環(huán)境化學第一章 緒論

環(huán)境化學

參考教材:環(huán)境化學主編:戴樹桂高等教育出版社考試方式：閉卷考試平時成績:作業(yè)成績；課堂提問；平時考勤課堂教學：60學時參考書目：《環(huán)境化學》何燧源主編，華東理工大學出版社；《環(huán)境化學》朱利中，張建英編，杭州大學出版社；《環(huán)境化學》王曉蓉

編著

南京大學出版社。第一章緒論

本章從當今世界和我國面臨的主要環(huán)境問題入手，介紹環(huán)境化學在環(huán)境科學和解決環(huán)境問題中的地位和作用及其任務(wù)、內(nèi)容、特點、發(fā)展方向；以及主要環(huán)境污染物遷移轉(zhuǎn)化途徑。要求同學們了解環(huán)境化學的任務(wù)，明確環(huán)境化學課程學習的目的。第一節(jié)環(huán)境問題本節(jié)要點：環(huán)境問題；我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)、環(huán)境保護目標和急需解決的重大科學問題。環(huán)境問題：是指包括一切形式的環(huán)境惡化或?qū)ι锶Φ囊磺胁焕绊?。一、環(huán)境污染由于人為因素使環(huán)境的構(gòu)成或狀態(tài)發(fā)生變化，導致環(huán)境素質(zhì)下降，從而擾亂或破壞生態(tài)系統(tǒng)和人們正常的生活與生產(chǎn)條件的現(xiàn)象。1.環(huán)境污染的具體表現(xiàn)：

a.有害物質(zhì)對大氣、水、土壤和動植物的污染并達到致害的程度；

b.生物界的生態(tài)系統(tǒng)遭到不適當?shù)母蓴_和破壞；

c.不可再生資源被濫采濫用；

d.固體廢棄物、噪聲、振動、惡臭、放射線等造成對環(huán)境的損害。2.造成環(huán)境污染的因素：有物理的、化學的和生物的三方面，其中由化學物質(zhì)引起的約占80%-90%。二、環(huán)境問題的認識過程

20世紀60年代，人們把環(huán)境問題只當成一個污染問題，沒有把環(huán)境問題與自然生態(tài)、社會因素聯(lián)系起來，低估了環(huán)境污染的危害性和復(fù)雜性，未能追根尋源。

1972年，聯(lián)合國在瑞典斯德哥爾摩召開了人類環(huán)境會議，第一次把環(huán)境問題與社會因素聯(lián)系起來。

20世紀80年代，人們對環(huán)境的認識有了新的突破性發(fā)展，提出了可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略，指明了解決環(huán)境問題的根本途徑。

1992年，聯(lián)合國在巴西里約熱內(nèi)盧召開了聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會，這是本世紀人類社會的又一重大轉(zhuǎn)折點，樹立了人類環(huán)境與發(fā)展關(guān)系史上新的里程碑。2002年、2012年，分別南非約翰內(nèi)斯堡和巴西里約熱內(nèi)盧召開了聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展大會.我國分別在1973、1983、1989至2012年召開了七次全國性環(huán)境保護會議，推動了我國環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展和人們對環(huán)境認識。隨著環(huán)境問題的日益嚴重，人類對環(huán)境問題的認識也在不斷提高。在當今世界上，人們越來越清楚地看到，環(huán)境問題已不再是某個國家和局部地區(qū)的事情，而成為全球性的問題。三、我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)

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)依然相當艱巨。消耗高、資源浪費、污染環(huán)境等粗放經(jīng)營方式仍比較嚴重。人口、資源、環(huán)境對經(jīng)濟發(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。七大江河水系741個監(jiān)測斷面水質(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)村人口飲用水不合格；＞30%的城市空氣污染嚴重；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GDP的3—8%。資料來源：人民日報，2005年4月23日，第五版。我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)

我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)

生態(tài)惡化形勢嚴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，每年擴展3436km2,沙化土地174萬km2；森林覆蓋率只有16.55%，只相當世界深林覆蓋率的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)，物種資源流失嚴重，有害外來物種入侵造成的損失高達1200億元/年人民幣。資料來源：人民日報，2005年4月23日，第五版我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)

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，40萬人染上呼吸系統(tǒng)疾??；沈陽市月40%的兒童血鉛含量超標（2000年）；二惡英類化合物已在市售牛奶（深、港）母乳（江浙）中檢出；天津市嚴重污染的蔬菜地土壤中汞含量超標98倍；我國環(huán)境污染防治面臨的挑戰(zhàn)

2020年我國環(huán)境保護的目標

環(huán)境污染得到有效控制生態(tài)惡化趨勢基本得到遏制全國大部分地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量明顯改善部分重要生態(tài)系統(tǒng)得到重建與修復(fù)建設(shè)一批生態(tài)城鎮(zhèn)重點區(qū)域社會、經(jīng)濟、環(huán)境實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展四、我國環(huán)境科學與工程領(lǐng)域急需解決的重大問題我國環(huán)境科學與工程領(lǐng)域急需解決的重大問題1．地表水污染機理與水環(huán)境修復(fù)2．地下水污染與修復(fù)3．安全飲用水技術(shù)保障體系4．污廢水處理與資源化成套技術(shù)5．大氣污染形成機理與控制6．城市空氣質(zhì)量控制機理與技術(shù)7．城市物理污染機理及其控制我國環(huán)境科學與工程領(lǐng)域急需解決的重大問題8．土壤污染機理與修復(fù)9．固體棄物處理處置與資源化10．綠色化學與清潔生產(chǎn)11．環(huán)境監(jiān)測新技術(shù)12．持久性有毒物質(zhì)與生態(tài)安全13．區(qū)域環(huán)境調(diào)控與環(huán)境建設(shè)14．國家重大建設(shè)項目與生態(tài)環(huán)境安全

第二節(jié)環(huán)境化學

環(huán)境化學是在化學學科的傳統(tǒng)理論和方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，以化學物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)和引起的環(huán)境問題為研究對象，以解決環(huán)境問題為目標的一門新興學科。研究有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學特性、行為和效應(yīng)及其控制的化學原理和方法的科學。一、環(huán)境化學的含義研究領(lǐng)域分支學科環(huán)境分析化學環(huán)境有機分析化學環(huán)境無機分析化學各圈層的環(huán)境化學大氣環(huán)境化學水環(huán)境化學土壤環(huán)境化學環(huán)境生態(tài)化學

環(huán)境工程化學大氣污染控制化學水污染控制化學固體廢物污染控制化學二、環(huán)境化學的分支學科

研究有害化學物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、化學特性、行為和效應(yīng)。用化學的基本理論和方法發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境問題。三、環(huán)境化學的任務(wù)四、環(huán)境化學的研究內(nèi)容有害物質(zhì)在環(huán)境中存在的濃度水平和形態(tài)；潛在有害物質(zhì)的來源，它們在個別環(huán)境介質(zhì)中和不同介質(zhì)間的環(huán)境化學行為；有害物質(zhì)對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產(chǎn)生效應(yīng)的機制和風險性；有害物質(zhì)已造成影響的緩解和消除以及防止產(chǎn)生危害的方法和途徑。五、環(huán)境化學的研究特點所研究的環(huán)境對象具有復(fù)雜性、綜合性、精細性特征。從微觀的原子、分子水平上，研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學機制及其防治途徑；其核心是研究化學污染物在環(huán)境中的化學轉(zhuǎn)化和效應(yīng)六、環(huán)境化學的發(fā)展方向1.隨著人們對環(huán)境問題認識的提高，環(huán)境化學研究出現(xiàn)了新趨勢。主要表現(xiàn)為：注重元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的地球生物化學循環(huán)及其相互耦合研究；重視化學品安全評價；重視臭氧層破壞、氣候變暖等全球性問題。2.最近，美國環(huán)境化學家提出“為21世紀環(huán)境而設(shè)計”，支持以創(chuàng)造無污染生產(chǎn)過程為目的的環(huán)境良性化學。下面按環(huán)境化學的分支學科，對發(fā)展方向做簡要介紹：主要研究污染物在環(huán)境中的存在形態(tài)、價態(tài)和化學結(jié)構(gòu)及其分析方法。目前的研究主要集中在環(huán)境樣品的前處理技術(shù)的完善、開發(fā)；分析對象從無機化合物為主轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C化合物和有機金屬化合物為主；樣品的儀器分析方法集中于儀器分析的靈敏度和重現(xiàn)性提高上。環(huán)境分析化學研究化學污染物在大氣、水體和土壤環(huán)境中的形成、遷移、轉(zhuǎn)化和歸趨過程中的化學行為和生態(tài)效應(yīng)，主要內(nèi)容有：(1)大氣環(huán)境化學研究對象涉及大氣顆粒物、酸沉降、大氣有機物、痕量氣體、臭氧耗損及全球氣候變暖等；空間尺度從室內(nèi)空氣、城市、區(qū)域環(huán)境到遠距離乃至全球范圍。各圈層環(huán)境化學

(2)水環(huán)境化學主要研究河流湖泊和水庫，其次是河口、海灣和近海海域，地下水污染。集中研究水體界面化學過程、金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化動力學過程、有機物的化學降解過程、金屬和準金屬甲基化等方面。(3)土壤環(huán)境化學主要研究農(nóng)用化學品在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和歸趨及其對土壤和人體健康的影響。包括：有機污染物在土壤中的降解、土壤中溫室氣體的釋放、污染物在固-液界面上的化學過程和土壤污染的化學與生物修復(fù)等內(nèi)容。(4)環(huán)境生態(tài)化學主要研究化學污染物在生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生效應(yīng)的化學過程，例如稀土農(nóng)用的環(huán)境化學行為及其生態(tài)安全問題。目前環(huán)境生態(tài)化學的研究重點在于化學品定量結(jié)構(gòu)—活性關(guān)系研究。主要研究控制污染的化學機制和工藝技術(shù)中的基礎(chǔ)性化學問題；控制模式從終端污染控制模式向全過程控制模式轉(zhuǎn)變；提出了污染預(yù)防、清潔生產(chǎn)、綠色化學和工業(yè)生態(tài)學等一些列污染控制的戰(zhàn)略思路；希望生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有害中間產(chǎn)物和副產(chǎn)品，實現(xiàn)廢物和排放物的內(nèi)部循環(huán)，達到污染最小化和資源、能源利用最大化的目的。污染控制化學第三節(jié)環(huán)境污染物

環(huán)境污染有害物質(zhì)或因子進入環(huán)境，并在環(huán)境中擴散、遷移、轉(zhuǎn)化，使環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，對人類或其他生物的正常生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象，即是環(huán)境污染。

環(huán)境污染物進入環(huán)境后使環(huán)境的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化,發(fā)生直接或間接有害于人類的變化的物質(zhì)或因子稱環(huán)境污染物。環(huán)境中化學污染物是環(huán)境化學研究的對象.按受影響的環(huán)境要素可分為大氣污染物、水體污染物、土壤污染物等。按污染物的形態(tài)可分為氣體污染物、液體污染物和固體廢物。按污染物的性質(zhì)可分為化學污染物、物理污染物和生物污染物。一、污染物的類別（1）工業(yè)生產(chǎn)主要是由于工業(yè)對自然資源的過量開采，造成多種化學元素在生態(tài)系統(tǒng)中的超量循環(huán)；能源和水資源的消耗與利用；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢”。(2)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要是由于農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)機械等工業(yè)品的使用；農(nóng)業(yè)活動本身造成的水土流失和農(nóng)業(yè)廢棄物。農(nóng)家肥含有的細菌和微生物等。(3)交通運輸主要是噪聲、汽油(柴油)燃料燃燒產(chǎn)物和運輸?shù)挠卸居泻ξ锏男孤?、清洗、揚塵和污水等。(4)生活活動生活活動所產(chǎn)生物理的、化學的和生物的污染，并向環(huán)境排放的“三廢”。1.人類社會不同功能產(chǎn)生的污染物(1)元素(2)無機物(3)有機化合物和烴類(4)金屬有機和準金屬有機化合物(5)含氧有機化合物(6)有機氮化合物(7)有機鹵化物(8)有機硫化合物(9)有機磷化合物

2.化學污染物

對環(huán)境產(chǎn)生危害的化學污染物,按組成和性質(zhì)可概括為以下九類:(1)元素:重金屬、準金屬、鹵素、臭氧、黃磷等。(2)無機物:氰化物、一氧化碳、氮氧化物、鹵化物、鹵間化合物、次氯酸及其鹽、硅的無機化合物、無機硫磷化合物、鹵間化合物等。(3)烴類有機污染物:烷烴、芳烴、多環(huán)芳烴(PAHs)等。(4)金屬有機和準金屬有機化合物：四乙基鉛、羰基鎳、有機砷、二苯鉻、有機錫等。(5)含氧有機化合物：環(huán)氧乙烷、醚、醇、醛、酚、有機酸、脂、酐、酚類化合物等.(6)有機氮化合物：胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、三硝基甲苯、亞胺等。(7)

有機鹵化合物：四氯化碳、脂肪基和烯烴的鹵化物、芳香族鹵化物、多氯聯(lián)苯（PCBs）、氯代二噁英等。(8)有機硫化合物：烷基硫化物、硫醇、巰基甲烷、二甲砜、硫酸二甲脂等。(9)有機磷化合物：磷酸脂類化合物、有機磷農(nóng)藥、有機磷軍用毒氣等。中國優(yōu)先控制的有毒化合物

在中國優(yōu)先控制的有毒化合物“黑名單”中，共有14類，68種優(yōu)先控制的污染物。其中優(yōu)先控制的有毒有機化合物有12類，58種，占總數(shù)的85.29%，包括10種鹵代(烷、烯)烴類，6種苯系物，4種氯代苯類，1種多氯聯(lián)苯。7種酚類，6種硝基苯，4種苯胺，7種多環(huán)芳烴，3種酞酸酯，8種農(nóng)藥、丙烯腈和2種亞硝胺。

環(huán)境效應(yīng)的類型劃分：分為自然環(huán)境效應(yīng)和人為環(huán)境效應(yīng)。按環(huán)境變化的性質(zhì)劃分，則可分為環(huán)境物理效應(yīng)、環(huán)境化學效應(yīng)和環(huán)境生物效應(yīng)。二、環(huán)境效應(yīng)及其影晌因素自然過程或人類的生產(chǎn)和生活活動會對環(huán)境造成污染和破壞，從而導致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，稱為環(huán)境效應(yīng)。1.環(huán)境物理效應(yīng)由物理作用引起的環(huán)境效應(yīng)即為環(huán)境物理效應(yīng)。例如:噪聲、熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)、地面沉降。2.環(huán)境化學效應(yīng)在各種環(huán)境因素影響下，物質(zhì)間發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)即為環(huán)境化學效應(yīng)。例如：酸雨引起的環(huán)境酸化、光化學煙霧、臭氧層空洞。3.環(huán)境生物效應(yīng)環(huán)境因素變化導致生態(tài)系統(tǒng)變異而產(chǎn)生的后果即為環(huán)境生物效應(yīng)。例如：有機氯農(nóng)藥對食物連各級生物的毒害作用；水利工程對魚類回游繁殖的影響；森林亂伐引起的生態(tài)破壞。三、環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程簡介

1.遷移過程污染物在環(huán)境中所發(fā)生的空間位移及其所引起的富集、分散和消失的過程稱為遷移；在環(huán)境中污染物的遷移包括機械遷移、物理化學遷移、和