大學化學+化學與環(huán)境zhang

第9章

化學與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展環(huán)境環(huán)境問題環(huán)境保護環(huán)境污染9.1人類與環(huán)境的關系環(huán)境定義：與人類活動相關的所有外界影響力之和。

環(huán)境人類環(huán)境問題

目前人類面臨的主要環(huán)境問題a.自然災害b.水污染c.大氣污染d.資源問題e.人口問題f.糧食問題環(huán)境保護環(huán)境保護概念的發(fā)展50年代70年代80年代

可持續(xù)發(fā)展兩個基本要點：人類應堅持與自然和諧相處當代人不能剝奪后人發(fā)展的權利發(fā)生時間發(fā)生地事件名稱中毒情況

致害原因1930年12月比利時馬斯河谷煙霧事件60人死亡，幾千多人發(fā)病SO2，煙塵1948年10月美國多諾拉煙霧事件17人死亡，六千多人患病SO2，煙塵1952年12月英國倫敦煙霧事件4天內死亡4000多人SO2，煙塵1955年5~10月美國洛杉磯光化學煙霧事件2天內65歲以上老人死亡400人，大多數(shù)居民患病光化學煙霧1953~1956年日本水俁事件—汞中毒50多人死亡，280多人患病甲基汞1955~1972年日本富山事件—骨痛病81人死亡，130多人患病鎘1961~1972年日本四日市事件—哮喘病10多人死亡，800多人患病SO2，煙塵1968年3月日本米糠油事件16人死亡，五千多人發(fā)病多氯聯(lián)苯二十世紀國外八大環(huán)境污染事件

化學在環(huán)境科學中的作用（1）環(huán)境分析化學環(huán)境分析化學的發(fā)展主要集中在對環(huán)境中微量、痕量有害化合物的分析。（2）環(huán)境污染化學環(huán)境污染化學主要研究環(huán)境污染物的產生、遷移、轉化、累積、降解、危害及歸宿。（3）污染控制化學化學、生物以及化學與生物配合技術已廣泛地應用于污染控制。（4）生態(tài)化學綜合應用環(huán)境化學、生物學、毒理學研究大量化學物質在環(huán)境中引起的生態(tài)效應和對人體健康的影響是生態(tài)化學研究的主要內容。綠色化學概述1干潔空氣(N2,O2,Ar,CO2)2水汽3懸浮顆粒

當前大氣的組成9.2大氣環(huán)境化學主要大氣污染物及來源一次污染物：CO,CO2SO2,H2SNO,NH3顆粒污染物二次污染物：SO3,H2SO4,MSO4NO2,HNO3,MNO3,O3醛、酮空氣污染指數(shù)CO源汽車尾氣，化石燃料燃燒火山爆發(fā)、森林火災植物生長過程的光分解海洋生物代謝匯與土壤中微生物反應CO——CO2與OH·反應CO2源汽車尾氣，化石燃料燃燒火山爆發(fā)、森林火災匯植物的光合作用溫室效應SOX源電廠、工業(yè)排放自然界火山、海洋排放生物腐敗或生產排放出的H2S,經氧化生成SO2匯地面或水系酸雨NOX源天然土壤、海洋中細菌對硝酸鹽的分解閃電過程NH3的氧化燃料燃燒合成氨生產（很少）匯NO——NO2——HNO3——地面或水系NOx與光化學煙霧、酸雨、臭氧層破壞都有關系顆粒物空氣污染指數(shù)（API）二氧化氮（nitrogendioxode,NO2）二氧化硫（sulphurdioxide,SO2）臭氧（ozone,O3）一氧化碳（carbonmonoxide,CO）可吸入懸浮粒子（respirablesuspendedparticulates,RSP）

空氣污染指數(shù)是把五種空氣污染物的濃度與相關的某城市空氣污染指數(shù)比較而計算出來的。其中五種空氣污染物為空氣污染指數(shù)API空氣質量狀況表征顏色對健康的影響建議采取的措施0-50優(yōu)可正?；顒?1-100良100-200輕度污染易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者應減少體力消耗和戶外活動200-300中度污染心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀老年人和心臟病、肺病患者應停留在室內，并減少體力活動>300重污染健康人運動耐受力降低，有明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些疾病老年人和病人應當留在室內，避免體力消耗，一般人群應避免戶外活動國內空氣污染指數(shù)表9.2.1.大氣結構大氣污染物遷移的影響因素風、湍流、濃度梯度天氣形勢和地理形勢光化學煙霧淡藍色，氧化性煙霧硫酸型煙霧淡黃色，還原性煙霧酸性降水中國酸雨地區(qū)分布圖顆粒物溫室效應敵人？“亦正亦邪”的臭氧朋友？人類對臭氧層的破壞臭氧層的保護作用

臭氧可阻擋大部分高能紫外線，防止紫外線對地球上生物的殺傷。臭氧對人類的危害

臭氧會使人感到呼吸困難、肺功能減弱及肺組織受損；臭氧與汽車派出的碳氫化合物產生作用，生成光化學煙霧，刺激我們的呼吸系統(tǒng)。人類對臭氧層的破壞臭氧空洞大氣污染的綜合防治1、大氣污染的控制途徑合理規(guī)劃改變燃料結構集中供熱供暖綠化造林采用先進技術2、大氣污染的治理技術顆粒污染物的治理（除塵）主要氣態(tài)污染物的治理（吸收法；吸附法；催化法；燃燒法；冷凝法）9.3水的污染和水處理9.3.1自然界中的水體自然水體是指存在于海洋、湖泊、河流、沼澤、水庫、地下水、以及大氣水等的總稱。水是生命之源，人類社會的發(fā)展不論過去、現(xiàn)在、以及將來都與水密切相關。概述總量：15億立方公里淡水2.8%海水97.2%淡水分配：冰川、冰蓋：77.2%地下水：22.4%沼澤、湖泊：0.35%大氣：0.04%河流：0.01%我國目前平均每人占有地表水資源約2700m3，居世界第88位，僅為世界人均占有量的1/4。水體水體的組成不僅包括水，而且也包括其中的懸浮物質、膠體物質、溶解物質、底泥和水生生物，所以水體是個完整的生態(tài)系統(tǒng)，或是被水覆蓋地段的自然綜合體。天然水體組成：懸浮物質：泥沙、粘土、藻類及附著的細菌等膠體物質：硅溶膠和腐殖酸膠體等水合金屬離子（Fe3+、Al3+）溶解物質：鹽類（K+

、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、

Cl-、

SO42-等）微量金屬離子（Cd、Hg、Pb、Sb、Sn、Zn、Mn、Cu）營養(yǎng)物質（N,P）氣體（O2、CO2、H2S和N2等）有機物質(非腐殖質和腐殖質)水體指標總含鹽量(TDS):水體中常見主要離子總量。TDS=[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-]水體中的有機污染物BODCODTOCTOD氣體在水中的溶解度天然水中存在的氣體有氧氣、二氧化碳、硫化氫、氮氣和甲烷等水體污染

污染物排入天然水體,一旦超過其自凈能力，就引起天然水體發(fā)生物理、化學性質的變化，水質變壞。

水的污染惡化環(huán)境，傳染疾病，毒害生物，對人類和自然界造成嚴重危害。水體中主要污染物來源及危害1、無機無毒物質（顆粒；酸、堿、無機鹽；氮、磷等營養(yǎng)物質）2、無機有毒物質（氰化物、砷、汞、鎘、鉛等重金屬鹽）3、有機無毒物質（碳水化合物、蛋白質、脂肪）4、有機有毒物質（農藥、酚、醛、酮、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、染料、塑料）5、石油類污染物（石油及其制品）6、其他污染物（放射性物質、熱）顆粒來源:巖石風化（石英、剛玉、赤鐵礦…）粘土礦物碳酸鹽、硅石有機顆粒物（生物殘?。┨烊蝗嗽煊袡C物（核酸、蛋白質）危害：大大降低光合作用，妨礙水體自凈堵塞魚鰓，導致魚類死亡其他污染物的載體酸、堿和無機鹽來源：酸：酸雨、礦山廢水、化工廠排放、金屬加工堿：制堿、制革、造紙、煉油危害：抑制甚至消滅微生物的生長，妨礙水體自凈土壤酸化（堿化），水質惡化，危害漁業(yè)生產改變水的硬度，水中無機鹽增加，增大水的滲透壓，影響生物生長氮、磷等營養(yǎng)物質來源：農業(yè)排水城市污水工業(yè)廢水危害：藻類使水道堵塞，水質變差破壞水體中原有生態(tài)平衡，嚴重的導致水質腐化水的富營養(yǎng)化水生生物赤潮1赤潮除了接觸而引起皮膚不適，揮發(fā)性毒素還能對眼睛和呼吸道產生影響。2更主要的是有毒赤潮產生的赤潮生物毒素通過食物鏈的傳遞作用，導致人類的中毒甚至死亡。水體自凈

水體的自凈過程很復雜，按其機理可以分為：物理過程（稀釋、混合、擴散、揮發(fā)、沉淀）化學及物理化學過程（氧化、還原、吸附、凝聚、中和）生化過程（分解、轉化、代謝）

水的軟化a.硬水及其危害含Ca2+、Mg2+離子的水，稱“硬水”，具有某些不良特征。2HCO3-(aq)+Ca2+(aq)=CaCO3(s)+CO2(g)+H2O軟化水的方法1）石灰-蘇打法

2）離子交換法

水的凈化城市污水系統(tǒng)土壤是由固、液、氣三相共同組成的多相體系。9.4土壤污染及其防治土體構型土壤中的無機礦物質原生礦物硅酸鹽類：長石、云母、輝石、角閃石、橄欖石氧化物類：石英、赤鐵礦、金紅石硫化物類：白鐵礦、黃鐵礦磷酸鹽類：磷灰石次生礦物簡單鹽類：方解石、白云石、石膏、瀉鹽、芒硝三氧化物：褐鐵礦、三水鋁石、針鐵礦次生硅酸鹽：伊利石、蒙脫石、高嶺石土壤中的有機質土壤中的生物土壤中的粒級劃分顆粒名稱粒徑（mm）石塊>10石礫10－3－1砂粒1－0.25－0.05粉粒0.05－0.01－0.005粘粒0.005－0.001<

由不同的粒級混合在一起所表現(xiàn)出來的土壤的粗細狀況，稱為土壤質地。土壤的性質土壤膠體具有巨大的比表面積和表面能土壤膠體的電性土壤膠體的凝聚性和分散性土壤的吸附性土壤膠體的離子交換吸附陽離子交換吸附影響吸附的因素陽離子交換量鹽基飽和度陰離子交換吸附土壤的氧化還原性主要氧化劑：土壤中氧氣、硝酸根、高價金屬離子主要還原劑：有機質、低價金屬離子體系氧化態(tài)還原態(tài)鐵體系Fe(III)Fe(II)錳體系Mn(IV)Mn(II)硫體系SO42-H2S氮體系NO3-NO2-N2NH4+有機碳體系CO2CH4土壤中的無機礦物質原生礦物硅酸鹽類：長石、云母、輝石、角閃石、橄欖石氧化物類：石英、赤鐵礦、金紅石硫化物類：白鐵礦、黃鐵礦磷酸鹽類：磷灰石次生礦物簡單鹽類：方解石、白云石、石膏、瀉鹽、芒硝三氧化物：褐鐵礦、三水鋁石、針鐵礦次生硅酸鹽：伊利石、蒙脫石、高嶺石土壤中的有機質土壤中的生物土壤中的粒級劃分顆粒名稱粒徑（mm）石塊>10石礫10－3－1砂粒1－0.25－0.05粉粒0.05－0.01－0.005粘粒0.005－0.001<

由不同的粒級混合在一起所表現(xiàn)出來的土壤的粗細狀況，稱為土壤質地。土壤的性質土壤膠體具有巨大的比表面積和表面能土壤膠體的電性土壤膠體的凝聚性和分散性土壤的吸附性土壤膠體的離子交換吸附陽離子交換吸附影響吸附的因素陽離子交換量鹽基飽和度陰離子交換吸附土壤酸堿性活性酸度（土壤溶液中H＋濃度的直接反應）潛在酸度（土壤膠體吸附的H＋、Al3＋發(fā)生離子交換時產生的酸度）代換性酸度（中性鹽溶液淋洗）水解性酸度（弱酸強堿鹽溶液淋洗）水解性酸度一般大于代換性酸度只有鹽基不飽和土壤才有潛在酸度潛在酸度往往比活性酸度大得多二者是同一平衡體系中的兩種酸度，可互相轉化。土壤酸度土壤堿度堿金屬、堿土金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽難溶性鹽水溶性鹽土壤膠體上吸附的Na＋、K＋離子飽和度較大時會水解產生氫氧根土壤的緩沖性土壤溶液的緩沖性（碳酸、硅酸、磷酸、腐植酸和其它有機酸及其鹽類）土壤膠體的緩沖性（吸附的H＋、Al3＋發(fā)生離子交換時）鋁離子對堿的緩沖作用土壤的氧化還原性主要氧化劑：土壤中氧氣、硝酸根、高價金屬離子主要還原劑：有機質、低價金屬離子體系氧化態(tài)還原態(tài)鐵體系Fe(III)Fe(II)錳體系Mn(IV)Mn(II)硫體系SO42-H2S氮體系NO3-NO2-N2NH4+有機碳體系CO2CH4土壤的基本環(huán)境機能培育植物推動物質循環(huán)保存水資源防止災害自凈能力

土壤的退化包括：水土流失；沙漠化；酸化、堿化；營養(yǎng)物流失；土壤污染土壤污染土壤污染的類型

水體污染型大氣污染型農業(yè)污染型固體廢物污染型土壤中的主要污染物無機污染物（重金屬、非金屬、放射元素、酸堿鹽）有機污染物（農藥、塑料、酚、氰化物、石油、苯并芘、有機洗滌劑、脂肪蛋白質）有害微生物我國土壤污染狀況土壤污染遷移及其機制大氣污染物農藥化肥灌溉污水固體廢物土壤環(huán)境水體農作物飲用水食品水生生物人體污染物在土壤－之物體系中的遷移及機制遷移方式主動轉移和被動轉移影響因素植物種類土壤種類重金屬形態(tài)重金屬種類植物對重金屬污染的幾種耐受機制抑制重金屬跨膜吸收根際分泌螯合劑形成氧化－還原梯度形成pH酸度梯度與細胞壁結合有保護酶活性的機制形成金屬結合蛋白的解毒作用土壤中農藥的遷移和轉化遷移方式：1、擴散2、質體流動降解方式：1、生物代謝降解2、化學降解3、光分解土壤中農藥的遷移典型農藥在土壤中的遷移轉化有機氯農藥DDT六六六有機磷農藥敵敵畏樂果敵百蟲土壤的基本環(huán)境機能培育植物推動物質循環(huán)保存水資源防止災害自凈能力

土壤的退化包括：水土流失；沙漠化；酸化、堿化；營養(yǎng)物流失；土壤污染土壤污染土壤污染的類型

水體污染型大氣污染型農業(yè)污染型固體廢物污染型土壤中的主要污染物無機污染物（重金屬、非金屬、放射元素、酸堿鹽）有機污染物（農藥、塑料、酚、氰化物、石油、苯并芘、有機洗滌劑、脂肪蛋白質）有害微生物我國土壤污染狀況土壤污染遷移及其機制大氣污染物農藥化肥灌溉污水固體廢物土壤環(huán)境水體農作物飲用水食品水生生物人體遷移方式：1、擴散2、質體流動降解方式：1、生物代謝降解2、化學降解3、光分解土壤中農藥的遷移典型農藥在土壤中的遷移轉化有機氯農藥DDT六六六有機磷農藥敵敵畏樂果敵百蟲概述固體廢物人類生產生活過程中丟棄的固狀和泥狀物質。放在錯誤地點的原料。固體廢棄物的分類工業(yè)固體廢物礦業(yè)固體廢物農業(yè)固體廢物城市垃圾放射性固體廢物固體廢物的兩重性城市廢物量及主要成分城市生活垃圾指在城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物其主要成分包括廚余物，廢紙，廢塑料，廢織物，廢金屬，廢玻璃陶瓷碎片，磚瓦渣土，糞便，以及廢家用什具，廢舊電器，庭園廢物等等。它的主要特點是成分復雜，有機物含量高。響城市生活垃圾成分的主要因素有居民生活水平、生活習慣、季節(jié)，氣候等。80年代中期收入水平不同的

國家及幾個典型城市人均垃圾產生量收入水平高收入國家中等收入國家低收入國家垃圾量0.7-0.80.5-0.90.3-0.6城市東京維也納漢城香港新加坡利馬里約熱內盧垃圾量m/y2.71.02.530.850.870.960.54

年份人均GDP人均垃圾（kg/y）

1990

8700

597

1991

9653

598

1992

10530

603

1993

11366

613

1994

11592

621

1995

13073

63190年代北京

人均垃圾產生量固體廢棄物對環(huán)境的危害侵占土地污染土壤污染水體污染大氣影響環(huán)境衛(wèi)生固體廢棄物的處理1、傾海、填埋2、固體廢棄物的一般處理技術預處理技術焚燒熱回收技術熱解技術微生物技術3、資源化系統(tǒng)有害廢物指固體廢物中對人體及環(huán)境有較大危害的廢物。（固狀、泥狀、液態(tài)）鑒別標準：可燃性、反應性、腐蝕性、浸出毒性、急性毒性、放射性等。

例有害廢物中的有害成分有害廢物的遷移途徑及危害有害廢物1998年7月1日實施的《國家危險廢物名錄》，我國危險廢物共分為47類有害廢物中重要的有害成分無機物汞及其化合物砷及其化合物鎘及其化合物鉻及其化合物鉛及其化合物鋅及其化合物可溶性銅及其化合物氰化物氟化物石棉過氧化物、高氯酸、氯酸鹽、疊氮化物有機物烴類（石油烴、苯、甲苯、多環(huán)芳烴）含氧化物（醛類、酚類、醚類、鈦酸酯）含氮化物（丙烯氰、聯(lián)苯胺、吡啶）含硫化物（甲硫醇、二甲硫醚）鹵代物（氯仿、多氯聯(lián)苯）有機金屬化合物（四乙基鉛）有機農藥（六六六、對硫磷）有害廢物的越境轉移《巴塞爾公約》是現(xiàn)今國際上控制廢物