环境化学重点资料整理戴树桂版上课讲义文档格式.docx
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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。
环境污染：
由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，导致环境素质下降，从而扰乱和破坏生态系统和人们正常的生活和生产条件。
环境化学是在化学学科的传统理论和方法的基础上发展起来，以化学物质在环境中出现和引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。
研究有害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的科学。
环境污染物的迁移转化（15）：
迁移过程transportprocesses
机械迁移：
运移（富集、分散）
物理化学迁移：
溶解-沉淀、氧化-还原、水解、配位或螯合、吸附-解吸等作用实现迁移；
有机污染物还可通过化学分解、光分解和生物分解进行迁移。
生物迁移：
生物体吸收、代谢、生长、死亡，以及通过食物链传递产生的放大和积累等作用实现迁移。
转化过程：
物理过程：
蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射元素蜕变等。
化学过程：
氧化-还原、水解、配位或螯合、光化学氧化等。
生物过程：
生物体吸收、生物代谢等。
第二章：
大气环境化学
第一节大气中污染物的迁移
一、大气的组成
氮（78.09%）、氧（20.95%）、氩（0.9%）、CO2（0.03%）、稀有气体（CH4、SO2、NH3、CO、O3）<
0.1%、水（正常范围1-3%）。
大气固体悬浮物来自：
工业（生活）烟尘；
火山喷尘；
海浪飘逸盐质。
>
10μm称降尘（数小时），<
10μm称飘尘（数年）。
二、大气的温度层结
对流层（troposphere，0km-17km）：
空气具有强烈的对流（垂直），集中了大气中90.9%天气现象，污染物排放直接进入对流层。
平流层（stratosphere，17-55km）：
气体状态稳定，垂直对流很小，大气透明度高。
中间层（mesosphere，55-85Km）：
气温下降达-95℃，垂直运动剧烈，发生光化学反应。
热层（thermspher，500Km）空气密度很小，温度升高到1200℃，电离层。
三、大气污染物的迁移
1.大气污染物
硫化物：
火山喷发：
H2S、SO2等；
土壤厌氧微生物与植物释放：
H2S、（SO2）；
陆地上降雨：
SO2、SO42-；
风吹起的海盐：
SO42-；
人为活动。
含氮化合物：
光化学反应、闪电、微生物固化、火山爆发森林失火，人为污染：
燃料燃烧、氮肥、炸药、染料。
含碳化合物：
海洋中生物作用、植物叶绿素的分解、森林中CO2的放出,人为活动：
含碳燃料燃烧不完全（CO）、CO2温室效应
含卤素化合物：
氟氯烃类，破坏臭氧层。
2.影响大气污染物迁移的因素
φ风和大气湍流的影响：
风，湍流，浓度梯度
φ天气形势和地理地势的影响
第二节大气中污染物的转化
一、光化学反应基础
初级过程：
化学物种吸收光量子形成激发态物种，只有电子跃迁才能产生激发态物种。
次级过程：
初级过程中反应物与生成物之间进一步发生的反应。
光化学第一定律：
当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂，即光子的能量大于化学键时才能引起光离解反应。
其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。
光化学第二定律：
光被分子吸收的过程是单光子过程，由于电子激发态分子的寿命<
10-8s，在如此短的时间内，辐射强度比较弱的情况下，只可能单光子过程，再吸收第二个光子的几率很小。
波长大于700nm的光就不能引起光化学离解。
紫外光可以引起氧的光解，N2的光离解限于臭氧层以上，平流层中O3的来源，也是消除O的主要过程。
大气中唯一已知O3的人为来源（公式）：
二、大气中重要自由基来源
自由基：
由于在其电子壳层的外层有一个不成对的电子，因而有很高的活性，具有强氧化作用。
凡是有自由基生成或由其诱发的反应叫自由基反应。
（自由基反应一般总是发生在键能最低的化学键处。
）
清洁空气中O3的光离解是大气中HO.的主要来源。
HNO2的光离解是污染大气中HO.的主要来源。
大气中醛的光解尤其是甲醛的光解是HO2.的主要来源。
乙醛和丙酮的光解，生成大气中含量最多的甲基，同时生成两个羰基自由基。
O.和HO.与烃类发生H摘除反应生成烷基自由基。
甲基亚硝酸脂和甲基硝酸脂的光解产生甲氧基。
烷基与空气中的氧结合形成过氧烷基。
三、氮氧化物的转化
1．NO和NO2的基本光化学循环
NOX的人为来源主要是矿物燃料的燃烧、汽车尾气和固定的排放源等。
由于OH基自由基引发一系列烷烃的链反应，得到RO2、HO2等，使得NO迅速氧化成NO2，同时O3得到积累，以致成为光化学烟雾的重要产物。
四、碳氢化合物的转化
甲烷是一种重要的温室气体（CO2CH4N2OCFCsCOCCl4），大气中含量最高的碳氢化合物，占大气碳化合物排放量的80％以上，并且是唯一能由天然源排放造成大浓度的气体。
大气中甲烷主要来源于有机物的厌氧发酵过程。
萜类来自于植物生长过程向大气释放。
CH4不断消耗O3也是导致臭氧层损耗的原因之一。
五、光化学烟雾
1．光化学烟雾的形成（课件10）
大气中碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）等一次污染物在阳光照射下，发生光化学反应产生二次污染物，这种由参加反应的一、二次污染物的混合物（包括气体污染物和气溶胶）形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。
特征：
蓝色烟雾，强氧化性，具有强刺激性，使大气能见度降低，在白天生成傍晚消失，高峰在中午。
形成条件：
大气中有氮氧化合物和碳氢化合物存在，大气湿度较低，有强阳光照射。
光化学烟雾形成的简单机制：
（95反应式）
光化学烟雾形成反应是一个链反应，链的引发主要是NO2的光解。
自由基的引发主要由NO2和醛的光解引起。
自由基传递碳氢化合物的存在是自由基转化和增殖的根本原因。
光化学烟雾的控制对策：
控制反应活性高的有机物的排放；
控制臭氧的浓度。
六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
含硫矿物燃料燃烧过程中直接排入大气中的主要是二氧化硫，天然来源主要是火山喷发。
激发态的SO2主要以三重态存在。
硫酸烟雾型污染：
由于煤燃烧而排放出来的SO2、颗粒物以及由SO2氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象。
硫酸烟雾型污染属于还原性混合物，称还原性烟雾。
特点：
发生在冬季，气温低，湿度高，日光弱。
52年12月伦敦烟雾。
七、酸性降水
酸性降水是指通过降水将大气中的酸性物质迁移到地面的过程，最常见的就是酸雨，称湿沉降。
（雨水的pH值约为5.6）.
降水离子组成对环境影响最大的是：
SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、Ca2+、H+.
酸雨的形成:
燃料燃烧产生的SO42-、NOx以及工业加工和矿石冶炼中产生的SO2等转化而成。
其中起主要作用的是SO42-，其次是NO3-和CI-，我国的酸雨主要是硫酸型的。
CaO、CaCO3、NH3是酸性降水的具有“缓冲作用”的物质.
影响酸雨形成的因素：
酸性污染物的排放（在有适宜的转化条件下）
大气中的NH3：
大气中的NH3与H2SO4气溶胶形成中性的NH4HSO4，它降低了雨水的酸度，从而抑制了酸雨的形成。
颗粒物的酸度及其缓冲能力：
金属催化SO2氧化；
酸性物贡献酸雨；
碱性物中和酸起缓冲作用。
八、大气颗粒物
空气动力学直径：
指在通常温度压力和相对湿度下，在静止的空气中,与实际颗粒物具有相同重力末速度的密度为1g/cm3的球体直径。
大气颗粒物的分类：
总悬浮颗粒物（TotalSuspendedParticulates）：
是指在一定体积中，被空气悬浮的全部颗粒物，用单位体积中的颗粒物总质量来表示。
粒径多在100µ
m以下，特别是10µ
m以下的微粒。
降尘颗粒10（30）-1000µ
m
飘尘难以降沉
可吸入颗粒物（InhalabteParticulatesIP）Dp<
10µ
m指TSP中能用口鼻吸入的颗粒物，气象报告中用PM10表示。
大气颗粒物的化学组成：
无机颗粒物：
细粒子：
硫酸盐、硝酸盐等，多为二次污染物。
有机颗粒物（来自燃料燃烧、废弃物焚化）
九．温室气体和温室效应
温室效应：
大气中温室气体吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。
温室气体：
二氧化碳、甲烷、一氧化碳、二氯乙烷、臭氧、四氯化碳和氟氯烃CFC-11，CFC-12。
十．臭氧层的形成与耗损
臭氧层形成与耗损的化学反应：
平流层O2光解,臭氧层形成：
臭氧的消耗：
第三章：
水环境化学
第一节
天然水的水质标准
物理性质指标：
温度、嗅味、色度、浊度、悬浮物、电导率、pH值、氧化还原电位。
化学性质指标（I）：
酸度、碱度、硬度（钙镁浓度）、重金属
化学性质指标（II）：
溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）：
氧化水中有机物（或其它还原性物质）所需化学氧化剂的量，以氧的mg/L计。
重铬酸钾（CODCr），主要测定污染水体；
高锰酸钾（CODMn），主要测定清洁水体或饮用水中的还原性物质，现常称作高锰酸钾指数。
生物需氧量（BOD）：
一定条件下水中有机物被微生物所氧化，在一定期间内所消耗的溶解氧的量单位mg/L，BOD5称五日生物耗氧量。
总需氧量（TOC）：
水中有机物完全氧化所需氧的量（燃烧法）。
无机碳和有机碳、三氮、有机污染物。
生物性质指标：
水中总大肠杆菌群，指能在35℃，48h内发酵乳糖、产酸产气的、需氧的及兼性厌氧的革兰氏阴性的无芽孢杆菌。
第二节天然水的组成和基本特征
总含盐量（TDS）：
亨利定理：
气体在液体中的溶解度正比于液体所接触的该种气体的分压。
利定律并不能说明进一步的化学反应。
溶解度8.32mg.L-1（DO）。
富营养化：
在高生产率的水体中藻类生产旺盛，死藻的分解引起水中溶解氧水平的降低，这就是水体的富营养化。
水中的CO2的增多可引起过量藻类的生长，因此CO2常常是一个限制因素。
二、天然水的性质
1．碳酸平衡（公式）：
封闭体系，CT不变，其余各浓度变化。
开放体系：
CO2在气液相之间的平衡[H2CO3*]不变。
天然水中的碱度和酸度：
碱度alkalinity：
接受质子的总物质的量，包括强碱、弱碱及强碱弱酸盐。
总碱度=
酚酞碱度=
酸度Acidity：
总酸度=
CO2酸度=
无机酸度=
3．天然水体的缓冲能力
公式：
优先污染物：
也叫优控污染物，由于化学污染物种类繁多，世界各国都筛选出了一些毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物优先进行研究和控制，称为优先污染物。
第二节
水中无机污染物的迁移转化
1水中颗粒物：
矿物微粒：
主要指硅酸盐矿物。
黏土矿物：
主要是铝镁的硅酸盐，由其他矿物经化学风化而成，具有晶体层状结构、有粘性、具有胶体性质，可以生成稳定的聚集体。
金属水合氧化物：
在天然水体中以无
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