環(huán)境科學(xué)技術(shù)與化學(xué)講課稿

環(huán)境科學(xué)技術(shù)與化學(xué)所謂環(huán)境總是相對于某一中心事物而言，作為某一中心事物的對立面而存在。它因中心事物的不同而不同，隨中心事物的變化而變化。與某一中心事物有關(guān)的周圍事物，就是這個中心事物的環(huán)境。環(huán)境科學(xué)所研究的環(huán)境，其中心事物是人類，是以人類為主體的外部世界，即人類目前生存、繁衍所必需的、相適應(yīng)的環(huán)境，或物質(zhì)的綜合體。包括自然環(huán)境和人工環(huán)境兩種。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)1.1環(huán)境(TheEnvironment)

1.1.1自然環(huán)境(NaturalEnvironment)1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)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。有時(shí)簡稱為環(huán)境。物質(zhì)：空氣、水、生物、巖石、土壤……自然現(xiàn)象：水土演變等多種自然因素、大氣力量、水循環(huán)、地殼的穩(wěn)定性、太陽的穩(wěn)定性……能量：陽光地?zé)?、地磁、引力……大氣圈水圈土壤圈生物圈化學(xué)圈ChemosphereChemistry,BiologyandToxicologyasRelatedtoEnvironmentalProblemsBiosphereAtmosphereHydrosphereGeosphereLithosphere1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)1.1.2人工環(huán)境人工環(huán)境綜合生產(chǎn)力（包括人的素質(zhì)）技術(shù)進(jìn)步人工構(gòu)筑物人工產(chǎn)品和能量政治體制社會行為宗教信仰文化與地方因素等人工環(huán)境是指人類活動而形成的環(huán)境要素，它包括由人工形成的物質(zhì)、能量和精神產(chǎn)品，以及人類活動中所形成的人與人之間的關(guān)系或上層建筑。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)是以實(shí)現(xiàn)人與自然和諧為目的，研究以及調(diào)整人與自然關(guān)系的科學(xué)。是一門綜合性學(xué)科。是研究人類活動與其環(huán)境質(zhì)量之間關(guān)系的科學(xué)。Environmentalscienceinitsbroadestsenseisthescienceofthecomplexinteractionsthatoccuramongtheterrestrial,atmospheric,aquatic,livingandanthropologicalenvironments.Itincludesallthedisciplines,suchaschemistry,biology,ecology,sociology,andgovernment,thataffectordescribetheseinteractions.1.2環(huán)境科學(xué)(EnvironmentalScience)1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)610環(huán)境科學(xué)技術(shù)610.10環(huán)境科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科610.1010環(huán)境物理學(xué)(包括環(huán)境聲學(xué)等)610.1015環(huán)境化學(xué)610.1020環(huán)境生物學(xué)610.1025環(huán)境氣象學(xué)610.1030環(huán)境地學(xué)(包括環(huán)境地球化學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)等)610.1035環(huán)境生態(tài)學(xué)610.1040環(huán)境毒理學(xué)610.1045自然環(huán)境保護(hù)學(xué)610.1050環(huán)境管理學(xué)610.1099環(huán)境科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科其他學(xué)科610.20環(huán)境學(xué)610.2010大氣環(huán)境學(xué)610.2020水體環(huán)境學(xué)(包括海洋環(huán)境學(xué))

610.2030土壤環(huán)境學(xué)610.2040區(qū)域環(huán)境學(xué)610.2099環(huán)境學(xué)其他學(xué)科610.30環(huán)境工程學(xué)610.3010環(huán)境保護(hù)工程610.3015大氣污染防治工程610.3020水污染防治工程610.3025固體污染防治工程610.3030三廢處理與綜合利用610.3035噪聲與震動控制610.3040環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價(jià)610.3045環(huán)境規(guī)劃610.3050環(huán)境系統(tǒng)工程610.3099環(huán)境工程學(xué)其他學(xué)科610.99環(huán)境科學(xué)技術(shù)其他學(xué)科

學(xué)科分類與代碼(GB/T13745-92)1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)1.2.1環(huán)境科學(xué)中所研究的環(huán)境主要指自然環(huán)境，包括自然生物圈這一層和人工環(huán)境中的人工構(gòu)筑物、人工產(chǎn)品和能量以及人與人的關(guān)系問題。《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》指出，“本法所稱環(huán)境，是指影響人類生存和發(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、自然遺跡、人工遺跡、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)1.2.2環(huán)境質(zhì)量(EnvironmentalQuality)一般是指在一個具體的環(huán)境內(nèi)，環(huán)境的總體或環(huán)境的某些要素，對人群的生存和繁衍以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適宜程度，是反映人群的具體要求而形成的對環(huán)境評定的一種概念。影響環(huán)境質(zhì)量的因素有人為因素也有天然因素，但主要是人為因素。例如污染物的排放、對資源利用的合理性、人群的文化狀態(tài)。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)環(huán)境問題原生環(huán)境問題次生環(huán)境問題原生環(huán)境問題：由自然力引起的環(huán)境問題，也叫第一環(huán)境問題。地震、洪澇、干旱、臺風(fēng)、滑坡等。次生環(huán)境問題：由人類活動引起的環(huán)境問題，也叫第二環(huán)境問題。也叫第二環(huán)境問題。環(huán)境污染生態(tài)環(huán)境破壞1.3.1環(huán)境問題的分類1.3環(huán)境問題(EnvironmentalProblems)1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)環(huán)境污染：由于人為的因素，環(huán)境的化學(xué)組成或物理狀態(tài)發(fā)生了變化，與原來的情況相比，環(huán)境質(zhì)量惡化，擾亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)和人們正常的生產(chǎn)和生活條件，就叫環(huán)境污染。具體地說，主要指工業(yè)三廢對大氣、水體、土壤和生物的污染。生態(tài)環(huán)境破壞：人類活動直接作用于自然界引起的。例如亂砍濫伐森林、過度放牧、大面積開荒、濫采濫捕野生動物。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)1.3.2環(huán)境問題的由來(1)環(huán)境問題的產(chǎn)生和生態(tài)環(huán)境的早期破壞人類出現(xiàn)以后——產(chǎn)業(yè)革命以前(2)城市環(huán)境問題突出和“公害”加劇工業(yè)革命、城市化能源和資源的大量消耗公害和事故頻繁發(fā)生發(fā)達(dá)國家的環(huán)境問題部分地得到了解決發(fā)展中國家？怎么辦？可持續(xù)發(fā)展？1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)(3)全球性的環(huán)境問題1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)溫室效應(yīng)、臭氧層耗竭持久性環(huán)境污染物污染轉(zhuǎn)移？世界經(jīng)濟(jì)一體化？環(huán)境？人口問題城市化問題淡水資源短缺生物多樣性減少海洋污染危險(xiǎn)廢棄物越境轉(zhuǎn)移(4)發(fā)達(dá)國家的環(huán)境狀況①比較好地解決了國內(nèi)的環(huán)境污染問題：空氣比以前新鮮了,不少水體變清了。②仍存在的(新的)環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、臭氧層、工業(yè)廢物、生活垃圾急劇增加；噪聲問題仍很突出；NOx的污染仍未得到有效控制；大氣中有害物質(zhì)污染如故；水環(huán)境問題還未解決；持久性污染物的問題相當(dāng)嚴(yán)重。1.環(huán)境與環(huán)境科學(xué)2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源環(huán)境保護(hù)工作改革開放、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展進(jìn)入大范圍生態(tài)退化和復(fù)合性環(huán)境污染的階段19701980199020002020新一輪的經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力、挑戰(zhàn)200019801940微生物污染、耗氧有機(jī)物SO2、顆粒物、光化學(xué)煙霧、酸雨、重金屬、氮磷富營養(yǎng)化、垃圾溫室氣體、黑碳、霾、臭氧層、持久性有毒物質(zhì)(PTS、POPs)、二次污染、核廢料、工業(yè)危險(xiǎn)廢棄物發(fā)達(dá)國家上百年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的環(huán)境問題已在我國集中出現(xiàn)；面臨全球最嚴(yán)峻、最復(fù)雜的環(huán)境問題；結(jié)構(gòu)性、復(fù)合性環(huán)境污染；資料來源：人民日報(bào)，2005年4月23日，第五版2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源七大江河水系的741個監(jiān)測斷面的水質(zhì)：I－Ⅲ類:38.1%;Ⅳ、Ⅴ類:32.2%;劣Ⅴ類:41%;城市內(nèi)湖和大多數(shù)湖泊(75%)富營養(yǎng)化；近3億農(nóng)村人口飲用不合格的水；>30%的城市空氣污染嚴(yán)重；1/3國土受到酸雨污染;垃圾圍城普遍，有毒有害廢棄物影響開始顯現(xiàn);環(huán)境污染造成的損失相當(dāng)GDP的3-8%;資料來源：人民日報(bào)，2005年4月23日，第五版2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源生態(tài)惡化形勢嚴(yán)峻

水土流失面積超過國土面積的1/3

(367萬km2)，每年新增1.5萬km2；土地沙漠化趨勢未減，每年擴(kuò)展3436km2,沙化土地174萬km2;森林覆蓋率只有16.55%，相當(dāng)于世界森林覆蓋率的61%;90%以上天然草場退化；地下水超采(>8萬km2);

10％—15％的高等植物物種處于瀕危狀態(tài)，物種資源流失嚴(yán)重，有害外來物種入侵每年造成1200億元經(jīng)濟(jì)損失；資料來源：人民日報(bào)，2005年4月23日，第五版2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源環(huán)境健康問題日漸突出

空氣污染地區(qū)死于肺癌人數(shù)高出5~9倍;

11個最大城市，空氣污染每年使5萬多人夭折，40萬人染呼吸系統(tǒng)疾病;沈陽市約40%的兒童血鉛含量超標(biāo)(2000年);

二惡英類化合物已在市售牛奶（深、港）、母乳(江浙)中檢出;天津市嚴(yán)重污染的蔬菜地土壤中汞含量超標(biāo)98倍;2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源環(huán)境污染和生態(tài)破壞

造成巨大損失

有害外來物種入侵每年造成1200億元的經(jīng)濟(jì)損失；世界銀行：1995年空氣和水污染損失，占當(dāng)年GDP的8%；

2003年，污染與生態(tài)破壞損失，占當(dāng)年GDP的15%；環(huán)?？偩?001年測算，西部9省區(qū)生態(tài)破壞的損失相當(dāng)于甘肅和青海兩省GDP之和；資料來源：人民日報(bào)，2005年4月23日，第五版2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源

生態(tài)環(huán)境總體惡化的趨勢尚未根本扭轉(zhuǎn)，環(huán)境治理的任務(wù)依然相當(dāng)艱巨；消耗高、資源浪費(fèi)、污染環(huán)境等粗放經(jīng)營方式仍比較嚴(yán)重;人口、資源、環(huán)境對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的壓力越來越大，特別是資源的制約作用日益明顯；我國人口多、資源人均占有量少的國情不會改變，不可再生性資源儲量和可用量不斷減少的趨勢難以改變;資料來源：胡錦濤在中科院、工程院院士大會上的講話，2004年6月2日2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源經(jīng)濟(jì):高投入、高消耗、重污染、低產(chǎn)出2003年2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源

2003年，世界第二石油和電力消費(fèi)大國;

能源：創(chuàng)造每萬元GDP所消耗的能源，是美國的3倍、德國的5倍、日本的近6倍。

鋼鐵、有色金屬、化工等8個高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47％。我國的工業(yè)部門每年多燒掉了約2.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2003年全國煤產(chǎn)量16億噸，按照國民經(jīng)濟(jì)年均增長7~8％的發(fā)展速度和目前的能源消耗水平，2020年我國的能源需求將比2000年增加2.5倍，達(dá)到約60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這相當(dāng)于每年要建成五六個大同煤礦。資料來源：中國環(huán)境報(bào)(2004-4-1),數(shù)字中國：我們必須選擇新型工業(yè)化。

能源壓力巨大2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源礦產(chǎn)資源：建國50多年來，GDP增長了10多倍，礦產(chǎn)資源消耗卻增長了40多倍。2003年，我國已成為煤炭、鋼鐵、銅的世界第一消費(fèi)大國，全球最大的鐵礦石進(jìn)口國。電解鋁生產(chǎn)所需原料50％以上依賴進(jìn)口。到2020年，我國45種主要礦產(chǎn)資源只有9種能依靠國內(nèi)保障供應(yīng)。2002年：中國人均礦產(chǎn)資源占有量僅為世界平均水平的58％。資料來源：中國環(huán)境報(bào)(2004-4-1),數(shù)字中國：我們必須選擇新型工業(yè)化。

礦產(chǎn)資源壓力巨大2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源國土面積雖然大，但現(xiàn)有耕地卻不多，僅占國土面積的14％，相較于美國的51％和印度的59％則顯得很少?？衫玫耐恋刭Y源東西部分布不均，占全國土地面積47.6％的東部地區(qū)卻擁有全國93％的人口。

土地利用程度過高，影響了整個國家的生態(tài)效益(沙塵暴、水體流失、氣候失調(diào))；資料來源：中國環(huán)境報(bào)(2004-4-1),數(shù)字中國：我們必須選擇新型工業(yè)化。

土地資源壓力巨大2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源2.中國的環(huán)境、生態(tài)、資源

生活污染排放增大汽車尾氣排放加劇大氣污染電子廢物等新型固體廢棄物增加工藝落后的企業(yè)向中小城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移化肥、農(nóng)藥加劇面源污染養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展加重污染鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展導(dǎo)致新一輪環(huán)境污染城鎮(zhèn)化將增加城市生態(tài)、環(huán)境壓力農(nóng)村環(huán)境問題不容忽視新一輪經(jīng)濟(jì)增長的巨大壓力Environmentalchemistrymaybedefinedasthestudyofthesources,reactions,transport,effects,andfatesofchemicalspeciesinwater,soil,airandlivingenvironments,andtheeffectsoftechnologythereon.環(huán)境化學(xué)：是研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)。3.環(huán)境化學(xué)3.1環(huán)境化學(xué)的研究對象環(huán)境分析化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)污染控制化學(xué)污染生態(tài)化學(xué)

環(huán)境計(jì)算化學(xué)環(huán)境生物化學(xué)3.環(huán)境化學(xué)3.2環(huán)境化學(xué)的分支學(xué)科

環(huán)境分析化學(xué)是研究化學(xué)品的形態(tài)、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)、樣品前處理(超臨界流體萃取、固相萃取)和痕量分析的學(xué)科。環(huán)境分析化學(xué)的主要任務(wù)就是分析環(huán)境中具體化學(xué)品的性質(zhì)和量。Oneofenvironmentalchemistry’smajorchallengeisthedeterminationofthenatureandquantityofspecificpollutantsintheenvironment.3.2.1環(huán)境分析化學(xué)3.環(huán)境化學(xué)氣相色譜GC-GasChromatography液相色譜LC-LiquidChromatography

高效液相色譜HPLC-HighPressure(Performance)LiquidChromatography電子捕獲檢測器ECD-ElectronCaptureDetector質(zhì)譜MS-MassSpectrum氣質(zhì)聯(lián)用，液質(zhì)聯(lián)用GC-MS,HPLC-MS原子吸收光譜AAS:AtomicAbsorptionSpectrum原子發(fā)射光譜AES:AtomicEmissionSpectrum紫外可見分光光度計(jì)UV-Vis:Ultraviolet-visible總有機(jī)碳分析議TOC-TotalOrganicCarbonAnalyzer3.環(huán)境化學(xué)常用分析儀器包括大氣、水體和土壤環(huán)境化學(xué)和元素循環(huán)的化學(xué)過程：大氣：顆粒物、酸沉降、溫室效應(yīng)、臭氧層、持久性有機(jī)污染物、大氣化學(xué)反應(yīng)水體：河流、湖泊（水庫）、海洋；地下水污染、持久性有機(jī)污染物土壤：溫室氣體排放、農(nóng)用化學(xué)品的行為（有機(jī)氯農(nóng)藥在土壤表面的光化學(xué)行為、多氯有機(jī)污染物在土壤/沉積物中的缺氧脫氯）3.2.2環(huán)境污染化學(xué)3.環(huán)境化學(xué)3.2.3污染生態(tài)化學(xué)

污染生態(tài)化學(xué)是研究化學(xué)污染物在生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)的化學(xué)過程的科學(xué)。

研究對象包括生物多樣性、種群、群落和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)。

3.環(huán)境化學(xué)包括環(huán)境化學(xué)計(jì)量學(xué)、環(huán)境化學(xué)過程模擬、人工智能在環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用等。環(huán)境多因素分析定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系

(QuantitativeStructure-PropertyRelationship,QSPR)定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系

(QuantitativeStructure-ActivityRelationship,QSAR)多介質(zhì)環(huán)境模型大氣、氣溶膠、水、水生生物、土壤、植物3.2.4環(huán)境計(jì)算化學(xué)3.環(huán)境化學(xué)3.2.5環(huán)境生物化學(xué)3.環(huán)境化學(xué)

環(huán)境科學(xué)最終關(guān)注的目標(biāo)是生命本身。環(huán)境生物化學(xué)就是研究環(huán)境化學(xué)品對生命的影響的一門學(xué)科。Theultimateenvironmentalconcernisthatoflifeitself.Thedisciplinethatdealsspeciallywiththeeffectsofenvironmentalchemicalspeciesonlifeisenvironmentalbiochemistry.

毒物化學(xué)是研究有毒物質(zhì)尤其是各種有毒物質(zhì)之間的相互作用對生物組織和生物體的影響的學(xué)科。Arelatedarea,toxicologicalchemistry,isthechemistryoftoxicsubstanceswithemphasisupontheirinteractionswithbiologictissueandlivingorganisms.水圈、土壤圈、人類活動圈和技術(shù)水和水圈海洋Ocean(Saltwater)

地表水Surfacewater(Lakes,Rivers,Reservoirs)

地下水Groundwater(Underground)

水蒸汽Watervapor(Atmosphere)

極地冰Polaricecaps(Ice)

人類活動水Segmentsofanthrosphere(Boilers,Municipalwaterdistributionsystems)全球水的總量估計(jì)為13.9億立方千米，但其中淡水總量僅為0.36億立方千米，除冰川和冰帽之外，可利用的淡水總量不足世界總貯水量的1%。3.環(huán)境化學(xué)地球可以分為地核、地幔和地殼三層。其中地殼是與人類直接作用的一層。地殼只有5－40公里厚。Theearthisdividedintolayers,includingthesolid,iron-richinnercore,moltenoutercore,mantle,andcrust.Thelatteristheearth’souterskinthatisaccessibletohumans.Itisextremelythincomparedtothediameteroftheearth,rangingfrom5to40kmthick.環(huán)境科學(xué)研究的是由外層地幔和地核組成的土壤圈。Environmentalscienceismostconcernedwiththelithosphere,whichconsistsoftheoutermantleandthecrust.3.環(huán)境化學(xué)地球Earth地質(zhì)學(xué)Geology地質(zhì)學(xué)是關(guān)于巖石圈的科學(xué)。同樣，它絕大部分屬于地殼中的固體礦物質(zhì)部分。Geologyisthescienceofthegeosphere.Assuch,itpertainsmostlytothesolidmineralportionsofEarth’scrust.

Water;

Theatmosphereandclimate;

Livingsystems;

ModerntechnologyThemostimportantpartofthegeosphereforlifeonearthisSoilformedbythedisintegrativeweatheringactionofphysical,geochemicalandbiologicalprocessesonrock.3.環(huán)境化學(xué)生命Life生物學(xué)是關(guān)于生命的科學(xué)。生物科學(xué)是環(huán)境科學(xué)和環(huán)境化學(xué)的重要組成部分