第10章化学与环境保护2

第10章化学与环境保护10.1环境与污染10.2大气污染及其防治10.3水污染及其防治10.4土壤及其防治10.5绿色化学本章教学要求1.掌握大气污染、主要大气污染物、重要的大气污染现象及治理大气污染的措施。本章教学要求2.掌握水体污染及污染物种类、掌握水污染的控制措施。3.了解土壤污染及土壤主要污染物及土壤污染的防治。4.了解绿色化学的概念并明白大力发展绿色化学是从根本上治理环境污染的必由之路。10.1环境与污染人类赖以生存的环境由自然环境和社会环境组成。自净作用：所谓自净作用，是指进入环境的污染物质或污染因素，依靠自然界本身所具有的功能发生一系列的物理变化、化学变化和生物变化，使污染物质或污染因素被清除掉的作用。环境功能主要表现在两个方面：一方面，它是人类生存与发展的终级物质来源；另一方面，它承受着人类活动产生的废弃物和各种作用结果。环境污染：我们把由于人类的生产、生活活动将大量的有害物质排放到环境中去，超过了环境的自净能力，使环境质量变坏的现象称为环境污染。人类的大气环境，即包围在地球表面的大气层。10.2大气污染及其防治大气中的不定组分：由于自然或人为因素带来的大气污染物，如煤烟，粉尘，硫氧化物，氮氧化物......是大气中的不定组分。当它们达到一定的浓度时，将造成局部大气污染，对人类造成严重危害。大气是一种气体混合物。大气中除去水气和杂质的空气称为干洁空气，有恒定，可变和不定组分组成。大气中的恒定组分：氮为78.06%，氧为0.95%氩为0.93%及其它气体。大气中的可变组分：大气中的CO2和水蒸气随季节、气象及我类活动而变化。10.2大气污染及其防治大气污染源有人为源和自然源人为源有：工业企业排放的废气；交通运输工具排放的废气；室内空气污染（化学性污染、物理性、生物性、放射性）自然源：火山喷发、森林火灾、土壤风化等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等。大气污染：按照国际标准，是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度的达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。几种主要的空气污染物：是分散在大气中的液体和固体颗粒。粒径大小0.1～200µm之间，复杂的非均匀体系。分降尘和飘尘。降尘：直径10µm，如水泥粉尘、金属粉尘、飞尘等一般颗粒大，比重也大，在重力作用下，易沉降，危害范围较小。飘尘：直径10µm，粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中，具有胶体性质，又称气溶胶。易随呼吸进入人体，危害健康，因此也称可吸入颗粒物，又名气溶胶(雾，烟，尘)1.颗粒物质2.硫氧化物和酸雨硫氧化物SO2和SO3主要来自化石燃料的燃烧和金属冶炼厂、硫酸厂等排放的尾气。SO2是主要大气污染物之一，它来源于煤和石油等燃料的燃烧、含硫矿石的冶炼、硫酸等化工产品生产排放的废气。SO2是一种无色、易溶于水、有剌激性气味的气体，能通过呼吸进入气管，对局部组织产生剌激和腐蚀作用，是诱发支气管炎等疾病的原因之一，特别是当它与烟尘等气溶胶共存时，可加重对呼吸道粘膜的损害。SO2的味阈值是0.3ppm，达30~40ppm时，人呼吸感到困难。氮的氧化物有一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮等多种形式。大气中的氮氧化物主要以一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)形式存在。它们主要来源于石化燃料高温燃烧和硝酸、化肥等生产排放的废气，以及汽车排气。一氧化氮为无色、无臭、微溶于水的气体，在大气中易被氧化为NO2。NO2为棕红色气体，具有强刺激性臭味，是引起支气管炎等呼吸道疾病的有害物质。3.氮氧化物和光化学烟雾马斯河谷烟雾事件发生于1930年比利时的马斯河谷工业区，由于二氧化硫和粉尘污染对人体造成综合影响，一周内有近60人死亡，数千人患呼吸系统疾病。洛杉矶光化学烟雾事件发生于1943年美国洛杉矶，当时该市的200多万辆汽车生病在排放大量的汽车尾气，在紫外线照射下产生光化学烟雾，大量居民出现眼睛红肿、流泪、喉痛等症状，死亡率大大增加。伦敦烟雾事件发生于1952年英国伦敦，由于冬季燃煤排放的烟尘和二氧化硫在浓雾和中积聚不散，头两个星期死亡4000人，以后的两个月内又有8000多人死亡。10.2.2全球性污染温室效应：据估计，如果气温上升1℃，海平面要升高10厘米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在离海岸不过60千米以内的。1.全球气候变暖（温室效应加剧）2.大气污染物对平流层臭氧的破坏臭氧是最强的氧化剂之一。它是大气中的氧在太阳紫外线的照射下或受雷击形成的。臭氧具有强烈的剌激性，在紫外线的作用下，参与烃类和NOx的光化学反应。臭氧又是高空大气的正常组分，能强烈吸收紫外光。保护人和生物免受太阳紫外光的辐射1）氮氧化物对臭氧层的破坏臭氧层的破坏主要由于以下原因：2）HO.自由基对臭氧层的破坏3）氟氯烃类对臭氧层的破坏10.2.3大气污染的防治综合防治原则：1．控制大气污染源2．防止或减少污染物的排放改革能源结构；提高煤炭品质；对燃料进行处理；改进燃烧装置和燃烧技术；采用无害工艺；开源节流综合利用；加强管理；改进汽车排气装置3．治理排放的主要污染物4．污染的法制宣传与管理1.二氧化硫的去除原理：SO2气态酸性氧化物(同碱、盐反应)中间价态溶于水方法1）干法优点：排烟温度高,易扩散.缺点：效率低,设备庞大.活性炭吸附法42322122SOHSOOSOOH催化氧化法42324252SOHSOSOSOKOV或硅载体2021/11/2162）湿法优点：方法简单,流程短,建设费用省缺点：温度低,湿度大,烟气上升高度低,难扩散.氨法：2NH3.H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O(工艺成熟,简单操作方便,重点掌握)(NH4)2SO3+H2SO4SO2+H2O+(NH4)2SO4回收(NH4)2SO4：(NH4)2SO3+(1/2)O2(NH4)2SO4回收石膏：(NH4)2SO4+Ca(OH)2CaSO4.2H2O+2NH3回收硫磺：(NH4)2SO32NH3+SO2+H2OSO2+H2S3S+2H2O2021/11/217钙法Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCaSO3+SO2+H2OCa(HSO3)2回收石膏：CaSO3+(1/2)O2+2H2OCaSO4.2H2OCa(HSO3)2+NO+H2OCaSO4.2H2O+(1/2)N22Ca(HSO3)2+NO2+2H2O2CaSO4.2H2O+(1/2)N2+2SO2(此法同时除去NOx)碱法(钠法)NaOH2NaOH+SO2Na2SO3+H2ONa2CO3+SO2Na2SO3+CO2Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO32.氮氧化物的去除烟道气中的氮氧化物大多以NO形式存在，可用催化还原法除去。6NO+4NH35N2+6H2O6NO2+8NH37N2+12H2O3.汽车尾气中有害气体的去除2NO+2CON2+2CO2pt-pd10.3水体污染及其防治水体因接受过多的杂质而导致其物理,化学及生物学特性的改变和水质的恶化,从而影响水的有效利用,危害人体健康的现象,就是人们常说的水污染。根据污染物质及其形成污染的性质,可以将水污染分成化学性污染,物理性污染和生物性污染三类。化学性污染酸碱,重金属,需氧性有机物,营养物质,有机毒物物理性污染悬浮物,热,放射性生物性污染致病菌及病毒的污染10.3.1水体的主要污染物1.无机污染物无机污染物又分为无机无毒物和无机有毒物。无机无毒物：主要是指排入水体中的酸、碱、一般无机盐及无机悬浮物质。酸主要来源于矿山排水及许多工业废水，如化肥、农药、粘胶纤维、酸法造纸等工业的废水。碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。酸、碱污染水体pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，消灭或抑制细菌及微生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐碱化或酸化，从而对生态产生影响。酸、碱污染物不仅能改变水体的pH值，而且可大大增加水中的一般无机盐类和水的硬度，因酸碱中和可产生某些盐类，酸、碱与水体中的矿物相互作用也产生某些盐类。水中无机盐的存在能增加水的渗透压，对淡水生物和植物生长有不良影响。无机有毒物：主要是重金属如Hg、Cd、Pb、Cr及它们的化合物，还有非金属的无机毒性物质如氰化物、砷、硒等。这类物质具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。22汞离子与细胞膜中含巯基的蛋白质有特殊的亲合力，从而能直接损害这类蛋白质和酶。(1)汞汞离子与某些蛋白质蓄积于人体内，特别是肾和肝中，因此，肾功能障碍是汞中毒的首要标志。甲基汞是自然界中因环境污染而产生有机汞，能使脑蛋白质合成活性减低，并沉积于脑组织中，从而导致神经系统中毒。HgCl2+CH4CH3HgClHCl+微生物23日本九州熊本县南端有个水俣湾，居住着10000多渔民。1949年，湾内的许多海藻变白，浮在水面，许多死鱼也肚朝上地漂了起来，平时那些爱吃鱼的猫，互相疯狂地乱咬，有的跳海自杀。终于，1956年4月，一个5岁的小孩吐字不清，手脚麻木，时而傻笑。几乎是同时，还发现30多名患者，有的手脚发麻，有的双目开始失明，有的吞咽困难。早在1953年就有类似症状的人死亡，至1956年，共发现患者96名，其中18人死亡。人们对这种病取名为“水俣病”。原来，水俣湾内有一家生产氮肥、乙醛、氯乙烯的化工厂，排出的废水中含有大量的“甲基汞”。会出现神经性疾病的症状，病情严重时，“狂猫”就会跳海，人也会死亡。水俣病日本的水俣病受害者。这是20世纪60年代初期很著名的一幅新闻图片24(2)铅铅中毒症状有食欲不振、口中有金属味、失眠、头痛、头昏、腹痛和贫血，还可以引起肾病、高血压、脑水肿等。人体中的铅90%以上(儿童为64%)积蓄在骨骼内，2%以下的铅存在于血液中，其他存在于主动脉、肝、肾为主的软组织中。头发和指甲中铅的含量也较高，所以，头发常作为活体检查材料，国内外均把发铅作为评价铅接触的指标。儿童由于代谢和排泄功能不完善，血脑屏障成熟较晚，所以对铅有特殊的易感性，低浓度的铅即可导致儿童生长迟缓、智力降低。由于汽车等交通工具的大量使用，铅的环境污染日益严重，据报导每年有40万儿童铅中毒，另有100万儿童其血铅水平足以影响他们的发育。25镉中毒可引起肾障碍，骨软化症或疼痛病。骨软化症患者由于骨胶原的正常代谢受到干扰，形成了不致密和不成熟的骨胶原，特别是妇女，由于妊娠、分娩、授乳而引起钙不足等，使肠道对镉的吸收率增高，易引起镉中毒。(3)镉进入人体的镉可逐渐积蓄，到50岁时可达20~30mg。高钙食物会抑制消化道对镉的吸收，维生素D也会影响镉的吸收。261955年-1972年日本富山平原神通川流域镉污染受害者27日本富山县有条神通川河，从1955年起，处于河下游的一些母亲们患了一种全身各部位都觉得疼痛的病，腰痛，背痛，关节也痛，痛也好像针扎。走路时弯腰拱背，严重时只能在地上爬。活动时常有细微的骨折，刺痛着神经，令人叫声不绝。所以叫“痛痛病”。久病者躺在床上，肌肉萎缩，骨胳变形弯曲，有的身高缩短25~30厘米。最后大多数因肾功能衰竭而死亡。1977年，共死亡207人。原来是含镉废水造成的。神通川河开发铅锌矿，镉是共生物。镉随选矿废水排入河中，使下游居民发生慢性镉中毒，潜伏期长达10~30年。含镉废水不定期可在冶炼和电镀过程中产生，或以烟尘形式排放，这都会引起镉中毒。2.有机污染物有机无毒物主要指需氧有机物。天然水中的有机物一般是水生生物生命活动产物。生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机化合物可在微生物作用下最终分解为简单的无机物质：二氧化碳和水等。这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，故又称为需氧污染物。污染水体中的需氧污染物主要来自生活污水、牲畜污水及食品、造纸、制革、印染、焦化、石油化工等工业废水。从排水的量上看，生活污水是需氧污染物的最主