環(huán)境化學 第1章 緒論

1、環(huán)境化學Environmental Chemistry 主講教師：朱先磊中國石油大學（北京）2019年9月2019年12月Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science2聯(lián)系方法聯(lián)系電話辦）辦 公 室：地質樓9樓924室電子信箱： Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science31. 緒論1.1 環(huán)境化學 1.1.1 學習原因（Why?） 1.1.2 學習內容（What?） 1.1.3 學習

2、方法（How?）1.2 環(huán)境化學學科任務及發(fā)展方向1.3 污染物在各圈層中的遷移轉化過程簡介Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science41.1.1 學習原因（Why?）（1）社會經濟發(fā)展的需要（2）環(huán)境科學研究的需要（3）專業(yè)學習的需要Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science5(1)社會經濟發(fā)展的需要回顧已學知識：環(huán)境污染（Environmental Pollution）的定義由于人為因素使環(huán)境構成和狀態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境素質下降，從而擾

3、亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)和人們的正常生活和生產條件（p.1）。環(huán)境污染問題日益嚴重社會經濟發(fā)展不能止步需要環(huán)境化學知識解決環(huán)境污染與社會經濟發(fā)展的矛盾Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science6(2)環(huán)境科學研究的需要造成環(huán)境污染的因素 物理因素：噪聲、光、電磁輻射 生物因素：動物種群的滅絕 化學因素：汽車尾氣、廢棄化學物質化學因素引起的環(huán)境污染占8090，也就是，大量有害化學物質 (Chemicals) 進入地球各圈層，降低環(huán)境質量，破壞生態(tài)平衡，影響人類健康。需要環(huán)境化學知識解決化學因素引起的環(huán)境污染。Dr. Zhu

4、, Department of Geochemistry and Environmental Science7(3)專業(yè)課程學習的需要在環(huán)境科學專業(yè)課程學習中起承上啟下的作用 承上：對已學環(huán)境科學基礎知識的深化和提高，環(huán)境學基礎等 啟下： 是后續(xù)專業(yè)課程學習的基礎和前導課程Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science81.1.2 學習內容（What?） 環(huán)境化學是一門研究有害化學物質在環(huán)境介質中的存在、化學特性和行為、效應及其控制的化學原理和方法的科學。(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有害化學物質 有害化學物質即環(huán)境污染物：進入

6、環(huán)境后使環(huán)境的正常組成和性質發(fā)生變化，這種變化會直接或間接地危害人類，這樣的物質稱為環(huán)境污染物。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science10環(huán)境污染物的分類 (p.12) 按受污染物影響的環(huán)境要素分： 大氣污染物：例如大氣顆粒物、SO2水體污染物：例如工業(yè)廢水、生活污水 土壤污染物：例如化肥和農藥等 按污染物形態(tài)分：氣體液體固體 按污染物性質分：化學污染物物理污染物生物污染物Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science11環(huán)境污染物的分

7、類 (p.12 ，續(xù)) 按產生污染物的社會活動分： 工業(yè)污染物：例如對資源的過量開采，造成多種化學元素在生態(tài)系統(tǒng)中的超量循環(huán)；生產過程中的 “三廢”農業(yè)污染物：例如化肥、農藥；水土流失和農業(yè)廢棄物交通運輸污染物：例如噪聲、尾氣、有害物質的泄漏、揚塵和污水生活污染物：分散取暖和炊事燃燒產生的“廢氣”、生活污水、垃圾Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science12化學污染物元素：鉛、鎘、汞、鉻、砷等重金屬元素和準金屬、鹵素、黃磷、氧（臭氧）；無機物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、鹵間化合物、鹵氧化物、次氯酸及其鹽、硅的無機

8、化合物、無機磷化合物、硫的無機化合物；烴類有機化合物：烷烴、不飽和烴和非芳香烴、芳烴、多環(huán)芳烴（PAHs）。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science13含氧有機化合物：包括環(huán)氧乙烷、醚、醇、酮、醛、有機酸、酯、酐、酚類化合物有機氮化合物：胺、腈、硝基甲烷、三硝基甲苯(TNT)、亞硝銨有機硫化合物：如烷基硫化物、硫醇、巰基甲烷、二甲砜、硫酸二甲酯有機磷化物：主要是磷酸酯類化合物（磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三鄰甲苯酯、焦磷酸四乙酯）、有機磷農藥、有機磷軍用毒氣化學污染物Dr. Zhu, Department of

9、Geochemistry and Environmental Science14有機鹵化物：四氯化碳、脂肪基和烯烴的鹵化物(如氯乙烯)、芳香族的鹵化物 (氯代苯)、氯代苯酚、多氯聯(lián)苯 (PCBs)、氯代二噁英金屬有機和準金屬有機化合物：如四乙基鉛、羰基鎳、二苯鉻、三丁基錫、單甲基或二甲基砷酸、三苯基錫?；瘜W污染物Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science15環(huán)境介質 水圈 (Hydrosphere) 大氣圈 (Atmosphere) 巖石圈(Lithosphere) 生物圈 (Biosphere) 土壤圈 (Ped

10、osphere )Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science16各圈層間存在物質平衡和能量平衡元素循環(huán)：在各圈層間存在，碳、氧、氮、磷、硫的循環(huán)由于自然因素或者人為因素打破了各圈層間平衡，即打破了地球系統(tǒng)平衡，就會造成環(huán)境問題環(huán)境介質Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science17存在（Existence）有/無 污染物在環(huán)境介質中是否存在的問題量和濃度 污染物在環(huán)境介質中有多少的問題 遷移 污染物在同一環(huán)境介質中或者不同介質之間的遷移問

11、題，即在哪個（哪些）介質中存在、如何存在。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science18化學特性和行為化學性質及轉化的化學機制 污染物形成的化學原理 污染物在環(huán)境介質中轉化的化學原理 典型環(huán)境污染現(xiàn)象形成的化學機理 污染物對環(huán)境產生危害的化學機理 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science19效應環(huán)境效應環(huán)境效應自然過程或人類生產生活活動對環(huán)境造成污染和破壞，從而導致環(huán)境系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生變化。(p.13)按環(huán)境變化的性質分為： 環(huán)境

12、物理效應 環(huán)境化學效應 環(huán)境生物效應Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science20環(huán)境效應之一：環(huán)境物理效應環(huán)境物理效應：由物理作用引起的環(huán)境效應； 噪聲 地面沉降 熱島效應 溫室效應 大氣能見度降低Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science21環(huán)境效應之二：環(huán)境化學效應環(huán)境化學效應：由物質間發(fā)生化學反應產生的環(huán)境效應土壤鹽堿化地下水硬度增高光化學煙霧地下水污染酸雨造成土壤酸化、建筑物受腐蝕Dr. Zhu, Department of

13、Geochemistry and Environmental Science22環(huán)境效應之三：環(huán)境生物效應 環(huán)境生物效應環(huán)境因素變化導致生態(tài)系統(tǒng)變異而產生的后果 水利工程影響水生生物的回游而影響其繁殖 污水排放到水體，影響水生生態(tài)系統(tǒng) 森林破壞、水土流失造成鳥類減少，害蟲增多 污染物質引起的畸形和癌癥患者增多。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science23控制環(huán)境污染的控制 污染源的控制 污染物形成各種環(huán)境污染現(xiàn)象的控制 污染物環(huán)境效應的控制Dr. Zhu, Department of Geochemistry a

14、nd Environmental Science24化學原理和方法從微觀的原子、分子水平上，來研究宏觀的環(huán)境問題理解污染物形成和轉化的化學原理理解各種環(huán)境污染現(xiàn)象形成的化學機理，掌握典型污染現(xiàn)象形成的化學反應方程式理解控制環(huán)境污染的化學原理 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science25 環(huán)境化學是一門研究有害化學物質在環(huán)境介質中的存在、化學特性和行為、效應及其控制的化學原理和方法的科學。(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？ 課程內容 教學安排 先修課程及相關課程 化學基礎知識 參考書目 考試安排Dr. Zhu

16、, Department of Geochemistry and Environmental Science27課程主要內容第二章 大氣環(huán)境化學第三章 水環(huán)境化學第四章 土壤環(huán)境化學第五章 各圈層之間的轉歸和效應第六章 受污染環(huán)境的修復 Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science28教學安排 緒論 2學時 大氣環(huán)境化學 20學時 水環(huán)境化學 14學時 土壤環(huán)境化學 6學時 圈層之間的循環(huán) 2學時 環(huán)境修復 2學時 教學實驗 8學時 輔導答疑或考試 2學時Dr. Zhu, Department of Geochemi

17、stry and Environmental Science29先修課程和相關課程 先修課程無機化學與分析化學有機化學物理化學環(huán)境學基礎 相關課程環(huán)境生物學水資源與水環(huán)境環(huán)境土壤學Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science30化學基礎知識光化學定律物理化學（天津大學）下P.264配位化學無機化學（大連理工大學）P.138拉烏爾定律和亨利定律物理化學（天津大學）上P.177酸堿平衡無機化學（大連理工大學）P.108沉淀和溶解平衡無機化學（大連理工大學）P.154膠體化學 物理化學（天津大學）下P.306氧化和還原無機

18、化學（大連理工大學）P.178有機化學基本知識Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science31環(huán)境化學主要參考數(shù)目1環(huán)境化學何燧源主編，華東理工大學出版社，2005， 第4版；2環(huán)境化學教程劉兆榮等編，化學工業(yè)出版社，2003； 3環(huán)境化學劉綺主編，化學工業(yè)出版社，2004；4環(huán)境化學王曉蓉編著，南京大學出版社，1993；5 環(huán)境化學戴樹桂主編，高等教育出版社，2006；教材6 環(huán)境化學戴樹桂主編，高等教育出版社，1997(第一版)；7 環(huán)境化學Stanley E.Manaham 著，陳浦華等譯，南開大學出版社，19

19、93 8Environmental Chemistry, Gary W. vanLoon, Stephen J. Duffy， Oxford University Press, 2000, OxfordDr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science32考試安排平時成績占40%考勤作業(yè)和小測驗實驗報告期中考試 期末考試占60% 考試是手段；成績也不是最終目的 掌握知識、增強技能、提高素質、獲得本領 學習態(tài)度、方法和習慣是以后工作和生活的基礎Dr. Zhu, Department of Geochemistry and E

20、nvironmental Science33學習要求 掌握化學原理 掌握常見的化學反應方程式 掌握計算 理解內容 了解內容Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science341. 緒論1.1 環(huán)境化學 1.1.1 Why? 1.1.2 What? 1.1.3 How?1.2 環(huán)境化學學科任務及發(fā)展方向1.3 污染物在各圈層中的遷移轉化過程簡介Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science35學科任務(p.5)潛在有害物質的來源；有害化學物質在環(huán)境

21、中存在的濃度水平和形態(tài)有害化學物質在單一環(huán)境介質中和不同介質間的環(huán)境化學行為；有害化學物質對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產生的效應的機制和風險性;有害物質已造成影響的緩解和消除以及防止產生危害的方法和途徑。Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science36環(huán)境化學分支學科劃分環(huán)境分析化學環(huán)境有機分析化學環(huán)境無機分析化學各圈層的環(huán)境化學大氣環(huán)境化學水環(huán)境化學土壤環(huán)境化學環(huán)境生態(tài)學環(huán)境工程化學大氣污染控制化學水污染控制化學固體廢棄物污染控制化學Dr. Zhu, Department of Geochemistry and E

22、nvironmental Science37環(huán)境化學的發(fā)展動向(p.10)我國優(yōu)先考慮的環(huán)境問題中與環(huán)境化學密切相關的方面:以有機污染為主的水質污染以大氣顆粒物和二氧化硫為主的城市空氣污染工業(yè)有毒有害廢棄物和城市垃圾對大氣、水和土地的污染Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science38環(huán)境分析化學的發(fā)展動向研究污染物形態(tài)、價態(tài)和結構分析方法；環(huán)境樣品前處理技術：超臨界流體萃取法和固相萃取法；優(yōu)先檢測污染物的篩選；先進的儀器分析，連續(xù)自動和遙感分析。Dr. Zhu, Department of Geochemistry

23、 and Environmental Science39各圈層環(huán)境化學的發(fā)展方向大氣環(huán)境化學 大氣顆粒物、酸沉降、臭氧損耗和全球變暖、光化學煙霧和硫酸煙霧型污染； 城市與區(qū)域大氣復合污染唐孝炎院士提出 煤煙型與機動車尾氣污染共存的特殊大氣復合污染Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science40水環(huán)境化學 固體填埋物而引起有毒有害物質污染地下水 重金屬及持久性有毒有機污染物 水體界面化學過程、金屬形態(tài)轉化動力學過程、有機物的化學降解過程、金屬甲基化各圈層環(huán)境化學的發(fā)展方向Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science41土壤環(huán)境化學發(fā)展動向有機污染物在土壤中的降解土壤中溫室氣體的釋放污染物在固-液界面上的化學過程環(huán)境生態(tài)學的發(fā)展動向各圈層環(huán)境化學的發(fā)展方向Dr. Zhu, Department of Geochemistry and Environmental Science42環(huán)境工程化學發(fā)展動向過去主要圍繞終端污染控制模式進行污染控制化學研究污染預防和清潔生產：污染的全過程控制模式通過改變產品設計和生產工藝路線，不生成有害的中間產物和副產品，實現(xiàn)廢物或排放物的內部循環(huán)，達到污