環(huán)境與化學研究

化學

與

環(huán)境一、環(huán)境的概念人類環(huán)境——自然環(huán)境+社會環(huán)境；自然環(huán)境——地質(zhì)環(huán)境（礦藏、自然遺址等）、土壤、大氣、水體（海洋、湖泊、河流等）；生物環(huán)境（森林、草原、野生動物、野生植物等）；社會環(huán)境——生產(chǎn)環(huán)境；交通環(huán)境；商業(yè)環(huán)境；聚落環(huán)境；文教環(huán)境；衛(wèi)生環(huán)境；旅游環(huán)境等。環(huán)境的概念穩(wěn)定性與變異性：環(huán)境結構具有：相對的穩(wěn)定性；永久的變異性；有限的調(diào)整實力。擁有文明存在的我們的地球只有一個（行星、生物圈、適當?shù)捏w積和重量、適當?shù)倪\轉(zhuǎn)條件、磁場強度、豐富的元素）——疼惜我們的環(huán)境！保持其有限的調(diào)整實力！保持環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展！

自然界的報復：20世紀上葉半發(fā)生的著名的世界八大公害事務：1932年12月比利時發(fā)生的馬斯河谷煙霧事務（SO2，氟化物，微粒）；1943年5月到10月美國落杉磯的光化學煙霧事務（SO2：1.34ppm，CO，Nox，O3，醛類）；1948年10月發(fā)生在美國的多諾拉煙霧事務（SO2）；1952年12月英國倫敦的煙霧事務（微粒：4500微克/米3）；自然界的報復：1955年日本四日市的哮喘事務（重金屬微粒，SO2）；1953年日本的水俁病事務；1955年日本的土壤重金屬污染痛痛病事務；1968年日本的農(nóng)藥污染米糠油事務；大氣污染水污染土壤污染當前面臨的十大環(huán)境問題：全球氣候變暖*；臭氧層破壞*；酸雨擴散；大氣污染嚴峻；淡水資源枯竭和惡化*；固體廢物棄置*；生物多樣性削減；森林面積銳減；土壤退化和沙漠化；資源匱乏。二、大氣環(huán)境化學AtmosphericEnvironmentalChemistryGases常量氣體:

N278.1%;O221.0%;Ar20.9%;CO20.03%;H2O1-3%;微量氣體

:<0.002%Ne2;He2;CH4;Kr2;H2;Xe2;NO;SO2;NO2;O3;CO;NH3

大量(SO2,NOx,Ox),微量污染物

(CO2,CH4,CFCs)和不穩(wěn)定的自由基。

結構Structure

對流層*：含N2、O2、H2O、Ar、CO2等；

0–12km(aver.12km,赤道18，兩極8)；T15--560C;0.6K/100m;

平流層：含N2、O2、O3、(NH4)2SO4、等；

11–50km;T–56--20C15–35km:O3

中間層：含N2、O2、O2+、NO+、等；

熱層（又稱電離層）：含N2、O2+、O+、O、NO+、O2

、e等對流層的結構及特征大氣圈的最低一層，占整個大氣圈質(zhì)量的80%~95%；對人類的影響最大，通常的大氣污染就在該層；干脆與水圈、巖石圈靠近。對流層中空氣的對流有水平（緯度凹凸差異以及溫度凹凸差異所致）和垂直（地表的熱輻射所致）兩種方式。大氣中的污染源：自然源

自然塵埃（風沙、土壤顆粒物）；森林和草原大火(形成CO,CO2,NOx,SOx,CHx)；火山活動(形成SOx,H2O,SO42-)；森林釋放(CHx)；海浪飛沫(SO42-和SO32-)。

大氣中的污染源：人為源

燃料的燃燒；工業(yè)排放；農(nóng)業(yè)排放。

主要的大氣污染及其緣由大氣污染的指標：總懸浮顆粒物（TSP）；SOx；NOx；COx；顆粒物的污染降塵——直徑大于10μm；飄塵——直徑小于10μm；超細顆粒物——直徑為2.5μm；總懸浮固體——o.1—100μm的顆粒物的總稱。顆粒物對人體健康有害，尤以超細顆粒物（又稱飄塵，最簡潔被生物體吸入）的危害最大。顆粒物主要來自工業(yè)鍋爐和家用煤爐燃燒所排放的煙塵?？諝庵蓄w粒物的危害作用遮擋陽光，使氣溫降低，或形成冷凝核心，使云霧和雨水眾多，影響氣候，使可見度降低，影響交通，增加燃料消耗，進一步增加空氣污染；燃煤時生成的硫氧化物顆粒對呼吸系統(tǒng)的危害特殊大，影響人體健康；汽車防爆劑四乙基鉛，排入空氣中的鉛有97%的直徑小于0.5微米，有很大的危害。鉛中毒的癥狀是腦神經(jīng)麻木和慢性腎病。硫氧化物的污染致污染緣由：人為因素，如各種礦物燃料中都含有確定成分的硫；全世界每年向大氣排放的SO2為1.5億噸以上；空氣中SO2的濃度達到0.05ppm以上就對人的身體健康產(chǎn)生極大的危害。硫氧化物致污緣由及其二次污染

SO2+.OH+MHOSO2.+MHOSO2.+O2

HO2.+SO3SO3+H2O+MH2SO4+M

氮氧化物的污染主要成分：NO2、NO，其中NO的危害最大；NO年排放約4.3×108噸，其中人為因素占10%，當這些量的NO氧化為時NO2，其危害程度可見相當大；致污緣由：碳及其化合物的污染1.一氧化碳(CO)：年排放3~4億噸；產(chǎn)生緣由：人為因素（不完全燃燒、汽車尾氣等）、自然因素（森林火災、動植物腐敗等）；致污緣由：CO與血紅素形成羰基血紅素的實力較O2與血紅素結合的實力大100倍。危害結果：使生命體缺氧，危及生命。關于溫室效應溫室氣體：大氣中的二氧化碳和其它微量氣體如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯烴、水蒸汽等；溫室效應：大氣中CO2吸取了地面輻射出來的紅外光（1200－1630nm)，把能量截流在大氣中，從而使大氣溫度上升的現(xiàn)象。溫室效應導致的環(huán)境效果全球氣候變暖，百年來平均約上升了0.6℃近；海平面上升，導致兩極的冰層消融及海水膨脹，城市、海島將面臨沉沒的緊急。全球1／3人口將受到威逼；關于臭氧空洞位置：距地面10--50km范圍的大氣平流層中；形成和消耗：生成：3O2+hv2O3消耗：O3+hvO2＋O，O3+O2O2作用：吸取絕大部分來自太陽的紫外線，阻擋紫外線輻射達到地面；臭氧空洞：南極上空產(chǎn)生臭氧空洞。臭氧空洞面積達2千萬平方公里,比加拿大和中國的面積加起來還大；產(chǎn)生自由基CFCl3→CFCl2·+Cl·

破壞O3層Cl·+O3→ClO·+O2ClO·+O→Cl·+O2

破壞O3層總反應O3+O→O2臭氧空洞的環(huán)境效果危害人體健康，受過量紫外線輻射，免疫系統(tǒng)紊亂；對植物成長產(chǎn)生不利影響，變更植物的再生實力與質(zhì)量，易受蟲害；對水生生態(tài)系統(tǒng)危害，中斷水生生態(tài)系統(tǒng)的生物鏈；促進光化學煙霧形成。

大氣污染的防治

限制大氣污染源——對城市與工業(yè)的合理規(guī)劃與布局；防止或削減污染排放——如改革燃料結構、改革生產(chǎn)工藝等；治理排放的主要污染物——物理方法：機械除塵、洗滌除塵、冷凝除塵；化學方法：氣體吸取裝置、催化轉(zhuǎn)化、吸附；生物方法：植物凈化、環(huán)境自凈。污染的法制管理——建立完善的環(huán)境法制度。

SO2污染的防治利用低硫燃料燃料脫硫煙氣脫硫NOx污染的防治（1）燃料預先脫氧；（2）變更燃燒條件

方法原理SO2去除效果(％)石灰石/石灰—石膏法(濕法、非再生法)用石灰石或石灰漿液吸收SO2

80～95亞硫酸鈉循環(huán)法(濕法、再生法)用Na2CO3吸收SO2，用加熱法再生循環(huán)吸收液85～95雙堿法(濕法、再生法)用Na2CO3吸收S02，用石灰石再生循環(huán)吸收液85～95氧化鎂法(濕法、再生法)用MgO漿液吸收SO2，用加熱法再生循環(huán)吸收漿液85～95氨法(濕法，非再生法)用NH4OH液吸收SO2，產(chǎn)出硫胺和回收濃SO290～97三、

水資源化學AtmosphericEnvironmentalChemistry自然水的組成及水質(zhì)特征自然水的組成：主要離子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，Cl-、SO2-4、HCO32-等，這8種離子占水中溶解物總量的95%~99%；微量元素：微量的概念為~10-9g/cm3，自然水中微量元素多為重金屬元素，它們主要以配位化合物及膠體的形式存在；養(yǎng)分物質(zhì)：指與生物生長有關的元素，包括N、P、Si、等非金屬元素和某些微量金屬元素如Mn、Fe、Cu等；=>自然水的組成及水質(zhì)特征有機物質(zhì)：

水生植物光合作用的產(chǎn)物+水生動物在不同階段分解產(chǎn)物，通常分為非腐殖質(zhì)和腐殖質(zhì)；溶解氣體：

O2、CO2、H2S、N2等。來自大氣中各種氣體的溶解，水生動植物的活動，化學反應，還可能來自于海底火山的爆發(fā)。水質(zhì)和水質(zhì)指標pH，自然水體pH一般在6~9之間。自然水體中含有各種碳酸化合物，所以一般具有確定的緩沖實力；懸浮固體（SS）：指水體中呈固體狀的不溶解物質(zhì)；化學需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）及總有機碳（TOC）細菌含量；關于COD、BODCOD：用化學氧化劑氧化水中有機污染物時所需的氧量：K2Cr2O7法、KMnO4法：BOD：表示水中有機污染物經(jīng)微生物分解所需的氧量；TOC：總有機碳或總耗氧量。水體污染及其危害水體的自凈作用及限度；水體污染：當人類排放的污染物大量進入水體而超過了水體的自凈實力時造成；水體污染物來源：（1）自然過程產(chǎn)生：大氣著陸物、巖石風化、有機物的自然降解；（2）生產(chǎn)活動產(chǎn)生：工業(yè)廢水、生產(chǎn)廢液等；（3）生活活動產(chǎn)生：日常生活排放的廢水水體污染及其危害水污染物及其分類：（1）耗氧污染物：主要來自生活污水和工農(nóng)業(yè)排污，會導致水體溶氧削減，水質(zhì)惡化；（2）致病污染物：來自醫(yī)院、屠宰場等，會導致人類和動物的疾病的傳染；（3）合成有機物：來自工業(yè)有機品及其降解產(chǎn)物，由于很難再降解，對水生物有明顯的毒性；水體污染及其危害水體污染的危害：（1）危害人體健康：如水俁?。ü卸荆还峭床。ㄦk中毒）；氟骨?。ǚe累）。

全世界重大水污染事務英國1848年和1854年夏天倫敦霍亂大流行，每次死亡10000余人；1925年日本水俁病爆發(fā)，劇毒物質(zhì)甲基汞，使海水嚴峻污染，魚蝦體內(nèi)蓄積大量甲基汞，受害人數(shù)發(fā)展到10000余人；日本的痛痛病事務，用含鎘廢水澆灌稻田，生產(chǎn)出含鎘稻米；日本米糠油事務，1968年，日本的九州、愛知縣等23個縣，在米糠油生產(chǎn)過程中運用了劇毒物質(zhì)多氯聯(lián)苯(PCBs)，使油遭到嚴峻污染；

孟加拉國的砷危機：孟加拉大約有7千萬人口正在飲用砷污染的井水，其中20萬人被診斷患砷中毒癥。中國上海甲型肝炎大流行：1988年1-3月，上海甲肝大流行，臨床患者達31萬人，死亡47人；歐洲萊茵河污染事務：1986年11月，瑞士巴塞爾的山都茲化學公司倉庫失火，導致有毒化學物質(zhì)泄漏入萊茵河，使河水嚴峻污染；印度德里市傳染性肝炎大流行，1955—1956年，印度德里市爆發(fā)傳染性肝炎，100萬人口中患黃疽型肝炎者達29300人，加上無黃疽肝炎者共約97000人；水體污染及其危害影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：（1）工業(yè)生產(chǎn)由于水質(zhì)下降可引起產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)成本增加、設備損壞嚴峻等；（2）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可導致食物鏈中毒、漁產(chǎn)品銳減等。海洋污染：最主要的是石油污染，通過海洋魚貝類的污染轉(zhuǎn)入人體?；瘜W法

用石灰處理廢水中的鉛離子和汞離子Pb2++Ca(OH)2====Pb(OH)2+Ca2+Hg2++Ca(OH)2====Hg(OH)2+Ca2+

也可以用硫化氫、硫化鈉來處理Pb2++S2-==PbSHg2++S2-==HgS

硬水中含有鈣、鎂、鐵、錳等離子，用清石灰（主要成分是Ca(HCO3)）和純堿（主要成分是）Na2CO3)處理，Ca(HCO3)2==H2O+CO2+CaCO3CaHCO3+OH-==CO32-+H2OCa2++CO32-==CaCO3Mg2++2OH-==Mg(OH)2氧化還原法：氯：

Cl2+H2O==HOCl+HClHOCl==HCl+[O][O]是一種很強的氧化劑和殺菌劑；漂白粉：漂白粉的殺菌原理同氯氣；含氰廢水的處理：

CN-+2OH-+Cl2===CNO-+2Cl-+2H2O氰酸鹽的毒性僅是氰化物的毒性的千分之一，進一步氧化得：2CNO-+4OH-+3Cl2===2CO2+N2+6Cl-+2H2O

二氧化氯（ClO2）：Cl2+2NaClO2==2NaCl+2ClO2HCl+NaClO+2NaClO2==3NaCl+2ClO2+H2O二氧化氯的殺菌實力比氯強，可以殺死孢子和病毒；殺菌性質(zhì)與水的無關；可在水中存在雜質(zhì)時產(chǎn)生殺菌作用；臭氧：O3+H2O=[O]+O2混凝法：效果：去除水中的膠體雜質(zhì)；原理：在水中投入具有凝合實力的藥劑，使水中的膠體凝合而沉降；常用的幾種混凝劑：鋁鹽：Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O==8Al(OH)3+3Na2SO4;聚合鋁：[Al2(OH)nCl6-n]m又稱無機高分子鎂鹽：MgCO3+CaO+H2O==Mg(OH)2+CaCO3有機絮凝劑：高分子物質(zhì)，具有吸附大量活性基及水中雜質(zhì)粒子，使顆粒相互黏附形成絮凝的特性。水體的富養(yǎng)分化緣由:水體中氮、磷等養(yǎng)分元素的大量積累，導致水質(zhì)惡化，水生植物和藻類大量繁殖，水生動物因缺氧而死亡。水體富養(yǎng)分化的特征：a.富含氮、磷等養(yǎng)分元素的物質(zhì)在水體中富集；b.富養(yǎng)分化水體中綠色植物特殊是藻類的產(chǎn)生速率遠遠大于消耗其的魚類等動物的需求；c.養(yǎng)分物質(zhì)不斷地向水底富集，形成富含養(yǎng)分物質(zhì)的沉積層。水體富養(yǎng)分化的危害產(chǎn)生劇毒的藻毒素，嚴峻影響水質(zhì)和人類健康；造成水體中溶解氧大量削減，使水生動、物死亡，造成經(jīng)濟損失；導致生態(tài)的嚴峻失衡，導致湖泊與河流走向死亡（沼澤化）；

四、土壤環(huán)境化學

及固體廢氣物的治理土壤及其基本結構與特性土壤的組成：礦物質(zhì)、有機質(zhì)（主要是有機腐殖質(zhì)）、水分和空氣；土壤的結構：由腐殖質(zhì)表層、淀積層和母質(zhì)層構成，從垂直方向看是非勻整的物質(zhì)體系；土壤的自凈實力：具有同化和代謝外界輸入物質(zhì)的實力，但土壤的凈化速率較緩慢，對不同物質(zhì)的凈化實力也不同。土壤的污染及其危害何謂土壤污染？指人類活動產(chǎn)生的污染物通過不同途徑輸入土壤環(huán)境中，數(shù)量和速度超過了土壤的自凈化實力，使土壤的生態(tài)平衡遭破壞，正常的功能失調(diào)。土壤污染的特點：隱藏性和潛藏性；不行逆性和長期性。土壤污染的類型水質(zhì)污染型：工業(yè)廢水、城市生活污水和受污染的地表水經(jīng)澆灌而造成（80%）；大氣污染型：大氣污染通過干、濕沉降過程形成，如重金屬氣溶膠、放射性元素、酸雨等；固體廢物污染型：由工礦業(yè)廢氣物、城市生活垃圾、污泥等造成，并可通過大氣的遷移、擴散、沉降或水淋溶、地表徑流污染周邊的其他地