環(huán)境化學(xué)(1)課件

水環(huán)境化學(xué)主講人：郝瑞霞課程介紹環(huán)境問題及環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生環(huán)境化學(xué)的研究領(lǐng)域和方向環(huán)境化學(xué)發(fā)展趨勢環(huán)境污染物環(huán)境問題及環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生環(huán)境問題：指人類活動與環(huán)境的關(guān)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(chǎn)生物理的化學(xué)的：占80-90%地球幾乎表面遍布化學(xué)物質(zhì),大量環(huán)境問題與化學(xué)物質(zhì)直接相關(guān)生物的環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生：環(huán)境問題促成了對化學(xué)品進(jìn)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(yīng)、控制措施等進(jìn)行研究定義：研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、特性、行為、效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生和定義任務(wù)：以環(huán)境問題為研究對象，以認(rèn)識、解決環(huán)境問題為目標(biāo)作用：闡述和解釋環(huán)境問題的本質(zhì)，為調(diào)控人類活動的行為提供科學(xué)依據(jù)。環(huán)境化學(xué)的任務(wù)與作用環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容1、有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的濃度水平和形態(tài)2、潛在有害物質(zhì)的來源及在各種環(huán)境介質(zhì)中的環(huán)境行為3、有害物質(zhì)對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)制和風(fēng)險性4、有害物質(zhì)已造成影響的緩解和消除及防治危害的方法和途徑化學(xué)工程化學(xué)物理化學(xué)有機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)高分子化學(xué)分析化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)環(huán)境理論化學(xué)污染生態(tài)化學(xué)污染控制化學(xué)環(huán)境分析化學(xué)環(huán)境化學(xué)研究領(lǐng)域與化學(xué)學(xué)科的關(guān)系從微觀原子、分子水平上研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學(xué)機(jī)制及防治途徑，核心是研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的化學(xué)轉(zhuǎn)化和效應(yīng)與基礎(chǔ)化學(xué)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(fù)雜，許多化學(xué)原理和方法不易直接運用化學(xué)污染物在環(huán)境中含量低，樣品組成和存在形態(tài)復(fù)雜，遷移轉(zhuǎn)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(xué)學(xué)科特點（2）環(huán)境理論化學(xué)：應(yīng)用物理化學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和數(shù)學(xué)原理、方法和計算機(jī)技術(shù)，研究化學(xué)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的熱力學(xué)和動力學(xué)行為，以及污染物含量變化的定量描述和趨勢預(yù)測的科學(xué)環(huán)境膠體化學(xué)和界面化學(xué)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(jìn)行污染物的膠體化學(xué)行為決定污染物的濃度、形態(tài)、歸宿各類膠體物質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物化特征研究環(huán)境膠體之間以及與微量化學(xué)污染物之間的相互作用膠體熱力學(xué)和膠體動力學(xué)研究環(huán)境化學(xué)動態(tài)學(xué)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(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)將熱力學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)過程和各相之間的傳質(zhì)過程結(jié)合起來進(jìn)行動態(tài)學(xué)研究（4）環(huán)境控制化學(xué)：研究環(huán)境整治、污染控制和污染環(huán)境原位修復(fù)工藝技術(shù)中的化學(xué)機(jī)制、污染控制中工藝技術(shù)和無污染的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)中的化學(xué)問題大氣污染控制化學(xué)水污染控制化學(xué)：研究控制水污染的化學(xué)機(jī)理，如有機(jī)有毒化學(xué)品的凈化技術(shù)、水處理藥劑研發(fā)等固廢污染控制化學(xué)清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)（5）污染生態(tài)化學(xué)：從生態(tài)學(xué)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(yīng)的化學(xué)原理、過程和機(jī)制有害環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的安全評價和控制有害有機(jī)物的監(jiān)測、遷移轉(zhuǎn)化、歸趨、效應(yīng)化學(xué)品在環(huán)境中的行為、歸趨、效應(yīng)對已存在于環(huán)境中的化學(xué)品可能出現(xiàn)的危害進(jìn)行預(yù)測新化學(xué)品進(jìn)入市場前的環(huán)境風(fēng)險評價全球氣候變化、酸沉降與溫室氣體問題室內(nèi)空氣質(zhì)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(zhì)安全問題食品安全和生態(tài)安全（生態(tài)風(fēng)險）問題持久性有機(jī)污染物（POPs)、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（環(huán)境激素）、藻毒素、藥物及個人護(hù)理用品等痕量污染物在環(huán)境介質(zhì)中的分布及其控制技術(shù)污染物結(jié)構(gòu)與活性（或降解性）相關(guān)性研究——QSAR（或QSBR）環(huán)境化學(xué)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(zhì)、直接或間接有害于人類的物質(zhì)水環(huán)境污染物：化學(xué)污染物和生物性污染物近代世界有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)量逐年成直線上升,達(dá)到每年數(shù)億噸之多,據(jù)統(tǒng)計,日常應(yīng)用的就有70000多種,在工業(yè)化國家進(jìn)入環(huán)境的化學(xué)品量300g/m2.a,其中相當(dāng)部分對生態(tài)和人類具有毒性。環(huán)境污染物化學(xué)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(jī)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(jī)氧化物有機(jī)氯化物：多氯聯(lián)苯（PCB）農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)汞農(nóng)藥、有機(jī)砷農(nóng)藥、氨基甲酸酯及苯酰胺類農(nóng)藥油類污染物：每升石油在水面上的擴(kuò)展面積可達(dá)100~1000m2無機(jī)污染物：主要有酸性污染物、堿性污染物及各種無機(jī)鹽氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)：放射性物質(zhì)：主要有鍶-90，銫-137等我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單持久性有機(jī)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(jī)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(yīng)，全球蒸餾效應(yīng)根據(jù)蒸氣壓,0.01-1kPa

毒性/生物危害：三致效應(yīng)，內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，……《中國履行〈關(guān)于持久性有機(jī)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(biāo)的政策法規(guī)，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)能力建設(shè)，采取相應(yīng)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(hù)人民健康和環(huán)境安全。2015年前實現(xiàn)四大目標(biāo)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(chǎn)和進(jìn)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(chǎn)和使用外，到2009年，基本消除氯丹、滅蟻靈和滴滴涕的生產(chǎn)、使用和進(jìn)出口。努力消除9種殺蟲劑POPs的生產(chǎn)、使用和進(jìn)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(fēng)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(shù)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(yīng)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(qiáng)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(yù)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(zhì)素的護(hù)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(xué)物質(zhì)。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(guān)注，PPCPs被稱為“未經(jīng)規(guī)范的新興污染物”。上世紀(jì)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(fēng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入地面水和地下水中。藥物與個人護(hù)理用品（PPCPs）環(huán)境激素主要由人類生產(chǎn)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(xué)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(xué)物質(zhì)，主要是用來制造農(nóng)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(biāo)準(zhǔn)》中也采用這一標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)入人體的途徑：主要是通過飲用水和淡水產(chǎn)品，少部分通過水上娛樂活動或口服受到污染的藍(lán)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(diào)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(chǎn)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(xué)研究、控制技術(shù)研究等方面有許多事情可做。

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(jī)械遷移：擴(kuò)散使污染物搬運過程物理化學(xué)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(jī)物遷移：溶解-沉淀（水解）、氧化-還原、配位絡(luò)合、吸附-解吸、蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附等有機(jī)物遷移：化學(xué)分解、光化學(xué)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(zhuǎn)化：改變存在狀態(tài)或轉(zhuǎn)變其他物質(zhì)的過程物理轉(zhuǎn)化：蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附、蛻變化學(xué)轉(zhuǎn)化：光化學(xué)氧化、氧化還原、配位絡(luò)合、水解生物轉(zhuǎn)化：生物吸收代謝污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程環(huán)境污染物在環(huán)境中的分布與遷移課程內(nèi)容第一專題水環(huán)境化學(xué)第二專題大氣及土壤化學(xué)自學(xué)第三專題化學(xué)物質(zhì)的生物效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)第四專題現(xiàn)代化學(xué)結(jié)構(gòu)理論與污染物環(huán)境行為的相關(guān)性第五專題化學(xué)品的環(huán)境風(fēng)險評價第一專題水環(huán)境化學(xué)

第一章緒論第二章天然水的組成和性質(zhì)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(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化作用概述污染物的結(jié)構(gòu)參數(shù)宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)官能團(tuán)特征參數(shù)分子幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)量子化學(xué)參數(shù)光譜參數(shù)各種參數(shù)之間的關(guān)系污染物基本性質(zhì)及與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系污染物的遷移轉(zhuǎn)化與污染物結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系污染物結(jié)構(gòu)與環(huán)境毒理學(xué)第四專題現(xiàn)代化學(xué)結(jié)構(gòu)理論與污染物的環(huán)境行為的關(guān)系第五專題環(huán)境風(fēng)險評價概述一、環(huán)境風(fēng)險評價的基本概念二、化學(xué)物質(zhì)的人體健康風(fēng)險評價方法

1、危害鑒別（HazardIdentification）——鑒定風(fēng)險源的性質(zhì)及強(qiáng)度；2、暴露評價(ExposureAssessment)——對人群或生態(tài)系統(tǒng)暴露于風(fēng)險因子的方式、強(qiáng)度、頻率及時間的評估及描述；3、劑量-反應(yīng)分析(Dose-ResponseAnalysis)——暴露與暴露所導(dǎo)致的健康或生態(tài)系統(tǒng)影響的因果關(guān)系；4、風(fēng)險表征(RiskCharacterization)——對有害事物發(fā)生的機(jī)率及所得機(jī)率的可靠程度給以估算和分析。三、化學(xué)物質(zhì)的生態(tài)風(fēng)險評價方法1、確定生態(tài)無效應(yīng)濃度（NOEC）2、找出環(huán)境暴露濃度（EC)水平；3、計算風(fēng)險指