10-12级水平；环境样品一般组成比较复杂，化学污染物在环境介质中还会发生存在形态的变化。第一章 绪 论第一章 绪 论(5) 环境化学的研究方法实地观测实验室研究a高效环境分析方法的研究b基础理论研究c实验模拟模式计算 研究领域分 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各圈层的环境化学大气环境化学水环境化学 土壤环境化学环境生态化学环境工程化学大气污染控制化学水污染

22、控制化学固体废物污染控制化学第一章 绪 论1.2.3 环境化学的发展方向环境化学研究工作要围绕环境保护工作的需要进行。本节要点环境污染物的类别环境效应环境污染物在环境中的迁移转化 第二节 环境污染物 Environmental Pollutants 2.1环境污染物 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称为环境污染物。第一章 绪 论2.1.1环境污染物的类别按受污染物影响的环境要素：大气污染物、水体污染物和土壤污染物按污染物的形态：气体污染物、液体污染物和固体废物按污染物的性质：化学污染物、物理污染物和生物污染物第一章 绪 论(1) 人类社会不同功能产生的污染物工业：数量大、成分复杂、毒性强。农业：农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥料中常含有细菌和微生物。交通运输：主要污染是噪声、排放的尾气。生活： 分散取暖和炊事燃煤是城市主要的大气污染源之一。生活污水、城市垃圾。第一章 绪 论(2)化学污染物元素 无机物烃类 金属和准金属有机化合物含氧有机化合物 有机氮化合物有机卤