环境化学 第1章 绪论

1、环境化学Environmental Chemistry 主讲教师：朱先磊中国石油大学（北京）2019年9月2019年12月Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science2联系方法联系电话办）办 公 室：地质楼9楼924室电子信箱： Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science31. 绪论1.1 环境化学 1.1.1 学习原因（Why?） 1.1.2 学习内容（What?） 1.1.3 学习

2、方法（How?）1.2 环境化学学科任务及发展方向1.3 污染物在各圈层中的迁移转化过程简介Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science41.1.1 学习原因（Why?）（1）社会经济发展的需要（2）环境科学研究的需要（3）专业学习的需要Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science5(1)社会经济发展的需要回顾已学知识：环境污染（Environmental Pollution）的定义由于人为因素使环境构成和状态发生变化，环境素质下降，从而扰

3、乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件（p.1）。环境污染问题日益严重社会经济发展不能止步需要环境化学知识解决环境污染与社会经济发展的矛盾Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science6(2)环境科学研究的需要造成环境污染的因素 物理因素：噪声、光、电磁辐射 生物因素：动物种群的灭绝 化学因素：汽车尾气、废弃化学物质化学因素引起的环境污染占8090，也就是，大量有害化学物质 (Chemicals) 进入地球各圈层，降低环境质量，破坏生态平衡，影响人类健康。需要环境化学知识解决化学因素引起的环境污染。Dr. Zhu

4、, Department of Geochemistry and Environmental Science7(3)专业课程学习的需要在环境科学专业课程学习中起承上启下的作用 承上：对已学环境科学基础知识的深化和提高，环境学基础等 启下： 是后续专业课程学习的基础和前导课程Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science81.1.2 学习内容（What?） 环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性和行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。(p.4)Environmental Chemistry is

5、a science that studies the effects of chemicals in the environment and identifies the sources, reactions, transports, and fates of chemical species. (including technology used to reduce, minimize and eliminate them).Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science9有害化学物质 有害化学物质即环境污染物：进入

6、环境后使环境的正常组成和性质发生变化，这种变化会直接或间接地危害人类，这样的物质称为环境污染物。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science10环境污染物的分类 (p.12) 按受污染物影响的环境要素分： 大气污染物：例如大气颗粒物、SO2水体污染物：例如工业废水、生活污水 土壤污染物：例如化肥和农药等 按污染物形态分：气体液体固体 按污染物性质分：化学污染物物理污染物生物污染物Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science11环境污染物的分

7、类 (p.12 ，续) 按产生污染物的社会活动分： 工业污染物：例如对资源的过量开采，造成多种化学元素在生态系统中的超量循环；生产过程中的 “三废”农业污染物：例如化肥、农药；水土流失和农业废弃物交通运输污染物：例如噪声、尾气、有害物质的泄漏、扬尘和污水生活污染物：分散取暖和炊事燃烧产生的“废气”、生活污水、垃圾Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science12化学污染物元素：铅、镉、汞、铬、砷等重金属元素和准金属、卤素、黄磷、氧（臭氧）；无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、卤间化合物、卤氧化物、次氯酸及其盐、硅的无机

8、化合物、无机磷化合物、硫的无机化合物；烃类有机化合物：烷烃、不饱和烃和非芳香烃、芳烃、多环芳烃（PAHs）。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science13含氧有机化合物：包括环氧乙烷、醚、醇、酮、醛、有机酸、酯、酐、酚类化合物有机氮化合物：胺、腈、硝基甲烷、三硝基甲苯(TNT)、亚硝铵有机硫化合物：如烷基硫化物、硫醇、巯基甲烷、二甲砜、硫酸二甲酯有机磷化物：主要是磷酸酯类化合物（磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三邻甲苯酯、焦磷酸四乙酯）、有机磷农药、有机磷军用毒气化学污染物Dr. Zhu, Department of

9、Geochemistry and Environmental Science14有机卤化物：四氯化碳、脂肪基和烯烃的卤化物(如氯乙烯)、芳香族的卤化物 (氯代苯)、氯代苯酚、多氯联苯 (PCBs)、氯代二噁英金属有机和准金属有机化合物：如四乙基铅、羰基镍、二苯铬、三丁基锡、单甲基或二甲基砷酸、三苯基锡。化学污染物Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science15环境介质 水圈 (Hydrosphere) 大气圈 (Atmosphere) 岩石圈(Lithosphere) 生物圈 (Biosphere) 土壤圈 (Ped

10、osphere )Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science16各圈层间存在物质平衡和能量平衡元素循环：在各圈层间存在，碳、氧、氮、磷、硫的循环由于自然因素或者人为因素打破了各圈层间平衡，即打破了地球系统平衡，就会造成环境问题环境介质Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science17存在（Existence）有/无 污染物在环境介质中是否存在的问题量和浓度 污染物在环境介质中有多少的问题 迁移 污染物在同一环境介质中或者不同介质之间的迁移问

11、题，即在哪个（哪些）介质中存在、如何存在。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science18化学特性和行为化学性质及转化的化学机制 污染物形成的化学原理 污染物在环境介质中转化的化学原理 典型环境污染现象形成的化学机理 污染物对环境产生危害的化学机理 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science19效应环境效应环境效应自然过程或人类生产生活活动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。(p.13)按环境变化的性质分为： 环境

12、物理效应 环境化学效应 环境生物效应Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science20环境效应之一：环境物理效应环境物理效应：由物理作用引起的环境效应； 噪声 地面沉降 热岛效应 温室效应 大气能见度降低Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science21环境效应之二：环境化学效应环境化学效应：由物质间发生化学反应产生的环境效应土壤盐碱化地下水硬度增高光化学烟雾地下水污染酸雨造成土壤酸化、建筑物受腐蚀Dr. Zhu, Department of

13、Geochemistry and Environmental Science22环境效应之三：环境生物效应 环境生物效应环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果 水利工程影响水生生物的回游而影响其繁殖 污水排放到水体，影响水生生态系统 森林破坏、水土流失造成鸟类减少，害虫增多 污染物质引起的畸形和癌症患者增多。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science23控制环境污染的控制 污染源的控制 污染物形成各种环境污染现象的控制 污染物环境效应的控制Dr. Zhu, Department of Geochemistry a

14、nd Environmental Science24化学原理和方法从微观的原子、分子水平上，来研究宏观的环境问题理解污染物形成和转化的化学原理理解各种环境污染现象形成的化学机理，掌握典型污染现象形成的化学反应方程式理解控制环境污染的化学原理 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science25 环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性和行为、效应及其控制的化学原理和方法的科学。(p.3)Environmental Chemistry is a science that studies the effec

15、ts of chemicals in the environment and identifies the source, reactions, transports, and fates of chemical species. (including technology used to reduce, minimize and eliminate them).Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science261.1.3 How？ 课程内容 教学安排 先修课程及相关课程 化学基础知识 参考书目 考试安排Dr. Zhu

16、, Department of Geochemistry and Environmental Science27课程主要内容第二章 大气环境化学第三章 水环境化学第四章 土壤环境化学第五章 各圈层之间的转归和效应第六章 受污染环境的修复 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science28教学安排 绪论 2学时 大气环境化学 20学时 水环境化学 14学时 土壤环境化学 6学时 圈层之间的循环 2学时 环境修复 2学时 教学实验 8学时 辅导答疑或考试 2学时Dr. Zhu, Department of Geochemi

17、stry and Environmental Science29先修课程和相关课程 先修课程无机化学与分析化学有机化学物理化学环境学基础 相关课程环境生物学水资源与水环境环境土壤学Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science30化学基础知识光化学定律物理化学（天津大学）下P.264配位化学无机化学（大连理工大学）P.138拉乌尔定律和亨利定律物理化学（天津大学）上P.177酸碱平衡无机化学（大连理工大学）P.108沉淀和溶解平衡无机化学（大连理工大学）P.154胶体化学 物理化学（天津大学）下P.306氧化和还原无机

18、化学（大连理工大学）P.178有机化学基本知识Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science31环境化学主要参考数目1环境化学何燧源主编，华东理工大学出版社，2005， 第4版；2环境化学教程刘兆荣等编，化学工业出版社，2003； 3环境化学刘绮主编，化学工业出版社，2004；4环境化学王晓蓉编著，南京大学出版社，1993；5 环境化学戴树桂主编，高等教育出版社，2006；教材6 环境化学戴树桂主编，高等教育出版社，1997(第一版)；7 环境化学Stanley E.Manaham 著，陈浦华等译，南开大学出版社，19

19、93 8Environmental Chemistry, Gary W. vanLoon, Stephen J. Duffy， Oxford University Press, 2000, OxfordDr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science32考试安排平时成绩占40%考勤作业和小测验实验报告期中考试 期末考试占60% 考试是手段；成绩也不是最终目的 掌握知识、增强技能、提高素质、获得本领 学习态度、方法和习惯是以后工作和生活的基础Dr. Zhu, Department of Geochemistry and E

20、nvironmental Science33学习要求 掌握化学原理 掌握常见的化学反应方程式 掌握计算 理解内容 了解内容Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science341. 绪论1.1 环境化学 1.1.1 Why? 1.1.2 What? 1.1.3 How?1.2 环境化学学科任务及发展方向1.3 污染物在各圈层中的迁移转化过程简介Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science35学科任务(p.5)潜在有害物质的来源；有害化学物质在环境

21、中存在的浓度水平和形态有害化学物质在单一环境介质中和不同介质间的环境化学行为；有害化学物质对环境和生态系统以及人体健康产生的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。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science36环境化学分支学科划分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学环境工程化学大气污染控制化学水污染控制化学固体废弃物污染控制化学Dr. Zhu, Department of Geochemistry and E

22、nvironmental Science37环境化学的发展动向(p.10)我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的方面:以有机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Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science38环境分析化学的发展动向研究污染物形态、价态和结构分析方法；环境样品前处理技术：超临界流体萃取法和固相萃取法；优先检测污染物的筛选；先进的仪器分析，连续自动和遥感分析。Dr. Zhu, Department of Geochemistry

23、 and Environmental Science39各圈层环境化学的发展方向大气环境化学 大气颗粒物、酸沉降、臭氧损耗和全球变暖、光化学烟雾和硫酸烟雾型污染； 城市与区域大气复合污染唐孝炎院士提出 煤烟型与机动车尾气污染共存的特殊大气复合污染Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science40水环境化学 固体填埋物而引起有毒有害物质污染地下水 重金属及持久性有毒有机污染物 水体界面化学过程、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程、金属甲基化各圈层环境化学的发展方向Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science41土壤环境化学发展动向有机污染物在土壤中的降解土壤中温室气体的释放污染物在固-液界面上的化学过程环境生态学的发展动向各圈层环境化学的发展方向Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science42环境工程化学发展动向过去主要围绕终端污染控制模式进行污染控制化学研究污染预防和清洁生产：污染的全过程控制模式通过改变产品设计和生产工艺路线，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