环境化学课件-南开大学 孙红文博导 最新版本201408

第三节 土壤中农药的迁移转化
一、土壤中农药的迁移 二、非离子型农药与土壤有机质的作用 三、典型农药在土壤中的迁移转化
图4－9
图 4 － 10
第五章 生物体内污染物质的运动过程 及毒性
第一节 物质通过生物膜的方式
一、生物膜的结构 二、物质通过生物膜的方式
图5－1
第二节 污染物质在机体内的转运
河水Dee河 Conway河 海湾 底泥 海湾污泥 土壤
松花江 松花江泥
蓟运河水泥
表3－9 腐殖酸配合物稳定常数
LgK
Ca
Mg
Cu
Zn
Cd
3.65
3.81
－
－
3.95
4.00
3.56
3.26
－
－
－
－
3.65
3.50
4.65
4.09
3.60
3.50
3.4
2.2
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
7.85 8.29
N2 NO
NO2 HNO2 HNO3 NH3 SO2
6.40×10-9 1.97×10-8 9.74×10-8 4.84×10-4
2.07 6.12×10-4 1.22×10-5
表3－2 水在不同温度下的分压
T(℃)
0
5
10
15
20
25
pH2O 0.00611 0.00872 0.01228 (×105Pa)
环境化学
第一章 绪论
第一节 环境化学 一、环境问题 二、环境化学 第二节 环境污染物 一、环境污染物的类别 二、环境效应及其影响因素 三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简 介

上述方程两边取对数： 取地面大气压力P0=1
2-12
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第一节 大气的组成及其主要污染物 2.1 Atmospheric Composition and Primary Pollutants
一、大气的主要成分
(Main Compositions of the Atmosphere)
From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004
2-5
《环境化学》 第二章 大气环境化学
地表大气的平均压力为 101 300 Pa，相当于
每平方厘米地球表面包围着 1034 g的空气。地球 的总表面积为510 100 934 km2，所以大气总质量 约为5.3 ×1018 kg，相当于地球质量的10-6倍。大 气随高度的增加而逐渐稀薄，其质量的99.9％集中


几种惰性气体：He（5.24×10-4）、Ne（1.81×10-3）、 Kr（1.14×10-4）和Xe（8.7×10-6）的含量相对比较高。
水蒸气的含量是一个可变化的数值，一般在1% ～3%。 痕量组分，如H2（5×10-5）、CH4（2×10-4）、CO （1×10-5）、SO2（2×10-7）、NH3（6×10-7）、N2O （3×10-5）、NO2（2×10-6）、O3（4×10-6）等。
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
吸收紫外线，放出热量，臭氧吸收热量
20
对流层顶 对流层
3. 中间层 (Mesosphere)： 50~80 km
4. 热层（电离层）(Thermosphere)：80~500 km

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环境化学与其他学科关系
01 与化学的关系
环境化学是化学的一个分支，它应用化学的理论 和方法来研究环境问题。
02 与环境科学的关系
环境化学是环境科学的重要组成部分，它为环境 科学提供化学物质在环境中的行为和效应方面的 理论支撑。
03 与其他学科的关系
环境化学还与生态学、毒理学、地理学、气象学
包括混合、扩散、挥发、 吸附等。
化学过程
包括氧化、还原、水解、 络合等。
生物过程
包括生物降解、生物富集 、生物转化等。
污染物迁移途径
包括地表水-地下水交互作 用，水-土界面交互作用， 水-气界面交互作用等。
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04
土壤环境化学
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土壤组成与性质
矿物质
土壤矿物质是土壤的主要组成物质， 构成了土壤的“骨骼”，一般占土壤 固相部分质量的95%～98%。土壤矿
等。
迁移
包括机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移。机械迁移是指污染物在土壤中的机械运动 ，如耕作、灌溉等引起的污染物在土壤中的混合和搅动；物理-化学迁移是指污染物在 土壤中的溶解、吸附、解吸、沉淀、气化等过程；生物迁移是指污染物通过生物体的吸
收、代谢、死亡等过程而发生的迁移。
18
生物体内污染物质运输与转
环境质量评价标准
包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础 标准等。
3
环境影响评价
预测和评价人类活动对环境的影响，提出相应的 预防和治理措施。
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大气污染治理技术
01
颗粒物治理技术
包括机械除尘、湿式除尘、电除 尘等。

重点要求
➢ 要求掌握主要修复技术的基本原理、修复过程 中污染物的降解和消除过程、以及影响因素。
➢ 要了解各技术适用的污染物及介质。
7-3
《环境化学》 第七章 受污染环境的修复
引言
Foreword 修复（Remediation）是指采取人为或
自然过程，使环境介质中的污染物去除或无害 化，使受污染场址恢复原有功能的技术。
Singh S, Hyun S, Mulchandani A, et al. Bioremediation: environmental clean-up through pathway engineering. Current Opinion in Biotechnology, 2008, 19: 437–444.
污染源
▽ 渗 地下水位 透 反 应 墙 地下水流向
淋等方式进行。
图 渗透反应墙修复地下水硝酸盐污染示意图
地下水硝酸盐污染原位微生物修复技术研究进展,水资源保护, 2009,25(3):1-5
7-11
《环境化学》 第七章 受污染环境的修复
异位生物修复
（ex-situ bioremediation）
需要挖掘土壤或抽取地下水，将污染物移动到邻近地点或反应器内进 行。其过程更好控制、结果容易预测、技术难度较低，但投资成本较大。
一、概 述
(Introduction)
二、影响微生物修复效率的因素
(Influencing Factors on the Remediation Efficiency)
三、强化生物修复的主要类型
(Main Types of Enhanced Bioremediation)
四、生物修复的优缺点
(Strengths and Weaknesses of Bioremediation)

2
建议课时安排
第一章 绪论 （2 课时） 第二章 大气环境化学 （6 课时） 第三章 水环境化学 （6 课时） 第四章 土壤环境化学 （4 课时） 第五章 生物体内污染物质的运动过程及毒性 （6 课时） 第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应（4 课时） 第七章 受污染环境的修复（4 课时） 第八章 绿色化学的基本原理和应用（3 课时） 总复习 （1 课时）
环境化学电子教案
孙红文 主编 参加编写人员
戴树桂 主审 汪 磊 马小东 徐 建 王翠苹 吴济舟 王 婷
高等教育出版社 高等教育电子音境化学》（第二版）的配套教材。
普通高等教育“十一五”国家级 规划教材
高等教育出版社, 2006年10月 主编：戴树桂（南开大学）
2007年被评为国家精品教材
3

提出了“持续发展”的战略
——把经济发展和环境保护相结合。
第三阶段：90年代以来
巩固和发展“持续发展”的战略思想。
——把环境保护与经济、社会协调发展。
23
二、环境化学
1. 环境化学的发展
环境化学的发展：
孕育阶段：二次大战-1970年；
形成阶段：70-80年代；
发展阶段：80年代。
24
二次大战-20世纪60年代：研究环境中农药
环 境 化 学
Environmental chemistry
1
第一章 绪论 第二章 大气环境化学 环 境 化 学 第三章 水环境化学 第四章 土壤环境化学 第五章生物体内污染物质 的运动过程及毒性 第六章典型污染物在环境各 圈层中的转归与效应 第七章 受污染环境的修复
2
参考书籍
3
参考期刊
环境科学 环境化学 化工环保 环境保护 环境工程 环境科学学报 中国环境科学 农村生态环境 环境污染与防治 环境污染治理技术与设备
19
世界地球日的由来
１９６９年，美国民主党参议员盖洛 德。尼尔森提议，在全国各大学校 园内举办环保问题讲演会，并将次 年的４月２２日作为“地球日”。 1970年4月22日，由美国哈佛大学 学生丹尼斯· 海斯发起并组织的环境 保护活动，犹如星火燎原。全美国 共有2000多万人参加，约1万所中 小学，2000所高等院校和全国的各 大团体参加了这次活动，这一天就 成了第一个地球日。
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3. 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。

环境问题
• 人类生活和生产活动不断影响和改变环境条件，甚至引起环 境污染。
• 工业化过程中的处置失当，特别是对自然资源的不合理开发 利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏。 空气、水和土地污染的环境退化现象 臭氧层破坏 气候变化 水资源的短缺和污染 有毒化学品和团体废弃物的危害 生物多样性的损伤
2. 造成环境污染的三因素 物理的
噪声、震动等 化学的
九大类 生物的
大米草、水葫芦、赤藻等
温室效应
酸雨
光化学烟雾
伦敦烟雾事件
臭氧空洞
海洋污染
赤潮
农药污染
3. 认识环境问题的三个阶段
环境问题并非只限于环境污染,人们对现代环境 问题的认识有个发展过程。 第一阶段：在20世纪60年代人们把环境问题只当成一 个污染问题，认为环境污染主要指的是城市和工农业 发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声 的污染。对土地沙化、热带森林破坏和野生动物某些 品种的濒危灭绝等并未从战略上予以重视。我国当时 以污染控制为中心进行环境管理，曾对改善城市和人 民生活的环境质量起了重要作用。 存在问题：没有把环境问题与自然生态联系起来,低 估了环境污染的危害性和复杂性，没有把环境污染与 社会因素相联系，未能追根寻源。
每年有600万公顷具有生产力的旱地变成沙漠
有1100多万公顷的森林遭到破坏
在非洲,干旱将3500万人置于危难之中
在印度,博帕尔农药厂化学品泄漏造成两千人死亡
在墨西哥城,液化气罐爆炸使千人遇难
在前苏联,切尔诺贝利核反应堆爆炸使核尘埃遍布欧洲
在瑞士,农用化学品、溶剂和录污染了莱茵河,使数百万 尾鱼被毒死
样是热门课题。
（2）各圈层环境化学

环境污染的全生命周期管理
从源头预防到末端治理，对环境污染进行全生命周期的管理，降低 环境负荷。
跨学科的交叉融合
环境化学与生物学、地理学、社会学等学科的交叉融合，为解决环 境问题提供更多思路和方法。
应对挑战的策略与措施
加强环境化学基础研究
深入开展环境化学过程和机理研究，为污染治理和预防提供科学 依据。
物种灭绝、基因资源丧失、生态平衡破坏等。
03
环境化学污染物
有机污染物
持久性有机污染物
这类污染物在环境中难以降解，可在水、土壤和生物体内积累， 对环境和人体健康造成长期危害。
含氯有机污染物
如多氯联苯、二噁英等，这些物质具有致癌、致畸和致突变性， 对环境和人体健康造成严重威胁。
含磷有机污染物
这类污染物具有生物富集性，可导致水体富营养化，对水生生态 系统造成破坏。
详细描述
物理化学过程包括溶解、沉淀、挥发、氧化还原等，这些过程在环境中的元素 迁移转化中起着重要作用。例如，土壤中的重金属离子可以通过溶解作用进入 地下水，进而影响地下水的质量。
生物化学过程
总结词
生物化学过程是环境化学中不可或缺的一部分，主要涉及生物体与环境中的化学 物质之间的相互作用。
详细描述
生物化学过程包括生物降解、生物转化和生物积累等。例如，土壤中的有机污染 物可以通过微生物的降解作用被分解为无害的物质，从而降低土壤污染的程度。
环境化学全套课件
汇报人：
202X-12-23
• 环境化学基础 • 环境污染与生态破坏 • 环境化学污染物 • 环境化学反应与过程 • 环境化学监测与评价 • 环境化学治理与修复 • 环境化学的未来发展与挑战
01
环境化学基础
环境化学的定义与重要性

内容提要及重点要求
主要介绍了以重金属、持久性有机污染物 （Persistent Organic Pollutants，POPs）为 代表的持久性有毒污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）等典型污染物在各圈层中 的转归与效应。要求了解这些典型污染物的来 源、用途和基本性质。掌握它们在环境中的基 本转化、归趋规律与效应。
4
在RH=30%的空气中
27
湿空气中， RH饱和 干空气中， RH<1%
13
2
6-6
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
有机汞化合物曾作为一种农药，特别是作 为一种杀真菌剂而获得广泛应用；这类化合物 包括芳基汞(如二硫代二甲氨基甲酸苯基汞)。
Hg S C N(CH3)2 S
6-11
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
甲基钴氨素的再生：水合钴氨素（H2OCoB12+）被辅 酶FADH2还原，使其中钴由三价降为一价，然后辅酶甲 基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离子CH3+ 转移给钴，并从 钴上取得两个电子，以CH3-与钴结合，完成了甲基钴 氨素的再生，使汞的甲基化能够继续进行。
2.汞的甲基化
在天然环境中，某些无机形态的金属元素能转化 为有机金属化合物，主要过程为环境甲基化，又称生 物甲基化。
甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要 生物来源。
CH3CoB12 + Hg2+ + H2O → H2OCoB12++ CH3Hg+
在S2－或H2S存在时，甲基汞离子转化为二甲基汞。 2CH3Hg＋＋S2－ → (CH3Hg)2S (CH3Hg)2S → (CH3)2Hg + HgS

4
8-18
《环境化学》 第八章 绿色化学的基本原理与应用
第二节 绿色化学的基本原理
8.2 Fundamental Principles of Green Chemistry
一、绿色化学的12条基本原理
Twelve Fundamental Principles of Green Chemistry
二、绿色化学与绿色工程

，为满足此种迫切需要，就产生了“绿色化学”这 一崭新学科。
8-5
《环境化学》 第八章 绿色化学的基本原理与应用
定义

绿色化学（Green Chemistry），也可叫作可持续的化学 （Sustainable Chemistry），它是一个概括性的概念： “化学是一种给予能力的或可操作的科学，利用它可使 经济和环境的发展协调地进行。”（Chemistry is an enabling science that will allow economic progress and environmental progress to proceed in harmony）。 按照定义，绿色化学就是研究利用一套原理在化学产品 的设计、开发和加工生产等过程中都应减少或消除使用 或产生对人类健康和环境有害物质的科学。
一、绿色化学的定义
Definition of Green Chemistry
二、关于绿色化学的发展史简介
Introduction of Development of Green Chemistry
8-10
《环境化学》 第八章 绿色化学的基本原理与应用
二、关于绿色化学的发展史简介 Introduction of Development of Green Chemistry 1

环境意识
❖ 人对待自然和环境的态度
➢ 对自然及其发展规律的认识（基础和前提） ➢ 对人类与生态环境之间关系的理解（核心内
容） ➢ 在与环保有关的问题的行为趋向（外在表现） ➢ 对环保活动的参与程度（外在表现）
环境意识的表现形式
❖ 自我保护型 ❖ 反对公害型 ❖ 自然崇拜型 ❖ 绿色文明型
绿色政治，绿色经济，绿色文化
❖ 1972年，联合国在瑞典首都斯德哥尔摩，召开了 “人类与环境会议”有113个国家参加会议通过了 《人类环境宣言》会议建议联合国大会将这次会议 开幕日的6月5日定为“世界环境日”响亮地提出了： “人类只有一个地球赖以生存，这个地球不是我们 从上一代人手里断承下来的，而是我们从下一代人 手里借来的”联合国组织第一次把环境问题与社会 因素联系起来，会后组建了联合国环境规划署 （UNEP）“世界环境日”的作用在于唤起全世界人 民都来注意保护人类赖以生存的环境，自觉采取行 动参与环境保护的共同努力同时要求各国政府和联 合国 应该为推进环境保护做出贡献。
❖ “地球日”1970年4月22日，美国的一些环境保护 工作者和社会名流首次在国内发起了“地球日”活 动，全美1万所中小学，2000所高等院校和全国的 各大团体共2000万人参加了这次活动，人们举行集 会、游行、演讲等等各种环境保护宣传教育活动， 要求政府采取保护环境的措施，这是人类有史以来 第一次规模宏大的群众性环境保护运动，从这以后 “地球日”就向日益扩大并超越了国界，每项逢这 一天，许多国家都开展纪念和宣传教育活动，有力 地推动了环境保护事业的发展。
对于可持续发展三项基本原则的共识
❖ ⑴可持续发展追求公平性 应该承认，在满足人类需求方面存在着很多不公平的因素， 种族、地域、经济、文化、贫富……，可持续发展则强调各 类人都应有满足其争取美好生活愿望的公平权利，不仅在同 代人中应坚持公平性，还要实现代际公平，要给世世代代以 公平享用自然资源的权利，不能“吃祖宗饭 造子孙孽”。

光量子能量和化学键之间的对应关系：
E =h v = h c/λ
式中：E——光量子能量；
h ——普朗克常数，6.626×10-34 j ·s / 光量子 c ——光速，2.979×1010 cm / s 1mol分子吸收的总能量为：E=N0 h v 式中：N0 —— 阿伏加德罗常数，6.022×1023 。 通常化学键的健能大于167.4kJ/mol，所以波长大于 700nm 的光就不能引起光化学降解。
次级过程
HO + NO → HNO2 HO + HNO2 → H2O + NO2 HO + NO2 → HNO3
（4）HNO2 和 HNO3
⊙ HNO3
若有CO
HNO3 + hv → HO + NO2
HO + CO → CO2 + H H + O2 + M → HO2 + M 2HO2 → H2O2 + O2
NO2 吸收λ< 420nm 的光，反应为： NO2 + hv → NO + O O + O2 + M → O3 + M 这是大气中O3 已知的唯一人为来源。
（4）HNO2 和 HNO3 ⊙HNO2 初级过程 HNO2 + hv → HO + NO HNO2 + hv → H + NO2
HNO2的光解可能 是大气中HO的重 要来源之一。
四、大气稳定度
1. 概念
2. 分类
1、概念：
指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气块在垂直方
向上相对稳定的程度。
2、按照稳定度将大气分为：
稳定的大气：当大气中某一气块在垂直方向上有一个小的位