Transcript 一、环境化学是环境科学的一门重要的分支学科

环境化学
邓红梅
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第一章 绪
论
本章从当今世界和我国面临的主要环
境问题入手，介绍环境化学在环境科学和
解决环境问题中的地位和作用及其任务、
内容、特点、发展方向和主要环境污染物
迁移转化途径。
要求同学们了解环境化学的任务，明
确环境化学课程学习的目的。
一
环境问题的定义
环境问题：当人类向环境索取资源
的速度超过了资源本身及其替代 品的
再生速度，或者向环境排放废弃物的
数量超过了环境的自净力
环境对人类、生
活的排泄物具有
的容纳和清除能
力
环境问题的分类
第一环境问题
第二环境问题
（1）第一环境问题
自然灾害、地方病
第一环境问题也称原生环境问题，主要
指自然界发生异常变化，分两类：
一是如火山爆发、山崩、地震、海啸、
台风、水旱灾害等自然灾害；
二是自然界本来就存在对人类和生物有
害的因素，如某些地方水土中缺少(或过多)
某些人体所需的化学元素而导致疾病的发生
(地方病)。
意大利维苏威火山暴发
“莫拉克”台风
印度洋海啸
印
度
洋
海
啸
中
的
伤
亡
唐山大地震
（2）第二环境问题
人类发展到20世纪末，人口急剧增长，工业高
度发达，其影响生存环境的能力，已经达到了全球
化的规模，远远超出了史前的水平。如今，在地球
上没有哪个角落不受到人的影响。人类将地球上现
有30%以上的陆地上作为农田、放牧地和人工经营的
林地、森林——“地球之肺”大量被砍伐，热带雨林
被破坏等等；这是第二环境问题， 又称次生环境
问题。主要指：
人类对自然资源利用的不合理和对废弃物处
理的不妥，以及由于生产发展和人口膨胀所带来
的生态的破坏与环境的污染。
次生环境问题在不同时期表现出的现象不
同，归纳起来，有两大方面的问题：
A 生态的破坏
①森林植被破坏；②沙漠化；③土壤侵
蚀；④环境地质问题(人工爆破、地下核试
验、采空区塌陷等)；⑤生物物种的消灭。
B 环境的污染
①大气区域性污染；②水源与江河水
污染；③噪声污染；④土地污染(废弃物)；
⑤全球性污染
环境问题的表现－环境污染
二
土壤污染
水污染
环境污染
噪音污染
放射性
污染
大气污染
固体废物
污染
二
环境问题的表现－生态破坏
水土
流失
森林
减少
生态破坏
温室
效应
物种
灭绝
土地荒漠化
臭氧层
空洞
1.2 环境问题的发展时期
1、人类发展初期的环境问题
人是自然食物的采集者和捕食者，主要是利用环
境而很少有意识地去改造环境，当时人还是自然界的
奴隶，对自然界的作用是很有限的。
人类发展初期的环境问题是因过度的采集和狩
猎，消灭了居住区周围的许多物种，破坏人们的
食物来源，使其生存受到威胁。因而这一时期，
人类总是在迁徒。
2、第一次浪潮时期的环境问题
第一次浪潮，即原始农业、畜牧业、新石器时
期。这是人类生产发展史上的一次重大革命。使用农具，
建立灌溉系统，过定居的生活等，人们不再频繁迁徒了，
解决了生存的危机，有稳定的生活，但是，“刀耕火
种”，“反复弃耕”导致土壤破坏，出现水土流失，使
沃土变成了不毛之地。这就是以土地破坏为特征的人类
第二个环境问题。
如：古代三大文明地区之一–––巴比伦的美索不达米
亚(幼发拉底河与底格里斯河）；
哈巴拉、玛雅(中美洲人类突然消失)文明；
我国的黄河流域等.
巴比伦的空中花园
这是墨西哥境内保存较完好的一座玛雅金字塔
这是墨西哥境内保存较完好的一座玛雅 金字塔
3、第二次浪潮的环境问题
以使用蒸汽机为标志的工业革命，兴起
了第二次浪潮，但造成了严重的环境污染现
象，规模大，影响深是前所未有的，八大公
害事件，主要表现为SO2 污染、光化学烟雾、
水域重金属污染和毒物污染几大类。
伦 敦 烟 雾
日 本 水 俣 病
深受痛痛病折
磨的人
痛痛病的发病过程图
4、第三次浪潮的环境问题
60年代以来开始的电子工程，遗传工
程等新兴工业为基础的第三次浪潮，使工业
技术阶段发展到信息社会阶段。环境问题是，
发达国家发展新兴产业，把技术落后、环境
污染严重的传统产业转移到发展中国家来，
即污染转嫁。
因博帕尔农药厂毒气
泄漏而毙命的牲畜
被博帕尔农药厂毒气夺去生
命的孩子
（选自《黑镜头》）
环境问题与由来
• 1、世界环境保护的发展历程
(1) 限制治理阶段(20世纪50年代~60年代末)
在一些污染事件发生后，如八大公害事
件，环保工作主要治理污染源、减少排
放量，在法律上，颁布环境保护的法规
和标准，在经济上，采取给工厂企业补
助资金，帮助工厂企业建设净化设施等
等
(2) 综合防治阶段(20世纪70年代初~80年代)
• 1972年6月5日至16日，联合国在瑞典斯德哥尔
摩召开了人类环境会议，并通过了《人类环
境宣言》。
• 冲破了以环境论环境的狭隘观点，把环境与、
资源和发展联系在一起，从整体上来解决
环境问题。对环境污染问题
• 开始实行建设项目环境影响评价制度和污染物
排放总量控制制度，从单项治理，发展到综
合防治
(3)规划管理阶(20世纪80年代以后)
• 1992年6月，在里约热内卢召开了联合国环境
与发展大会，这标志着世界环境保护工作又迈
上了新的征途：探求环境与人类社会发展
的协调方法，实现人类与环境的可持续
发展。“和平、发展与保护环境是相互依存
和不可分割的”。至此，环境保护工作已从单
纯治理污染扩展到人类发展、社会进步这个更
广阔的范围，“环境与发展”成为世界环境
保护工作的主题。
人与环境应和谐相处
在即将迈入21世纪的今天,历史赋予了我们神
圣的使命。人类只有一个地球。尊重自然，就是
尊重人类自身；保护生态，就是保护我们赖以生
存的家园。为了我们自己，也为了我们的子孙后
代生活得更好，为了把我们共同的家园建设得更
美好，我们呼唤和平相处，呼唤人与自然携手共
进，呼唤在重视发展的同时，重视环境保护，实
现新的世纪的可持续发展。
我国环境问题的认识过程
• 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，而成为全球性的问题。
区域性
全球性
城乡
厄尔尼诺
＋
国家
城市：环境问题表现为环境污染
乡村：环境问题表现为生态破坏
想一想为什
么呢？
发展中国家比发达国家严重
环境问题全球分布状况
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。

快速的经济增长－污染防治压力越来越大

小康社会生活水平－环境质量的要求越来越

发达国家技术进步－国际环境标准越来越严格。
我国环境污染防治面临的挑战
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。
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
我国环境科学与工程领域急需
解决的重大问题
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
我国环境科学与工程领域急需解
决的重大问题
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
第二节 环 境 化 学
1）环境化学的含义
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。
环境化学的含义
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。
环境化学的分支学科
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
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。
环境化学的特点与发展
特点：复杂性、综合性、精细性
发展：创造无污染生产过程为目标
环境良性化学
环境化学的研究特点
 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。
环境化学的发展方向
 随着环境问题日益严峻和人们认识提高，环境化学
研究出现新趋势。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“为21世纪环境而设计” ，支持以创造无污
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：
环境化学的发展方向
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。
环境化学的发展方向
 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。
环境化学的发展方向
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。
环境化学的发展方向
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。
环境化学的发展方向
 染控制化学
控制模式从终端污染控制模式向全过程控制模
式转变；
提出了污染预防、清洁生产绿色化学和工业生态
学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。
环境化学对公害事件的认识做出了重要的贡献
–引起人们对环境问题严重关注的是由化学污染物造
成的上世纪公害事件：
如马斯河谷烟雾事件，日本富山县的“痛痛”病事件
–通过多年的研究，人们对这些事件的起因、产生的机
制、危害等问题有较好的认识。
马斯河谷烟雾事件
1930年12月1日至5日，时值隆冬，大雾笼罩了整个比
利时大地。比利时列日市西部马斯河谷工业区上空的雾
此时特别浓。由于该工业区位于狭长的河谷地带，气温
发生了逆转，大雾像一层厚厚的棉被覆盖在整个工业区
的上空，致使工厂排出的有害气体和煤烟粉尘在地面上
大量积累，无法扩散，二氧化硫的浓度也高得惊人.
在这种气候反常变化的第3天，这一河谷地段的居民有
几千人呼吸道发病，有63人死亡，为同期正常死亡人数
的10.5倍。发病者包括不同年龄的男女，症状是：流泪、
喉痛、声嘶、咳嗽、呼吸短促、胸口窒闷、恶心、呕吐。
咳嗽与呼吸短促是主要发病症状。死者大多是年老和有
慢性心脏病与肺病的患者。
对当地排入大气的各种气体和烟雾进行了研究分析，
排除了氟化物致毒的可能性，认为SO2气体和SO3烟
雾的混合物是主要致害的物质。据推测，事件发生时
工厂排出有害气体在近地表层积累。据费克特博士在
1931年对这一事件所写的报告，推测大气中SO2的浓
度约为25～100毫克/立方米（9～37微克）。空气中
存在的氧化氮和金属氧化物微粒等污染物会加速二氧
化硫向SO3转化，加剧对人体的刺激作用。而且一般
认为是具有生理惰性的烟雾，通过把刺激性气体带进
肺部深处，也起了一定的致病作用。
在马斯河谷烟雾事件中，地形和气候扮演了重要
角色。从地形上看，该地区是一狭窄的盆地；气候反
常出现的持续逆温和大雾，使得工业排放的污染物在
河谷地区的大气中积累到有毒级的浓度。
痛痛病事件
• 指1955年至1972年发生在日本富山县神通川流域的公害
事件。1955年，在神通川流域河岸出现了一种怪病，症
状初始是腰、背、手、脚等各关节疼痛，随后遍及全身，
有针刺般痛感，数年后骨骼严重畸形，骨脆易折，甚至
轻微活动或咳嗽，都能引起多发性病理骨折，最后衰弱
疼痛而死。经调查分析，痛痛病是河岸的锌、铅冶炼厂
等排放的含镉废水污染了水体，使稻米含镉。而当地居
民长期饮用受镉污染的河水，以及食用含镉稻米，致使
镉在体内蓄积而中毒致病。此病以其主要症状而得名。
截至1968年5月，共确诊患者258例，其中死亡128例，到
1977年12月又死亡79例
环境化学为全球环境
问题的认识做出了
杰出的贡献
–1995年度的Nobel化
学奖授予了Rowland、
Molina、Crutzen
三位环境化学家是最好的说明。
罗兰 (F.S.Rowland) (1927-)
• 克鲁岑、莫利纳、罗兰率先研究并解释了大气
中臭氧形成、分解的过程及机制，指出：臭氧
层对某些化合物极为敏感，空调器和冰箱使用
的氟利昂、喷气式飞机和汽车尾气中所含的氮
氧化物，都会导致臭氧层空洞扩大，他们于
1995年获奖。
罗兰，美国化学家，发现人工制作的含氯氟烃
推进剂会加快臭氧层的分解，破坏臭氧层，引
起联合国重视，使全世界范围内禁止生产损耗
臭氧层的气体。
• –这些事件充分肯定了环境化学在解决局
部环境问题和全球环境问题中发挥的重
要作用，也标志着环境科学已趋于成熟，
并为世界主流科学认可。
二、环境化学课程与环境化学
学科
• –“本学科主要运用化学和其他学科的原
理和方法研究化学物质特别是污染物在
各种环境介质中的存在、行为、归趋、
效应和控制，研究从微观到宏观，从静
态到动态不断地深入与系统。
• 环境化学“是化学学科一个重要分支，
也是环境科学的核心组成部分”（国家
自然科学基金项目指南，1994）
环境污染物
一、污染物的类别
环境中化学污染物是环境化学研究的对象主
要分为：
元 素
重金属、准金属、卤素、臭氧、黄磷等。
无机物
氰化物、一氧化碳、氮氧化物、
卤化物、卤间化合物、次氯酸及其
盐、硅的无机化合物、无机硫磷化合
物、卤间化合物等。
有机污染物
烃类有机化合物: 烷烃、芳烃、多
环芳烃(PAHs)等。
金属有机和准金属有机化合物：四
乙基铅、羰基镍、有机砷、二苯铬、
有机锡等。
有机污染物
含氧有机化合物：环氧乙烷、醚、
醇、醛、酚、有机酸、脂、酐、
酚类化合物等
有机氮化合物：胺、腈、硝基甲
烷、硝基苯、三硝基甲苯、亚胺
等。
有机污染物
有机卤化合物：四氯化碳、脂肪基
和烯烃的卤化物、芳香族卤化物、多
氯联苯（PCBs）、氯代二噁英等。
有机磷化合物：磷酸脂类化合物、
有机磷农药、有机磷军用毒气等。
有机污染物
有机硫化合物：烷基硫化物、硫醇、
巯基甲烷、二甲砜、硫酸二甲脂等。
二、环境污染物的迁移转化
迁移过程
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。
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。
汞在环境中的迁移转化过程
成绩评定
• 考试成绩
• 读书报告
• 课堂讨论（考勤）
70%
15%
15%
课堂讨论






提供讨论主题/参考刊物名称
查阅文献——撰写报告——课堂交流
提高查阅文献、写作、口头表达等能力
进一步掌握环境化学的基本知识
了解学科发展的前沿
提高获取知识和发现环境问题的能力