环境化学第一章绪论.ppt

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1、环境化学,第一章 绪论,一、环境问题二、环境化学的起源与发展 三、几个基本概念,一、环境问题,1、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。“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。,自然环境的内涵,小麦种在麦仙翁的野草中，产量明显提高；羊角芹的种子同其它植物种子种植在一起，其它植物不会发芽；黄鱼不能生长在淡水中，鲤鱼不会生长在海水中；人体血液中元素含量和地壳中元素的丰度具有高度的一致性；,生物体与环境的关系,地壳元素含量与人体元素含量关系图,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

2、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：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。,早期世界著名八大公害,(1)比利时马斯(Meuse)河谷烟雾事件：发生在1930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510月，造成400余人死亡，城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死。(3)多诺拉烟雾事件：1948年10月2631日，美国宾夕法尼亚

3、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58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：19551972年日本富山县内的锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染灌溉农田的河水和饮用水，患者超过280人，死亡数十人。10年后又有79人死亡。潜伏期长达10一30年。(7)水俣病事件：19531956年，日本熊本县水俣市，居民食用含甲基汞的鱼，导致有机汞中毒者283人，其中60人死亡。1991年，中毒病人仍有2

4、248人，其中1004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。,环境污染的新动向,继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后，现代人正进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。目前中国每年由室内空气污染引起的超额死亡数已经达到11.1万人，超额急诊数达430万人次，直接和间接经济损失高达107亿美元。来自北京儿童医院的调查在该院接诊的白血病患儿中有九成患儿家庭在半年内曾经装修。

5、专家据此推测，室内装修材料中的有害物质可能是小儿白血病的一个重要诱因。世界卫生组织宣布全世界每年有10万人因为室内空气污染而死于哮喘病，而其中35%为儿童。据统计，我国儿童哮喘患病率为2%-5%，其中1至5岁儿童患病率高达85%。,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

6、重大建设项目与生态环境安全,3）环境问题的认识过程 20世纪60年代 人们只把环境问题作为污染来看待，没有认识到生态破坏的问题.20世纪70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。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。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。,环境问题的全球共识,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

7、，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。,二、环境化学的起源与发展,孕育阶段(1970年以前),形成阶段(70年代),发展阶段(80年代以后),1、环境化学发展的三个阶段,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，提出一些基本观点。,最早是一门化学分支学科，由如湖泊学、生态学、生物地球化学等方面学者提出。如农药对水生生物影响，湖泊富营养化，环境中元素地理分布等。,出现一些新的

8、趋势。,1980年代后的新趋势,主要元素，尤其生命必需元素循环研究化学品安全评价全球变化研究污染控制化学研究污染预防化学,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”。,2、环境化学的定义,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

9、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”。,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

10、(seventh edition)2000,Stanley E.Manahan,（1）有害物在环境介质中浓度水平和形态分布(介质存在)；（2）有害物的迁移转化和归宿(环境行为)；（3）有害物对生态和人体作用的途径、方式、程度和风险(环境效应)；（4）有害物已造成的影响或防止它们可能造成影响的方法和途径(环境控制)。,3、环境化学的内容,4、环境化学的分支学科及发展趋势,环境分析化学:环境样品的前处理技术；仪器分析的灵敏度和重复性。环境污染化学：化学污染物在大气、水体和土壤中形成、迁移、转化和归趋过程化学行为和生态效应。包括：大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学污染控制化学：从终端污染控制模式

11、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（Green Chemistry）和工业生态学（Industrial Ecology）等一些列污染控制的战略思路。,（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,10-12,5、环境化学的研究特点,三、几个基本概念

12、,1、环境背景值Environmental Background Value，某地未受污染的环境中某种化学元素或化学物质的含量（浓度），又叫环境本底值。目前，未受污染的环境已经基本不存在，因此获得环境本底已经十分困难，一般只能获得相对轻污染的环境背景值。,2、环境容量 Environmental Capacity，特定环境单元在不影响其特定环境功能的情况下，能够容纳污染物的最大量。这里的特定环境功能一般以环境质量标准为依据。例如湖泊环境容量：EC=V(CsCB)。V为湖泊水域体积（m3），Cs和CB分别为某种污染物的水环境质量标准和环境背景值（mg/L，g/m3）。,环境污染：当环境中某物质浓

13、度超过了正常水平而对环境产生了不良效应。该物质被称为环境污染物。如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，使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。环境污染物分为：一次污染物和二次污染物。一次污染物：即原发性污染物。二次污染物：即一次污染物的转化产物。,3、环境污染与污染物,5、急性毒性与慢性毒性,急性毒性：环境污染物一次性或短时间内作用于生物机体引起损害作用。其大小常用半数有效量ED50 和半数致死量LD50表示。如：Cd对金鱼的96h LD50为2.13 mgL-1。,慢性毒性：环境污染物在

14、生物体大部分或整个生命周期内持续作用于生物机体引起损害作用。,4、源和汇 源指污染物的发生源。分为人工源和天然源。汇指污染物的归宿，即去除过程。,例如：金属硒(Se)能够抑制Hg的毒性 金属锌(Zn)能够抑制Cd的毒性,6、协同作用、拮抗作用,协同作用：一种污染物的存在会导致另一种污染物的毒性或危害性增加。也称相乘作用。例如伦敦烟雾中，冶炼厂排出的SO2废气中若含有锌、铁等金属离子的烟气气溶胶，则其危害性就会大大增加。,拮抗作用：一种污染物质的毒性能够被另一种物质所抑制，称为拮抗作用。,7、生物浓缩因子（BCF）BCF-Biological Concentration Factor,例如：浮游

15、生物对铅：BCF=30-12 000，对铜BCF=400-90 000 藻类对六六六：BCF=600 鱼类对六六六：BCF=1260 鱼类对氯化甲基汞：BCF=3 000,BCF=,8、生物半衰期（BHL）BHLBiological half Life，污染物进入生物体内后，在代谢作 用下，污染物削减到初始浓度的一半所需要的时间，即生物半衰期。一般，污染物在生物体内的代谢符合一级动力学方程：（k为衰减常数）所以：例如在人体内衰减pb：t1/2=20a Cd：t1/2=13a 无机 Hg：t1/2=45d 气态 Hg：t1/2=58d 甲基 Hg：t1/2=70d,9、常用单位介绍mg/L一般水

16、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,ppt10-6，10-9，10-12LD致死剂量，lethal doseLD100绝对致死剂量LD50半数致死剂量LD0最大耐受剂量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,=ppm,=ppm,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，这时可以有换算关系：在标态下：每立方厘米的分子数目：n/V=2.4

17、61019个分子/cm3 则1ppm相当于2.461013个分子/cm3 1ppt相当于2.46107个分子/cm3,思考题,1、几种毒物对小鼠吸入染毒2h后的LC50，求毒物毒性大小顺序（提示用mmol/L）2、60年代日本发现的“痛痛病”病人体内的含Cd量平均为5 000ppm，若Cd在全身的半衰期为t1/2=13a，试计算体内含Cd量代谢衰减到正常人体内的平均值4mg/kg时，需要多长时间？并求衰减常数（k）3、我国大气污染物的三级标准规定日均浓度限值：SO2：0.25mg/m3，NO2：0.15mg/m3，CO：6.00mg/m3，O3：0.20mg/m3，标态下它们各为多少ppm？,