第十章环境化学.ppt

1、第十章 环境化学,Content,10.1 环境化学的学科性质和地位 10.2 环境污染物的迁移转化机理 10.3 不同介质中典型污染案例分析 10.4 环境污染物的环境和生态效应 10.5 环境化学发展趋势,10.1 环境化学的学科性质和地位,10.1.1 环境化学学科性质 环境化学是一门研究化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为、效应以及减少或消除其环境影响的科学。 研究对象：化学物质引起的环境问题 研究目的：解决和防止由化学污染物质引起的环境问题,（4）研究内容 有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态； 污染物来源及其在环境介质中环境化学行为； 污染物生态效应和人类健康效应风险和产

2、生机制； 缓解和消除污染物环境影响以及预防污染物危害的方法和途径。,(5) 特点： 从微观的原子、分子水平上，来研究宏观的环境现象与变化的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生态环境效应。 (6) 分支学科：环境分析化学、大气环境化学、土壤环境化学、土壤环境化学、污染生态化学等。,10.1.2 环境化学的学科地位 环境化学是以化学的原理来研究环境问题，是一个新的化学分支学科； 环境化学是从保护自然生态和人体健康的角度出发，因而是环境科学的一个核心学科。,10.2 环境污染物的迁移转化机理,10.2.1 挥发和吸附 10.2.2 溶解和沉淀 10.2.3 水解和配合

3、10.2.4 氧化和还原 10.2.5 光化学反应 10.2.6 生物富集和转化,10.2.1 挥发和吸附,（1）挥发作用 物质从液相或固相迁移进入气相的过程。 挥发动力决定于物质在两相间的分压差，而溶质在相中的分压决定于其蒸气压；挥发速率依赖于物质的性质和介质特征。 双膜理论,（2）吸附作用 主要指化学物质在气-固或液-固两相介质中，在固相中浓度升高的过程，包括一切使溶质从气相或液相转入固相的反应。 环境中化学物质的吸附过程包括土壤吸附、沉积物吸附、水中悬浮物吸附等。,(3) 分配作用 （Partition theory） -Cary T.Chiou,分配理论认为：有机物在土壤中的吸附过程类

4、似于有机物在一个亲水相（如水）和一个疏水相（如辛醇）之间的分配过程，有机物通过溶解作用分配到土壤有机质中，一定时间后达到分配平衡，此时有机物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数（Kd）。,10.2.2 溶解和沉淀,一般来说，金属化合物的溶解度可以决定其在水环境中的迁移能力。溶解度越大，化合物的迁移能力越大；溶解度越小，则迁移能力越小。 水体或土壤溶液中的金属离子可以与其它化学成份发生反应而形成沉淀，它们构成了环境介质中金属溶解-沉淀的动态平衡过程。,10.2.3 水解和配合,水解作用是化合物与H2O电离产生的H+和OH-发生交换，从而结合生成新物质的反应。 配合作用即金属离子同电子给予体（

5、配位体）通过配位键结合生成配合物的反应。,10.2.4 氧化和还原,水环境中主要的氧化剂有溶解氧、Fe（）、Mn（）和S（）等； 主要还原剂有Fe（）、Mn（）、S（）和各种各样有机化合物。,离,10.2.5 光化学反应,光化学反应即物质吸收光子而发生的化学反应。 光化学反应类型： 光分解反应和光氧化反应,10.2.6 生物富集和转化,生物吸收 生物富集 生物转化,（1）生物吸收,植物吸收 动物吸收 微生物吸收,（2）生物富集（bio-concentration）,概念：指生物从周围环境（水体、土壤、大气）吸收并积累某种元素或难降解的物质，使其在有机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。,式中：

6、Cb和Ce分别为有机体及其周围环境中污染物质浓度。,生物积累是指同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象； 生物放大指在同一食物链上，生物富集系数随营养级数提高而逐渐增大的现象。,生物富集机制,污染物特性：难降解、高脂溶、低水溶物质的生物浓缩系数高，如DDT 生物影响因素：生物种类、大小、性别、器官、发育阶段等。 环境影响因素：温度、盐度、pH、水硬度、氧含量和光照状况等。,生物转化：是指污染物进入生物体后，在有关体内酶或分泌到体外的酶的催化作用下的代谢变化过程，包括生物降解和生物活化两种转化过程。 生物降解 生物活化：如汞的甲基化。,（3）生物转化,10.3 不同介质中典型

7、污染案例分析,10.3.1 大气-光化学烟雾 10.3.2 水-黄河水污染 10.3.3 土壤-重金属环境化学,10.3.1 大气-光化学烟雾,1940年在美国的洛杉矶首次出现这种污染现象，故又称为洛杉矶型烟雾。它的特征是烟雾呈蓝色，具有强氧化性，能使橡胶开裂；对眼睛、咽喉有强烈的刺激作用，并有头痛、呼吸道疾病恶化，严重的会造成死亡；伤害植物叶子，并使大气能见度降低；形成条件是强日光、强逆温和低湿度；其刺激物浓度的高峰在中午或午后，污染区域往往在下风方向几十到几百公里处。,1977年，兰州市淹没在烟雾之中。据监测，市区最大一次浓度比1952年英国伦敦“烟雾事件”的浓度还要高。1978年6月，西

8、固工业区出现光化学烟雾，居民出现流泪、恶心、头晕等症状。 1979年7月9日，对西固地区化学烟雾进行现场集中测试，这是我国最早确认有光化学烟雾发生的地区。污染源主要是本地区石油化工及石油炼制业排放的氮氧化物、碳氢化合物等工业废气。,产生机理,大气中的NOx和烃类等一次污染物在紫外线的照射下发生一系列的光化学反应，产生O3、高活性自由基、醛类、酮类和有机酸等二次污染物。如果大气中有SO2存在，还有硫酸盐气溶胶的生成。光化学烟雾具有很强的氧化性，属氧化性烟雾。,1951年9月美国Haggan-Schmit教授首先提出了洛杉矶烟雾形成的理论。他认为，这种烟雾是由南加里福尼亚的强阳光，引发了大气中存在

9、的碳氢化合物和NOx之间的化学反应而造成的。并认为，碳氢化合物和NOx主要来源于汽车尾气。,“汽车是最大的载气污染源”。,Seinfeld链反应机理,光化学反应的过程：臭氧生成、碳氢化合物氧化、自由基形成以及过氧乙酰硝酸酯（PAN）生成。,化学烟雾有两种基本类型，即还原型和氧化型。,思考：伦敦烟雾、洛杉矶和我国兰州光化学烟雾区别？,10.3.2 水体-黄河水污染,黄河水污染现状,2004年初黄河包头段污染严重，挥发酚、氨氮等超标几十倍，重金属超标几十至上千倍。,兰州雁儿湾附近的黄河水面漂浮着大量黑色油污,白银市有色金属企业废水排放,分析： 可能存在的危害：水体功能下降、生物多样性减少、生态环境

10、破坏,污染原因：工业废水、生活污染水、石油污染、农业排水 污染物：重金属、挥发酚、氮磷等。,重金属迁移转化机理,迁移类型 机械迁移 结合在悬浮颗粒物上或自身随水流运动 化学转化迁移 通过化学反应改变形态等 生物迁移 通过生物化学过程改变形态等 水迁移能力,化学转化迁移,配合作用与重金属的迁移 氧化还原作用与重金属的迁移 吸附作用与重金属的迁移 在环境中实际存在的形式，其毒性也不同。 例： 毒性 CH3Hg+Hg2+，Cu2+Cu，Cr6+Cr3+,分析某一重金属在水体中的化学转化迁移过程及其主要存在形态。,10.3.3 土壤-化学农药,农药使用现状 人们在20世纪30年代先后发现2,4-D（2

11、,4-二氯苯氧乙酸）具有清除杂草的能力、DDT（双对氯苯基三氯乙烷）具有杀虫的功效，从此开始了农药使用的时代。 目前，世界范围年产农药约200多万吨，种类数达500之多自40年代广泛应用以来，累计已有数千万吨农药散入环境，大部分进入土壤。,农药迁移转化机理,土壤对农药的吸附 土壤对农药的吸附是影响农药在土壤中动态行为的最重要因素之一。农药被吸附的能力主要与其分子本身性质相关，其他有关因素还有土壤的性质、类型以及介质条件。,土壤溶液的pH值是影响吸附的最重要因素。,生物转化 土壤中微生物的生命活动是农药降解的最主要因素。 此外，包括蚯蚓在内的非脊椎动物对农药的代谢作用也是很重要的。,试验表明，经灭菌处理过的土壤中也会发生农药降解。这表明除生物降解外，还存在着诸如水解、氧化还原等化学降解作用。此外，在光照条件下，分布在土壤表面的很多农药都有可测得其降解速率的光分解作用。 总之，土壤介质对于农药的纳污容量和自净能力都是很大的。,10.4 环境污染物的环境和生态效应（自学）,重金属 多环芳烃 有机卤代物 复合污染物,10.6 环境化学发展趋势,化学生态物质与环境保护和污染修复 有机污染土壤修复新