環(huán)境化學(xué)第一章

1、.,1-1,第一章緒論Chapter 1. Introduction,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-2,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,內(nèi)容提要及重點(diǎn)要求,本章簡要介紹了環(huán)境化學(xué)在環(huán)境科學(xué)中和解決環(huán)境問題上的地位和作用，它的研究內(nèi)容、特點(diǎn)和發(fā)展動(dòng)向，主要環(huán)境污染物的類別和它們?cè)诃h(huán)境各圈層中的遷移轉(zhuǎn)化過程。要求掌握對(duì)現(xiàn)代環(huán)境問題認(rèn)識(shí)的發(fā)展及對(duì)環(huán)境化學(xué)提出的任務(wù)，明確學(xué)習(xí)環(huán)境化學(xué)課程的目的。 從七八百年前因人類開始用煤產(chǎn)生的空氣污染，發(fā)展到當(dāng)代面向21世紀(jì)多方面的全球環(huán)境問題，無不與化學(xué)科學(xué)密切相關(guān)。所以，如何闡明這些危害人類的環(huán)境問題的化學(xué)機(jī)制并為解決這些問題提供科學(xué)依據(jù)，已成為化學(xué)科學(xué)工作者的一個(gè)重

2、要職責(zé)。環(huán)境科學(xué)與化學(xué)交叉形成的環(huán)境化學(xué)學(xué)科在這方面負(fù)有特殊的使命。,.,1-3,第一節(jié) 環(huán)境化學(xué) 1.1 Environmental Chemistry,一、 化學(xué)與環(huán)境 Chemistry and Environment 二、 什么是環(huán)境化學(xué) What is Environmental Chemistry 三、 元素地球化學(xué)循環(huán) Geochemical Cycle of Elements 四、 環(huán)境化學(xué)的前沿 Frontiers of Environmental Chemistry,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-4,一、化學(xué)與環(huán)境 Chemistry and Environment,環(huán)境

3、化學(xué) 第一章 緒論,化學(xué)工業(yè)的發(fā)展為人類帶來福祉，目前我們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的化學(xué)品已多達(dá)100000種以上。沒有化學(xué)品，就沒有如此繁榮的地球。 如，沒有農(nóng)藥，就不會(huì)有糧食的高產(chǎn)，地球不可能支撐如此龐大的人口； 各種藥物幫助人類戰(zhàn)勝疾病，青霉素的使用使人類壽命出現(xiàn)第二次飛躍，平均增加了20歲。 但是，人類過度依賴化學(xué)品，不當(dāng)使用化學(xué)品，在生產(chǎn)、使用和廢棄化學(xué)品的過程中疏于管理，使化學(xué)品成為環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住?如，難降解有機(jī)氯農(nóng)藥及一些具有良好性能的工業(yè)品的使用被證明是過大于功，造成了“寂靜的春天”； 在人類活動(dòng)過程中還無意識(shí)地產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，如燃燒產(chǎn)生的多環(huán)芳烴、二噁英，飲用水消毒產(chǎn)

4、生的副產(chǎn)物等。,.,1-5,All matter is chemical; we are chemical The human body is a complex chemical factory,Chemistry is Good,Good Things from Chemistry Pharmaceuticals that have improved health and extended life Fertilizers that have greatly increased food productivity Semiconductors that have made possible

5、 computers and other modern electronic devices,The Downside of Chemistry Pollutants Toxic substances Nonbiodegradable plastic containers These have resulted in harm to the environment,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-6,1928年由英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素，1940年，牛津大學(xué)的病理學(xué)家弗洛里和病理化學(xué)家錢恩合成了青霉素。三人獲1945年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。青霉素的成功合成帶動(dòng)了藥物合成革命，而且至今青霉

6、素都是一個(gè)廉價(jià)有效的抗生素。但是一些抗生素的濫用，造成環(huán)境積累，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,1945年，瑞士化學(xué)家穆勒發(fā)明合成了DDT ，能夠有效地殺死蚊蟲、控制瘧疾蔓延。穆勒因此于1948年榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。后來發(fā)現(xiàn)包括DDT在內(nèi)的很多有機(jī)氯農(nóng)藥難于降解，在生物體內(nèi)富集，沿著食物鏈放大，危害人類和生態(tài)系統(tǒng)健康。,.,1-7,“By sensible definition， any by-product of a chemical operation for which there is no profitable use is a waste. The most con

7、venient, least expensive way of disposing of said waste up the chimney or down the river is best.”,From American Chemical IndustryA History, W. Haynes, D. Van Nostrand Co., 1954,The Old Attitude,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,1-7,.,1-8,全球十大環(huán)境污染事件,1. 馬斯河谷煙霧事件 1930年 2. 洛杉磯光化學(xué)煙霧事件 1943年 3. 多諾拉煙霧事件 1948年 4. 倫敦?zé)熿F事件 1952年 5

8、. 日本水俁病事件 19531956年 6. 日本骨痛病事件 19551972年 7. 日本米糠油事件 1968年 8. 印度博帕爾事件 1984年 9. 劇毒物質(zhì)污染萊茵河事件 1986年 10. 切爾諾貝利核泄漏事件 1986年,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-9,Chemistry is required to deal with environmental problems and challenges to sustainability Of all professionals, chemists are the best qualified to understand enviro

9、nmental problems from the misuse of chemicals The practice of environmentally beneficial chemistry is not a burden, but rather an opportunity that challenges human imagination and ingenuity Green Chemistry seeks to present a body of chemical knowledge from the most fundamental level within a framewo

10、rk of the relationship between chemical science and human beings, their surroundings, and their environment.,Chemists and Chemistry are Part of the Solution,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-10,第一節(jié) 環(huán)境化學(xué) 1.1 Environmental Chemistry,一、 化學(xué)與環(huán)境 Chemistry and Environment 二、 什么是環(huán)境化學(xué) What is Environmental Chemistry 三、 元素地球化學(xué)

11、循環(huán) Geochemical Cycle of Elements 四、 環(huán)境化學(xué)的前沿 Frontiers of Environmental Chemistry,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-11,二、什么是環(huán)境化學(xué) What is Environmental Chemistry,1. 學(xué)科隸屬 環(huán)境化學(xué)是在化學(xué)科學(xué)的傳統(tǒng)理論和方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對(duì)象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)的新型學(xué)科。它既是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)新的重要分支。 2. 定義 環(huán)境化學(xué)是一門研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學(xué)特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理

12、和方法的科學(xué)。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-12,Environmental Chemistry may be defined as the study of the sources, reactions, transport, effects, and fates of chemical species in water, soil, air, and living environments and the effects of technology thereon.,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,SO2,SO2+1/2O2+H2OH2SO4,H2SO4,Acid precipitation,

13、S (in coal)+O2SO2,H2SO4,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,.,1-13,3. 研究內(nèi)容：環(huán)境化學(xué)研究有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的來源、濃度水平和形態(tài)，它們?cè)趥€(gè)別環(huán)境介質(zhì)中和不同介質(zhì)間的環(huán)境化學(xué)行為，有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)及人體健康產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)性，有害物質(zhì)已造成影響的緩解和消除及防止產(chǎn)生危害的方法和途徑。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,4. 研究特點(diǎn)：從微觀的原子、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。,5. 核心：研究化學(xué)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的 遷移 transfer 轉(zhuǎn)化 t

14、ransformation,.,1-14,Hazardous Compounds,Environmental System,Mathematical model,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,Characterization of important environmental processes (transport, mixing, boundary fluxes, etc.) and relevant properties (temperature, pH, water composition, soil constituents, light intensity, wind velocity

15、, microbial activity, etc.),Conceptual model for hazardous compound in environmental system considered,Quantitative description of fate of the hazardous compound in the environmental system considered,Determination of the relevant compound properties and reactivities,Question to be answered,Input da

16、ta,From Environmental Organic Chemistry, R.P. Schwarzenbach, Wiley-Interscience, 2003,環(huán)境化學(xué)研究思路,.,1-15,atmosphere,hydrosphere,geosphere lithosphere,biosphere,anthrosphere,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,環(huán)境各圈層,.,1-16,6. 分支學(xué)科,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-17,第一節(jié) 環(huán)境化學(xué) 1.1 Environmental Chemistry,一、 化學(xué)與環(huán)境 Chemistry and Environment 二、 什么是

17、環(huán)境化學(xué) What is Environmental Chemistry 三、 元素地球化學(xué)循環(huán) Geochemical Cycle of Elements 四、 環(huán)境化學(xué)的前沿 Frontiers of Environmental Chemistry,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-18,三、 元素地球化學(xué)循環(huán) Geochemical Cycle of Elements,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,1. 氧的循環(huán) （Oxygen Cycle）,.,1-19,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 200

18、4,.,1-20,2.碳的循環(huán)（Carbon Cycle）,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣中的CO2,溶解作用和化學(xué)過程,溶解性的無機(jī)碳 主要為HCO3,以溶解的CO2的溶解作用,化學(xué)沉淀作用和無機(jī)碳結(jié)合于微生物外殼,不溶性無機(jī)碳，主要為CaCO3和CaCO3 MgCO3,光合作用,生物降解,固定的有機(jī)碳（CH2O） 和人為合成的碳,固定的有機(jī)烴類，CxH2x和油母頁巖,用石油原料生產(chǎn)的異型物質(zhì),生物地球化學(xué)過程,.,1-21,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,2.碳的循環(huán)（Carbon

19、 Cycle）,CxH2x,.,1-22,3.氮的循環(huán)（Nitrogen Cycle）,人類活動(dòng)圈 NH3，HNO3，NO，NO2 無機(jī)硝酸鹽，有機(jī)氮化合物,生物圈 生物結(jié)合氮，像蛋白質(zhì)中的氨基（ NH2）氮,污染物的排放，NO，NO2,N2的固定，像NH3,來自沉降的溶解NH4，NO3,分子N2的固定作用，像氨基氮,微生物釋放的N2，N2O，NH3,采礦的硝酸鹽,化肥，含氮污染物,化肥，NO3,由分解產(chǎn)生的 NH4，NO3,大氣圈 N2，一些N2O，痕量NO，NO2，HNO3，NH4NO3,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,水圈和巖石圈 溶解的NO3，NH4 在死生物質(zhì)和化石燃料中的有機(jī)結(jié)合氮,.,1

20、-23,3. 氮的循環(huán)（Nitrogen Cycle）,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,.,1-24,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,4. 硫的循環(huán)（Sulfur Cycle）,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣中的硫,溶解或非溶解的無機(jī)硫,被生物同化,生物體內(nèi)的硫,微生物代謝,微生物代謝產(chǎn)生的小分子有機(jī)硫,外來化合物 殺蟲劑中的含硫基團(tuán),生物降解,硫化物和金屬硫化物,硫化物氧化,硫酸鹽還原,元素硫,分

21、 解,大氣中的硫與其他環(huán)境圈層的交換,.,1-25,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,5. 磷的循環(huán)（Phosphorous Cycle）,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,溶解態(tài)無機(jī)磷酸鹽和聚磷酸鹽,非溶解態(tài)無機(jī)磷酸鹽,化肥徑流 廢水 洗滌劑,外來化合物中的有機(jī)磷,底泥中的生物、有機(jī)和無機(jī)磷,生物磷，主要是核酸,生物同化,微生物降解,溶解,沉淀,.,1-26,第一節(jié) 環(huán)境化學(xué) 1.1 Environmental Chemistry,一、 化學(xué)與環(huán)境 Chemistry and Environment 二、 什么是環(huán)境

22、化學(xué) What is Environmental Chemistry 三、 元素地球化學(xué)循環(huán) Geochemical Cycle of Elements 四、 環(huán)境化學(xué)的前沿 Frontiers of Environmental Chemistry,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-27,四、 環(huán)境化學(xué)的前沿 Frontiers of Environmental Chemistry,微量化、微觀化 宏觀化 復(fù)合污染、綜合化 理論化 界面過程、多相性 新型化學(xué)品 學(xué)科交叉 環(huán)境友好技術(shù)的開發(fā),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-28,第二節(jié) 環(huán)境各圈層1.2 Environmental Spheres

23、,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-29,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,工農(nóng)業(yè)及生活廢氣、廢渣及廢水的排放,生物富集 食物鏈,懸浮顆粒物 膠體DOC,碳酸鹽循環(huán),大氣圈,土壤圈,水圈,地下含水層,生物圈,人類活動(dòng)圈,.,1-30,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣圈,Pressure in kPa,Thermosphere,Mesosphere,.,1-31,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣圈,重要的大氣化學(xué)過程示意圖,.,1-32,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣顆粒物的相關(guān)反應(yīng),From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,.,1-33,

24、環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣中的水,冰和雪,人類生活、市政及工業(yè)用水,大氣中云、霧和降水中的水,生物圈中的水,海洋水,地表淡水,井水,地下含水層中的水,水 圈,水圈的構(gòu)成,Water in the geosphere Groundwater in aquifers,.,1-34,水的循環(huán)，1012 L/d,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,水 圈,.,1-35,O2 CO2,CO2 +H2O + hCH2O + O2,Epilimnion Photolysis Relatively high dissolved O2, chemical species in oxidized forms,Thermoc

25、line,Hypolimnion Relatively low dissolved O2, chemical species in reduced forms Exchange of chemical species with sediments,湖泊的分層,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,水體的分層,水 圈,From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004,.,1-36,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,沉積物是水環(huán)境污染物的一個(gè)匯，不同深度的沉積物反映不同年代的污染。 隨著水環(huán)境的改善，污染沉積物可能成為水污染的一個(gè)內(nèi)源。如，滇池沉積物中

26、磷的釋放對(duì)于滇池水體富營養(yǎng)化的作用。,From Environmental Organic Chemistry, R.P. Schwarzenbach, Wiley-Interscience, 2003,.,1-37,土 壤,土 壤,陸生食物鏈,垃圾填埋場(chǎng) 地下儲(chǔ)油罐,農(nóng)藥,地下水,地下水,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,土 壤 圈,重金屬形態(tài)過程 有機(jī)污染物微生物降解水解等過程,吸收和攝取,.,1-38,E,E,E,土壤是高度不均一系統(tǒng)，造成污染物在土壤中具有不同的形態(tài)或者結(jié)合狀態(tài)，導(dǎo)致了過程的非線性及污染物的生物有效性降低,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,礦物骨架 金屬氧化物 土壤有機(jī)質(zhì) 水分 空氣,有機(jī)

27、質(zhì)具有松散易變形的結(jié)構(gòu)和緊密剛性的結(jié)構(gòu),表面具有不同的結(jié)合能,分布著微米級(jí)到納米級(jí)大小不等的孔,1-38,.,1-39,地下含水層,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,只有在土壤中不容易被吸附的物質(zhì)，如硝酸根，才容易造成地下水的污染,NAPL的污染,非水相液體 Non - aqueous phase liquid,.,1-40,第三節(jié) 環(huán)境污染物1.3 Environmental Pollutants,一、重金屬 Heavy Metals 二、營養(yǎng)元素 Nutrient Elements 三、有機(jī)污染物 Organic Pollutants,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-41,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,一

28、、重金屬 Heavy Metals,元素周期表中，只有二十二個(gè)非金屬元素（包括惰性元素），其余全為金屬元素（包括過渡元素）。但是有環(huán)境學(xué)或毒理學(xué)意義的重金屬，包括汞、鎘、鉛、鋅、銅、鈷、鎳、鋇、錫、銻等，從毒性角度通常將砷、鈹、鋰、硒、硼、鋁等也包括在內(nèi)。,1-41,.,1-42,Examples of Important Heavy Metals in the Environment ElementSourcesEffects and Significance ArsenicMining by-product, chem-Toxic, possibly carcinogenic ical w

29、aste ChromiumMetal platingEssential as Cr(), toxic as Cr() CopperMetal plating, mining,Essential trace element, toxic to industrial waste plants and algae at higher levels,LeadIndustrial waste, miningToxic, harms wildlife ManganeseIndustrial wastes, acid mineToxic to plants, damages fixtures water,

30、microbial action by staining MolybdenumIndustrial wastes, naturalEssential to plants, toxic to animals sources SeleniumNatural sources, coalEssential at lower levels, toxic at higher levels ZincIndustrial waste, metalEssential element, toxic to plants at plating, plumbing higher levels,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,1

31、.非降解性 （Nondegradability）,.,1-43,重金屬廢水，傳統(tǒng)的生物處理過程無效，只能依賴專門的分離技術(shù)：離子交換、（電）化學(xué)沉淀、吸附、膜分離。 重金屬污染土壤修復(fù) 稀釋法 相轉(zhuǎn)移：沖洗、植物修復(fù)、電動(dòng)力學(xué)、熱解析 形態(tài)轉(zhuǎn)化固定化、價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-44,水環(huán)境：吸附 - 解吸、溶解 - 沉淀、氧化- 還原、配合、膠體結(jié)合態(tài) 土壤環(huán)境：水溶態(tài)、可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、金屬氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等 金屬有機(jī)污染物：有機(jī)汞、有機(jī)錫、有機(jī)砷、有機(jī)硒,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,2. 形態(tài) (Speciation) 價(jià)態(tài)，結(jié)合狀態(tài)等,.

32、,1-45,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,Cr的主要形態(tài),鉻離子主要形態(tài)的Eh pH圖 （25 C）,Eh/V,.,1-46,鋁是人們家用餐具的材料，而鋁離子能穿過血腦屏障進(jìn)入人的大腦組織， 引起癡呆等嚴(yán)重后果。 銅、鉛、鋅離子態(tài)的毒性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于配合態(tài)，而且配合物愈穩(wěn)定，其毒性愈低。 金屬有機(jī)態(tài)的毒性往往大于無機(jī)態(tài)的毒性。 價(jià)態(tài)不同毒性也不同，鉻（）的毒性大于鉻（）。而亞砷酸鹽的毒性比砷酸鹽大60倍。 價(jià)態(tài)不同，其配合能力及被土壤中腐殖酸固定程度也不同，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的威脅也隨之轉(zhuǎn)變。如鉛（）的移動(dòng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉛（）。,形態(tài)研究的意義,Al,Cu,Zn,Pb,Cr,As,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-4

33、7,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,土壤中重金屬形態(tài)劃分舉例,BCR分級(jí)萃取方法（1 g 土壤）,.,1-48,3. 路易斯軟硬酸堿理論（SHAB） Lewis Soft Hard Acid and Base Theory,半徑小、電荷量高或者較高的電負(fù)性、可極化度?。河?；離子化 半徑大、電荷量小或者較小的電負(fù)性、可極化度大：軟；共價(jià)鍵 路易斯硬酸：H+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Al3+、 Cr3+、Fe3+、As3+ Intermediate：Co2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+ 路易斯軟酸：Cu+、Ag+、Hg22+、Pd2+、Cd2+、Hg2+

34、、CH3Hg+ 路易斯硬堿：H2O、OH-、F-、Cl-、PO43-、SO42-、CO32-、O2- Intermediate：Br-、NO2-、SO32- 路易斯軟堿：SH-、S2-、RS-、CN-、SCN-、R2S、RSH、RS-,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-49,第三節(jié) 環(huán)境污染物1.3 Environmental Pollutants,一、重金屬 Heavy Metals 二、營養(yǎng)元素 Nutrient Elements 三、有機(jī)污染物 Organic Pollutants,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-50,水中的N、P、C、O和微量元素如Fe、Mn、Zn是湖泊等水體中生物的必

35、需元素。營養(yǎng)元素豐富的水體通過光合作用，產(chǎn)生大量的植物生命體，構(gòu)成水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力。但是當(dāng)營養(yǎng)元素過剩時(shí)，導(dǎo)致藻類瘋長，引起一系列水環(huán)境問題。水體富營養(yǎng)化。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,二、營養(yǎng)元素 Nutrient Elements,2007年太湖藍(lán)藻暴發(fā),水葫蘆成為災(zāi)害,.,1-51,環(huán)境化 第一章 緒論,全國水體富營養(yǎng)化趨勢(shì)加重,中國主要水域的水質(zhì)等級(jí)變化,依據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),.,1-52,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,化肥的過度使用成為水體營養(yǎng)元素污染的一個(gè)主要原因,中國與世界一些國家和地區(qū)耕地化肥用量比較,.,1-53,固氮：將氣態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨根離子 硝化：由銨根離

36、子轉(zhuǎn)化為硝酸鹽 反硝化：由硝酸鹽經(jīng)亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?NH4+N2 N2O NO NO2-NO2 NO3-,固氮,反硝化, ,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,氮具有復(fù)雜的形態(tài)及生物地球化學(xué)過程,硝 化,.,1-54,pE 7時(shí)，NO3-是主要形態(tài)。,水土環(huán)境中無機(jī)氮主要形態(tài)分布,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,lg c,pE,.,1-55,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,陸生生態(tài)系統(tǒng)中氮的循環(huán),.,1-56,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,大氣中無機(jī)氮氧化物的轉(zhuǎn)化,.,1-57,第三節(jié) 環(huán)境污染物1.3 Environmental Pollutants,一、重金屬 Heavy Metals 二、營養(yǎng)元素 Nutrient E

37、lements 三、有機(jī)污染物 Organic Pollutants,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-58,有數(shù)的元素: 碳、氫、氧、氮、硫、磷和鹵素（氟、氯、溴、碘）等通過共價(jià)鍵組成。,三、有機(jī)污染物 Organic Pollutants 1. 基本特性 （1） 電負(fù)性 (Electronic Negativity),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-59,（2）成鍵 (Bond) 單鍵：飽和鍵 雙鍵、三鍵：不飽和鍵 離域鍵：芳香結(jié)構(gòu) 氫鍵 （3）立體異構(gòu)與構(gòu)象 (Stereo Isomers and Conformation) 手性異構(gòu) 非手性異構(gòu) 構(gòu)象：椅式異構(gòu)、船式異構(gòu),環(huán)境化學(xué) 第一章

38、 緒論,.,1-60,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,2. 環(huán)境有機(jī)化合物的分類 (1) 碳?xì)浠衔?（Hydrocarbons） BTEX 苯 benzene 甲苯 toluene 乙苯 ethylbenzene 三個(gè)二甲苯的異構(gòu)體 xylene ortho 鄰 meso 間 para 對(duì),BTEX化合物是汽油中的重要組分，并廣泛用作溶劑。這些化合物是土壤和地下水中最常見的污染物，尤其是苯具有很高的毒性，因此這些化合物引發(fā)了很多有關(guān)土壤和地下水修復(fù)領(lǐng)域的研究。,苯 甲苯,乙苯 鄰、間、對(duì)二甲苯,.,1-61,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論, 多環(huán)芳烴 （Polycyclic Aromatic Hydroca

39、rbons，PAHs） 多環(huán)芳烴類污染物在環(huán)境中的主要來源包括化石燃料（汽油、石油、煤）的燃燒，森林大火，礦物油（事故性的直接輸入），木材防腐劑雜酚類化合物的應(yīng)用等。,a,.,1-62,（2）有機(jī)鹵化物 （Organohalogens Halogenated Organic Compounds）,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,惰性、不可燃?xì)怏w、液體和固體，穩(wěn)定理化性質(zhì), 典型的例子包括多氯代的、含一個(gè)碳和兩個(gè)碳的化合物，這些物質(zhì)用量巨大（每年達(dá)數(shù)十萬噸到數(shù)百萬噸），主要用作氣溶膠噴射劑、制冷劑、塑料窗體的發(fā)泡劑、麻醉劑，以及各種用途的溶劑等，由于這些物質(zhì)在對(duì)流層中具有高揮發(fā)性和強(qiáng)持久性，尤其是氟烴和

40、氟氯烴（FCs和CFCs，也稱氟利昂）可以導(dǎo)致平流層下層臭氧的耗竭，并且能夠造成全球氣候變暖，因此受到廣泛的關(guān)注，這些物質(zhì)正在分別被含氫的氟烴和氯氟烴（HFCs和HCFCs）等所取代，后者的半衰期要小得多。,F（fluorine） 氟 Cl（chlorine）氯 Br（bromine）溴 I（iodine） 碘 氟氯烴 (Hydrochlorofluorocarbons HCFCs),.,1-63, 有機(jī)氯溶劑 (Chlorinated Solvents),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,Examples of Important Industrially Product C1- and C2- Ha

41、locarbons,.,1-64, 有機(jī)氯農(nóng)藥 (Chlorinated Pesticides),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,甲氧滴滴涕,艾氏劑,氯 丹,(異)狄氏劑,七氯,毒殺芬,林 丹,除草劑,殺蟲劑,.,1-65,多氯聯(lián)苯 (Poly-chlorinated Biphenyls, PCBs） 多氯聯(lián)苯（PCBs），有209個(gè)同系物（congeners）； 多氯三聯(lián)苯 （Poly-chlorinated terphenyls, PCTs）有8149個(gè)同系物。 迄今為止，PCBs和PCTs的產(chǎn)量超過100 萬t，這些物質(zhì)廣泛用作蠟、打印用墨、油漆和顏料，以及電容器絕緣液、變壓器散熱劑、液壓機(jī)液體

42、、傳熱液體、潤滑油、增塑劑、阻燃劑等。這些物質(zhì)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存時(shí)，尤其在處置地都能進(jìn)入環(huán)境。雖然PCBs和PCTs在很多國家已經(jīng)禁止或嚴(yán)格限制生產(chǎn)和使用，但是它們?cè)诃h(huán)境中仍然無處不在。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,.,1-66, 消毒副產(chǎn)物 (Disinfection By - products) 廢水和飲用水中用氯進(jìn)行消毒，以及造紙廠的漂白工藝等都會(huì)產(chǎn)生很多已知的和未知的氯代化合物，并進(jìn)入環(huán)境。例如，三鹵代甲烷化合物（tri-halogenated methane, THMs）就是這些氯代化合物中比較重要的一類，其中包括CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl及CHBr3等。 二噁英 （Dioxi

43、n） 工業(yè)過程及垃圾燃燒副產(chǎn)物，特別是焚燒氯含量高的廢物，在焚燒溫度低于800 ， 同時(shí)存在金屬如鐵、銅等催化條件下，二噁英會(huì)大量產(chǎn)生。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,二噁英（135個(gè)異構(gòu)體） 二噁英呋喃（75個(gè)異構(gòu)體）,.,1-67,氧具有很高的電負(fù)性（3.5），可以與氫原子、碳原子、氮原子、磷原子和硫原子形成極性共價(jià)鍵，增加了化合物的溶解性和反應(yīng)活性。,（3） 含氧官能團(tuán) (Oxygen Containing Functional Groups),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論, 醇、酚和醚 (Alcohol, Phenol, and Ether) OH官能團(tuán)的特性： 可形成氫鍵。 ROH基團(tuán)在水溶液中

44、可能會(huì)發(fā)生解離，即相當(dāng)于弱酸。 一些酚類化合物容易氧化，形成穩(wěn)定的自由基。,.,1-68,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,廣泛應(yīng)用的非離子型表面活性劑,降 解,典型化合物 壬基酚 (nonylphenol),毒性增大、持久性增大、內(nèi)分泌干擾性。,.,1-69,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,典型化合物 五氯酚 pentachloro- phenol,一種高效、價(jià)廉的廣譜殺蟲劑、防腐劑、除草劑，曾長期在世界范圍內(nèi)使用。我國從20世紀(jì)60年代早期開始，曾在血吸蟲病流行區(qū)大量使用，用于殺滅血吸蟲的中間宿主釘螺。目前，五氯酚主要用作木材防腐劑。盡管歐洲的一些發(fā)達(dá)國家已停止或限制使用五氯酚，但在一些發(fā)展中國家五氯酚仍被

45、作為重要的農(nóng)藥而使用。,.,1-70, 羧酸酯 (Carboxylic Acid Esters) 鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)主要用作增塑劑，在塑料中以游離態(tài)存在，非常容易釋放。其在全球的年產(chǎn)量超過100萬t。,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,R為異己基、丁基、甲基等。隨著側(cè)鏈的延長，溶解性減弱，生物富集性增加，可降解性減弱。 疑似致癌物 疑似內(nèi)分泌干擾物,.,1-71, 氨基 (Amino Group) 氨基會(huì)參與氫鍵的形成。 氨基是弱堿，在水溶液中可以獲得一個(gè)質(zhì)子，形成銨根離子。 氨基可以作為電子供體。 用作抗氧化劑。 硝基 (Nitro Group) 硝基具有很強(qiáng)的吸電子性質(zhì)。 硝基具有強(qiáng)氧化性。,（4）

46、含氮官能團(tuán) (Nitrogen Containing Functional Groups),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,2,4,6-三硝基甲苯 （2,4,6-trinitrotoluene） TNT，第二次世界大戰(zhàn)期間的主要炸藥。,.,1-72,偶氮染料 (Azo Dye) 含氮除草劑 (Nitrogen Containing Herbicides) 三嗪類 triazine herbicide 雙吡啶類 bipyridilium herbicide 阿特拉津 atrazine 敵草快 diquat,環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,偶氮染料因可降解產(chǎn)生具有致癌作用的芳香胺，而被一些國家禁用。目前為止，70%的染料都是以偶氮結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。,.,1-73, 季銨鹽 陽離子表面活性劑 (Quaternary Ammonium Salts, Cationic Surfactants) 含氮配合劑 (Nitrogen Containing Chelating Agents) Trisodium Nitrilotriacetate (NTA),環(huán)境化學(xué) 第一章 緒論,表面活性劑和配合劑在水環(huán)境中大量檢出，自身會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害，還會(huì)影響到其他污染物的環(huán)境行為。,.,1-