《環(huán)境化學(xué)》（第二版）全書教學(xué)課件

環(huán)境化學(xué)

參考教材類環(huán)境化學(xué)何燧源金云云何方編著華東理工大學(xué)出版社2000年12月第3版

環(huán)境化學(xué)王曉蓉編著南京大學(xué)出版社1993年11月第1版環(huán)境化學(xué)教程鄧南圣吳峰編著武漢大學(xué)出版社2000年1月第1版EnvironmentalChemistry(seventhedition)SE.ManahanLewisPublishers環(huán)境化學(xué)教程劉兆榮，陳忠明化學(xué)工業(yè)出版社2003年1月環(huán)境水化學(xué)魏振樞化學(xué)工業(yè)出版社2002年7月水化學(xué)王凱雄化學(xué)工業(yè)出版社2001年5月ChemistryoftheEnvironmentThomasG.SpiroWilliamM.Stigliani清華大學(xué)出版社（影印版），2003年7月

2科學(xué)期刊類

1.中國環(huán)境科學(xué)2.環(huán)境科學(xué)3.環(huán)境化學(xué)4.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)5.Environ.Sci.Technol.6.WaterResearch3第一章緒論(基本了解，2學(xué)時(shí))第二章大氣環(huán)境化學(xué)(重點(diǎn)掌握，10學(xué)時(shí))第三章水環(huán)境化學(xué)(重點(diǎn)掌握，10學(xué)時(shí))第四章土壤環(huán)境化學(xué)(重點(diǎn)了解，4學(xué)時(shí))第五章生物體內(nèi)污染物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程(重點(diǎn)了解，4學(xué)時(shí))第六章典型污染物在環(huán)境圈層中轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)(自學(xué)-了解)第七章受污染環(huán)境的修復(fù)(自學(xué)-了解)第八章綠色化學(xué)的基本原理與應(yīng)用（自學(xué)-了解）4全書內(nèi)容學(xué)時(shí)分配與重點(diǎn)

教學(xué)要求1.要求掌握大氣的基本性質(zhì)和組成，污染物的源和匯，大氣中主要的氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)以及大氣顆粒物性質(zhì)等基本概念和基本原理；了解酸雨、溫室效應(yīng)及臭氧層破壞等全球關(guān)注的大氣問題。2.掌握天然水體的組成和性質(zhì)、溶解和沉淀、氧化和還原、配合作用及固液界面間相互作用等基本原理在環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用；了解主要有毒難降解污染物的環(huán)境行為及歸趨模式。3.掌握土壤主要的理化性質(zhì)，重金屬及氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)在土壤環(huán)境中的遷移、積累以及有機(jī)農(nóng)藥等污染物在土壤中的降解途徑和持留，了解環(huán)境條件變化對污染物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的影響。4.了解金屬形態(tài)的生物有效性、污染物的微生物轉(zhuǎn)化、化學(xué)物質(zhì)的生物吸收和生物濃縮機(jī)理以及對人體健康的影響。5.了解化學(xué)物質(zhì)在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，化學(xué)物質(zhì)的聯(lián)合作用以及化學(xué)物質(zhì)引起致突變、致畸和致癌作用基本原理，利用有機(jī)物結(jié)構(gòu)與致癌作用關(guān)系預(yù)測化學(xué)物質(zhì)的致癌性等。5第一章緒論一、環(huán)境問題—舊話重提二、環(huán)境化學(xué)—時(shí)代需要三、環(huán)境污染物四、環(huán)境效應(yīng)五、幾個(gè)基本概念6EnvironmentalChemistry

—Chemistryisallaroundus化學(xué)和環(huán)境之間有著密不可分的關(guān)系1）CO—CO2：汽車尾氣中燃燒不充分的CO對人類危害，但減少了CO，CO2增多，CO2會(huì)導(dǎo)致全球氣候變暖（GlobalWarming）。2）HC—NOx：洛杉磯煙霧后，嚴(yán)格限制汽車排放HC和CO。為此增加空氣/燃料比率，減少HC和CO排放。尾氣排放量增加，而且其中含有的NOx也明顯增加，有導(dǎo)致酸雨發(fā)生的污染氣體。Dilemmasituation,EnvironmentCoin3）降雨中的環(huán)境化學(xué)rainfallandEnviron.Chem.沖刷塵埃？O2=O+O，O+O2=O3，O3=O2+O，

SO3+H2O=H2SO4,NO2+H2O=HNO34)原野濕地靜悄悄：棲息地、酸雨、臭氧層、疾病、化學(xué)污染物FrogNoVoice一、環(huán)境問題—舊話重提

81、Environment1）定義環(huán)境是指與某一中心事物有關(guān)（相適應(yīng)）的周圍客觀事物的總和，中心事物是指被研究的對象。對人類社會(huì)而言，環(huán)境就是影響人類生存和發(fā)展的物質(zhì)、能量、社會(huì)、自然因素的總和。

910一定程度上,自然環(huán)境中適應(yīng)的本質(zhì)是化學(xué)物質(zhì)作用結(jié)果

小麥種在麥仙翁（一種野草）群落中，產(chǎn)量明顯提高；羊角芹的種子同期它植物種子種植在一起，其它植物不會(huì)發(fā)芽；

黃魚不能生長在淡水中；

鯉魚不會(huì)生長在海水中；

人體血液中元素含量和地殼中元素的豐度具有高度的一致性；

2）分類：環(huán)境包括自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境兩大部分。

是人類目前賴以生存、生活和生產(chǎn)所必需的自然條件和自然資源的總稱，即陽光、溫度、氣候、地磁、空氣、水、巖石、土壤、動(dòng)植物、微生物以及地殼的穩(wěn)定性等自然因素的總和。“直接或間接影響到人類的一切自然形成的物質(zhì)、能量和自然現(xiàn)象的總體”，簡稱為環(huán)境.自然環(huán)境Environment：本課程的定義1112《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》把環(huán)境定義為：“影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝、城市和鄉(xiāng)村等。”

人類的社會(huì)制度等上層建筑條件，包括社會(huì)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)以及同各種社會(huì)制度相適應(yīng)的政治、經(jīng)濟(jì)、法律、宗教、藝術(shù)、哲學(xué)的觀念與機(jī)構(gòu)等。社會(huì)環(huán)境132、環(huán)境問題1）定義全球環(huán)境或區(qū)域環(huán)境中出現(xiàn)不利于人類生存和發(fā)展的各種現(xiàn)象，稱為環(huán)境問題。2）分類原生環(huán)境問題：自然力引發(fā)，也稱第一類環(huán)境問題，火山噴發(fā)、地震、洪災(zāi)等。次生環(huán)境問題：人類生產(chǎn)、生活引起生態(tài)破壞和環(huán)境污染，反過來危及人類生存和發(fā)展的現(xiàn)象，也稱第二類環(huán)境問題。又包括：環(huán)境污染和生態(tài)破壞。目前的環(huán)境問題一般都是次生環(huán)境問題。

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環(huán)境污染：人類活動(dòng)產(chǎn)生的副產(chǎn)品和廢物進(jìn)入環(huán)境，并在環(huán)境中擴(kuò)散、遷移、轉(zhuǎn)化，便環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的一系列干擾和侵害，如水污染、大氣污染、酸雨、臭氧層破壞、海洋污染等等。具體地說：環(huán)境污染就是指有害物質(zhì)對大氣、水、土壤和動(dòng)植物污染并達(dá)到有害的程度。生態(tài)破壞：人類活動(dòng)直接作用于自然生態(tài)系統(tǒng)，造成生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力顯著減少和結(jié)構(gòu)顯著該變，如草原退化、物種滅絕、水土流失等。早期世界著名八大公害(1)比利時(shí)馬斯(Meuse)河谷煙霧事件：發(fā)生在1930年12月，重工業(yè)排放的SO2使數(shù)千人中毒，60余人死亡。

(2)美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件：發(fā)生在1943年5～10月，造成400余人死亡。

(3)多諾拉煙霧事件：1948年10月26～31日，美國賓夕法尼亞州多諾拉鎮(zhèn)冶煉廠排放的SO2和煙塵，使5911人發(fā)病，17人喪生。

(4)倫敦?zé)熿F事件：發(fā)生在1952年12月5～8日，四天內(nèi)中毒死亡4000多人。

(5)四日市哮喘事件：1955年以來日本四日市石油提煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣嚴(yán)重污染城市大氣，哮喘病患者達(dá)817人，死亡36人。

(6)痛痛病事件：1955～1972年日本富山縣內(nèi)的鋅、鉛冶煉廠等排放的含鎘廢水污染神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米含鎘，居民食用含鎘米和飲用含鎘水而中毒，患者超過280人，死亡數(shù)十人。

(7)水俁病事件：1953～1956年，日本熊本縣水俁市，居民食用含有甲基汞的魚，導(dǎo)致水俁灣和新縣阿賀野川下游有機(jī)汞中毒者283人，其中60人死亡。

(8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市，愛知縣一帶生產(chǎn)米糠油時(shí)，混入多氯聯(lián)苯，造成13000人中毒，死亡16人。15洛杉磯光化學(xué)煙霧時(shí)間地點(diǎn):1943年，美國洛杉磯；中毒情況：刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉炎。65歲以上老人死亡400人；原因：石油工業(yè)和汽車廢氣在紫外線作用下產(chǎn)生的光化學(xué)煙霧。到1958年才發(fā)現(xiàn),這一事件由于洛杉磯市擁有的250萬輛汽車排氣污染造成的。世界著名的環(huán)境問題倫敦?zé)熿F事件時(shí)間地點(diǎn)：1952年英國倫敦中毒情況：

胸悶、咳嗽、喉痛和嘔吐，5天內(nèi)4000人死亡，共發(fā)生12起，死亡近萬人；原因：粉塵中Fe2O3使SO2轉(zhuǎn)變成硫酸，附著在煙塵，吸入肺部。世界著名的環(huán)境問題水俁病事件時(shí)間地點(diǎn)：1953年日本九州水俁原因：食用含有甲基汞的魚。

中毒情況：

口齒不清、面部癡呆、全身麻木，最后精神失常致死亡，患者180人死亡50人；世界著名的環(huán)境問題骨痛病事件時(shí)間地點(diǎn)：1955－1972年，日本富山縣；原因：食用含鎘廢水灌溉的鎘米和含鎘的水。中毒情況：關(guān)節(jié)痛開始，最后骨骼軟化萎縮，自然骨折，患者280人，死亡34人；世界著名的環(huán)境問題米糠油事件時(shí)間地點(diǎn)：1968年，日本九州、愛知縣等23個(gè)縣；中毒情況：

眼皮腫、出汗，全身紅疙瘩，惡心、嘔吐，肺功能下降，甚至死亡，患者5000多人，死亡16人；世界著名的環(huán)境問題原因：食用含有PCBs的米糠油。二噁英污染事件時(shí)間地點(diǎn)：1976年，意大利米蘭中毒情況：家禽大量死亡，自然流產(chǎn)和畸形兒增多原因：化工廠爆炸散發(fā)PCDD。世界著名的環(huán)境問題香港母乳的二惡英及類似二惡英化學(xué)物質(zhì)多氯聯(lián)苯（PCBs）含量：每克脂肪含9至16.7微微克，中位數(shù)為12.9，在全球26個(gè)國家及地區(qū)中排名第17。二噁英的結(jié)構(gòu)通常所說的二噁英實(shí)際是指二噁英（Dioxins&Furam）物質(zhì)，它們是多氯代二苯并二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃（PCDFs））的總稱。PCDD和PCDF的分子結(jié)構(gòu)分別為由2個(gè)和1個(gè)氧原子連接被氯取代的苯環(huán)。每個(gè)苯環(huán)上可以取代(1-4)個(gè)氯原子所以共有75個(gè)PCDD異構(gòu)體和135個(gè)PCDF異構(gòu)體。

1900194019802000糞便污染重金屬

微生物污染核素耗氧有機(jī)物營養(yǎng)元素或生源要素溫室氣體環(huán)境內(nèi)分泌干擾物二次污染物持久性有機(jī)物污染有機(jī)金屬污染物發(fā)達(dá)國家不同歷史時(shí)期關(guān)注重點(diǎn)問題傳統(tǒng)污染非傳統(tǒng)污染我們幾十年經(jīng)歷了發(fā)達(dá)國家上百年的發(fā)展階段。PTSs引起污染事件持久性毒害污染物（PersistentToxicSubstances，PTS）：是指一類具有很強(qiáng)的毒性，在環(huán)境中難降解，可遠(yuǎn)距離傳輸，并隨食物鏈在動(dòng)物和人體中累積、放大，具有內(nèi)分泌干擾特性的污染物，包括POPs和某些重金屬污染物。持久性有毒污染物(PTS)與臭氧層破壞和溫室效應(yīng)并稱為21世紀(jì)影響人類生存與健康的三大環(huán)境問題。由于PTS對人體健康和環(huán)境的長期影響，目前已經(jīng)受到各國環(huán)境保護(hù)組織，各國政府和全世界環(huán)境科學(xué)家的關(guān)注，成為國際環(huán)境科學(xué)研究的十分熱門的研究領(lǐng)域。20C80Y以來，全世界平均每年發(fā)生200多起嚴(yán)重公害事件。世界矚目的有：

(1)墨西哥的液化氣爆炸事故。1984年11月19日，墨西哥國家石油公司所屬的液化氣供應(yīng)中心發(fā)生爆炸，死亡1000多人，傷400多人，3萬多人無家可歸。

(2)印度博帕爾農(nóng)藥泄漏事故。1984年12月3日，美國聯(lián)合碳化物公司設(shè)在博帕爾市的農(nóng)藥廠的劇毒化學(xué)品異氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人數(shù)20萬，死亡3000人以上。

(4)原蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄露事故。1986年4月26日位于基輔地區(qū)的切爾諾貝利核電站四號(hào)反應(yīng)堆爆炸，造成重大放射性污染，周圍十多萬居民被疏散，傷數(shù)百人，死亡31人。

(5)萊茵河污染事故。1986年11月1日，瑞士巴塞贊德茲化學(xué)公司的倉庫起火，使大量有毒化學(xué)品隨滅火用水流進(jìn)萊茵河，造成西歐10年來最大的污染事故。

(6)海灣戰(zhàn)爭造成的環(huán)境污染。1991年的海灣戰(zhàn)爭歷時(shí)42天，期間油井大火晝夜燃燒，是迄今歷史上最大的石油火災(zāi)及海洋石油污染事故，也是人類歷史上最嚴(yán)重的一次環(huán)境污染，其污染程度超過切爾諾貝利核電站發(fā)生的核泄漏事故。這次戰(zhàn)爭所造成的環(huán)境污染是災(zāi)難性的，已給世界帶來了影響。

2526博帕爾農(nóng)藥廠毒氣泄漏而斃命的牲畜不要博帕爾，不要污染，我們要生存！27在切爾諾貝利事故中受到核污染的患者1大氣污染

主要污染物有懸浮顆粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、鉛等。全球有11億人口生活在空氣污染城市中。當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題世界衛(wèi)生組織1998年公布的世界十大空氣嚴(yán)重污染城市中，我國有七個(gè)，太原和北京分別名列第一和第三。2臭氧層破壞1998年9月報(bào)道，南極上空臭氧空洞的面2720X104km2，近南極大陸面積的1倍當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題臭氧層耗散導(dǎo)致：

皮膚癌白內(nèi)障3酸雨侵襲世界各國皆有不同程度的酸雨侵襲；我國酸雨覆蓋率以國土面積計(jì)已近40%，并有半數(shù)以上城市受酸雨之害。當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題SO3+H2O→H2SO4SO2+hv→SO2·4水體污染與水資源短缺在世界范圍內(nèi)已經(jīng)確定存在于飲水中的有機(jī)污染物達(dá)1100多種，每年至少有1500萬人死于水污染引起疾??；當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題我國屬于貧水國家，人均占有水量為2.51km3/a，低于世界上多數(shù)國家。水質(zhì)惡化使水資源更趨于緊張。5土地荒漠化全球有19.6X108hm2土地正趨于荒漠化，2.5億人直接受害，我國風(fēng)蝕與荒漠化的土地面積達(dá)33X104hm2當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題土地退化導(dǎo)致：沙塵暴健康危害呼吸系統(tǒng)疾病沙漠肺綜合癥心血管系統(tǒng)疾病患病和死亡率增加自然疫源性疾病水土流失與土壤營養(yǎng)物流失土壤酸化（酸雨）與土壤營養(yǎng)物質(zhì)流失6綠色屏障銳減世界森林面積每年減少1986X104hm2當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題7物種減少大面積砍伐森林過度捕獵野生動(dòng)物工業(yè)化和城市化無控制的旅游水土氣的污染全球變暖當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題穿山甲Manispentadactyla

瀕危等級(jí)：易危（E）

國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物名錄

8海洋污染污水、垃圾和化工廢物等直接流入海洋海洋污染造成赤潮頻繁發(fā)生當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題近年來，我國的赤潮災(zāi)害的影響也越來越大。我國自1933年首次報(bào)道以來，至1994年共有194次較大規(guī)模的赤潮，其中60年代以前只有4次，1990年后則有157起圖是太湖赤潮的遙感圖像，圖中箭頭所指處為赤潮發(fā)生地帶。9固體廢物污染當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題Thisisaverycommonrubbishheapofonecity!

反對垃圾焚化，防止二噁英污染10人口激增當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題疾病轉(zhuǎn)型醫(yī)療配置精神健康老齡化問題11全球變暖北極海冰區(qū)域大約每10年收縮9%

當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題海平面上世紀(jì)平均上升了10到20厘米

20世紀(jì)90年代是自19世紀(jì)中期開始溫度記錄工作以來最溫暖的十年，在記錄上最熱的幾年依次是：1998年，2002年，2003年，2001年和1997年。

環(huán)境領(lǐng)域研究的重要環(huán)境問題1全球氣候變化、酸沉降與溫室氣體2室內(nèi)空氣質(zhì)量3水體富營養(yǎng)化、赤潮和藻毒素污染4土壤和地下水污染5持久性有機(jī)污染物和環(huán)境內(nèi)分泌干擾物6重金屬和類金屬污染7食品安全及生態(tài)安全

基本都和化學(xué)問題有關(guān)聯(lián)二、環(huán)境化學(xué)—時(shí)代需要

40孕育階段(1970年以前)形成階段(70年代)發(fā)展階段(80年代以后)1、環(huán)境化學(xué)的發(fā)展階段：1950年代開始，1960年代的醞釀和準(zhǔn)備。針對早期的污染控制工作和污染防治工作，結(jié)合化學(xué)的理論，提出一些基本觀點(diǎn)。

最早是一門化學(xué)分支學(xué)科，由如湖泊學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物地球化學(xué)等方面學(xué)者提出。如農(nóng)藥對水生生物影響，湖泊富營養(yǎng)化，環(huán)境中元素地理分布等。目前，出現(xiàn)一些新的趨勢。

1980年代后的新趨勢主要元素，尤其生命必需元素循環(huán)研究（O、C、N、S、P）化學(xué)品安全評(píng)價(jià)（生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、健康風(fēng)險(xiǎn)）全球變化研究（臭氧空洞、全球變暖）污染控制化學(xué)研究（應(yīng)用于工程領(lǐng)域，清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色化學(xué)）41主要元素循環(huán)示意圖——氧42主要元素循環(huán)示意圖——碳43主要元素循環(huán)示意圖——氮44主要元素循環(huán)示意圖——磷45主要元素循環(huán)示意圖——硫46二、環(huán)境化學(xué)—時(shí)代需要2、環(huán)境化學(xué)：定義?何用？特征？包括哪些？47A、B、C、D、

48《自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告：環(huán)境化學(xué)》一書提出：“環(huán)境化學(xué)是一門研究潛在有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、行為、效應(yīng)（生態(tài)效應(yīng)、人體健康效應(yīng)及其它環(huán)境效應(yīng)）以及減少或消除其產(chǎn)生的科學(xué)”。A、環(huán)境化學(xué)的概念1972年R.AHonne在所著《環(huán)境化學(xué)》定義：“環(huán)境化學(xué)是研究巖石圈、水圈、生物圈、外層大氣圈的化學(xué)組成和其中發(fā)生的過程，特別是界面上的化學(xué)組成和過程的學(xué)科”。

戴樹桂等認(rèn)為：“環(huán)境化學(xué)是一門研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。它既是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支”。49EnvironmentalChemistrymaybedefinedasthestudyofthesources（來源）,reactions（反應(yīng)）,transport（傳輸）,effects（效應(yīng)）,andfates（歸宿）ofchemicalspeciesinwater,soil,air,andlivingenvironments（水、大氣、土壤、生物環(huán)境）,andtheeffectsoftechnologythereon.------[EnvironmentalChemistry(seventhedition)2000,S.E.Manahan]環(huán)境介質(zhì)\化學(xué)過程\環(huán)境效應(yīng)\環(huán)境控制5051（1）查明有害物在環(huán)境介質(zhì)中濃度水平和形態(tài)分布(介質(zhì)存在)；

（2）查明有害物的遷移轉(zhuǎn)化和歸宿(環(huán)境行為)；

（3）查明有害物對生態(tài)和人體作用的途徑、方式、程度和風(fēng)險(xiǎn)(環(huán)境效應(yīng))；

（4）探索有害物已造成的影響或防止它們可能造成影響的方法和途徑(環(huán)境控制)。B、WhatisthegoalofEnvironmental

Chemistry?－何用？52

（1）

以微觀研究宏觀：從原子、分子水平，研究宏觀環(huán)境圈層中環(huán)境現(xiàn)象和變化機(jī)制；（2）研究對象復(fù)雜：既有人為來源的也有天然來源的，處于環(huán)境開放體系內(nèi)，多種環(huán)境因素同時(shí)相互作用，其研究需要多學(xué)科的結(jié)合。（3）物質(zhì)水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10-12C、WhatisthecharactersofEnvironmentalChemistry?－特征C、Whatisthecharactersof

EnvironmentalChemistry?－美國化學(xué)會(huì)atom/molecularofpollutant.

atom/molecularofchemicals.system.Isopentoenvironment.

systemisisolatedfromoutside(inbeaker).Pollutantconcentrationisoftenlowlevel同本教材中總結(jié)一致D、WhatareincludedbyEnvironmental

Chemistry?——包括哪些學(xué)科54環(huán)境化學(xué)環(huán)境分析化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)（圈層）污染控制化學(xué)（環(huán)境工程化學(xué)）污染生態(tài)化學(xué)環(huán)境理論化學(xué)5556三、環(huán)境污染物571定義環(huán)境污染物：是環(huán)境化學(xué)研究的對象，主要指進(jìn)入環(huán)境后使環(huán)境的正常組分和性質(zhì)發(fā)生直接或間接的有害于人類的變化的物質(zhì)。大部分污染物是人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)產(chǎn)生的。582環(huán)境污染物類別－不同分類依據(jù)按照來源形式分為：5960按化學(xué)組分，九類－中文(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl(2)無機(jī)物:CO,NOx,SO2,KCN(3)有機(jī)化合物和烴類:烷烴（飽和）、芳香烴（苯環(huán)）、不飽和非芳香烴（不飽和，不帶苯環(huán)）、多環(huán)芳烴(4)金屬有機(jī)和準(zhǔn)金屬有機(jī)化合物：四乙基鉛、三丁基錫(5)含氧有機(jī)化合物：環(huán)氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有機(jī)酸等(6)有機(jī)氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）(7)有機(jī)鹵化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二惡英、氯代苯酚(8)有機(jī)硫化合物：硫醇類（甲硫醇）、硫酸二甲酯(9)有機(jī)磷化合物：有機(jī)磷農(nóng)藥、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯按化學(xué)組分，九類－英文6162概念:基于有毒化學(xué)物的毒性、自然降解的可能性及在環(huán)境中出現(xiàn)的概率等因素,從多種有機(jī)物中篩選出的需要優(yōu)先控制的物質(zhì)美國從7萬余種有機(jī)物中篩選出65類，129種優(yōu)先控制污染物。歐共體于1975年提出有毒化合物的“黑名單”和“灰名單”。中國優(yōu)先控制“黑名單”：共有14類，68種優(yōu)先控制的污染物。其中優(yōu)先控制的有毒有機(jī)化合物有12類，58種，占總數(shù)的85.29%，包括10種鹵代(烷、烯)烴類，6種苯系物，4種氯代苯類，1種多氯聯(lián)苯。6種酚類，6種硝基苯，4種苯胺，7種多環(huán)芳烴，3種酞酸酯，8種農(nóng)藥、丙烯腈和2種亞硝胺。

3優(yōu)先控制污染物（黑名單）631、二氯甲烷2、三氯甲烷3、四氯化碳4、1，2-二氯乙烷5、1，1，1-三氯乙烷6、1，1，2-三氯乙烷7、1，1，2，2-四氯乙烷8、三氯乙烯9、四氯乙烯10、三溴甲烷11、苯12、甲苯13、乙苯14、鄰二甲苯15、間-二甲苯16、對-二甲苯17、氯苯18、鄰-二氯苯19、對-二氯苯20、六氯苯21、多氯聯(lián)苯22、苯酚23、間-甲酚24、2，4二氯酚25、2，4，6-三氯酚26、五氯酚27、對-硝基酚28、硝基苯29、對-硝基甲苯30、2，4-二硝基甲苯31、三硝基甲苯32、對硝基氯苯33、2，4-二硝基氯苯34、苯胺35、二硝基苯胺36、對硝基苯胺37、2，6-二氯硝基苯胺38、萘39、熒蒽40、苯并[b]熒蒽41、苯并[K]熒蒽42、苯并[k]芘43、茚并[1，2，3-cd]芘44、苯并[ghi]芘45、酞酸二甲脂46、酞酸二丁脂47、酞酸二辛脂48、六六六49、滴滴涕50、滿滴畏51、樂果52、對硫磷53、甲基對硫磷54、除草謎55、敵百蟲56、丙烯腈57、N-亞硝基二丙胺58、N-亞硝基二正丙胺中國優(yōu)先控制的有毒有機(jī)化合物黑名單10種鹵代烴，6種苯系物，4種氯代苯類，1種多氯聯(lián)苯，6種酚類，6種硝基苯，4種苯胺，7種多環(huán)芳烴，3種酞酸酯，8種農(nóng)藥、丙烯腈2種亞硝胺。四、環(huán)境效應(yīng)

自然過程或人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)會(huì)對環(huán)境造成污染和破壞，從而導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，稱為環(huán)境效應(yīng)。一般按環(huán)境變化的性質(zhì)劃分，可分為

環(huán)境物理效應(yīng)環(huán)境化學(xué)效應(yīng)環(huán)境生物效應(yīng)由物理作用引起的環(huán)境效應(yīng)，比如噪聲、地面沉降、熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)等。在各種環(huán)境因素影響下，物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧、地下水污染。

環(huán)境因素變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異而產(chǎn)生的后果。如大型水利工程可能破壞水生生物的回游途徑并影響它們的繁殖、大量工業(yè)廢水排放對水生生物的毒性效應(yīng)。五、幾個(gè)基本概念1、環(huán)境本底

也稱環(huán)境背景值（EnvironmentalBackgroundValue），某地未受污染的環(huán)境中某種化學(xué)元素或化學(xué)物質(zhì)的含量（濃度）。目前，未受污染的環(huán)境已經(jīng)基本不存在，因此獲得環(huán)境本底已經(jīng)十分困難，一般只能獲得相對輕污染的環(huán)境背景值。2、環(huán)境容量

EnvironmentalCapacity，特定環(huán)境單元在不影響其特定環(huán)境功能的情況下，能夠容納污染物的最大量。這里的特定環(huán)境功能一般以環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。例如湖泊環(huán)境容量：EC=V(Cs—CB)。V為湖泊水域體積（m3），Cs和CB分別為某種污染物的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境背景值（mg/L，g/m3）。663、生物濃縮因子（BCF）BCF—BiologicalConcentrationFactorBCF=

例如：

浮游生物對鉛：BCF=30—12000，對銅BCF=400—90000藻類對六六六：BCF=600魚類對六六六：BCF=1260，魚類對氯化甲基汞：BCF=3000又如有研究表明，魚體內(nèi)BCF和正辛醇—水分配系數(shù)（Poct）有關(guān)系：lgBCF=0.76lgPoct—0.23則只要測得某污染物的Poct，很容易得到其BCF，這為研究過程提供了方便。674、生物半衰期（BHL）

BHL—BiologicalhalfLife，污染物進(jìn)入生物體內(nèi)后，在代謝作用下，污染物削減到初始濃度的一半所需要的時(shí)間，即生物半衰期。一般，污染物在生物體內(nèi)的代謝符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程：（k為衰減常數(shù)）所以：例如在人體內(nèi)衰減pb：t1/2=20aCd：t1/2=13a無機(jī)Hg：t1/2=45d氣態(tài)Hg：t1/2=58d甲基Hg：t1/2=70d68例如：金屬硒(Se)能夠抑制Hg的毒性金屬鋅(Zn)能夠抑制Cd的毒性5、協(xié)同作用、拮抗作用協(xié)同作用：一種污染物的存在會(huì)導(dǎo)致另一種污染物的毒性或危害性增加。也稱相乘作用。例如倫敦?zé)熿F中，冶煉廠排出的SO2廢氣中若含有鋅、鐵等金屬離子的煙氣氣溶膠，則其危害性就會(huì)大大增加。拮抗作用：一種污染物質(zhì)的毒性能夠被另一種物質(zhì)所抑制，稱為拮抗作用。696、常用單位介紹mg/L——一般水環(huán)境中污染物的濃度；mg/kg——一般土壤中污染物的濃度，或生物體內(nèi)污染物的濃度；mg/m3——一般大氣中污染物濃度。ppm,ppb,ppt——10-6，10-9，10-12LD——致死劑量，lethaldose?LCLD100——絕對致死劑量，lethaldose?LC100LD50——半致死劑量，lethaldose?LC50LD0——最大耐受劑量，lethaldose?LC0ppm和mg/m3之間的換算（原因是有些大氣污染物的濃度是用ppm表示的，有些是用mg/m3表示的）。70

mg/m3

×=ppm=ppm一般標(biāo)態(tài)下（T=25℃，P=101.325Pa），摩爾體積=22.4L/mol。一些自由基濃度為ppt級(jí)，經(jīng)常用每立方厘米中的分子個(gè)數(shù)來表示，這時(shí)可以有換算關(guān)系：在標(biāo)態(tài)下：每立方厘米的分子數(shù)目：n/V=2.46×1019個(gè)分子/cm3則1ppm相當(dāng)于2.46×1013個(gè)分子/cm31ppt相當(dāng)于2.46×107個(gè)分子/cm3七、思考題-黃色字體為作業(yè)711、何謂環(huán)境問題？何謂原生環(huán)境問題和次生環(huán)境問題？分別舉例說明？2、簡述人們對現(xiàn)代對環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)過程？3、簡述環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容和研究特點(diǎn)？4、簡述進(jìn)入1980年代后，環(huán)境化學(xué)發(fā)展的一些新趨勢？5、環(huán)境污染物主要有哪些類別？主要的化學(xué)污染物有哪些？6、名詞解釋：優(yōu)先控制污染物、環(huán)境背景值、環(huán)境容量、協(xié)同作用、拮抗作用7、幾種毒物對小鼠吸入染毒2h后的LC50，求毒物毒性大小順序（提示用mmol/L）8、60年代日本發(fā)現(xiàn)的“痛痛病”病人體內(nèi)的含Cd量平均為5000ppm，若Cd在全身的半衰期為t1/2=13a，試計(jì)算體內(nèi)含Cd量代謝衰減到正常人體內(nèi)的平均值4mg/kg時(shí)，需要多長時(shí)間？并求衰減常數(shù)（k）9、我國大氣污染物的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定日均濃度限值：SO2：0.25mg/m3，NO2：0.15mg/m3，CO：6.00mg/m3，O3：0.20mg/m3，標(biāo)態(tài)下它們各為多少ppm？污染物分子量（g/mol）LC50(mg/L)四乙基鉛3230.05光氣990.05砷化氫710.05氰化氫270.05第二章：大氣環(huán)境化學(xué)概述：大氣污染的影響可以分為兩個(gè)方面：第一，對大氣性質(zhì)的影響降低能見度：高濃度氣體分子和顆粒物對光的吸收和散射。形成霧以及降水：城市霧和降水形成概率高于農(nóng)村。減少太陽輻射：顆粒物本身以及顆粒物形成的凝結(jié)核對太陽輻射的阻礙。改變溫度和風(fēng)的分布，氣候變化：污染改變大氣組成，使其吸光特性變化（陽傘效應(yīng)和溫室效應(yīng)）。72第二章：大氣環(huán)境化學(xué)第二，污染對于健康的危害氣態(tài)污染物的健康危害：光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞顆粒態(tài)污染物的健康危害：沙塵暴、煙塵污染復(fù)合型污染危害：硫酸型煙霧、珠三角的灰霾間接型健康風(fēng)險(xiǎn)和危害：對于大氣性質(zhì)的影響間接地形成健康風(fēng)險(xiǎn)，如全球氣候變化導(dǎo)致的疾病流行（新型病菌/病毒出現(xiàn)、傳染病菌突破傳統(tǒng)影響區(qū)域）73主要內(nèi)容

當(dāng)前三大全球環(huán)境問題：氣候變化、酸沉降、臭氧層損耗都發(fā)生在大氣圈內(nèi)

重點(diǎn)內(nèi)容:（1）污染物在大氣中的遷移?

氣象基礎(chǔ)：大氣垂直分層、氣象要素、氣溫絕熱變化、大氣穩(wěn)定度、大氣混合層?

污染物遷移影響因素：混合層、地形、逆溫、山谷風(fēng)、海陸風(fēng)等?

污染物遷移的數(shù)學(xué)模式：推導(dǎo)與應(yīng)用（2）污染物在大氣中的轉(zhuǎn)化?

光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)?

自由基反應(yīng)和來源?

氮氧化物和碳?xì)浠衔?、硫氧化合物的轉(zhuǎn)化（3）幾種代表性的大氣環(huán)境污染問題?

酸雨，光化學(xué)煙霧，?

溫室效應(yīng)，全球變暖?

臭氧層破壞74遷移：污染物由于空氣的運(yùn)動(dòng)而使其傳輸和分散的過程。

原因：空氣運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)，風(fēng)的形成主要是由于溫度差異引起的。所以大氣中溫度的差異是空氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。75第一節(jié)、污染物在大氣中的遷移一、大氣垂直分層二、基本氣象要素三、氣塊的絕熱過程和干絕熱遞減率四、大氣穩(wěn)定度五、逆溫六、局地環(huán)流對污染物擴(kuò)散的影響七、大氣化學(xué)組分介紹一、大氣垂直分層:

1962,WMO,對流層、平流層、中間層、熱成層、逸散層。761、對流層(Troposphere)

:

平均厚度12km,赤道19km，兩極8-9km，云雨主要發(fā)生層，夏季厚，冬季薄。特點(diǎn):（1）氣溫隨高度升高而降低。（2）空氣密度大。（3）天氣復(fù)雜多變。（4）對流層下部湍流。7778

特點(diǎn)：（1）

空氣基本無對流，平流運(yùn)動(dòng)占顯著優(yōu)勢。（2）

空氣比下層稀薄，水汽、塵埃含量很少，很少有天氣現(xiàn)象，透明度極高。（3）

在15-35km的范圍內(nèi)（平流層上層），厚度約20km的臭氧層。2、平流層(Stratosphere

):對流層頂?shù)郊s50km的地方79803、中間層(Meosphere):

從平流層頂?shù)郊s85km的高度。（1）空氣更稀?。?）

無水分（3）

溫度隨高度增加而降低，中間層頂，氣溫最低（-100℃）（4）中間層中上部，氣體分子（O2、N2）開始電離。

4、熱（成）層(Therosphere

)從80km到約800km的地方溫度隨高度增加迅速增高；大氣更為稀薄;大部分空氣分子被電離成為離子和自由電子，又稱電離層，可以反射無線電波81825、逸散層(Stratopause

)

（1）

800km以上高空（2）

空氣稀薄，密度幾乎與太空相同（3）

空氣分子受地球引力極小，所以氣體及其微?？梢圆粩鄰脑搶犹右莩鋈ザ?、基本氣象要素

83

氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)、云量1、氣溫一般氣象中采用的氣溫是指離地面1.5m高度處百葉箱中觀測到的空氣溫度。大氣預(yù)測模型中使用的氣溫一般也是指該溫度。氣溫在水平方向的差異導(dǎo)致氣流水平方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，形成風(fēng)，能夠稀釋和遷移污染物氣溫在垂直方向的差異導(dǎo)致氣流的上下強(qiáng)烈對流，有利于形成降水，能夠沖刷污染物。842、氣壓:初始狀態(tài)：地面處高度0：壓強(qiáng)p1=ρgz高度增加△z,則高度△z處：壓強(qiáng)p2=ρg(z-△z)

所以，得到：P2-P1=△p=-ρg△z轉(zhuǎn)化為微分形式則：(1)（ρ密度g/m3，空氣=1.29g/L，g重力加速度9.8m/s2）。另外，氣象學(xué)上用比氣體常數(shù)來表示狀態(tài)方程，其推導(dǎo)過程為：pv=nRT=>(令)=>(2)85其中R=8.314J．mol-1．K-1,M氣體摩爾質(zhì)量（空氣的摩爾體積為22.4l．mol-1，空氣密度=1.29g．l-1,所以M=22.4*1.29=28.869gmol-1）,所以R’=R/M=287J．kg-1．K-1。由（1）和（2）得到：

==>=>=>=>（3）

可見只要知道溫度隨高度的分布函數(shù)形式，就可以推得氣壓隨高度的變化函數(shù)形式。86

風(fēng)玫瑰圖（m/s）3、風(fēng)

水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)，垂直方向則稱為對流或升降氣流。一般用風(fēng)向、風(fēng)速來表示風(fēng)的特征

風(fēng)向一般用16個(gè)方位表示，(ESWN)

風(fēng)速是單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向移動(dòng)的距離（m/s）一般風(fēng)速是地面以上10m處風(fēng)速儀觀測得到的平均值874、云大氣中水汽凝結(jié)的產(chǎn)物

一般用云量、云高來確定大氣穩(wěn)定度云高：云層底部距離地面的高度，高云（>5000m）中云（2500-5000m）低云（<2500m）云量：云遮蔽天空的成數(shù)。將可見天空分為10份，被云遮擋了幾份，云量就是幾。晴空無云，云量為0，烏云遮天，云量為10.5、太陽輻射太陽常數(shù)：在與光傳播方向垂直的平面上單位面積接受到光的總量，其平均值為1368W/m2。

88太陽和地球的輻射光譜6、大氣成分對太陽輻射的吸收

太陽輻射通過大氣層到達(dá)地面的過程中，大氣組分如N2、O2、O3、H2O和CO2等能吸收一定波長的太陽輻射。波長小于290nm的太陽輻射被N2、O2、O3分子吸收，并使其解離。89故波長小于290nm的太陽輻射不能到達(dá)地面，而800～2000nm的長波輻射則幾乎都被水分子和二氧化碳所吸收。因此，只有波長為300～800nm的可見光能透過大氣到達(dá)地面，約占太陽光總能量的41%。

7、地球與大氣的能量平衡90三、氣塊的絕熱過程和干絕熱遞減率

911、氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的絕熱過程?

空氣移動(dòng),高壓區(qū)→低壓，膨脹降溫，壓縮升溫。?

當(dāng)氣團(tuán)在水平方向運(yùn)動(dòng),非絕熱過程。?

當(dāng)氣團(tuán)作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，近似為絕熱過程。何為氣團(tuán)？污染氣體由污染源排到大氣中時(shí)，一般不會(huì)立即和周圍大氣混合均勻，這樣污染性氣體的理化性質(zhì)有別于周圍大氣，可視作一個(gè)氣團(tuán)來進(jìn)行研究。當(dāng)然，氣團(tuán)只存在一定的時(shí)間，其界面也是相對的，當(dāng)與周圍大氣混合均勻以后，氣團(tuán)的邊界消失，氣團(tuán)本身也就不復(fù)存在。92?

高溫暖氣團(tuán)傾向于從地表移動(dòng)到低壓的高處，氣團(tuán)絕熱膨脹并降溫。若沒有水汽凝結(jié)，冷卻速率為0.98℃/100m，稱為溫度的干絕熱遞減率（rd）。?

然而，一般氣團(tuán)中都含有水蒸氣，冷凝放潛熱，得到溫度的垂直遞減率（r）,冷卻速率為0.65℃/100m。?

當(dāng)污染源排放的污染剛進(jìn)入大氣環(huán)境的時(shí)候，可視為一個(gè)絕熱過程。膨脹降溫20℃壓縮升溫20℃溫度垂直遞減率，干絕熱遞減率932、氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的絕熱方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律：dq=du+dw(q—外界加于體系的熱量，u—體系內(nèi)能變化，w—體系對外做功)絕熱過程中：外界加于體系的熱量dq=0

體系對外做功dw=pdv(體系膨脹或壓縮)

體系內(nèi)能變化du=nCvdT(體積不變情況下，內(nèi)能變化，定容比熱Cv)94所以：pdv=-nCvdT（4）又由于pv=nRT,取全微分得到：pdv+vdp=nRdT（5）由（4）和（5）可得：nRdT—vdp=pdv=-nCvdT即：

=>=>=>

根據(jù)邁耶定律：R+Cv=Cp(定壓比熱，壓力不變情況下，體系內(nèi)能變化，Jmol-1K-1)

所以：95=>=>=>對于空氣R=287Jmol-1K-1Cp=996.5Jmol-1K-1所以：3、干絕熱遞減率氣團(tuán)干絕熱升高或降低單位距離時(shí)，溫度降低或升高的數(shù)值，稱為干絕熱遞減率:推導(dǎo)過程：rd=-因?yàn)椋海ǜ山^熱方程）

96所以rd=-=又因?yàn)樗裕簉d==又由于p=ρRT故rd===0.98K/100m

（1N=1kgms-2,1J=1Nm）干絕熱遞減率常數(shù)的推導(dǎo)四、大氣穩(wěn)定度

97大氣穩(wěn)定度：是指大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對穩(wěn)定的程度。根據(jù)大氣垂直遞減率（r）和干絕熱遞減率（rd）的對比關(guān)系，可以確定大氣穩(wěn)定度。穩(wěn)定：氣團(tuán)離開原來位置后有回歸的趨勢（r<rd）不穩(wěn)定：氣團(tuán)離開原來位置后有繼續(xù)離開的趨勢（r>rd）中性：介于上述兩種情況之間（r=rd）注意其中rd基本為不變常數(shù)0.98k/100m，r則可能變化很大。98解釋：當(dāng)r<rd時(shí)，氣團(tuán)離開原來位置上升到某一高度時(shí)，由于r<rd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度大，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會(huì)比氣團(tuán)外溫度低，所以氣團(tuán)有回歸趨勢。當(dāng)r〉rd時(shí)，氣團(tuán)離開原來位置上升到某一高度時(shí)，由于r〉rd，所以氣團(tuán)內(nèi)降溫（速率為rd）要比氣團(tuán)外降溫（速率為r）幅度小，相同起始溫度情況下，氣團(tuán)內(nèi)溫度會(huì)比氣團(tuán)外溫度高，所以氣團(tuán)有繼續(xù)移動(dòng)離開趨勢。r<rd穩(wěn)定r>rd不穩(wěn)定五、逆溫

99由于上述，可見大氣的垂直溫度遞減率越大，則大氣就越不穩(wěn)定，r與rd的關(guān)系可表示為：rd=0.980.00不穩(wěn)定

穩(wěn)定中性

超穩(wěn)定（逆溫）

一般大氣層越穩(wěn)定，則越不利于污染物的擴(kuò)散而逆溫則使大氣的溫度變化逆轉(zhuǎn)，隨著高度升高，溫度也升高（r<0），這將會(huì)使大氣的狀態(tài)更為穩(wěn)定，更加明顯地不利于污染物的擴(kuò)散，所以逆溫成為大氣污染氣象學(xué)中的重要研究內(nèi)容。r100幾種常見典型逆溫的形成1、輻射逆溫（最常見地面逆溫）地面輻射出大量的熱量后，溫度過度降低。晴朗無云，無風(fēng)夜晚，沒有云層阻擋，地面輻射喪失大量能量，溫度降低過多，易于形成輻射逆溫（地面冷）；若風(fēng)速在2-3m/s，輻射逆溫不易形成，若風(fēng)速大于6m/s，則可完全阻止輻射逆溫的形成，這是由于風(fēng)帶來氣流運(yùn)動(dòng)，使外界較暖氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)過來后補(bǔ)充了當(dāng)?shù)氐孛孑椛涞臒崃繐p失。2、下沉逆溫（地面逆溫）下沉壓縮增溫效應(yīng)引起，一般上升降溫，下沉增溫；

hh’HH’

氣團(tuán)下沉過程中，由于受到壓縮，頂部下降距離大，增溫多，底部下降距離相對小，增溫少，因此形成頂部溫度高，底部溫度低的氣團(tuán)。因?yàn)閔>h’,所以H>H’3、湍流逆溫（高空逆溫）低層空氣湍流混合而上層空氣未混合情況下發(fā)生的高空逆溫。由于氣團(tuán)內(nèi)部的不均一性，某一高空氣團(tuán)在下部形成湍流，而上部沒有湍流，這樣下部湍流層的溫度會(huì)低于上部未湍流層低部的溫度，從而形成高空湍流逆溫。六、局地環(huán)流對污染物擴(kuò)散的影響

102海洋和大陸在白天和夜間的熱力差異，導(dǎo)致的白天和夜間海洋和陸地之間的風(fēng)向轉(zhuǎn)換。白天：海風(fēng)，夜晚：陸風(fēng)對污染擴(kuò)散的影響：白天海風(fēng)吹向陸地，海風(fēng)處于下層，溫度較低，易于形成逆溫。夜間陸風(fēng)吹向海洋，陸風(fēng)處于下層，溫度和海洋差別不大，不易形成逆溫易造成污染物往返，海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，原隨陸風(fēng)吹向海洋的污染物又會(huì)被吹會(huì)陸地。循環(huán)作用，如果污染源處于海路風(fēng)交界處，并處于局地環(huán)流，則污染物很難擴(kuò)散出去，并不斷累積達(dá)到很高的濃度。1、海陸風(fēng)

2、城郊風(fēng)主要?jiǎng)恿κ浅鞘袩釐u效應(yīng)造成的城市空氣從上層流向郊區(qū)，郊區(qū)溫度較低的空氣從下部流向城市，形成城市和郊區(qū)間的大氣局地環(huán)流。使得污染物在城區(qū)很難擴(kuò)散出去，形成城市煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。郊區(qū)城市郊區(qū)3、山谷風(fēng)白天：山坡升溫快，山坡氣流快速上升，空氣由谷底補(bǔ)充山坡——谷風(fēng)夜間：山坡降溫快，山坡冷空氣流向谷底——山風(fēng)處于山谷地區(qū)的污染源很難擴(kuò)散，早期一些大氣污染事件都發(fā)生在山區(qū)，馬斯河谷煙霧事件。如今人們認(rèn)識(shí)到這一常識(shí)，山區(qū)成為旅游勝地，而不再是建造工業(yè)企業(yè)的勝地。七、大氣化學(xué)組分介紹化學(xué)組分：大氣主要由氮、氧和幾種惰性氣體組成，它們約占大氣總量的99.9%以上。除氣體外，大氣中還懸浮著大量固體和液體顆粒。按照停留時(shí)間的長短，大氣組分可分為三類：(1)準(zhǔn)永久氣體：N2、Ar、Ne、Kr、Xe。(2)可變組分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2。(3)強(qiáng)可變組分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、碳?xì)浠衔?HC)、顆粒物、H2S。104七、大氣化學(xué)組分介紹105七、大氣化學(xué)組分介紹大氣中氮循環(huán)：固氮細(xì)菌、藍(lán)綠藻、雷電作用可將空氣中的氮轉(zhuǎn)變成硝酸鹽植物從土壤中吸收硝酸鹽和銨鹽在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成各種氨基酸，然后再合成各種蛋白質(zhì)。動(dòng)物借食用植物而獲取氮，蛋白質(zhì)進(jìn)入食物鏈。動(dòng)植物死后，其中的蛋白質(zhì)被生物分解成銨鹽返回土壤，一部分被植物直接吸收；另一部分被細(xì)菌逐漸轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，既可被植物吸收，也可被細(xì)菌的脫氮作用轉(zhuǎn)化成N2O，或通過反硝化作用產(chǎn)生N2；而亞硝酸鹽也可通過化學(xué)去氮作用轉(zhuǎn)化成N2或NO；土壤中的銨鹽也可轉(zhuǎn)化成NH3并進(jìn)入大氣。106八、大氣化學(xué)的研究特點(diǎn)與光化學(xué)密切相關(guān)，可以說是大氣化學(xué)的基礎(chǔ)。光輻射是大氣化學(xué)的起點(diǎn)，并可能決定著化學(xué)轉(zhuǎn)化的方向和反應(yīng)的終止程度；大氣化學(xué)過程不是簡單的均相過程，包括了更復(fù)雜的異相反應(yīng)（三相）；大氣化學(xué)過程可以說更多是動(dòng)力學(xué)問題，而非熱力學(xué)平衡問題；微量、痕量物質(zhì)，采用微量/痕量的分析手段；其化學(xué)轉(zhuǎn)化并非僅取決于物質(zhì)本身活性，還與氣象、大氣物理?xiàng)l件有很大（甚至是決定性）關(guān)系。107七、思考題-劃線作業(yè)1081、何謂大氣的溫度層結(jié)？簡述大氣垂直分層中各層次的主要特征？2、何謂逆溫？逆溫的幾種主要類型及其成因？逆溫對污染物擴(kuò)散有什么影響？3、何謂大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率？如何用它們的相互關(guān)系判斷大氣穩(wěn)定度？4、論述大氣污染對生物健康和大氣性質(zhì)的影響。5、設(shè)地面處溫度為T0=25℃,P0=1.01×105帕.現(xiàn)有一氣團(tuán)從該地絕熱上升，用探空氣球測得地面以上5km高處氣溫T=-13℃,求該處壓強(qiáng)（P）。6、大氣化學(xué)研究有哪些特點(diǎn)？109第二章：大氣環(huán)境化學(xué)Chapter2AtmosphericEnvironmentalChemistry110

大氣污染

主要污染物有懸浮顆粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、鉛等。全球有11億人口生活在空氣污染城市中。當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題世界衛(wèi)生組織1998年公布的世界十大空氣嚴(yán)重污染城市中，我國有七個(gè)，太原和北京分別名列第一和第三。111

臭氧層破壞1998年9月報(bào)道，南極上空臭氧空洞的面2720*104km2，近南極大陸面積的1倍當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題臭氧層耗散導(dǎo)致：皮膚癌白內(nèi)障112

酸雨侵襲世界各國皆有不同程度的酸雨侵襲；我國酸雨覆蓋率以國土面積計(jì)已近40%，并有半數(shù)以上城市受酸雨之害。當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題SO3+H2O→H2SO4SO2+hv→SO2·113

全球變暖北極海冰區(qū)域大約每10年收縮9%

當(dāng)今人類面臨的環(huán)境問題海平面上世紀(jì)平均上升了10到20厘米

20世紀(jì)90年代是自19世紀(jì)中期開始溫度記錄工作以來最溫暖的十年，在記錄上最熱的幾年依次是：1998年，2002年，2003年，2001年和1997年。

114《聯(lián)合國氣候變化框架公約》《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UnitedNationsFrameworkConventiononClimateChange，簡稱《框架公約》)

是１９９２年５月２２日聯(lián)合國政府間談判委員會(huì)就氣候變化問題達(dá)成的公約，于１９９２年６月４日在巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會(huì)（地球首腦會(huì)議）上通過。

我國為履行國際公約所作的承諾

截至２００４年１１月，已有１２９個(gè)國家及地區(qū)批準(zhǔn)或加入議定書，議定書于２００５年２月正式生效。

115《京都議定書》為了２１世紀(jì)的地球免受氣候變暖的威脅，１９９７年１２月，１４９個(gè)國家和地區(qū)的代表在日本東京召開《聯(lián)合國氣候變化框架公約》締約方第三次會(huì)議，經(jīng)過緊張而艱難的談判，會(huì)議通過了旨在限制發(fā)達(dá)國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》。

我國為履行國際公約所作的承諾中國于１９９８年５月２９日簽署了該議定書美國人口僅占全球人口的３％至４％，而所排放的二氧化碳卻占全球排放量的２５％以上。美國曾于１９９８年１１月簽署了《京都議定書》。但布什政府以“減少溫室氣體排放將會(huì)影響美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展”和“發(fā)展中國家也應(yīng)該承擔(dān)減排和限排溫室氣體的義務(wù)”為借口，宣布拒絕執(zhí)行《京都議定書》。

116《保護(hù)臭氧層維也納公約》該公約通常簡稱“維也納公約”1985年3月22日訂于維也納，并于1988年9月22日生效。中國于1989年9月11日加入該公約。同年12月10日，該公約對中國生效。我國為履行國際公約所作的承諾南極臭氧空洞又?jǐn)U大面積相當(dāng)4個(gè)澳洲

第二節(jié)大氣中主要污染物按物理狀態(tài)：氣態(tài)污染物、顆粒污染物按形成過程：一次污染物、二次污染物一次污染物：從污染源直接排放的污染物二次污染物：一次污染物之間或一次污染物和正常大氣組分之間發(fā)生化學(xué)變化，形成的污染物按照化學(xué)組成：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、含鹵素化合物1170、概述目前比較通行的看法，大氣污染物分為如下八類：（1）含硫化合物；（2）含氮化合物；（3）一氧化碳和二氧化碳；（4）碳?xì)浠衔锖吞?、氫、氧化合物；?）光化學(xué)氧化劑；（6）含鹵素化合物；（7）顆粒物；（8）放射性物質(zhì)。哪些是一次污染物？如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氧化亞氮、一氧化氮等哪些是二次污染物？如二氧化氮、三氧化硫、硫酸鹽顆粒物及光化學(xué)氧化劑等118一、含硫化合物大氣中的含硫化合物主要有SO2、SO3、H2S、H2SO4、亞硫酸鹽及硫酸鹽，還有含量極低的氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)等。來源：其主要來源是礦物燃料的燃燒、有機(jī)物的分解和燃燒、海洋及火山活動(dòng)等。含硫化合物是大氣中最重要的污染物之一；特別在我國，能源結(jié)構(gòu)仍以燃煤為主，大氣往往出現(xiàn)煤煙型污染。SO2是酸雨的主要前體物，而H2S在大氣中則可被氧化成SO2。119一、含硫化合物1、SO2危害：對呼吸道系統(tǒng)危害，增加呼吸阻力,500ppmV會(huì)致人死亡；對植物有危害，損傷葉邊緣和葉脈之間的葉面，隨濕度增加而增加，白天植物氣孔張開，危害更大；大氣中氧化為SO3后，會(huì)形成硫酸分子，硫酸氣溶膠、硫酸霧、硫酸鹽，危害更大120一、含硫化合物1、SO2來源與消除：人為源和自然源各占約50%，但城市區(qū)域來源主要為人為源。煤中含硫0.5-6%,油中0.5%-3%,幾乎全部轉(zhuǎn)換為SO2，全世界人為源約146百萬t/a，50%轉(zhuǎn)化為硫酸或硫酸鹽，另50%通過干濕沉降落到地面121一、含硫化合物2、H2S－來源天然源：大氣中H2S的主要來源是天然排放。除火山活動(dòng)外，H2S主要來自動(dòng)植物機(jī)體的腐爛，即主要由動(dòng)植物機(jī)體中的硫酸鹽經(jīng)微生物的厭氧活動(dòng)還原產(chǎn)生。人為源：大氣中H2S的人為源排放量不大，全世界工業(yè)排放的H2S僅是SO2排放量的2%左右。至今尚不完全清楚H2S的總排放量。122一、含硫化合物2、H2S－轉(zhuǎn)化H2S在大氣中比較快地被氧化成SO2。它可被O2氧化，也可被O3氧化，其中與O3的反應(yīng)是最重要的氧化反應(yīng)

H2S+O3→H2O+SO2這個(gè)反應(yīng)在均勻的氣相中很慢，但若有氣溶膠質(zhì)點(diǎn)存在則反應(yīng)要快得多。1μL/m3的H2S若在含有0.05mL/m3O3及每cm3含10000個(gè)顆粒的大氣中，其壽命估計(jì)為28h。由于H2S、O2及O3均溶于水，故H2S在有霧和云的大氣中氧化速率更快。天然排放的大氣中的低價(jià)硫化物如COS、CS2等與·OH反應(yīng)可生成H2S。而H2S的主要去除反應(yīng)為：

·OH+H2S→H2O+·SH123二、含氮化合物種類：大氣中重要的含氮化合物有N2O、NO、NO2、NH3、HNO2、HNO3和氨鹽；其中NO和NO2統(tǒng)稱為總氮氧化物，是大氣中最重要的污染物之一，它能參與酸雨及光化學(xué)煙霧的形成，而N2O是溫室氣體。124二、含氮化合物1、氧化亞氮(N2O－笑氣－麻醉劑)來源：

氧化亞氮是無色氣體，主要來自天然源，由土壤中的硝酸鹽經(jīng)細(xì)菌脫氮作用產(chǎn)生：

NO3－

+2H2+H+→1/2N2O+5/2H2ON2O的人為源主要是燃料燃燒和含氮化肥的施用。125二、含氮化合物2、N2O的轉(zhuǎn)化N2O的化學(xué)活性差，在低層大氣中被認(rèn)為是非污染性氣體，但它能吸收地面輻射，是主要的溫室氣體之一。N2O難溶于水，壽命又長，可傳輸?shù)狡搅鲗?，發(fā)生光解作用：

N2O+hν→N2+O

N2O+O→N2+O2

N2O+O→2NO

最后一個(gè)反應(yīng)是平流層中NO的天然源，而NO對臭氧層有破壞作用。126二、含氮化合物3、氮氧化物（NOx）來源－天然源：大氣中的NOx主要來自天然過程，如生物源、閃電均可產(chǎn)生NOx。自然界的氮循環(huán)每年向大氣釋放NO約4.30×108t，約占總排放量的90%，人類活動(dòng)排放的NO僅占10%。NO2是由NO氧化生成的，每年約產(chǎn)生5.3×107t。127二、含氮化合物4、NOx的來源——人為源NOx的人為源主要是燃料的燃燒或化工生產(chǎn)過程，其中以工業(yè)窯爐、氮肥生產(chǎn)和汽車排放的NOx量最多。據(jù)估算，城市大氣中三分之二的NOx來自汽車尾氣等的排放。一般條件下，大氣中的氮和氧不能直接化合為氮的氧化物，只有在溫度高于1200℃時(shí)，氮才能與氧結(jié)合生成NO：

N2+O2→2NO上述反應(yīng)的速率隨溫度增高而加快。燃燒過程中生成的NO量主要與燃燒溫度和空燃比

(空氣的質(zhì)量除以燃料的質(zhì)量)有關(guān)。當(dāng)燃燒完全，即無過量的O2時(shí)，空氣質(zhì)量與燃料的比例稱為化學(xué)計(jì)量空燃比。典型汽油的化學(xué)計(jì)量空燃比為14.6。128129二、含氮化合物NO除由高溫導(dǎo)致外，還有一部分來自燃料中含氮化合物的熱解和氧化。如石油中的吡啶(C5H5N)、哌啶(C5H11N)、喹啉(C9H7N)和煤中的鏈狀、環(huán)狀含氮化合物在燃燒過程中易被氧化成NO。NO2是低層大氣中最重要的光吸收分子，它吸收紫外線就被分解為NO和氧原子；由此反應(yīng)可以引發(fā)一系列反應(yīng)，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的形成。130二、含氮化合物5、NOx的環(huán)境濃度：城市區(qū)域冬季濃度高，夏季濃度低（冬季采暖期燃燒量大，夏季降雨量多，有利于濕沉降），我國城市區(qū)域低于國外發(fā)達(dá)國家城市區(qū)域（源弱）；6、NOx危害：NO2危害大于NO，NO2的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50-100ppm，引起呼吸道疾病，達(dá)到150-200ppm，支氣管炎，甚至可能引起死亡。光化學(xué)污染的重要物質(zhì)131三、含碳化合物包括：CO、CO2、CxHy、含氧烴類（醛，酮，酸等）1、CO來源：人為源：燃料不完全燃燒，由于CO碳氧鍵為三鍵結(jié)合，CO氧化為CO2速率很慢；而且高溫時(shí)CO2可能轉(zhuǎn)化為CO，所以燃燒過程中除非氧氣特別充足，否則可能產(chǎn)生大量的CO、汽車尾氣中也有很多CO產(chǎn)生，為什么大氣中一般CO2>CO?(細(xì)菌作用)。天然源：甲烷轉(zhuǎn)化、海水CO揮發(fā)、植物排放、森林火災(zāi)等。甲烷轉(zhuǎn)化最為重要：

CH4+HO.→CH3.+H2O,CH3.+

O2→HCHO+HO.,HCHO+hv→CO+H2132三、含碳化合物1、CO去除：土壤吸收（細(xì)菌）：

2CO+O2→2C

O2

CO+3H2→CH4+H2O

自由基反應(yīng)：

CO+HO.→C

O2+H.H.+O2+M→HO2.+MCO+HO2.→CO2+HO.

CO本身是一種溫室氣體，同時(shí)也是一種間接的溫室氣體？導(dǎo)致CO2增加，同時(shí)導(dǎo)致CH4累積（因?yàn)镃H4本來可以和HO.反應(yīng)）133三、含碳化合物2、CO2來源：人為源：我國目前排放量全球第一礦石燃料燃燒，1999年達(dá)到242百萬噸/年

天然源：◎海洋脫氣——海水中CO2量通常比大氣圈高60多倍，估計(jì)大約有千億噸的CO2在海洋和大氣圈之間不停地交換◎甲烷轉(zhuǎn)化——CH4轉(zhuǎn)化為CO后繼續(xù)轉(zhuǎn)化為CO2◎動(dòng)植物呼吸——含C有機(jī)物氧化◎有機(jī)物腐敗分解——含C有機(jī)物氧化另外，森林是巨大的碳庫，森林，尤其是熱帶雨林的大面積砍伐也是CO2濃度快速增高的重要原因之一。危害：全球氣候變暖，19C,290ppm;1958,315ppm;1988,350ppm,1998,367ppm預(yù)測結(jié)果：高方案0.8度/10年；低方案0.06度/10年；中方案0.3度/10年134三、含碳化合物3、碳?xì)浠衔锎髿庵袣鈶B(tài)形式主要為c=1-8的烴類，是構(gòu)成VOCs的主要成分，其余高C分子碳?xì)浠镆詺馊苣z形式存在包括：◎烷烴：100多種，甲烷最典型，C<6以氣態(tài)形式,C>6多以氣溶膠形式◎烯烴：乙烯、丙烯、苯乙烯、丁二烯等，大多來自工業(yè)生產(chǎn)◎芳香烴：單環(huán)芳烴（苯，甲苯等），多環(huán)芳烴（PAH，如二甲苯、芘）大氣污染研究中通常把碳?xì)浠衔锓譃榧淄楹头羌淄闊N(nMHC)兩類135三、含碳化合物3、碳?xì)浠衔锛淄榧淄榈闹饕獊碓词菂捬跫?xì)菌的發(fā)酵過程，如沼澤、泥塘、濕凍土帶、水稻田底部、牲畜反芻、生物質(zhì)燃燒等。稻田是大氣甲烷重要排放源之一，它是在嚴(yán)格厭氣條件下，通過微生物代謝作用，有機(jī)質(zhì)礦化過程產(chǎn)生的。水稻田產(chǎn)生的甲烷約為(7.0～17.0)×107t/a。由于全球水稻田大部分在亞洲，而中國水稻種植面積又占亞洲水稻面積的30%，因此，水稻田甲烷的排放對我國乃至世界甲烷源的貢獻(xiàn)都非常重要。136大氣中CH4濃度主要受HO.控制三、含碳化合物3、碳?xì)浠衔锛淄榇髿庵蠧H4的主要去除過程是與·OH自由基反應(yīng)：

CH4+·OH→·CH3+H2O

CH4在大氣中的壽命約為11a。目前排放到大氣中的CH4大部分被HO.氧化，每年留在大氣中的CH4約0.5×108t，導(dǎo)致大氣中CH4濃度上升。大氣中CH4的濃度僅次于CO2，也是重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)比CO2大20倍。近100年來大氣中甲烷濃度上升了一倍多。目前全球范圍內(nèi)甲烷濃度已達(dá)到1.75mL/m3，其年增長速度為0.8%～1.0%?？茖W(xué)家們估計(jì)，按目前甲烷產(chǎn)生的速度，幾十年后，甲烷在溫室效應(yīng)中將起主要作用。但目前引起溫室效應(yīng)的仍以二氧化碳為主。CO2和CH4的溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)率分別是56%和11%。137三、含碳化合物3、碳?xì)浠衔锓羌淄闊N（nMHC）：種類很多乙烯：主要植物散發(fā)，不飽和烴，積極參與化學(xué)反應(yīng)萜烯類：主要植物散發(fā)，數(shù)量較大，65%另外：人類活動(dòng)，如汽油燃燒（占人為源的38%左右）、焚燒（28%）、溶劑揮發(fā)（11%）、石油蒸發(fā)（9%）、油類揮發(fā)（7%）等都產(chǎn)生nMHC

主要與HO.反應(yīng)去除

其危害性因種類不同而異138三、含碳化合物3、碳?xì)浠衔锓羌淄闊N（nMHC）：大氣中非甲烷烴的環(huán)境本底值為：海洋上空：8μg/m3；陸地上空：50μg/m3；烷烴(主要是乙、丙、丁烷)：3μL/m3；烯烴(主要是乙、丙、丁烯)：1μL/m3。非甲烷烴種類很多，如植物排放的非甲烷有機(jī)物可達(dá)367種。139四、含鹵素化合物1、鹵代烴：甲烷衍生物，CH3Cl，CH3Br、CHCl3，CH3CCl3（三氯乙烷）等，主要由工業(yè)排放，主要與自由基反應(yīng)去除。如:CHCl3+HO.→.CCl3+H2O.CCl3+O2→COCl2+ClO.ClO.+NO→Cl.+NO2Cl.+CH4→HCl+CH3.140四、含鹵素化合物大氣中鹵代烴包括鹵代脂肪烴和鹵代芳烴，其中多氯聯(lián)苯(PCB)及有機(jī)氯農(nóng)藥(如DDT、六六六)等高級(jí)鹵代烴以氣溶膠形式存在，而含兩個(gè)或兩個(gè)以下碳原子的鹵代烴呈氣態(tài)。氯氟烴類（CFCs）：對環(huán)境影響最大，需特別引起關(guān)注的鹵代烴是氯氟烴類。141四、含鹵素化合物2、氟氯烴類含氯氟烴類(或稱氟利昂類)化合物，包括CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114、CFC-115等簡稱為CFCs。CFC是Chloro、Flro、Carbon的縮寫，后面的數(shù)目依次代表了CFC