環(huán)境化學(1)幻燈片

水環(huán)境化學主講人：郝瑞霞課程介紹環(huán)境問題及環(huán)境化學的產生環(huán)境化學的研究領域和方向環(huán)境化學發(fā)展趨勢環(huán)境污染物環(huán)境問題及環(huán)境化學的產生環(huán)境問題：指人類活動與環(huán)境的關系不和諧所引起的問題，包括環(huán)境污染和生態(tài)破壞環(huán)境問題的產生物理的化學的：占80-90%地球幾乎表面遍布化學物質,大量環(huán)境問題與化學物質直接相關生物的5.化學圈：包括自然產生和人類排放的化學物質環(huán)境化學的產生：環(huán)境問題促成了對化學品進入環(huán)境途徑、存在狀態(tài)及數(shù)量、環(huán)境行為與歸趨途徑、環(huán)境效應、控制措施等進行研究定義：研究有害化學物質在環(huán)境介質中的存在、特性、行為、效應及其控制的化學原理和方法的科學環(huán)境化學的產生和定義環(huán)境化學的研究內容1、有害物質在環(huán)境介質中存在的濃度水平和形態(tài)2、潛在有害物質的來源及在各種環(huán)境介質中的環(huán)境行為3、有害物質對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產生效應的機制和風險性4、有害物質已造成影響的緩解和消除及防治危害的方法和途徑化學工程化學物理化學有機化學無機化學高分子化學分析化學環(huán)境污染化學環(huán)境理論化學污染生態(tài)化學污染控制化學環(huán)境分析化學環(huán)境化學研究領域與化學學科的關系環(huán)境污染化學在環(huán)境科學中的作用地球環(huán)境大氣圈水圈土壤圈生物圈大氣環(huán)境化學水環(huán)境化學土壤環(huán)境化學污染生態(tài)化學環(huán)境污染化學認識解決認識解決認識解決認識解決從微觀原子、分子水平上研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學機制及防治途徑，核心是研究化學污染物在環(huán)境中的化學轉化和效應與基礎化學不同所研究的環(huán)境本身是一個多因素的開放性體系，變量多、條件較復雜，許多化學原理和方法不易直接運用化學污染物在環(huán)境中含量低，樣品組成和存在形態(tài)復雜，遷移轉化速度快，在不同時空條件下有明顯的動態(tài)變化環(huán)境化學學科特點（1）環(huán)境分析化學—基礎性研究利用現(xiàn)代科學原理和先進實驗技術識別、測定環(huán)境介質中化學物質的種類、成份、結構、形態(tài)、含量和毒性的科學研究內容環(huán)境有機分析中的樣品采集、前處理技術有機污染物分析方法研究優(yōu)先監(jiān)測污染物、POPs物質、環(huán)境激素、藥物與個人護理用品、微囊藻毒素等污染物的檢測與篩選聯(lián)用儀器分析技術、連續(xù)自動分析、遙感監(jiān)測分析污染物形態(tài)、價態(tài)、結構分析方法研究污染物的性質和環(huán)境行為取決于它們的化學結構和在環(huán)境中的存在狀態(tài)，污染物的含量和環(huán)境條件改變也會引起相應化學形態(tài)變化；不同化學形態(tài)的污染物遷移轉化歷程不同環(huán)境化學的研究領域和方向（2）環(huán)境理論化學：應用物理化學、系統(tǒng)科學和數(shù)學原理、方法和計算機技術，研究化學污染物在環(huán)境介質中的熱力學和動力學行為，以及污染物含量變化的定量描述和趨勢預測的科學環(huán)境膠體化學和界面化學天然水體是一種多類膠體微粒共存的分散體系，許多重要的環(huán)境現(xiàn)象在水體界面發(fā)生和進行污染物的膠體化學行為決定污染物的濃度、形態(tài)、歸宿各類膠體物質的形態(tài)、結構、物化特征研究環(huán)境膠體之間以及與微量化學污染物之間的相互作用膠體熱力學和膠體動力學研究環(huán)境化學動態(tài)學研究環(huán)境體系是一種穩(wěn)態(tài)開放系統(tǒng)，實際中很難達到熱力學平衡狀態(tài)將熱力學平衡、化學動力學過程和各相之間的傳質過程結合起來進行動態(tài)學研究（3）環(huán)境污染化學——各圈層環(huán)境化學大氣、土壤環(huán)境化學保護大氣臭氧層：光化學過程溫室效應：大氣環(huán)境污染物的遷移轉化及預測模式研究農用化學品在土壤環(huán)境中的遷移轉化和歸趨、對土壤和人體健康的影響，如有機污染物在土壤中的降解、污染物在固液界面上的化學過程等水環(huán)境化學范圍：天然水體的污染過程(包括地下水、地表水)內容污染途徑、污染物存在形態(tài)和數(shù)量界面（或微界面化學）化學過程：有毒化學品、懸浮沉積物等在界面的作用污染物遷移轉化降解積累歸趨途徑（尤其是持久性有機物和重金屬）（4）環(huán)境控制化學：研究環(huán)境整治、污染控制和污染環(huán)境原位修復工藝技術中的化學機制、污染控制中工藝技術和無污染的清潔生產工藝技術中的化學問題大氣污染控制化學水污染控制化學：研究控制水污染的化學機理，如有機有毒化學品的凈化技術、水處理藥劑研發(fā)等固廢污染控制化學清潔生產與循環(huán)經濟（5）污染生態(tài)化學：從生態(tài)學角度研究污染物與生物之間相互作用過程以及污染物引起生態(tài)效應的化學原理、過程和機制有害環(huán)境化學物質的安全評價和控制有害有機物的監(jiān)測、遷移轉化、歸趨、效應化學品在環(huán)境中的行為、歸趨、效應對已存在于環(huán)境中的化學品可能出現(xiàn)的危害進行預測新化學品進入市場前的環(huán)境風險評價全球氣候變化、酸沉降與溫室氣體問題室內空氣質量問題水體富營養(yǎng)化、赤潮和藻毒素問題土壤與地下水污染問題重金屬和類金屬污染水質安全問題食品安全和生態(tài)安全（生態(tài)風險）問題持久性有機污染物（POPs)、環(huán)境內分泌干擾物（環(huán)境激素）、藻毒素、藥物及個人護理用品等痕量污染物在環(huán)境介質中的分布及其控制技術污染物結構與活性（或降解性）相關性研究——QSAR（或QSBR）環(huán)境化學研究發(fā)展趨勢環(huán)境污染物定義：改變環(huán)境正常組成和性質、直接或間接有害于人類的物質水環(huán)境污染物：化學污染物和生物性污染物近代世界有機化學品的生產量逐年成直線上升,達到每年數(shù)億噸之多,據(jù)統(tǒng)計,日常應用的就有70000多種,在工業(yè)化國家進入環(huán)境的化學品量300g/m2.a,其中相當部分對生態(tài)和人類具有毒性。環(huán)境污染物化學污染物分類重金屬及其化合物：有汞、鎘、鉻、鉛、釩、鈷、銅、鎳、錳等重金屬。這些重金屬都可以通過食物鏈富集，直接使人體中毒。有機污染物：酚類——尤其是苯酚取代物，如多氯酚、烷基酚（壬基酚）等芳烴及其衍生物氰及腈化物有機氧化物有機氯化物：多氯聯(lián)苯（PCB）農藥、有機氯農藥、有機磷農藥、有機汞農藥、有機砷農藥、氨基甲酸酯及苯酰胺類農藥油類污染物：每升石油在水面上的擴展面積可達100~1000m2無機污染物：主要有酸性污染物、堿性污染物及各種無機鹽氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質：放射性物質：主要有鍶-90，銫-137等優(yōu)先污染物（PriorityPollutants）:有毒污染物種類繁多，故需篩選出潛在危險性大的作為控制對象，優(yōu)先監(jiān)測美國70年代初期在“清潔水法”中提出129種優(yōu)先污染物；后又提出空氣中43種優(yōu)先污染物我國80年代末提出中國優(yōu)先污染物14大類，共68種，其中有機污染物58種我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單持久性有機污染物

（PersistentOrganicPollutants，POPs）POPs的定義與特性定義：同時具備下列四方面特性的有機污染物

環(huán)境持久性：抗生物代謝，微生物/光/熱等降解根據(jù)半衰期,水體＞180天，土壤＞360天

生物累積性：親脂憎水性，生物濃縮&生物放大根據(jù)生物富集系數(shù)＞5000

長距離遷移能力：半揮發(fā)性，蚱蜢跳效應，全球蒸餾效應根據(jù)蒸氣壓,0.01-1kPa

毒性/生物危害：三致效應，內分泌干擾效應，……聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）規(guī)定的12種POPs（1995年5月

）艾氏劑（Aldrin）：

有機氯農藥狄氏劑（Dieldrin）：

有機氯農藥異狄氏劑（Endrin）：

有機氯農藥滴滴涕（DDT）：

有機氯農藥，也用作農藥中間體氯丹（Chlordane）：

有機氯農藥毒殺芬（Toxaphene）：

有機氯農藥六氯苯（Hexachlobenzene）：

有機氯農藥，也用作精細化工產品滅蟻靈（Mirex）：

有機氯農藥七氯（Heptachlor）：

有機氯農藥多氯聯(lián)苯（PCBs）：

精細化工產品二惡英和呋喃類（PCDDs/PCDFs）：

非故意制造的副產品或者二次污染物質《中國履行〈關于持久性有機污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約〉國家實施計劃》指出，要完善實現(xiàn)履約目標的政策法規(guī)，加強機構能力建設，采取相應的戰(zhàn)略和行動，分階段、分區(qū)域和分行業(yè)開展履約活動，以削減、淘汰和控制POPs污染，保護人民健康和環(huán)境安全。2015年前實現(xiàn)四大目標為：

一是淘汰殺蟲劑類POPs。禁止艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、六氯苯、滅蟻靈和毒殺芬的生產和進口。除有限封閉系統(tǒng)中間體用途和可接受用途的滴滴涕生產和使用外，到2009年，基本消除氯丹、滅蟻靈和滴滴涕的生產、使用和進出口。努力消除9種殺蟲劑POPs的生產、使用和進出口。

二是控制和消除多氯聯(lián)苯污染。到2015年，完成示范省在用含多氯聯(lián)苯裝置和已識別高風險在用含多氯聯(lián)苯裝置的環(huán)境無害化管理和處置。

三是削減二惡英排放。到2008年，對重點行業(yè)排放二惡英的新源采取最佳可行技術和最佳環(huán)境實踐的措施；對重點區(qū)域的重點行業(yè)現(xiàn)有二惡英排放源采取相應措施，力爭到2015年基本控制二惡英排放量的增長趨勢。

四是強化廢物和污染場地的管理與處置。到2010年，完善POPs廢物環(huán)境無害化管理與處置支持體系，到2015年初步完成已識別POPs廢物環(huán)境無害化管理與處置。PPCPs泛指用于治療和預防人類及動物疾病的藥物、以及日常生活中提高人類生活質素的護理用品，如抗生素、各種處方及非處方藥物、天然及合成的性激素、以及用于清潔、消炎、防腐、抗氧化等用途的多種化學物質。大多數(shù)PPCPs為極性化合物，在水中溶解度高，不易揮發(fā)，因而，水體是PPCPs類污染物的主要匯聚地。水體的PPCPs污染已成為全球性問題，并受到越來越多的關注，PPCPs被稱為“未經規(guī)范的新興污染物”。上世紀九十年代末USEPA將PPCPs列為污染物，并著手研究其來源、環(huán)境命運及生態(tài)環(huán)境風險。

污水（尤其是生活污水）則是PPCPs的重要來源。PPCPs被人和或動物使用以后，以原物或代謝物的型式隨糞便排出。此外，一些PPCPs因過期或其它原因而被丟棄。進入環(huán)境的主要途徑：（1）在污水處理廠（簡稱STPs）處理過程中未被完全去除，隨其排出水（簡稱STPEs）進入表面水體（2）隨各種廢水（如生活污水和養(yǎng)殖業(yè)廢水）直接排放入表面水體；（3）從堆肥或（和）固體垃圾滲透進入地面水和地下水中。藥物與個人護理用品（PPCPs）環(huán)境激素

(Environmentalhormone)激素亦稱“荷爾蒙”，是人和動物體內重要的化學信使，對肌體的代謝、生長、發(fā)育和繁殖等起重要的調節(jié)作用。環(huán)境激素又稱內分泌干擾物質（EndocrineDisruptersChemicalsEDCs），美國白宮科學委員會的定義為“由于介入生物體內的荷爾蒙合成、分泌、體內輸送、結合、作用或分解，而影響生物體正常性的維持，影響生殖、發(fā)育或行動的外來物質”環(huán)境內分泌干擾物質包括環(huán)境雌激素（Environmentestrogen）、環(huán)境雄激素和環(huán)境甲狀腺激素等環(huán)境激素主要由人類生產和生活活動釋放到環(huán)境中，已知和懷疑為環(huán)境激素的化學品多為人工合成化合物，在環(huán)境中難于被微生物降解，通過暴露、攝取、生物富集等途徑威脅人類乃至整個生物界的生存和繁衍世界野生動物基金會（WWF）1997年列出68種環(huán)境激素：天然合成的激素藥物如雌三醇、雌酮、乙烯雌酚、雌二醇；來自豆科植物、白菜、芹菜等植物性激素；人工合成的化學物質，主要是用來制造農藥、除草劑、染料、香料、涂料、洗滌劑、去污劑、表面活性劑、塑料制品的原料或添加劑、藥品、食品添加劑、化妝品等微囊藻毒素微囊藻毒素是一種肝毒素，具有潛在的促癌、生殖異常作用。世界衛(wèi)生組織推薦的飲用水中溶解態(tài)微囊藻毒素含量限量（１微克/L），我國新《生活飲用水標準》中也采用這一標準。MC-LR的半致死劑量（LD50）約為50~100ug/kg

體重一般情況下，微囊藻毒素進入人體的途徑：主要是通過飲用水和淡水產品，少部分通過水上娛樂活動或口服受到污染的藍藻類保健品。

微囊藻毒素有超乎尋常的生命力，不論常規(guī)的自來水處理工藝，還是將水煮沸，都難以有效去除微囊藻毒素，活性炭可以去除飲用水中９５％以上的微囊藻毒素。

有調查試驗研究表明在某湖周圍3個自來水廠的出廠水中檢出低濃度的藻毒素(128～1400ng/L)，

今后在飲用水和水產品中微囊藻毒素含量的監(jiān)測和安全評估、微囊藻毒素毒理學研究、控制技術研究等方面有許多事情可做。

環(huán)境效應：自然過程或人類生產生活對環(huán)境造成污染和破壞，導致環(huán)境系統(tǒng)的結構和功能發(fā)生變化——環(huán)境污染、生態(tài)破壞的后果環(huán)境效應的種類：物理效應：溫室效應、熱島效應、地面沉降化學效應：土壤鹽堿化、光化學煙霧、酸雨、臭氧層破壞等生物效應：生態(tài)系統(tǒng)變異、物種消失生物回游途徑的影響水土流失、風沙、干旱、洪水：畸形、疾病增多環(huán)境污染物的環(huán)境效應及影響因素遷移：污染物在環(huán)境中的空間位移——引起富集、分散、消失過程機械遷移：擴散使污染物搬運過程物理化學遷移：決定污染物在環(huán)境中的存在狀態(tài)、富集和潛在危害程度無機物遷移：溶解-沉淀（水解）、氧化-還原、配位絡合、吸附-解吸、蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附等有機物遷移：化學分解、光化學分解、生物分解生物遷移：生物體吸收、代謝、生長、死亡、食物鏈積累轉化：改變存在狀態(tài)或轉變其他物質的過程物理轉化：蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附、蛻變化學轉化：光化學氧化、氧化還原、配位絡合、水解生物轉化：生物吸收代謝污染物的遷移轉化過程環(huán)境污染物在環(huán)境中的分布與遷移課程內容第一專題水環(huán)境化學第二專題大氣及土壤化學自學第三專題化學物質的生物效應和生態(tài)效應第四專題現(xiàn)代化學結構理論與污染物環(huán)境行為的相關性第五專題化學品的環(huán)境風險評價第一專題水環(huán)境化學

第一章緒論第二章天然水的組成和性質第三章水環(huán)境中的溶解和沉淀作用第四章水環(huán)境中的配合作用第五章天然水中的氧化還原平衡第六章水環(huán)境中固-液界面的相互作用第七章水環(huán)境中有機物的遷移轉化作用概述污染物的結構參數(shù)宏觀結構參數(shù)官能團特征參數(shù)分子幾何結構參數(shù)量子化學參數(shù)光譜參數(shù)各種參數(shù)之間的關系污染物基本性質及與結構參數(shù)的關系污染物的遷移轉化