环境化学教案

《环境化学》教案 ........................................................................................................... 1 第一章 绪论 ..................................................................................................................... 1 一、环境问题 ................................................................................................................... 2 1、环境 ............................................................................................................................. 2 2、环境问题 ..................................................................................................................... 3 二、环境科学 ................................................................................................................... 4 三、环境化学 ................................................................................................................... 5 1、环境化学的发展 ......................................................................................................... 5 2、环境化学的概念 ......................................................................................................... 5 3、环境化学的内容 ......................................................................................................... 6 4、环境化学的分支学科 ............................................................................................... 11 5、环境化学的研究特点 ............................................................................................... 12 四、环境污染物 ............................................................................................................. 12 1定义 .............................................................................................................................. 12 2环境污染物类别 .......................................................................................................... 12 3化学污染物 .................................................................................................................. 12 4优先控制污染物 .......................................................................................................... 13 五、环境效应 ................................................................................................................. 13 1、环境物理效应 ........................................................................................................... 14 2、环境化学效应 ........................................................................................................... 14 3、环境生物效应 ........................................................................................................... 14 六、污染物在环境中的迁移 ......................................................................................... 14 七、常用单位介绍 ......................................................................................................... 16

环境化学是研究有害化学物质在环境介质中的存在、特性、行为和效应的化学原理与方法的科学。本课程依次讲解大气、水、岩石（土壤）各圈层的环境化学之后，对典型污染物在各圈层之间的迁移转化规律做了专门论述。

通过学习使学生了解环境化学在环境科学中和解决环境问题上的作用，环境化学研究的内容、特点和发展动向。使学生掌握主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，具备一定的处理实际环境问题的思路、方法和技术。

第一章 绪论

一、环境问题 1、环境

1）定义

环境是指与某一中心事物有关（相适应）的周围客观事物的总和，中心事物是指被研究的对象。对人类社会而言，环境就是影响人类生存和发展的物质、能量、社会、自然因素的总和。 2）分类：

环境包括自然环境和社会环境两大部分。

自然环境是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。 “直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，简称为环境。

社会环境是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。

《中华人民共和国环境保护法》把环境定义为：“影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然保护区、风景名胜、城市和乡村等。”

2、环境问题

1）定义

全球环境或区域环境中出现不利于人类生存和发展的各种现象，称为环境问题。 2）分类

原生环境问题：自然力引发，也称第一类环境问题，火山喷发、地震、洪灾等 次生环境问题：由于人类生产、生活引起生态破坏和环境污染，反过来危及人类生存和发展的现象，也称第二类环境问题。又包括：环境污染和生态破坏。目前的环境问题一般都是次生环境问题。

生态破坏：人类活动直接作用于自然生态系统，造成生态系统的生产能力显著减少和机构显著该变，如草原退化、物种灭绝、水土流失等。

环境污染：人类活动产生的副产品和废物进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，便环境系统的结构与功能发生变化，对生态系统产生的一系列干扰和侵害，如水污染、大气污染、酸雨、臭氧层破坏、海洋污染等等。具体地说：环境污染就是指有害物质对大气、水、土壤和动植物污染并达到有害的程度。 3）认识过程

➢ 20世纪60年代，人们只把环境问题作为污染来看待，认为环境问题就是大

气污染、水污染、噪声污染、土壤污染。没有认识到生态破坏的问题，对土地荒漠化、水土流失、物种灭绝、热带雨林破坏等并没有从环境问题的角度去认识。对环境的认识也只是为了保护人们的生存健康，没有注意将环境问题和自然生态联系起来，低估了环境问题的危害性和复杂性。例如：我国当时早期的环境管理就是“以污染控制为中心”，早期得环境管理实际上就是“三废管理”，早期的一些院校内设“三废系”。

➢ 20世纪79年代，1972年联合国，瑞典，斯德哥尔摩“人类环境会议”，将

环境污染和生态破坏提升到同一高度看待。“环境问题不仅表现在对水、大气、土壤等的污染，而且表现在生态的破坏和资源枯竭”，并正式组建UNEP（联合国环境规划署）从规划上解决生态环境问题。但仍旧是一种“防治”的态度。

➢ 20世纪80年代，1987年，由挪威首相布伦特兰夫人组建的“联合国世界环

境与发展委员会”发表了《我们共同的未来》。环境问题：是我们共同的问题，需要共同来对待，共同承担起责任，途经是“可持续发展”。转到“防止”态度上来。

➢ 20世纪90年代，1992年，巴西里约热内卢，联合国环境与发展大会，强调

和正式确立了可持续发展的思想，并形成了当代的环境保护的主导意识。所以说今后的对待环境污染和生态破坏的态度应是：“防止”+“防治”。这就需要研究清楚污染物在环境各个生态圈层中的迁移、转化和归宿过程，因此环境化学一经产生，就得到重视，并迅速发展起来。

➢ 实际上，环境化学是在人类对环境污染控制的长期实践中逐步发展起来的。

因为早期人们对环境问题的认识集中在“污染控制”上，而实际上早期的许多著名的环境问题，绝大多数是由于化学物质引起的，调查表明，造成环境污染的因素中，化学物质占80—90%。

二、环境科学

环境科学分科体系

以“人类-环境”为研究对象 研究内容：

探索全球范围内自然环境演化规律 探索全球内人与环境的相互依赖关系

协调人类的生产、消费活动同生态要求之间的关系 探索区域污染综合防治的途径 环境保护

环境保护概念的发展 内容和基本任务

50年代；70年代；80年代 可持续发展

两个基本要点：人类应坚持与自然和谐相处；当代人不能剥夺后人发展的权利

三、环境化学

环境污染问题促进了环境化学研究的发展：为了探讨环境问题，逐渐发展了新的研究方法和手段，提出新的观点和理论，于是形成了一门新的化学分支学科----环境化学。

1、环境化学的发展

➢ 孕育阶段(1970年以前)：1950年代开始，1960年代的酝酿和准备。针对早

期的污染控制工作和污染防治工作，结合化学的理论，提出了环境化学的一些基本观点。

➢ 形成阶段(70年代)：虽然最早是一门化学分之学科，但并最早并不是由从事

化学研究的学者开始的。主要是由于非化学专业的研究人员提出的，如湖泊学、生态学、生物地球化学等方面的学者提出的。如农药对水生生物的影响，湖泊的富营养化，环境中元素的地理分布等。

➢ 发展阶段(80年代以后)：进入新的发展阶段，各研究领域开始向纵深发展。

出现一些新的趋势。

第一个趋势是全面开展对主要元素，尤其是生命必需元素的生物地球化学循环和主要循环之间的相互作用，人类活动对这些循环产生的干扰和影响，以及对这些循环有重大影响的各种因素的研究。

第二个趋势是重视化学品安全评价。

第三个趋势是80年代出现的全球变化研究，涉及臭氧层耗损、全球变暖、海干面上升这样一些次级环境效应或更高级环境效应的研究。

第四个趋势是污染控制化学的研究，从深入地开展末端控制的过程化学和材料化学研究以寻找更加高效的控制方法和材料，逐步转向“污染预防”概念的研究。80年代末到90年代初，提出了“污染预防”、“清洁生产”、“零排入”等概念。

2、环境化学的概念

➢ 1972年R.A Honne在所著《环境化学》定义：“环境化学是研究岩石圈、

水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成和其中发生的过程，特别是界面上的化学组成和过程的学科”。

➢ 戴树桂等认为：“环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、

化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学科学的一个新的重要分支”。《自然科学学科发展战略研究报告：环境化学》一书提出：“环境化学是一门研究潜在有害化学物质在环境介质中的存在、行为、效应（生态效应、人体健康效应及其它环境效应）以及减少或消除其产生的科学”。Environmental Chemistry may be defined as the study of the sources（来源）, reactions（反应）, transport（传输）, effects（效应）, and fates（归宿） of chemical species in water, soil, air, and living environments（水、大气、土壤、生物环境）, and the effects of technology thereon. ------[Environmental Chemistry( seventh edition ) 2000, Stanley E. Manahan]

3、环境化学的内容

（1）查明潜在有害物质在环境介质中存在，浓度水平和形态分布；

（2）对这些潜在有害物质溯本求源，并查明它们在环境介质中和不同环境介质之间的迁移转化和归宿(环境行为)；

（3）查明这些潜在有害物质对环境(生态系统)和人体健康发生作用的途径、方式、程度和风险；

（4）探索缓解或消除这些有害物质已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径。

4、环境化学的分支学科

（1） 环境分析化学：无机分析、有机分析。对环境中的无机、有机污染物进行分析、测试和鉴别的化学分支。如对多环芳烃(PAHs)、多氯联苯（PCBs）、挥发性有机物、重金属等等的监测分析。

（2） 各圈层环境化学：大气环境化学（颗粒物、酸沉降、臭氧损耗、全球变暖，光化学以及自由基反应）、土壤环境化学（农药排放和污染、温室气体的排放、土壤多孔介质中污染物的迁移转化）、水环境化学（河流、湖泊、海洋、地下水污染，重金属以及金属甲基化），分别研究化学污染物在大气、水、土壤环境中的化学行为和生态效应。

（3） 环境工程化学：大气污染控制化学、水污染控制化学、固废污染控制化学。利用工程化的手段和方法来处理污染，过去一般集中在末端控制方面。

5、环境化学的研究特点

（1） 以微观研究宏观：从原子、分子水平，研究宏观环境圈层中环境现象和变化机制；

（2） 研究对象复杂：既有人为来源的也有天然来源的，处于环境开放体系内，多种环境因素同时相互作用，其研究需要多学科的结合。

（3） 物质水平低：mg/kg(ppm,10-6)、ug/kg(ppb,10-9)、甚至ppt,10-12，因此其监测和分析很重要，所以如PCBs、PAHs、二恶英的监测分析等。

四、环境污染物 1定义

环境污染物：是环境化学研究的对象，主要指进入环境后使环境的正常组分和性质发生直接或间接的有害于人类的变化的物质。

2环境污染物类别

环境污染物

按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。 按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物。 按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。 人类社会不同功能产生的污染物

➢ 工业：工业生产对环境造成污染主要是由于对自然资源的过量开采，造成多

种化学元素在生态系统中的超量循环；能源和水资源的消耗与利用；生产过程中产生的“三废”。

➢ 农业：农业对环境产生污染主要是由于使用农药、化肥、农业机械等工业品，

农业本身造成的水土流失和农业废弃物。农家肥料中常含有细菌和微生物。➢ 交通运输：污染主要是噪声、汽油(柴油)等燃料燃烧产物的排放和有毒有害

物的泄漏、清洗、扬尘和污水等。

➢ 生活：生活活动也能产生物理的、化学的和生物的污染，排放“三废”。分散

取暖和炊事废气、生活污水、生活垃圾等。

3化学污染物

目前一般分为9大类

(1)元素：Cr,Hg,As,Pb,Cl (2)无机物:CO,NOx,SO2,KCN

(3)有机化合物和烃类:烷烃（饱和）、芳香烃（苯环）、不饱和非芳香烃（不饱和，不带苯环）、多环芳烃

(4)金属有机和准金属有机化合物： 四乙基铅、三丁基锡 (5)含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、醇、醛、酮、酚、有机酸等 (6)有机氮化合物：胺、腈、硝基苯、三硝基苯（TNT）

(7)有机卤化物：氯仿（四氯化碳）、PCBs、氯代二恶英、氯代苯酚 (8)有机硫化合物：硫醇类（甲硫醇）、硫酸二甲酯 (9)有机磷化合物：有机磷农药、磷酸二甲酯、磷酸三乙酯

4优先控制污染物

➢ 美国环保局基于有毒化学物的毒性、自然降解的可能性及在水体中出现的概

率等因素，从7万余种有机化学物中筛选出65类，129种优先控制的污染物名单。其中有毒有机化合物有114种，占总数的88.4%。包括21种杀虫剂，8种多氯联苯及有关化合物，26种卤代脂肪烃，7种卤代醚，12种单环芳烃，11种苯酚类。6种邻苯二甲酸酯，16种多环芳烃，7种亚硝胺及其他化合物。欧州经济共同体 于1975年提出有毒化合物的“黑名单”和“灰名单”。 ➢ 联邦德国和荷兰也提出有机污染物的控制名单。中国优先控制的有毒有机化

合物：在“黑名单”中，共有14类，68种优先控制的污染物。其中优先控制的有毒有机化合物有12类，58种，占总数的85.29%，包括10种卤代(烷、烯)烃类，6种苯系物，4种氯代苯类，1种多氯联苯。7种酚类，6种硝基苯，4种苯胺，7种多环芳烃，3种酞酸酯，8种农药、丙烯腈和2种亚硝胺。

五、环境效应

自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称为环境效应。

一般按环境变化的性质划分，可分为环境物理效应、环境化学效应和环境生物效应。

1、环境物理效应

由物理作用引起的环境效应即为环境物理效应。例如：噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应、城市增雨效应。

2、环境化学效应

在各种环境因素影响下，物质间发生化学反应产生的环境效应即为环境化学效应。例如：湖泊酸化、土地盐碱化、光化学烟雾、臭氧层破坏。

3、环境生物效应

环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生物效应。例如：水利工程破坏水生生物的洄游途径、生物由于环境污染而死亡绝迹、重金属常常会引起生物组织的毒性反应、一些有机有毒化学物往往成为“三致”化合物。

六、污染物在环境中的迁移

扩散迁移;颗粒物吸附和迁移;挥发迁移;电离;水解;化学氧化和光化学氧化;生物富集;微生物降解

影响化学物质迁移的因素

内因：元素和化合物的稳定性;化学键特征;（影响熔沸点和溶解度）;键能大小;元素的放射性;生成络合物的能力

外因：温度;压力;浓度;氧化-还原电位;酸碱性

喷洒DDT 50% 大气 径流空气流 50% 0.01mg/L浮游植物扬尘土壤 河流 海洋表面 10mg/L海洋流0.1mg/L浮游动物 大鱼 100mg/L人1mg/L小鱼 10mg/L海鸟100mg/L猛禽DDT农药在环境中的迁移和富集

七、常用单位介绍

mg/L——一般水环境中污染物的浓度；

mg/kg——一般土壤中污染物的浓度，或生物体内污染物的浓度； mg/m3——一般大气中污染物浓度。 ppm, ppb, ppt ——10-6，10-9，10-12 LD——致死剂量，lethal dose LD100——绝对致死剂量，lethal dose LD50——半致死剂量，lethal dose LD0——最大耐受剂量，lethal dose

ppm和mg/m3之间的换算（原因是有些大气污染物的浓度是用ppm表示的，有些是用mg/m3表示的）。

mg/m3×

摩尔体积（l/mol）=ppm

摩尔质量（g/mol）mglmol1mgl106m3g6=ppm 103133mgmolmgmg一般标态下（T=25℃，P=101.325Pa），摩尔体积=22.4l/mol。

一些自由基浓度为ppt级，经常用每立方厘米中的分子个数来表示，这是可以有换算关系：在标态下：每立方厘米的分子数目：n/V=2.46×1019个分子/cm3

则1ppm相当于2.46×1013个分子/cm3 1ppt相当于2.46×107个分子/cm3