化學(xué)與環(huán)境保護(hù).ppt

1、第 5 章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù),5.1 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的一般要求,環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括污染源評(píng)價(jià)、污染狀況評(píng)價(jià)、環(huán)境自凈能力評(píng)價(jià)、環(huán)境對(duì)人體健康與生態(tài)系統(tǒng)的影響評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的評(píng)價(jià)等。 環(huán)境質(zhì)量的分級(jí)以環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來(lái)表示，它是一種數(shù)學(xué)模型。,環(huán)境質(zhì)量指數(shù)：,Cis為i污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Ci為i污染物的實(shí)際測(cè)得濃度，n為受監(jiān)測(cè)的污染物種類數(shù)，Ci/Cis為污染物的超標(biāo)率。E越大，污染就愈嚴(yán)重。 污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Cis一般以國(guó)家規(guī)定的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)或污染物在環(huán)境中的本底值為依據(jù)。本底值指環(huán)境在未受污染情況下，化學(xué)元素的正常含量。對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象不同， Cis可以不同。,若需對(duì)某個(gè)區(qū)域進(jìn)行整體環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)，可采用

2、將各個(gè)單項(xiàng)E值疊加的方法，求得環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)。 E綜合 = E地面水 + E地下水 + E大氣 + E土壤 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)是環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，首先要根據(jù)被測(cè)對(duì)象和評(píng)價(jià)目標(biāo)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。 常規(guī)的大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中受監(jiān)測(cè)的污染物種類一般有5種：顆粒飄塵、SOx、NOx、CO和氧化劑。,根據(jù)E值大小，可將大氣環(huán)境質(zhì)量分為6個(gè)級(jí)別。,級(jí) 別,環(huán)境質(zhì)量指數(shù)E,污染程度,清 潔,微污染,輕污染,中度污染,較重污染,嚴(yán)重污染,0 0.01,0.01 0.1,0.1 1,1 4.5,4.5 10, 10, ,5.2 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的主要手段,環(huán)境分析化學(xué)是研究如何運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)理論和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)鑒別和測(cè)定環(huán)

3、境污染物及有關(guān)物種的種類、成分與含量以及化學(xué)形態(tài)的科學(xué)。,特 點(diǎn),a. 研究領(lǐng)域廣、對(duì)象復(fù)雜。 b. 被測(cè)組分含量低，特別是環(huán)境背景值含量極微。對(duì)含量極微的組分進(jìn)行分析，通常采用微量分析或超微量分析的方法，并需采用高靈敏度的分析技術(shù)。,c. 樣品組成復(fù)雜，不僅要測(cè)定元素的總量，還要做形態(tài)分析。形態(tài)分析是指分析某種元素物理化學(xué)形態(tài)，包括物理形態(tài)分析和化學(xué)形態(tài)分析。物理形態(tài)分析包括區(qū)分金屬的物理性質(zhì)；化學(xué)形態(tài)分析是指區(qū)分各種化學(xué)形態(tài)。不同形態(tài)的元素性質(zhì)相差很大。 d. 樣品穩(wěn)定性差。需要在現(xiàn)場(chǎng)做連續(xù)的動(dòng)態(tài)分析。 要求：儀器和方法測(cè)定速度快，自動(dòng)化程度高。,5.3 三廢處理,知識(shí)點(diǎn),我國(guó)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的特

4、點(diǎn)：工業(yè)技術(shù)水平整體不高，但工業(yè)生產(chǎn)的能源和資源消耗及污染物排放量卻高，污染十分嚴(yán)重。 中國(guó)環(huán)境保護(hù)方針是“全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、化害為利、依靠群眾、大家動(dòng)手、保護(hù)環(huán)境、造福人民?！?5.3.1 廢氣的處理,大氣污染物絕大部分由化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生。,防止和減少污染物排放的措施,a. 改革能源結(jié)構(gòu)，積極開(kāi)發(fā)無(wú)污染能源。 b. 改進(jìn)燃煤技術(shù)和能源供應(yīng)辦法。 c. 采用無(wú)污染或低污染的工業(yè)生產(chǎn)工藝。 d. 及時(shí)清理和合理處置工業(yè)、生活和建筑廢渣，減少地面揚(yáng)塵。,e. 加強(qiáng)企業(yè)管理，注意節(jié)約能源，減少事故性排放和逸散。 f. 植樹(shù)造林。這是治理大氣污染和綠化環(huán)境的重要途徑。,中華人民共

5、和國(guó)大氣污染防治法于1988年6月開(kāi)始實(shí)行，旨在推動(dòng)我國(guó)的大氣污染防治工作。,5.3.2 廢水的處理,污水廠處理污水的方法有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。,廢水處理程度可分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理。,1）一級(jí)處理,由篩濾、重力沉淀和浮選等物理方法串聯(lián)組成。 目的：除去廢水中粒徑在0.1 mm以上的大顆粒物質(zhì)。 經(jīng)一級(jí)處理后的廢水，一般還達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。,2）二級(jí)處理,采用生物處理方法和某些化學(xué)法。 目的：除去水中可降解有機(jī)物和部分膠體污染物。 生物法處理廢水就是利用微生物的代謝作用，使廢水中有機(jī)污染物氧化降解成無(wú)害物質(zhì)的方法?；瘜W(xué)法主要是化學(xué)絮凝法向水中投入絮凝劑，使細(xì)小懸浮顆粒的膠體聚集

6、成較粗大的顆粒而沉淀與水分離。 經(jīng)二級(jí)處理后的水一般可達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)和廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。,3）三級(jí)處理,采用化學(xué)法和物理化學(xué)法等，它是一種除去某些特定污染的“深度處理”方法。 化學(xué)法就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使廢水中污染物以沉淀或其他形式從水中除去；化學(xué)沉淀法就是利用某些化學(xué)物質(zhì)作沉淀劑，與廢水中的污染物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的物質(zhì)沉淀析出，從而分離。,Cd2+ + Ca(OH)2 Cd(OH)2 + Ca2+ Hg2+ + Ca(OH)2 Hg(OH)2 + Ca2+,化學(xué)平衡態(tài)特點(diǎn),a. 平衡建立時(shí)反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度或分壓不再隨時(shí)間而改變。 b. 化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡。 c. 化學(xué)反應(yīng)在一定條件下達(dá)

7、到平衡態(tài)，可用相應(yīng)的平衡常數(shù)描述反應(yīng)進(jìn)行的限度。平衡常數(shù)是化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)特征常數(shù)，其數(shù)值大小與各物質(zhì)的分壓或濃度無(wú)關(guān)，但隨反應(yīng)溫度而變，所以在寫(xiě)平衡常數(shù)時(shí)，一定要注明溫度。,Cd(OH)2 (s) Cd2+ + 2OH- Ksp = Cd2+OH-2,溶解,沉淀,Cd2+、OH- 分別表示溶液中Cd2+、OH- 的平衡濃度。 當(dāng)溫度一定時(shí)，難溶電解質(zhì)的飽和溶液中，其離子濃度的乘積為一常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫溶度積，它是飽和溶液中各離子濃度冪的乘積。,平衡通式：AmBn(s) mAn+ + nBm-,Ksp = cAn+mcBm-n,對(duì)難溶電解質(zhì)的溶解平衡，Ksp越小，其在相同溫度下溶解度越小，反之，溶

8、解度越大。 金屬硫化物的溶解度一般都比較小，因此用Na2S或H2S作沉淀劑能更有效地處理含重金屬離子的廢水。,Cd(OH)2： Ksp = 310-14； CdS： Ksp = 3.610-29。,難溶電解質(zhì)平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，改變條件可以移動(dòng)平衡。在實(shí)際中，可利用同離子效應(yīng)，即加入過(guò)量沉淀劑，使沉淀反應(yīng)趨于完全?！巴耆辈⒎侵溉芤褐芯筒淮嬖谟恋矸蛛x的離子，而是指溶液中該離子濃度不超過(guò)10-5 mol . L-1。,化學(xué)氧化法適宜處理難以生物降解的有機(jī)物。常用的氧化劑有氯類和氧類。 用氯、次氯酸鈉、漂白粉等可以氧化廢水中的有機(jī)物、某些還原性無(wú)機(jī)物以及用來(lái)殺菌、除臭、脫色等。,氯氧化法處理含氰

9、廢水,CN- + 2OH- + Cl2 CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4OH- + 3Cl2 2CO2 + N2 +6Cl- + 2H2O,Hg：Fe(Zn，Cu) + Hg2+ Fe2+ (Zn2+，Cu2+) + Hg Cr：6Fe2+ + Cr2O72- +14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O 2Cr3+ + 3Ca(OH)2 2Cr(OH)3 + 3Ca2+,H2O2可除去多種有毒有味化合物，如：含S、氰、苯酚等的廢水；KMnO4可除去Mn、Fe和某些有機(jī)污染物。 化學(xué)還原法處理含Hg、Cr等重金屬離子的廢水。,物理化學(xué)法是指運(yùn)用物理和化學(xué)的綜合作用

10、使廢水得到凈化的方法。常用的有吸附、萃取、離子交換、電解等。,5.3.3 廢渣的處理,全球垃圾資源開(kāi)發(fā)處理現(xiàn)狀特點(diǎn),a. 發(fā)達(dá)國(guó)家垃圾處理量遠(yuǎn)高于發(fā)展中國(guó)家。 b. 垃圾處理技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家以衛(wèi)生填埋為主，在發(fā)展中國(guó)家以堆肥為主。 c. 垃圾資源開(kāi)發(fā)處理系列化和垃圾資源綜合利用多元化已成為全球垃圾處理和綜合回收利用的新趨勢(shì)。,垃圾的回收包括材料和能源的回收。材料回收主要是根據(jù)垃圾的物理性能，研究和發(fā)展機(jī)械化、自動(dòng)化分選垃圾技術(shù)。,垃圾作為能源的三種利用途徑,a. 作為輔助燃料代替低硫煤使用。 b. 在焚化爐內(nèi)焚化，利用其熱能生產(chǎn)蒸汽并發(fā)電。 c. 高溫干餾產(chǎn)生氣體和殘?jiān)?。?yōu)：可供利用的能源更多，

11、回收的材料更多，不污染空氣。,分選發(fā)酵法,城市生活垃圾,破 碎,氣流分選,輕組分,重組分,塑料,回收,紙,回收,復(fù)合肥,烘干造粒,滾筒篩分,殘剩動(dòng)植物,鋪路,爐灰,發(fā)酵池發(fā)酵,農(nóng)家肥,沼氣,殘?jiān)?殘液,5.4 綠色工藝的設(shè)計(jì),1）E-因子,每生產(chǎn)1 kg期望產(chǎn)品的同時(shí)，產(chǎn)生的廢物的量。,是在綜合考慮廢物的排放量和在環(huán)境中的毒性行為的基礎(chǔ)上，用以評(píng)價(jià)各種合成方法相對(duì)于環(huán)境好壞的量度。,E-因子=,廢料質(zhì)量,產(chǎn)品質(zhì)量,2）環(huán)境商值EQ,E：E-因子 Q：根據(jù)廢物在環(huán)境中的行為給出的對(duì)環(huán)境的不友好度。,EQ = E Q,環(huán)境商值愈大，廢物對(duì)環(huán)境的污染愈嚴(yán)重。EQ的大小是化學(xué)工程師衡量和選擇合理生產(chǎn)工藝的重要因素。,3）原子利用率,原子利用率=,期望產(chǎn)品的摩爾質(zhì)量,化學(xué)方程式中按計(jì)量所得物質(zhì)的摩爾質(zhì)量,例：經(jīng)典氯代乙醇法,總反應(yīng)：C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O,摩爾質(zhì)量/g