大学化学化学与环境ppt课件

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第五章化学与环境\n环境的定义（1）自然环境亦称地理环境，是指环绕于人类周围的自然界，包括大气、水、土壤、生物和各种矿物资源等，是人类赖以生存和发展的物质基础。社会环境是指人类在自然环境的基础上，为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的的发展，逐步创造和建立起来的人工环境，如城市、农村、工矿区等。其发展和演替，受自然、经济以及社会规律的支配和制约，其质量是人类物质文明建设和精神文明建设的标志之一。\n环境的定义（2）《中华人民共和国环境保护法》从法学的角度对环境概念进行的阐述：“本法所称环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、目然遗迹，人文遗迹、风景名胜区、自然保护区、城市和乡村等。”\n人类的自然地理环境水圈大气圈岩石圈生物圈\n环境问题（1）环境问题是指由于人类活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，以及这种变化对人类的生产、生活和健康造成的影响。人类在改造自然环境和创建社会环境的过程中，自然环境仍以其固有的自然规律变化着。社会环境一方面受自然环境的制约，也以其固有的规律运动着。人类与环境不断地相互影响和作用，产生环境问题。\n环境问题（2）第一环境问题：由自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，如地震、洪涝、干旱、台风、崩塌、滑坡、泥石流等。第二环境问题：由人类活动引起的次生环境问题，一般又分为环境污染（工业生产造成大气、水环境恶化等）、生态失衡（乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧、大面积开垦引起的草原退化、沙漠化和土地沙化）和资源短缺三大类。\n造成环境污染的人为因素主要可分为三大类：物理污染如噪声、振动、热、光、辐射及放射性等；生物污染如微生物、寄生虫等；化学污染如有毒的无机物和有机物。\n环境污染\n白色污染\n20世纪环境八大公害事件马斯河谷事件（比利时1930.12.1）SO2废气.洛杉矶光化学烟雾事件（洛杉矶市1943年夏）汽车废气伦敦烟雾事件（伦敦1948.12）SO2废气.水俣病事件（日本1953）甲基汞骨痛病事件（日本1972）镉中毒.米糠油事件（日本1958）多氯联苯博帕事件（印度1984）甲基异氰酸酯莱茵河化学药品事件（瑞士1986）硫化物、磷化物、汞\n洛杉矶光化学烟雾事件\n水俣病肢端感觉麻木（左）中心性视野缩小（右）水俣病事件甲基汞中毒\n汞污染引起的胎儿性水俣病患者胎儿性水俣病发笑症（3岁开始）\n5-1大气的污染与防治影响生态平衡和人类生存的重大环境问题中最为突出并带有全球性潜在威胁的四大问题均来自大气污染酸雨在加重和蔓延光化学烟雾平流层的臭氧遭受破坏全球气候变暖\n5-1-1酸雨酸雨是值pH值低于5.6的降水。正常的雨水pH约为6，这是由于大气中CO2溶于雨水后造成的。酸雨的形成是一个复杂的大气化学和物理过程，主要是由于人们燃烧含硫的煤炭、冶炼金属硫化矿、燃料油料等产生的废气中含有的SO2、NOx排入天空造成的。它们在大气中被氧化并吸收水分形成硫酸和硝酸，随雨水一起降落到地面。\nSO2的氧化催化氧化光催化\nNO的氧化NO在空气中氧化成NO2：2NO+O2=2NO2NO2溶于水生成硝酸和亚硝酸：2NO2+H2O=HNO3+HNO2\n酸雨的危害农林牧渔减产建筑物、文物腐蚀\n5-1-2光化学烟雾（1）排到大气中的碳氢化合物（HC）和氮的氧化物（NOX）等称为一次污染物。在太阳光紫外线照射下，一次污染物可能再发生化学反应，衍生出种种二次污染物。这种由一次污染物和二次污染物的混合物（气体和颗粒物）所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。因其1946年首次出现在美国洛杉矶，因此又叫洛杉矶型烟雾。主要是由汽车排出的尾气和工业废气中的氮氧化物和碳氢化合物，在一定的气象条件下形成的。\n5-1-2光化学烟雾（2）反应3生成臭氧O3是一种强氧化剂，能氧化烃类成醛、酮等类物质，这些醛、酮对人和动物的眼睛由极强的刺激作用。必须在光的作用下完成\n5-1-3臭氧层的空洞（1）大气层的结构逸散层：800Km（exosphere）热层：500Km（thermosphere）中间层：85Km（mesosphere）平流层：55Km（stratosphere）（臭氧层）：3035Km（ozonelayer）对流层：14Km（troposphere）\n5-1-3臭氧层的空洞（2）大气臭氧层主要有三个作用：保护作用：能够吸收太阳光中的波长300nm以下的紫外线，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。加热作用：吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，这对大气的循环具有重要的影响。温室气体的作用：臭氧层减少，会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。\n臭氧层对于地球上的生命极其重要\n臭氧层被破坏，对地球有什么危害？农作物枯死动物免疫系统和DNA会受到破坏大海中的生物会大幅度减少人类皮肤病患者大幅增加\n5-1-3臭氧层的空洞（2）堪称地球上芸芸众生“保护伞”的臭氧层，确正被它所保护的人类严重破坏。1985年南极地区发现臭氧层空洞以后，1988年发现北极上空也出现了一个臭氧层空洞。两个空洞都一直以极其惊人的速度扩大。\n臭氧层破坏的原因（1）人类活动产生的大量NOx排入大气，如超音速飞机在臭氧层高度上飞机、宇航飞机器不断发射，都可排出大量NOx进入臭氧层和O3反应，如下列反应式：NO作为催化剂，使O3分解\n臭氧层破坏的原因（2）人们大量生产和使用氟氯烃化合物（最重要的使人们常用的氟利昂CCl2F2）也是罪魁。由于它性质较稳定，能长时间滞留在大气中而不发生变化，但当它逐渐到达臭氧层时，受紫外线光照便进行分解、生成氯原子，从而破坏臭氧层（Cl原子本身也作为催化剂，催化分解O3）\n5-1-4全球气候变化（温室效应）温室效应：大气具有让太阳光短波辐射透过并到达地表，同时又能吸收太阳光的长波和阻挡地表向外发射的长波辐射，仅让很少的一部分热辐射散失到宇宙空间。由于大气吸收的辐射多于散失的，最终导致地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。\n温室效应下的地球\n温室气体研究表明：大气中吸收长波辐射的分子，多为CO2、H2O、CH4、N2O和氟氯烃等多原子分子，故称这些气体为温室气体。洁净的大气都是一个恒定的化学组成，所以能保持相对稳定的气温。但是由于人口数量激增、人类活动频繁、化石燃料的燃烧量剧增，加之绿色面积急剧减少，致使主要的温室气体CO2在大气中的含量不断增加。据估计：CO2浓度年增长率为0.5％;CH4和N2O的年增长率分别为0.9％和0.25％；原本大气中没有的氟氯烃浓度，年增长率高达4.0％，而且它吸收长波辐射的能力是CO2分子的几千万倍。这些温室气体浓度的增加，导致地表气温上升，造成温室效应加剧，气候变暖。因此，要防止全球变暖，应从控制温室气体的排放入手。例如，开发新能源以减少化石燃料的使用量，扩大绿色面积以及控制人口的增长。\n温室效应的加剧导致全球气候变暖，会对气候、生态平衡及人类健康等方面带来严重影响。据中科院兰州冰川土研究所对珠穆朗玛峰地区数次考察研究发现，30多年来，这一全球海拔最高地区的冰川区域在逐渐缩小后退，其中远东绒布冰川末端后退了约230m，东绒布、中绒布冰川冰塔林分别后退了170m和270m。\n5-1-5大气污染的防治大气主要污染物：SO2、NOx、CO、HC、O3为了防止大气污染，既要改变能源的结构与成分，又要改善燃烧条件，尽可能减少污染气体的排出。植树造林对大气环境的保护极为有效\nSO2的控制碱性溶液吸收石灰乳法、氨法、硫化碱（Na2S）法固硫剂与碱性物质混合燃烧\nNOx的控制烟气中的NOx的脱除氨还原法还原剂（NH3）；催化剂（CuO-CrO）汽车尾气中的NOx的脱除\n空气污染指数（API）和空气质量等级大气中各种污染物的含量高低、毒性强弱以及它们对环境的影响程度差别很大。为了简单直观地描述各种污染物对空气的污染程度，把污染物的浓度、污染等级等空气质量参数之间的关系，用一个统一的数学公式表达出来，并由此计算出一个简单的相对数值，来表示大气污染的强度。人们把这样一个能够表示空气中首要污染物对空气污染程度的数值，称为空气污染指数，或者叫做环境空气质量综合指数。\n空气质量等级及其对人体健康的影响一级（API：050）：空气质量评估为优，对人体健康无影响二级（API：50100）：空气质量评估为良，对人体健康无显著影响三级（API：100200）：轻度污染，健康人群出现刺激症状四级（API：200300）：中度污染，健康人群普遍出现刺激症状五级（API>300）：严重污染，健康人群出现严重刺激症状\n5-1-6室内空气污染及防治（1）室内污染的种类可吸入颗粒物：携带细菌、病毒等生物活性污染、致癌化学污染物和放射性物质；生物活性粒子有细菌、病毒、花粉等，是大多数呼吸道传染病和过敏性疾病的元凶；空气中的气态化学污染物包括多种挥发性有机物和无机物空调系统中的藏污纳垢及适宜的温湿度是细菌、病毒滋生和繁衍的理想场所。过滤功能较差的空调系统还会加剧污染物的传播和扩散。\n室内有机物污染对人体健康的影响气味等感觉效应粘膜刺激，如乙醛、丙烯醛、萘致癌性，如甲醛、苯等。\n5-1-6室内空气污染及防治（2）室内空气污染物的主要来源建筑及室内装饰材料室外污染物燃烧产物和人本身活动\n5-1-6室内空气污染及防治（3）室内污染的防治治吸附剂+光催化防通风+高质量装修材料+植物\n5-2水的污染及其防治（1）每年27亿立方吨的工业污水只有不到30%经过处理，而又只有不到50%的“处理过”的工业污水能达到国家标准现存的淡水资源只有2400吨/单位/年，不到世界平均水平的1/4\n5-2水的污染及其防治（2）天然水污染主要有三种途径：大量废水以及部分废渣、垃圾直接排入水体中；废渣、垃圾堆积地上，经降雨淋洗流到水体中；通过尘埃沉降和气－水界面污物，从大气进入水体中。\n我国水污染催生数个“癌症村”广东韶关翁源“癌症村”——上坝村山东肥城“癌症村”——肖家店村江苏阜宁“癌症村”——洋桥村无锡崇安“癌症村”——广丰村河南浚县“癌症村”——北老观嘴村天津“癌症村”——西堤头村沙颍河畔“癌症村”——东孙楼村、黄孟营村\n5-3-1水的污染物根据影响效果，可分为两大类:无毒污染物主要是指糖类、木质素、维生素、纤维素、脂肪、类脂、蛋白质等天然有机物。有毒污染物是指那些进入生物体后积累到一定的数量，从而使体液和组织发生生化和生理功能的变化，引起暂时或持久的病理状态，甚至危及生命的物质。\n赤潮\n太湖蓝藻\n有毒污染物的主要种类重金属元素：在环境科学中由于As、Se的毒性和某些性质类似于重金属元素；金属（Be）的密度虽只有1.84g·cm-3，但它与人体健康关系密切，所以把As、Se、Be也列入重金属元素范畴。它们中毒性显著的有Hg、Cd、Cr、Pd、As。无机阴离子：主要是NO2－，F－和CN－离子。放射性物质有机农药致癌物质,如稠环芳烃、杂环化合物、芳香胺等。霉变花生、玉米中含有的黄曲霉素不仅是剧毒物质而且还是致癌物质，能引起肝癌。石油。一般有机物，如酚类等。\n5-2-2水质监控标准（1）为防止环境污染，保障人们健康，各国都制定了符合各自国情的水质标准。我国地面水水质卫生要求：指标卫生要求悬浮物质色、嗅、味漂浮物质pH值生化需氧量溶解氧病原体含有大量悬浮物质的工业废水，不得直接排入地面水不得呈现工业废水和生活污水所特有的颜色、异臭或异味水面上不得出现较明显的油膜和浮沫6.58.5不超过34mg/L不低于4mg/L（东北地区渔业水体应不低于5mg/L）含有病原体的工业废水和医院污水，必须经过处理和严格消毒，彻底消灭病原体后方准排入地面水\n5-2-2水质监控标准（2）生化需氧量（五天，20ºC）用符号BOD520表示。它是指有机污染物于温度20ºC，在好氧细菌的作用下，5天内分解所需（或消耗）O2的数量，单位mg/L。溶解氧是指溶于水中的O2的数量，单位为mg/L，常用符号DO表示。如果水中DO不足或有机污染物含量过高，都可以引起水体中DO耗尽。此时有机物降解所需的O2便由NO3-和SO42-供给，从而伴随产生H2S等还原产物产生水体“腐臭”现象。\n5-3-3水体污染的防治水体污染主要来自工农业生产的废水和生活废水。因此水体污染的防治主要是“堵源”。也就是说，必须对不符合卫生要求的废水进行处理。废水处理和利用的方法很多。处理方法的选择取决于废水中污染物的状态、性质、组成及对水质的要求。废水的一般处理方法大致可归纳为：物理法、化学法和生化法\n物理法用过滤法除去水中的悬浮固体颗粒；用浮选（或气浮）除去水中的乳状油滴或相对密度近于1的悬浮物；用蒸发法浓缩废水中不挥发的可溶性物质。\n化学法中和法：调节废水的pH值，使其达到排放标准。对酸性废水可用石灰、石灰石、电石渣或碱性废水（液）来中和；对碱性废水则可用酸性废气（如含CO2、SO2等烟道气）或酸性废水（液）来中和。氧化还原法：利用氧化还原反应使溶解在水中的有毒物质转化为无毒或毒性较小的物质。沉淀法：利用沉淀反应使有害物质转化为沉淀而与水溶液分离。混凝法：利用加入混凝剂，使胶体粒子发生凝聚，产生絮凝物，并能吸附水中污染物，然后经沉降（或上浮）而与水溶液分离。离子交换法：使用离子交换树脂处理和回收废水中的有价值金属。处理后的水质纯净，可以重复使用。萃取法：此法是利用废水中的污染物在废水中和有机溶剂中的分配不同而分离。化学法除上述外，还有吸附法、膜分离法等。\n生化法生化法是利用微生物的生物化学作用处理废水中的有机物染物。用活性污泥处理生活废水或有机化工厂的生产废水，使有机物转化降解为无毒的无机物而得到净化。\n废水的综合处理综合处理废水可划分为一级、二级和三级处理：一级处理常用物理法；二级处理常用生化法和絮凝法。生化法的目的主要是除去一级处理后的有机物。絮凝法主要是出去一级处理后废水中无机的悬浮物和胶体微粒或低浓度的有机物；三级处理可根据需要选择合适的化学方法进行“深度处理”。\n清洁生产在产品的生产过程和预期消费中，既合理利用自然资源，又把对人类和环境的危害减至最小，使社会经济效益最大化的一种生产模式。推行清洁生产是企业现代化的标志，也是人类发展的方向。\n5-3土壤污染及其防治何谓土壤污染？指人类活动产生的污染物通过不同途径输入土壤环境中，数量和速度超过了土壤的自净化能力，使土壤的生态平衡遭破坏，正常的功能失调。土壤污染的特点：隐蔽性和潜伏性；不可逆性和长期性。\n土壤的污染的判断即使是净土，组成也不是固定的，因此某些物质含量的变化不一定意味着土壤功能发生了障碍，判断土壤是否受到污染是个很复杂的问题。目前，一般是从地下水是否受到污染，农作物生长是否受到影响来判定土壤是否拾到污染。土壤污染的来源主要是被污染的水流入土壤中,污染的大气落下的有害粉尘、酸雨,土壤吸收大气中的有害气体，人们不恰当施肥和使用农药，及堆放有害的废渣造成的\n土壤污染的危害对植物生长产生不利影响，重金属对土壤微生物产生破坏作用；对人体健康产生影响及途径：土壤污物可通过挥发进入大气受水的淋溶作用进入地下水和地表水污物被作物吸收进入人体，对环境造成二次污染\n5-3-1土壤污染物（1）土壤污染物主要是重金属、农药、多环芳烃等重金属污染物随废气和废水进入土壤的重金属呈可溶态与不溶性颗粒态存在。在碱性介质土壤中，由于重金属氢氧化物溶度积较小，它们将形成沉淀而留存在土壤中。通常重金属的硫化物、碳酸盐、磷酸盐的溶度积也很小，重金属在土壤中常以这些化合物的形成沉淀析出。\n5-3-1土壤污染物（2）农药污染物土壤中农药污染物来自因防治病虫及除去杂草而施用的杀虫剂、杀菌剂及除草剂。多环芳烃污染物多环芳烃大都是致癌物质。土壤中多环芳烃污染物来自石油、化工、焦化、冶炼、煤气、塑料、油漆、染料等行业的废水排入，烟尘的降落以及汽车废气的排放。这些致癌的多环芳烃在自然界中一般比较稳定，难于发生化学、生化作用，很难降解。因此，它们污染环境之后可造成长期的潜在危险。\n我国土壤污染的现状1980年全国工业“三废”污染农田266.7万公顷；1988年增加到666.7万公顷；1992年全国遭受不同程度污染的农田面积达1000万公顷，每年损失粮食120亿公斤。其中污水灌溉污染330万公顷，大气污染农田530万公顷，固体废弃物堆放侵占及垃圾、污泥农用不当90万公顷；目前我国化肥年施用量2930.2万吨，农药22万吨，农用地膜80万吨。\n5-3-2土壤污染的防治（1）重金属污染的防治严格控制土壤污染源改良土壤更换作物东南景天\n5-3-2土壤污染的防治（2）有机污染物的修复气提微生物修复渗透性活性栅就地热处理植物修复就地化学氧化就地冲洗技术\n5-4环境质量的评价及监测（1）环境质量的评价环境质量的好坏是以环境质量指数来表示的。这是一种数学模型，不同国家、不同地区、不同部门用的计算方法可能不尽相同，评价对象和方法不同，所用的数学模型也不同。常用的一种表示环境质量指数E的数学式是：式中，Ci为评价对象污染物i的实测浓度；Cis为污染物i的评价标准；n为受监测的污染物种类数目。E实际上就是污染物的超标率总和，E值愈大，污染就愈严重，这属于比值法的评价方法。\n5-4环境质量的评价及监测（2）环境监测是对污染物的存在形态、含量进行分析测定。它属于环境分析化学范畴，环境分析监测主要有以下特点:分析范围广，对象复杂；测组分含量甚微，浓度常用mg/L或g/L为单位，或以质量分数、体积分数表示，达10-910-6数量级。被测试样组成复杂，不仅要测含量还要做形态分析。试样稳定性差。