【环境课件】环境化学(浙江大学)

本节内容要点：环境污染；人类生存面临的五大挑战；我国环境污染防治与发达国家的差距、面临的挑战、环境保护目标和急需解决的重大科学问题。环境问题：是指包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。1）环境污染由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏生态系统和人们正常生活和生产条件。环境污染的具体表现：a、有害物质对大气、水、土壤和动植物的污染并达到致害的程度b、生物界的生态系统遭到不适当的干扰和破坏c、不可再生资源被滥采滥用d、固体废弃物、噪声、振动、恶臭、放射线等造成对环境的损害造成环境污染的因素：有物理的、化学的和生物的三方面，其中由化学物质引起的约占80%-90%世界上曾发生过八大公害事件：(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：发生在1932年12月，重工业排放的SO2使数千人中毒，60余人死亡。(2)美国洛杉矶光化学烟雾事件：发生在1943年5～10月，造成400余人死亡。(3)多诺拉烟雾事件：1948年10月26～31日，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇冶炼厂排放的SO2和烟尘，使5911人发病，17人丧生。(4)伦敦烟雾事件：发生在1952年12月5～8日，四天内中毒死亡4000多人。(5)四日市哮喘事件：1955年以来日本四日市石油提炼和工业燃油产生的废气严重污染城市大气，哮喘病患者达817人，死亡36人。(6)痛痛病事件：1955～1972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食用含镉米和饮用含镉水而中毒，患者超过280人，死亡数十人。(7)水俣事件：1953～1956年，日本熊本县水俣市，居民食用含有甲基汞的鱼，导致水俣湾和新县阿贺野川下游有机汞中毒者283人，其中60人死亡。(8)米糠油事件：1968年3月，日本北九州市，爱知县一带生产米糠油时，混入多氯联苯，造成13000人中毒，死亡16人。近年来，全世界平均每年约发生200多起比较严重的公害事件。世界瞩目的有下面7起：(1)意大利塞维索化学污染事故。1976年7月10日意大利北部塞维索地区的一家农药厂爆炸，导致剧毒化学品二恶英的污染，使许多人中毒，附近居民被迫迁走，几年内当地畸形儿的出生率大为增加。(2)美国三里岛核电站泄露事故。这次事故发生在1979年3月28日，直接经济损失达10多亿美元。(3)墨西哥的液化气爆炸事故。1984年11月19日，墨西哥国家石油公司所属的液化气供应中心发生爆炸，死亡1000多人，伤400多人，3万多人无家可归。(4)印度博帕尔农药泄漏事故。1984年12月3日，美国联合碳化物公司设在博帕尔市的农药厂的剧毒化学品异氰酸甲酯罐爆裂外泄，受害人数20万，死亡2000人以上。(5)原苏联切尔诺贝利核电站泄露事故。1986年4月26日位于基辅地区的切尔诺贝利核电站四号反应堆爆炸，造成重大放射性污染，周围十多万居民被疏散，伤数百人，死亡31人。(6)莱茵河污染事故。1986年11月1日，瑞士巴塞赞德兹化学公司的仓库起火，使大量有毒化学品随灭火用水流进莱茵河，造成西欧10年来最大的污染事故。(7)海湾战争造成的环境污染。1990年底爆发的海湾战争历时42天，期间油井大火昼夜燃烧，是迄今历史上最大的石油火灾及海洋石油污染事故，也是人类历史上最严重的一次环境污染，其污染程度超过切尔诺贝利核电站发生的核泄漏事故。这次战争所造成的环境污染是灾难性的，已给世界带来了影响。2）环境问题的认识过程20世纪60年代，人们把环境问题只当成一个污染问题，没有把环境问题与自然生态、社会因素联系起来，低估了环境污染的危害性和复杂性，未能追根寻源。1972年，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了人类环境会议，第一次把环境问题与社会因素联系起来。这次会议是人们对环境问题的一个里程碑。但是，它没有从战略高度上指出防治环境问题的根本途径，没有明确环境问题的责任，没有强调需要全球的共同行动。20世纪80年代，人们对环境的认识有了新的突破性发展，提出了持续发展的战略，指明了解决环境问题的根本途径。1992年，联合国在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。2002年，联合国在南非约翰内斯堡召开了联合国可持续发展大会。我国分别在1973、1983、1989和1996年召开了四次全国环境会议，推动了我国环境保护事业的发展和人们对环境认识的发展。随着环境问题的日益严重，人类对环境问题的认识也在不断提高。在当今世界上，人们越来越清楚地看到，环境问题已不再是某个国家和局部地区的事情。酸雨、温室效应、臭氧层破坏等已远远超出国家和地区的局限而成为全球性的问题。这些问题严重威胁着人类的生存和发展，成为世界各国关心的大问题，也成为国际社会注意的热点。3）我国环境污染防治面临的主要问题与发达国家的差距●我国环境问题的严重性和复杂性●发达国家环境质量显著改善，污染控制技术已取得绝对优势；●发达国家研究重点向绿色技术、环境修复与环境安全转移；●我国环保科技整体水平与发达国家差距明显，并有扩大的趋势我国环境污染防治面临的挑战随着社会经济快速发展、城市化进程加速和人民生活水平迅速提高，今后10-20年，我国环境保护和污染防治将面临更大的挑战●7%的经济增长－污染防治的压力越来越大●小康社会生活水平－环境质量的要求越来越高●发达国家技术进步－国际环境标准越来越严格2020年我国环境保护的目标●环境污染得到有效控制●生态恶化趋势基本得到遏制●全国大部分地区的环境质量明显改善●部分重要生态系统得到重建与修复●建设一批生态城镇●重点区域社会、经济、环境实现协调发展4）我国环境科学与工程领域急需解决的重大问题1．地表水污染机理与水环境修复2．地下水污染与修复3．安全饮用水技术保障体系4．污废水处理与资源化成套技术5．大气污染形成机理与控制6．城市空气质量控制机理与技术7．城市物理污染机理及其控制8．土壤污染机理与修复9．固体弃物处理处置与资源化10．绿色化学与清洁生产11．环境监测新技术12．持久性有毒物质与生态安全13．区域环境调控与环境建设14．国家重大建设项目与生态环境安全1）环境化学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、效应以及减少或消除其产生的科学。它是环境科学的核心组成部分，也是化学学科的重要分支。2）环境化学的分支学科环境化学主要包括环境分析化学、环境污染化学及污染控制化学。3）环境化学的任务●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●用化学的基本理论和方法发现和解决环境问题4）环境化学的研究内容●有害物质在环境中存在的浓度水平和形态●潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为●有害物质对环境和生态系统以及人体健康产生效应的机制和风险性●有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止产生危害的方法和途径5）环境化学的特点从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径，其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。6）环境化学的发展方向对于环境化学的研究，随着环境问题的日益严峻和人们认识的提高，在各个领域深入发展，出现新的趋势。目前，国际上较为注重元素（尤其是碳、氮、硫、磷）的地球生物化学循环及其相互耦合研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球性问题。最近，美国环境化学家提出了为21世纪环境而设计的响亮口号，号召支持开展以创造无污染生产过程为目的的环境良性化学。下面按分支学科对发展方向做简要介绍：●环境分析化学主要集中在环境样品的前处理技术完善、开发，分析对象从无机化合物为主转变为有机化合物和有机金属化合物为主；样品仪器分析方法上集中于仪器分析的灵敏度和重线性提高上。●环境污染化学研究化学污染物在大气、水体和土壤环境中的形成、迁移、转化和归趋过程中的化学行为和生态效应。大气环境化学：研究对象涉及大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧耗损及全球气候变暖等；空间尺度从室内空气、城市、区域环境、远距离乃至全球。水环境化学：主要研究河流湖泊和水库，其次是河口、海湾和近海海域，地下水污染；集中研究水体界面化学过程、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程、有机物的化学降解过程、金属和准金属甲基化等方面。土壤环境化学：主要研究农用化学品在土壤环境中的迁移转化和归趋及其对土壤和人体健康的影响，包括：有机污染物在土壤中的降解、土壤中温室气体的释放、污染物在固-液界面上的化学过程和土壤污染的化学与生物修复等内容。环境生态化学：主要研究农用化学品在生态系统中产生效应的化学过程，如稀土农用的环境化学行为及生态安全等。●污染控制化学控制模式从终端污染控制模式(End-of-pipeControl)向全过程控制模式转变，提出了污染预防（Pollution-Prevention）、清洁生产（Cleaner-Production）、绿色化学（GreenChemistry）和工业生态学（IndustrialEcology）等一些列污染控制的战略思路，希望生产不产生有害中间产物和副产品，实现废物和排放物的内部循环，达到污染最小化和资源、能源利用最大化的目的。环境污染物进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质。大部分环境污染物是由人类的生产和生活活动产生的。环境污染物是环境化学研究的对象。有的污染物进入环境后，通过物理或化学反应或在生物作用下会转变为危害更大的新污染物，也可能降解成无害物质。环境污染物的毒性取决于其在环境介质中的浓度和存在形态；不同的污染物同时存在时，会有综合作用，如拮抗作用、协同作用、相加作用，而导致污染物的毒性等危害降低或增大。1）环境污染物的类别●按环境要素分类，包含有大气污染物、水体污染物和土壤污染物。●按污染物的形态分类，有气体污染物、液体污染物和固体污染物。●按污染物的性质分类，有化学污染物、物理污染物和生物污染物。●按人类社会不同功能产生分类，有工业污染物、农业污染物、交通运输污染物和生活污染物。●按化学污染物分类，可分为元素、无机物、有机化合物和烃类、金属有机和准金属有机化合物、含氧有机化合物、有机氯化合物、有机卤化物、有机硫化物、有机磷化合物等九类。大气环境化学：研究对象涉及大气颗粒物、酸沉降、大气有机物、痕量气体、臭氧耗损及全球气候变暖等；空间尺度从室内空气、城市、区域环境、远距离乃至全球。水环境化学：主要研究河流湖泊和水库，其次是河口、海湾和近海海域，地下水污染；集中研究水体界面化学过程、金属形态转化动力学过程、有机物的化学降解过程、有机物的化学降解过程、金属和准金属甲基化等方面。土壤环境化学：主要研究农用化学品在土壤环境中的迁移转化和归趋及其对土壤和人体健康的影响，包括：有机污染物在土壤中的降解、土壤中温室气体的释放、污染物在固-液界面上的化学过程和土壤污染的化学与生物修复等内容。环境生态化学：主要研究农用化学品在生态系统中产生效应的化学过程，如稀土农用的环境化学行为及生态安全等。●污染控制化学控制模式从终端污染控制模式(End-of-pipeControl)向全过程控制模式转变，提出了污染预防（Pollution-Prevention）、清洁生产（Cleaner-Production）、绿色化学（GreenChemistry）和工业生态学（IndustrialEcology）等一些列污染控制的战略思路，希望生产不产生有害中间产物和副产品，实现废物和排放物的内部循环，达到污染最小化和资源、能源利用最大化的目的。2）环境效应及影响因素●环境物理效应：主要指由物理作用引起的环境效应，比如噪声、地面沉降、热岛效应、温室效应等。●环境化学效应：主要指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，如酸雨、湖泊和土壤的酸化、臭氧层破坏、光化学烟雾、地下水污染等。●环境生物效应：主要指环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果。如大型水利工程可能破坏水生生物的回游途径