环境与化学――环境污染与环境保护

环境与化学——环境污染与环境保护8.1环境与文明8.2大气环境化学8.3水体环境化学8.4土壤环境化学与固体废弃物的治理第一节环境与文明EnvironmentandCivilization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。生态平衡生态系统发展到一定阶段，它的生物种类的组成，各个种群的数量及能量和物质的输入、输出等，都处于相对稳定状态。这种状态即称为生态平衡。全球环境结构配置及其相互关系：圈层性；地带性；节律性；等级性；稳定性和变异性。•圈层性：地球表面土壤岩石圈水圈生物圈大气圈有机界和无机界相互作用最集中人类生存和发展最适宜的环境•地带性：从赤道到两极，气候带依次为：相应的土壤和植被带为：赤道带热带亚热带温带亚寒带寒带砖红壤赤道雨林带红壤热带雨林带棕色森林土亚热带常绿阔叶林带灰化棕色森林土暖温带落叶阔叶林带落叶林混交带寒温带明亮针叶带苔原带节律性：：2CO因地球形状和运动的固有性随时间变化的过程具有明显的节律性一年四季的交替变化昼夜的交替生物量昼增夜减近地面空气中的夜增昼减光合作用微生物作用无机成分（光、热、水、气、土）碳水化合物草食动物摄取肉食动物动植物死亡后无机成分等级性：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！保持其有限的调节力！保持环境的可持续发展!3。文明对环境的冲击：均以牺牲环境为代价！农业发展=人口增加=生物圈结构的变化=水土流失和荒漠化；服饰的需求=对环境产生的压力=棉、麻、毛皮、丝绸、金银饰、宝石玉器；居住环境的改善、交通进步、化石燃料的使用；4.环境与文明的失调：人类由对自然的崇拜——古代的图腾崇拜对自然的征服——从火的发明到现代科技的进步对自然的过渡征服——人定胜天的理念及其行为对环境的破坏——严重破坏生态环境遭到大自然的报复。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）；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；1968年日本的农药污染米糠油事件；1955年日本的土壤重金属污染痛痛病事件；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。当前面临的十大环境问题：严重的污染主要表现在：大气污染水污染土壤污染AtmosphericEnvironmentalChemistry第二节大气环境化学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。‘大气’的气体组成颗粒物Particles含氮化合物含硫化合物卤化物有机化合物大气污染物成分：放射性物质一氧化碳、二氧化碳碳氢化合物碳、氢、氧化合物光化学氧化剂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%；温度随高度增加而下降，升温由地表蒸发而致；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：人为源燃料的燃烧；工业排放；固体废弃物的燃烧；农业排放。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-)。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；CO；NOx；可吸入颗粒物（PM10）；光化学氧化剂：O3、H2O2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酸雨SO2+.OH+MHOSO2.+MHOSO2.+O2HO2.+SO3SO3+H2O+MH2SO4+M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。2.碳氢化物：年排放~7亿吨以上；来源：自然因素（生物的分解作用）、人为因素（不完全燃烧和有机化合物的蒸发）；危害结果：产生以后很快形成光化学氧化剂，形成二次污染。光化学氧化剂的污染光化学氧化剂的成分O3、H2O2和过氧乙酰硝酸脂（PAN）等；产生原因：汽车等交通工具排出的烃类和氮氧化物；产生条件：光照、链引发、链歧化、自由基传递、链终止等；以O3的多少为指标；属于二次污染。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热量多于散失的，把能量截流在大气中，导致地球保持相对稳定的气温。关于温室效应温室效应是地球上生命赖以生存的必要条件温室效应加剧：大气中CO2和各种固体微粒含量不断增加，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。温室效应加剧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；温室效应加剧导致的环境效果温度带和降水带北移，将导致：①低纬度热带多雨地区受到洪涝的威胁；②亚温带地区变得更加干旱；③台风更加频繁发生；④厄尔尼诺和拉尼娜现象更加肆虐，频繁发生；温室效应导致的环境效果温度带和降水带北移，将导致：⑤苔原减少，草原增加，荒漠化、沙漠化过程加剧，森林减少；⑥农业生产不稳定性增加；⑦对生物多样性产生不良影响等。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+hv→2O3消耗：O3+hv→O2＋O，O3+O→2O2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；关于臭氧空洞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；臭氧破坏产生自由基CFCl3→CFCl2·+Cl·破坏O3层Cl·+O3→ClO·+O2ClO·+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；大气污染的防治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（1）燃料脱硫（2）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第三节水体环境化学天然水的组成：H2O所含杂质溶解气体：O2CO2H2SN2CH4He溶解物质：离子、生物生成物、微量元素胶体物质：无机胶体SiO2Fe(OH)3Al(OH)3有机胶体腐殖质胶体悬浮物质：细菌，藻类及原生物，泥沙，粘土水质和水质指标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（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；水体污染物来源：（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；水污染物及其分类：（4）植物营养物：如氮、磷等，能刺激藻类及水草生长，干扰水质净化；能使BOD值升高；水体的“富营养化”。（5）其他：还有无机物、沉积物以及放射性物质等产生的水体污染和物理因素如热污染等造成的水体污染。水体污染的危害：（一）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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；全世界重大水污染事件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；（二）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