學(xué)科發(fā)展規(guī)劃課件

習(xí)題課

上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

程金平習(xí)題課上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院1例1：吳涇某化工廠的含汞廢水經(jīng)化學(xué)處理后排入黃浦江中，排污口附近水中汞的含量為0.4～0.5mg/L，而在下流500m處汞的含量只有3～4μg/L，試分析原因？例1：2(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：

無機(jī)膠體：次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：

汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等難溶物；(5)配合反應(yīng)

:無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等

(6)生物甲基化作用.（7）生物富集作用所以自工廠排放出來的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。原因：(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；原因：3(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；橫向縱向(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；橫向4（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物對重金屬的吸附A：（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物5（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物對重金屬的吸附B另一種機(jī)理是重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附：Me2++nH2O===Me(OH)n(2-n)++nH+

≡AOH+Me(OH)n(2-n)+===≡AMe(OH)n+1(1-n)+（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物6（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附過程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生配位化合過程，可用下式表示：

n≡AOH+Men+===(≡AO)n→Me+nH+

式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳，Men+為重金屬離子，箭頭代表配位鍵。（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體水合金屬7（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－有機(jī)膠體腐殖質(zhì)(Hum)微粒對重金屬離子的吸附，主要是通過它對金屬離子的螯合作用和離子交換作用來實(shí)現(xiàn)。腐殖質(zhì)分子中含有羧基(-COOH)、羥基(-OH)、羰基(C=O)及氨基(NH2)。在一定條件下這些基團(tuán)可以質(zhì)子化，故能與重金屬起交換吸附作用。腐殖質(zhì)的離子交換機(jī)理可用右式表示：腐殖質(zhì)對重金屬離子的吸附（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－有機(jī)膠體腐殖質(zhì)(8（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；汞形態(tài)分為：金屬汞無機(jī)結(jié)合汞有機(jī)結(jié)合汞無機(jī)汞：HgSHgOHgCO3HgSO4HgCl2Hg(NO3)2

有機(jī)汞：甲基汞腐殖酸結(jié)合態(tài)汞有機(jī)汞農(nóng)藥醋酸苯汞水環(huán)境的EhPH決定著汞的存在形態(tài)，三價(jià)態(tài)相互之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：氧化作用：Hg0----Hg22++Hg2+

還原作用：Hg22+－－Hg2++Hg0

微生物作用：Hg2+－－－Hg0（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；汞形態(tài)分為：金屬9（4）溶解和沉淀反應(yīng)：天然水體中的主要陰離子有HCO3-、Cl-、SO42-及少量NO-離子，在厭氧條件下還可能有H2S、HS-、S2-存在。汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、HgS、Hg(OH)2等難溶物；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：天然水體中的主要陰離子有HCO3-、10(5)配合反應(yīng)

:天然水體中無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體：動植物組織的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等。Hg2+-OH-配離子的形態(tài)分布(5)配合反應(yīng):天然水體中無機(jī)配體：OH-Cl-CO11(6)生物甲基化作用

.(6)生物甲基化作用.12（7）生物富集水體中的甲基汞可通過食物鏈而富集于生物體內(nèi)。例如，藻類對甲基汞的富集系數(shù)可高達(dá)5000～10000倍。在甲基汞為ng/mL級的水中，水生生物能直接吸收甲基汞。（7）生物富集水體中的甲基汞可通過食物鏈而富集于生物體內(nèi)。13(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：

無機(jī)膠體：次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：

汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等難溶物；(5)配合反應(yīng)

:無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等

(6)生物甲基化作用.（7）生物富集作用所以自工廠排放出來的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。原因：(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；原因：142005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司雙苯廠爆炸后造成松花江水體污染。為了確保哈爾濱市生產(chǎn)、生活用水安全，哈爾濱市政府決定于2005年11月23日零時(shí)起，關(guān)閉松花江哈爾濱段取水口，停止向市區(qū)供水，（該取水口位于爆炸現(xiàn)場下游）。11月24日國家環(huán)?？偩中荚撍w污染物主要為苯、苯胺和硝基苯，并確定為重大環(huán)境污染事件。試分析苯、苯胺和硝基苯在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化途徑？例22005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司雙苯廠15途徑：1機(jī)械遷移2分配作用分配作用；吸附作用3化學(xué)降解氧化、水解、還原4光化學(xué)降解直接光解；敏化光解；氧化反應(yīng)5生物降解6揮發(fā)作用7生物富集途徑：1機(jī)械遷移16例3下圖是洛杉磯市1965年7月19日一天之內(nèi)，某些污染物的實(shí)測含量變化情況，該天是晴朗天氣，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是污染物的濃度。依據(jù)下圖分析改日發(fā)生的環(huán)境化學(xué)現(xiàn)象？并分析其機(jī)制。

例3下圖是洛杉磯市1965年7月19日一天之內(nèi)，某些污染物17解答：1光化學(xué)煙霧事件；定義污染物特征機(jī)制（12）解答：1光化學(xué)煙霧事件；定義181光化學(xué)煙霧事件；定義光化學(xué)煙霧：汽車、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在陽光中紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成一些氧化性很強(qiáng)的O3、醛類、PAN、HNO3等二次污染物。人們把參與光化學(xué)反應(yīng)過程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有氣體和顆粒物)所形成的煙霧，稱為光化學(xué)煙霧。1光化學(xué)煙霧事件；定義光化學(xué)煙霧：汽車、工廠等污染源排入192污染物特征污染物的濃度變化與交通量和日照等氣象條件有密切聯(lián)系。CO和NO的濃度最大值出現(xiàn)在上午7時(shí)左右，即一天中車輛來往最頻繁時(shí)刻，碳?xì)浠衔锏臐舛纫灿蓄愃频淖兓Ｖ档弥赋龅氖荖O2的峰值要比NO、CO的峰值推遲3h，而O3峰值推遲5h出現(xiàn)，同時(shí)NO和CO的濃度隨之相應(yīng)降低。說明NO2和O3并非一次污染物，而是日光照射下光化學(xué)作用產(chǎn)生的二次污染物。傍晚車輛雖然也較頻繁，但由于陽光太弱，NO2和O3值不出現(xiàn)明顯峰值，不足以發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成煙霧。2污染物特征污染物的濃度變化與交通量和日照等氣象條件有密切203機(jī)制引發(fā)反應(yīng)：NO2+hν→

NO+O

O+O2+M→

O3+M

NO+O3→

NO2+O2

鏈傳遞反應(yīng)：RH+·OH→

RO2·+H2O

RCHO+·OH→

RC(O)O2·+H2O

RCHO+hν→

RO2·+HO2·+CO

HO2·+NO→

NO2+·OH

RO2·+NO→

NO2+R′CHO+HO2·

RC(O)O2·+NO→

NO2+RO2·+CO2

終止反應(yīng)：·OH+NO2→

HNO3

RC(O)O2·+NO2→

RC(O)O2NO2

RC(O)O2NO2→

RC(O)O2·+NO2

3機(jī)制引發(fā)反應(yīng)：NO2+hν→

NO+O

21例題4從地球與大氣能量平衡方面分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因。例題4從地球與大氣能量平衡方面分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因。22解答：1溫室效應(yīng)定義2太陽輻射3大氣成分對太陽輻射的吸收4地球與大氣的能量平衡地球輻射；大氣逆輻射解答：1溫室效應(yīng)定義23例5優(yōu)先污染物：在眾多污染物中篩選出潛在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先研究和控制的對象，稱為優(yōu)先污染物。例如汞溫室氣體：引起溫室效應(yīng)的氣體叫溫室氣體，主要有CO2、CH4、N2O、CFCs。例5優(yōu)先污染物：在眾多污染物中篩選出潛在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先24例題6簡述大氣污染物的匯的機(jī)制例題6簡述大氣污染物的匯的機(jī)制25解答：重力沉降，與植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕獲(被表面吸附或吸收)的過程，統(tǒng)稱為干沉降。大氣中的物質(zhì)通過降水而落到地面的過程稱為濕沉降。

污染物在大氣中通過化學(xué)反應(yīng)生成其他氣體或粒子而使原污染物在大氣中消失的過程，稱為化學(xué)去除解答：重力沉降，與植物、建筑物或地面(土壤)相碰撞而被捕獲(26習(xí)題課

上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

程金平習(xí)題課上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院27例1：吳涇某化工廠的含汞廢水經(jīng)化學(xué)處理后排入黃浦江中，排污口附近水中汞的含量為0.4～0.5mg/L，而在下流500m處汞的含量只有3～4μg/L，試分析原因？例1：28(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：

無機(jī)膠體：次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：

汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等難溶物；(5)配合反應(yīng)

:無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等

(6)生物甲基化作用.（7）生物富集作用所以自工廠排放出來的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。原因：(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；原因：29(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；橫向縱向(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；橫向30（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物對重金屬的吸附A：（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物31（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物對重金屬的吸附B另一種機(jī)理是重金屬離子先水解，然后奪取黏土礦物微粒表面的羥基，形成羥基配合物而被吸附：Me2++nH2O===Me(OH)n(2-n)++nH+

≡AOH+Me(OH)n(2-n)+===≡AMe(OH)n+1(1-n)+（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體黏土礦物32（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附

一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對重金屬離子的吸附過程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生配位化合過程，可用下式表示：

n≡AOH+Men+===(≡AO)n→Me+nH+

式中≡代表微粒表面，A代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳，Men+為重金屬離子，箭頭代表配位鍵。（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－無機(jī)膠體水合金屬33（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－有機(jī)膠體腐殖質(zhì)(Hum)微粒對重金屬離子的吸附，主要是通過它對金屬離子的螯合作用和離子交換作用來實(shí)現(xiàn)。腐殖質(zhì)分子中含有羧基(-COOH)、羥基(-OH)、羰基(C=O)及氨基(NH2)。在一定條件下這些基團(tuán)可以質(zhì)子化，故能與重金屬起交換吸附作用。腐殖質(zhì)的離子交換機(jī)理可用右式表示：腐殖質(zhì)對重金屬離子的吸附（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：－有機(jī)膠體腐殖質(zhì)(34（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；汞形態(tài)分為：金屬汞無機(jī)結(jié)合汞有機(jī)結(jié)合汞無機(jī)汞：HgSHgOHgCO3HgSO4HgCl2Hg(NO3)2

有機(jī)汞：甲基汞腐殖酸結(jié)合態(tài)汞有機(jī)汞農(nóng)藥醋酸苯汞水環(huán)境的EhPH決定著汞的存在形態(tài)，三價(jià)態(tài)相互之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：氧化作用：Hg0----Hg22++Hg2+

還原作用：Hg22+－－Hg2++Hg0

微生物作用：Hg2+－－－Hg0（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；汞形態(tài)分為：金屬35（4）溶解和沉淀反應(yīng)：天然水體中的主要陰離子有HCO3-、Cl-、SO42-及少量NO-離子，在厭氧條件下還可能有H2S、HS-、S2-存在。汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、HgS、Hg(OH)2等難溶物；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：天然水體中的主要陰離子有HCO3-、36(5)配合反應(yīng)

:天然水體中無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體：動植物組織的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等。Hg2+-OH-配離子的形態(tài)分布(5)配合反應(yīng):天然水體中無機(jī)配體：OH-Cl-CO37(6)生物甲基化作用

.(6)生物甲基化作用.38（7）生物富集水體中的甲基汞可通過食物鏈而富集于生物體內(nèi)。例如，藻類對甲基汞的富集系數(shù)可高達(dá)5000～10000倍。在甲基汞為ng/mL級的水中，水生生物能直接吸收甲基汞。（7）生物富集水體中的甲基汞可通過食物鏈而富集于生物體內(nèi)。39(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；（2）水體中膠體物質(zhì)對重金屬的吸附作用：

無機(jī)膠體：次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。（3）氧化－還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；（4）溶解和沉淀反應(yīng)：

汞與水中的陰離子生成HgCO3、HgSO4、Hg(OH)2等難溶物；(5)配合反應(yīng)

:無機(jī)配體：OH-Cl-CO32-HCO3-F-S2-

有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA、農(nóng)藥等

(6)生物甲基化作用.（7）生物富集作用所以自工廠排放出來的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。原因：(1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；原因：402005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司雙苯廠爆炸后造成松花江水體污染。為了確保哈爾濱市生產(chǎn)、生活用水安全，哈爾濱市政府決定于2005年11月23日零時(shí)起，關(guān)閉松花江哈爾濱段取水口，停止向市區(qū)供水，（該取水口位于爆炸現(xiàn)場下游）。11月24日國家環(huán)?？偩中荚撍w污染物主要為苯、苯胺和硝基苯，并確定為重大環(huán)境污染事件。試分析苯、苯胺和硝基苯在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化途徑？例22005年11月13日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司雙苯廠41途徑：1機(jī)械遷移2分配作用分配作用；吸附作用3化學(xué)降解氧化、水解、還原4光化學(xué)降解直接光解；敏化光解；氧化反應(yīng)5生物降解6揮發(fā)作用7生物富集途徑：1機(jī)械遷移42例3下圖是洛杉磯市1965年7月19日一天之內(nèi)，某些污染物的實(shí)測含量變化情況，該天是晴朗天氣，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是污染物的濃度。依據(jù)下圖分析改日發(fā)生的環(huán)境化學(xué)現(xiàn)象？并分析其機(jī)制。

例3下圖是洛杉磯市1965年7月19日一天之內(nèi)，某些污染物43解答：1光化學(xué)煙霧事件；定義污染物特征機(jī)制（12）解答：1光化學(xué)煙霧事件；定義441光化學(xué)煙霧事件；定義光化學(xué)煙霧：汽車、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在陽光中紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成一些氧化性很強(qiáng)的O3、醛類、PAN、HNO3等二次污染物。人們把參與光化學(xué)反應(yīng)過程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有氣體和顆粒物)所形成的煙霧，稱為光化學(xué)煙霧。1光化學(xué)煙霧事件；定義光化學(xué)煙霧：汽車、工廠等污染源排入452污染物特征污染物的濃度變化與交通量和日照等氣象條件有密切聯(lián)系。CO和NO的濃度最大值出現(xiàn)在上午7時(shí)左右，即一天中車輛來往最頻繁時(shí)刻，碳?xì)浠衔锏臐舛纫灿蓄愃频淖兓?。值得指出的是NO2的峰值要比NO、CO的峰值推遲3h，而O3峰值推遲5h出現(xiàn)，同時(shí)NO和CO的濃度隨之相應(yīng)降低。說明NO2和O3并非一次污染物，而是日光照射下光化學(xué)作用產(chǎn)生的二次污染物。傍晚車輛雖然也較頻繁，但由于陽光太弱，NO2和O3值不出現(xiàn)明顯峰值，不足以發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成煙霧。2污染物特征污染物的濃度變化與交通量和日照等氣象條件有密切463機(jī)制引發(fā)反應(yīng)：NO2+hν→

NO+O

O+O2+M→

O3+M

NO+O3→

NO