环境与化学.

化学与环境一、环境的概念人类环境——自然环境+社会环境；自然环境——地质环境（矿藏、自然遗址等）、土壤、大气、水体（海洋、湖泊、河流等）；生物环境（森林、草原、野生动物、野生植物等）；社会环境——生产环境；交通环境；商业环境；聚落环境；文教环境；卫生环境；旅游环境等。环境的概念稳定性与变异性：环境结构具有：相对的稳定性；永久的变异性；有限的调节能力。拥有文明存在的我们的地球只有一个（行星、生物圈、适当的体积和重量、适当的运转条件、磁场强度、丰富的元素）——保护我们的环境！保持其有限的调节能力！保持环境的可持续发展！自然界的报复：20世纪上叶半发生的著名的世界八大公害事件：1932年12月比利时发生的马斯河谷烟雾事件（SO2，氟化物，微粒）；1943年5月到10月美国落杉矶的光化学烟雾事件（SO2：1.34ppm，CO，Nox，O3，醛类）；1948年10月发生在美国的多诺拉烟雾事件（SO2）；1952年12月英国伦敦的烟雾事件（微粒：4500微克/米3）；自然界的报复：1955年日本四日市的哮喘事件（重金属微粒，SO2）；1953年日本的水俣病事件；1955年日本的土壤重金属污染痛痛病事件；1968年日本的农药污染米糠油事件；大气污染水污染土壤污染当前面临的十大环境问题：全球气候变暖*；臭氧层破坏*；酸雨蔓延；大气污染严重；淡水资源枯竭和恶化*；固体废物弃置*；生物多样性减少；森林面积锐减；土壤退化和沙漠化；资源匮乏。二、大气环境化学AtmosphericEnvironmentalChemistryGases常量气体:N278.1%;O221.0%;Ar20.9%;CO20.03%;H2O1-3%;微量气体: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)和不稳定的自由基。结构Structure对流层*：含N2、O2、H2O、Ar、CO2等；0–12km(aver.12km,赤道18，两极8)；T15--560C;0.6K/100m;平流层：含N2、O2、O3、(NH4)2SO4、等；11–50km;T–56--20C15–35km:O3中间层：含N2、O2、O2+、NO+、等；热层（又称电离层）：含N2、O2+、O+、O、NO+、O2、e等对流层的结构及特征大气圈的最低一层，占整个大气圈质量的80%~95%；对人类的影响最大，通常的大气污染就在该层；直接与水圈、岩石圈靠近。对流层中空气的对流有水平（纬度高低差异以及温度高低差异所致）和垂直（地表的热辐射所致）两种方式。大气中的污染源：自然源天然尘埃（风沙、土壤颗粒物）；森林和草原大火(形成CO,CO2,NOx,SOx,CHx)；火山活动(形成SOx,H2O,SO42-)；森林释放(CHx)；海浪飞沫(SO42-和SO32-)。大气中的污染源：人为源燃料的燃烧；工业排放；农业排放。主要的大气污染及其原因大气污染的指标：总悬浮颗粒物（TSP）；SOx；NOx；COx；颗粒物的污染降尘——直径大于10μm；飘尘——直径小于10μm；超细颗粒物——直径为2.5μm；总悬浮固体——o.1—100μm的颗粒物的总称。颗粒物对人体健康有害，尤以超细颗粒物（又称飘尘，最容易被生物体吸入）的危害最大。颗粒物主要来自工业锅炉和家用煤炉燃烧所排放的烟尘。空气中颗粒物的危害作用遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水众多，影响气候，使可见度降低，影响交通，增加燃料消耗，进一步增加空气污染；燃煤时生成的硫氧化物颗粒对呼吸系统的危害特别大，影响人体健康；汽车防爆剂四乙基铅，排入空气中的铅有97%的直径小于0.5微米，有很大的危害。铅中毒的症状是脑神经麻木和慢性肾病。硫氧化物的污染致污染原因：人为因素，如各种矿物燃料中都含有一定成分的硫；全世界每年向大气排放的SO2为1.5亿吨以上；空气中SO2的浓度达到0.05ppm以上就对人的身体健康产生极大的危害。硫氧化物致污原因及其二次污染22224232443HSSOSHOMgOSOMgSOMgS催化剂一次污染222324242()()HOHOmnSOSOHSOHSOHO催化或光化学氧化继续吸附二次污染增大颗粒酸雾SO2+.OH+MHOSO2.+MHOSO2.+O2HO2.+SO3SO3+H2O+MH2SO4+M氮氧化物的污染主要成分：NO2、NO，其中NO的危害最大；NO年排放约4.3×108吨，其中人为因素占10%，当这些量的NO氧化为时NO2，其危害程度可见相当大；致污原因：32222322RHNOONONONOHNONOONO雷电形成酸雨、酸雾碳及其化合物的污染1.一氧化碳(CO)：年排放3~4亿吨；产生原因：人为因素（不完全燃烧、汽车尾气等）、自然因素（森林火灾、动植物腐败等）；致污原因：CO与血红素形成羰基血红素的能力较O2与血红素结合的能力大100倍。危害结果：使生命体缺氧，危及生命。关于温室效应温室气体：大气中的二氧化碳和其它微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯烃、水蒸汽等；温室效应：大气中CO2吸收了地面辐射出来的红外光（1200－1630nm)，把能量截流在大气中，从而使大气温度升高的现象。温室效应导致的环境效果全球气候变暖，百年来平均约上升了0.6℃近；海平面上升，导致两极的冰层消融及海水膨胀，城市、海岛将面临淹没的危险。全球1／3人口将受到威胁；关于臭氧空洞位置：距地面10--50km范围的大气平流层中；形成和消耗：生成：3O2+hv2O3消耗：O3+hvO2＋O，O3+O2O2作用：吸收绝大部分来自太阳的紫外线，阻挡紫外线辐射达到地面；臭氧空洞：南极上空产生臭氧空洞。臭氧空洞面积达2千万平方公里,比加拿大和中国的面积加起来还大；产生自由基CFCl3→CFCl2·+Cl·破坏O3层Cl·+O3→ClO·+O2ClO·+O→Cl·+O2破坏O3层总反应O3+O→O2臭氧空洞的环境效果危害人体健康，受过量紫外线辐射，免疫系统紊乱；对植物成长产生不利影响，改变植物的再生能力与质量，易受虫害；对水生生态系统危害，中断水生生态系统的生物链；促进光化学烟雾形成。大气污染的防治控制大气污染源——对城市与工业的合理规划与布局；防止或减少污染排放——如改革燃料结构、改革生产工艺等；治理排放的主要污染物——物理方法：机械除尘、洗涤除尘、冷凝除尘；化学方法：气体吸收装置、催化转化、吸附；生物方法：植物净化、环境自净。污染的法制管理——建立完善的环境法制度。SO2污染的防治利用低硫燃料燃料脱硫烟气脱硫NOx污染的防治（1）燃料预先脱氧；（2）改变燃烧条件方法原理SO2去除效果(％)石灰石/石灰—石膏法(湿法、非再生法)用石灰石或石灰浆液吸收SO280～95亚硫酸钠循环法(湿法、再生法)用Na2CO3吸收SO2，用加热法再生循环吸收液85～95双碱法(湿法、再生法)用Na2CO3吸收S02，用石灰石再生循环吸收液85～95氧化镁法(湿法、再生法)用MgO浆液吸收SO2，用加热法再生循环吸收浆液85～95氨法(湿法，非再生法)用NH4OH液吸收SO2，产出硫胺和回收浓SO290～97三、水资源化学AtmosphericEnvironmentalChemistry天然水的组成及水质特征天然水的组成：主要离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，Cl-、SO2-4、HCO32-等，这8种离子占水中溶解物总量的95%~99%；微量元素：微量的概念为~10-9g/cm3，天然水中微量元素多为重金属元素，它们主要以配位化合物及胶体的形式存在；营养物质：指与生物生长有关的元素，包括N、P、Si、等非金属元素和某些微量金属元素如Mn、Fe、Cu等；=天然水的组成及水质特征有机物质：水生植物光合作用的产物+水生动物在不同阶段分解产物，通常分为非腐殖质和腐殖质；溶解气体：O2、CO2、H2S、N2等。来自大气中各种气体的溶解，水生动植物的活动，化学反应，还可能来自于海底火山的爆发。水质和水质指标pH，天然水体pH一般在6~9之间。天然水体中含有各种碳酸化合物，所以一般具有一定的缓冲能力；悬浮固体（SS）：指水体中呈固体状的不溶解物质；化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）及总有机碳（TOC）细菌含量；关于COD、BODCOD：用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量：K2Cr2O7法、KMnO4法：BOD：表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量；TOC：总有机碳或总耗氧量。水体污染及其危害水体的自净作用及限度；水体污染：当人类排放的污染物大量进入水体而超过了水体的自净能力时造成；水体污染物来源：（1）自然过程产生：大气降落物、岩石风化、有机物的自然降解；（2）生产活动产生：工业废水、生产废液等；（3）生活活动产生：日常生活排放的废水水体污染及其危害水污染物及其分类：（1）耗氧污染物：主要来自生活污水和工农业排污，会导致水体溶氧减少，水质恶化；（2）致病污染物：来自医院、屠宰场等，会导致人类和动物的疾病的传染；（3）合成有机物：来自工业有机品及其降解产物，由于很难再降解，对水生物有明显的毒性；水体污染及其危害水体污染的危害：（1）危害人体健康：如水俣病（汞中毒）；骨痛病（镉中毒）；氟骨病（氟积累）。全世界重大水污染事件英国1848年和1854年夏天伦敦霍乱大流行，每次死亡10000余人；1925年日本水俣病爆发，剧毒物质甲基汞，使海水严重污染，鱼虾体内蓄积大量甲基汞，受害人数发展到10000余人；日本的痛痛病事件，用含镉废水灌溉稻田，生产出含镉稻米；日本米糠油事件，1968年，日本的九州、爱知县等23个县，在米糠油生产过程中使用了剧毒物质多氯联苯(PCBs)，使油遭到严重污染；孟加拉国的砷危机：孟加拉大约有7千万人口正在饮用砷污染的井水，其中20万人被诊断患砷中毒症。中国上海甲型肝炎大流行：1988年1-3月，上海甲肝大流行，临床患者达31万人，死亡47人；欧洲莱茵河污染事件：1986年11月，瑞士巴塞尔的山都兹化学公司仓库失火，导致有毒化学物质泄漏入莱茵河，使河水严重污染；印度德里市传染性肝炎大流行，1955—1956年，印度德里市爆发传染性肝炎，100万人口中患黄疽型肝炎者达29300人，加上无黄疽肝炎者共约97000人；水体污染及其危害影响工农业生产：（1）工业生产由于水质下降可引起产品质量下降、生产成本增加、设备损坏严重等；（2）农业生产可导致食物链中毒、渔产品锐减等。海洋污染：最主要的是石油污染，通过海洋鱼贝类的污染转入人体。化学法用石灰处理废水中的铅离子和汞离子Pb2++Ca(OH)2====Pb(OH)2+Ca2+Hg2++Ca(OH)2====Hg(OH)2+Ca2+也可以用硫化氢、硫化钠来处理Pb2++S2-==PbSHg2++S2-==HgS硬水中含有钙、镁、铁、锰等离子，用清石灰（主要成分是Ca(HCO3)）和纯碱（主要成分是）Na2CO3)处理，Ca(HCO3)2==H2O+CO2+CaCO3CaHCO3+OH-==CO32-+H2OCa2++CO32-==CaCO3Mg2++2OH-==Mg(OH)2氧化还原法：氯：Cl2+H2O==HOCl+HClHOCl==HCl+[O][O]是一种很强的氧化剂和杀菌剂；漂白粉：漂白粉的杀菌原理同氯气；含氰废水的处理：CN-+2OH-+Cl2===CNO-+2Cl-+2H2O氰酸盐的毒性仅是氰化物的毒性的千分之一，进一步氧化得：2CNO-+4OH-+3Cl2===2CO2+N2+6Cl-+2H2O