环境化学第五章PPT课件

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环境化学研究内容
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02
03
04
环境中化学物质的来源、分布 和归宿
化学物质在环境中的迁移、转 化和降解
化学物质对生物和人类的影响 和危害
环境污染的监测、评价和治理
5
环境化学与环境保护关系
环境化学为环境保护 提供科学依据和技术 支持
环境化学与环境保护 相互促进，共同发展
环境保护需要环境化 学的理论和方法来指 导实践
排泄
生物体通过多种途径将污染物质排出体外，包括尿液、汗液、呼出气体、乳汁 等。此外，某些污染物质还可以通过皮肤接触等途径排出体外。
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毒理学基本概念和原理
毒理学定义 研究外源化学物对生物体的有害作用 及其机制的科学。
毒性作用类型
包括急性毒性、慢性毒性、亚慢性毒 性等。
毒性作用机制
包括干扰生物大分子结构和功能、影 响细胞代谢过程、破坏细胞结构和功 能等。
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水体污染及危害
01
Байду номын сангаас
02
03
水体污染来源
工业废水、生活污水、农 业面源污染等
水体污染的危害
影响水生生物生存、破坏 水生态平衡、危害人类健 康等
水体污染指标
化学需氧量(COD)、生物 需氧量(BOD)、总磷(TP)、 总氮(TN)等
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水体中污染物迁移转化规律
物理作用
对流、扩散、挥发、吸附等
化学作用
氧化、还原、水解、络合等
生物作用
生物降解、生物富集、生物转化 等
污染物迁移转化模型
一维模型、二维模型、三维模型 等
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04
土壤环境化学
15
土壤组成与性质

3 污染物质的生物富集、放大和积累
3.1生物富集 生物富集是指生物通过非吞食方式 , 从周围环境 ( 水、土壤、大 气 ) 蓄积某种元素或难降解的物质 , 使其在机体内浓度超过周围环 境中浓度的现象。
生物富集用生物浓缩系数表示 , 即 :
BCF= Cb / Ce (5-2)
式中 :BCF-生物浓缩系数 ; Cb -某种元素或难降解物质在机体中的浓度 ; Ce -某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度。
5. 胞吞和胞饮：少数物质与膜上某种蛋白质有特殊亲和力 , 当其与膜接触后 , 可改变这部分膜的表面张力 , 引起膜的
பைடு நூலகம்
外包或内陷而被包围进入膜内 , 固体物质的这一转运称为胞 吞 , 而液态物质的这一转运称为胞饮。
影响物质通过生物膜方式的因素: 主要决定于机体各组织生物膜的特性和物质的结构、理化性 质。如脂溶性、水溶性、解离度、分子大小等。
成复合物 , 称为金属硫蛋白
2.3排泄
排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾 、肝胆、 肠、肺、外分泌腺等 , 而以肾和肝胆为主。 肾排泄污染物质的效率是肾小球滤过 , 近曲小管主动分泌和远曲 小管被动重吸收的综合结果。 大部分污染 物质都能从 肾小球滤过 能分别分泌有机酸 ( 如羧酸、磺酸、尿 酸、磺酰胺 ) 和有 机碱 ( 如胺、季胺) 对滤过肾小球溶液 中的污染物质 , 可 以被动扩散进行重 吸收 , 使之在不同 程度上又返回血液
影响消化管吸收的因素 （1）污染物质的脂溶性：脂溶性越 强及在小肠内浓度越高 , 被小肠吸收也越快。 （2）血液流速：污染物质的脂溶性强，血流速度越大 , 则 膜两侧污染物质的浓度梯度越大 , 机体对污染物质的吸收 速率也越大。极性污染物质 , 因其脂溶性小 , 在被小肠吸 收时经膜扩散成了限速因素 , 而对血流影响不敏感。 （3）离解度：未解离型易于扩散通过膜。小肠液的酸性 (pH≈6.6) 明显低于胃液 (pH≈2), 有机弱碱在小肠和胃液 中分别以未解离型和解离型占优势 , 因此有机弱碱在小肠 中的吸收比在胃中的吸收快。

主动转运进入生物膜。
（3）大多数物质以被动扩散方式通过生物膜。
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第二节
污染物质在机体内的转运
污染物质在机体内的运动过程包括吸收、
分布、排泄和生物转化。
吸收 分布 排泄 生物转化
转运
消除
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第二节
污染物质在机体内的转运
一、吸收 (Adsorption)
吸收——是污染物从机体外通过机体的消化管、呼吸道、皮
（3）皮肤
污染物质在机体内的转运
一、吸收 (Adsorption)
由于皮肤角质层的阻隔，皮肤吸收污染物的能力较差，只是 一些污染物质进入机体的途径。 一般脂溶性强、分子量低的污染物（如酚、苯胺）才可以通
过皮肤吸收。
但是当皮肤毛孔张开时，一些大分子污染物也可以通过毛孔 进入人体。
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人体内毒物被吸收、分布和排泄的主要途径
呼 吸 摄 吸
出
入
入
胃肠道
收
皮肤
肺和肺泡
胆汁
肝 排泄物
（粪） 血液和淋巴系统
骨 脂肪
而言：主要是叶片吸附、叶孔吸收、
根部吸收三个途径。
（1）叶片吸附
可吸附一些颗粒态污染物，植物叶片越粗糙，比表 面积越大，越能吸附大量污染物。 一些植物叶片分泌一些油脂性物质，增加了对颗粒
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（1）磷脂双分子层
磷脂双分子层既有疏水基团，又有亲水基团。
亲水的头部处于水相，疏水的尾部朝向中央。
（2）蛋白质
根据它们与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列
部位，可以大体分为两类：表在蛋白与内在蛋白。
不同生物膜所具有的不同生物学功能主要是由于所
含膜蛋白的种类和数量不同

M
(OH
)n
(S
)
MO(OH
) n1
(S
)
H
M(OH)n-1(H2O)+的数目=MO(OH)n-1-的数目
在该pH值发生的情况称为等电点或零电荷点 （Zero Point of Charge，ZPC)。
pHZPC对于不同金属氧化物有不同数值，而且每种 氧化物均是固定常数。
表5-1 典型矿物的等电点（pHZPC)
大多数情况下，天然水中有机胶体或无机胶体微 粒都带有负电荷。
但一些胶体如水合氧化铁、铝等矿物在水pH值偏 酸下也可以带正电荷。
胶体表面电荷的来源？？？
（1）表面电荷可来自表面的化学反应 （2）离子置换 （3）离子吸附
（1）表面电荷可来自表面的化学反应
• 此类电荷的产生是由于无机胶体表面上的羟基或 有机质胶体的一些基团如-OH,-COOH,-C6H4OH,-NH2 等获得或失去质子所致。
胶体种类 气溶胶 液溶胶 固溶胶
分散剂状态 气体 液体 固体
实例 雾、云、烟、霾 Fe(OH)3胶体、牛奶、豆浆 烟水晶、有色玻璃
天然水体中的胶体一般可分为三大类： （按分散质分类） 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种
金属水合氧化物； 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分
子有机物、蛋白质、腐殖质等； 有机无机胶体复合体。
如气-液、气-固、液-液、液-固和固-固等界面。
5.1 天然水体中的胶体物质 5.2 固液界面的吸附过程 5.3 水-固体系中的分配过程 5.4 挥发作用
5.1 天然水体中的胶体物质
胶体是分散质的大小介于1～100nm之间的分散系。 胶体有丁达尔效应，能发生布朗运动，有电泳和聚
沉现象。

附法和变压吸附法两种。吸附剂在低温高压时吸附CO2,
升温降压后将 CO2 解析出来。常用的吸附剂有天然沸石、 分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。
膜分离法：膜分离法是利用某些聚合材料如醋酸纤维、
聚酰亚胺等制成的薄膜对不同气体的渗透率的不同来
分离气体的。膜分离的驱动力是压差, 当膜两边存在压 差时, 渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜, 形 成渗透气流, 渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧 形成残留气流, 两股气流分别引出从而达到分离的目的。
布袋除尘；水膜除尘；等)。
5.2.2.2 温室气体与温室效应
地球上的能量关系
地 球 上 的 能 量 平 衡
地球温度升高所带来的后果（Rf：改变世界的6度）
南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面上升。 气候反常，海洋风暴增多。 土地干旱，沙漠化面积增大。 地球上的病虫害增加。
5.3 水污染与防治 6.3.1 我国的水资源状况简介；6.3.2 几个主要的水质指标与 处理措施；6.3.3 常用的水处理技术 5.4 固废处臵与土壤污染 5.5 可持续发展战略: 清洁生产与绿色工业
复习教材第11章；预习教材第12章；作业 ：另行布臵
5.1 环境与污染
5.1.1 几个基本概念
环境是指人类赖以生存的自然环境和社会环境的总和。 自然环境是指与人类生存和发展有关的各种自然因素，包
5.1.2 环境污染的研究内容
当前人们关注的环境污染的内容包括：空气污染；水污染； 固废污染；噪音污染；光污染；热污染；放射性污染；等。
5.2 大气污染与防治（防止）
5.2.1 大气的组成与结构 5.2.1.1 大气的组成 5.2.1.2 大气的结构
5.2.2 几种主要的大气污染

支链烷基、烷基苯基以及烷基萘基等，性能差别较小。
2.4.1 表面活性剂的分类
表面活性剂按亲水基团结构和类型可分为四种：
阴离子表面活性剂：如肥皂、烷基苯磺酸钠。
阳离子表面活性剂：如溴化十六烷基三甲基铵。
火山爆发；制冷剂、飞机推动剂、塑料发泡剂 ③四氯化碳（CCl4）：工业溶剂、灭火剂、干洗剂；氟利 昂的主要原料 ④甲基氯仿（CH3CCl3）：去油剂和干洗剂 ⑤ CHF2Cl（CFC-22）：致冷剂和发泡剂
（3）卤代烃在大气中的转化
· 3与O2反 CCl
应生成碳酰氯 ①对流层中的转化：与HO· 的反应是主要消除途径 和ClO· ClO· 还原 CHCl3 + HO· → H2O + · 3 CCl · 3 + O2 →COCl2 + ClO· CCl 并产生氯 原子
是最早被发现和研究的化学致癌物。
ห้องสมุดไป่ตู้
2.3.1多环芳烃的结构与性质
PAH是指两个以上苯环连在一起的化合物。
①非稠环型，苯环与苯环之间各由一个碳原子相连，如联 苯、联三苯等； ②稠环型，两个碳原子为两个苯环所共有，如萘、蒽等。
2.3.2多环芳烃的来源与分布
（1）天然源：
陆地和水生植物、微生物的生物合成，森林、草原
②氯酚：PCDD 、PCDF是氯酚生产的副产物。 ③多氯联苯产品 ④其他行业(如造纸、汽车、钢铁等)的“三废”中 （3）迁移、转化 地表径流和生物富集是PCDD、PCDF重要的迁移方 式。光化学分解是PCDD、PCDF重要的转化途径。
2.3多环芳烃(PAH)
多环芳烃是一大类广泛存在于环境中的有机污染物，也
的形式进入环境（氯碱工业）。
★ （2）挥发性 汞最大的特点是可以以零价形态存在于大气、土壤 和天然水中。汞及其化合物均具有一定的挥发性。 汞及其化合物挥发程度与化合物的形态及在水中的溶

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（3）独立作用
各毒物对生物体的侵入途径、作用部位、毒性作用机理均不相同， 其联合作用中各毒物生物学效应彼此无关，互不影响，即独立作 用的毒性低于相加作用，但高于其中单项的毒性，如苯巴比妥与 二甲苯。
（4）拮抗作用
指联合作用的毒性小于其中各组分单独作用毒性的总和，即其中 某一毒物成分的存在能够减小其他毒物对生物体的毒性，使混合 物的毒性降低的作用。
症状。
<返回>
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（1）酶活性的抑制
常见的酶活性抑制剂包括有机磷农药、氨基甲酸酯类农药和重金属离 子等。机制有三种类型：
第一是有些有机化合物与酶的共价结合，这种结合往往是通过酶活性 内羟基进行。例如有机磷酸酯、氨基甲酸酯等与乙酰胆碱酯酶的结合：
S (C2H5O)2P -O-
对硫磷
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（2）致突变作用
致突变作用是指生物细胞内DNA改变引起的遗传特性突变的作用。 这一突变可遗传至后代。具有致突变作用的污染物质称为致突变 物质。致突变作用又分为基因突变和染色体突变两类。
基因突变是指DNA中碱基对的排列顺序发生改变，包括碱基对的 转换、颠换、插入和缺失四种类型。
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根据作用机理分为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。
遗传毒性致癌物细分为 1）直接致癌物（直接与DNA反应引起DNA基因突变的致癌物，如双氯
甲醚） 2）间接致癌物（前致癌物，不能直接与DNA反应，需要机体代谢活化
转变，经过近致癌物至终致癌物后才能与DNA反应导致遗传密码修改， 如二甲基亚硝胺、苯并(a)芘等）
截止到20世纪80年代初期，已知对人的致畸物约有25种，对动物的致畸物约 有800种。其中最为著名的是“反应停”，曾于20世纪60年代初在欧洲及日 本被用作人们妊娠早期安眠镇静药，结果导致约10000名产儿四肢不全或四 肢严重短小。另外，甲基汞对人致畸作用也是大家熟知的。

第五章 天然水中的氧化-还原平衡
三、天然水体的pE-pH图 2、pE-pH图 （2）Fe 2+和Fe(OH)2(s)的边界
[Fe2+]=1.00×10-5mol·L-1，则
平pE13.2＋logKsp[H+]3 [Fe2+]
边界条件[Fe2+]=1.0010-5molL-1, 则得 pE=22.2-3pH
3、天然水的pE和决定电位
平logK＝nFE0＝nE0（25℃） 2.303RT0.0591
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
一、天然水中氧化-还原平衡的意义 二、电子活度和氧化还原电位 三、天然水体的pE-pH图 四、天然水中污染物的氧化还原转化
第五章 天然水中的氧化-还原平衡
1、重金属元素的氧化还原转化 天然水中的铁主要以Fe(OH)3(S)或Fe2+形态存在。 设总溶解铁的浓度为1.00×10-3 mol/L
1
p E = 5 .8 2 + lo g
[N
O
2-]6
1
[N
H
+ 4
]6
[N
H
+ 4
]
1
.0
0
1
0
4
lo g [N O 2-] 3 8 .9 2 6 p E
1 8
NO
3
5 4
H
e
1 8
N
H
+ 4
3 8

H
2O
p E 0 1 4 .9 0
1
p E = 6 .1 5 + lo g
[N O
3- ]8
1
是 一 条 垂 直 于 横 轴 平 行 于 pE纵 轴 的 直 线 ， 表 明 与 pE无 关 。 当 pH2.99时 ， Fe(OH)3(s)将 陆 续 析 出 。

5、二十世纪十大公害事件
• 1930
比利时马斯河谷工业区。在这个狭窄的河 谷里有炼油厂、金属厂、玻璃厂等许多工厂。 12月1日到5日的几天里，河谷上空出现了很强 的逆温层，致使13个大烟囱排出的烟尘无法扩 散，大量有害气体积累在近地大气层，对人体 造成严重伤害。
一周内有60多人丧生，其中心脏病、肺病 患者死亡率最高，许多牲畜死亡。这是二十世 纪最早记录的公害事件。
自1952年以来，伦敦发生过12次大 的烟雾事件。
• 1953-1956
日本水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含 汞，这些废水排入海湾后经过某些生物的转化， 形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富 集，又经过食物链使人中毒。
最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的猫发 疯痉挛，纷纷跳海自杀。1956年，出现了与猫 的症状相似的病人。因为开始病因不清，所以 用当地地名命名。1991年，日本环境厅公布的 中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。
• 1986
4月26日，位于乌克兰基辅市郊的切尔诺贝 利核电站，由于管理不善和操作失误，4号反应 堆爆炸起火，致使大量放射性物质泄漏。
31人死亡，237人受到严重放射性伤害。而 且在20年内，还将有3万人可能因此患上癌症。 核电站周围的庄稼全被掩埋，距电站7公里内的 树木全部死亡，此后半个世纪内，10公里内不 能耕作放牧……
5.1 环境基本知识
5.2 环境及环境污染慨述 1、环境 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。即 包括自然环境和社会环境。
自然环境：是人类生活和生产所 必需的自然条件和自然资源的总称。 如大气、水、植物、动物、土壤、岩 石矿物、太阳辐射等。
社会环境：是人类在自然环境的 基础上，为不断提高物质和精神生活 水平，通过长期有计划、有目的地发 展， 逐步创造和建立起来的一种人工 环境。

三、温室气体对大气的影响 • CO2象温室的玻璃一样，允许太阳光照射到地面， 并阻止地面重新辐射的红外光返回外空间，CO2 起单向过滤器作用。 温室效应： CO2吸收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的现象。
温室效应后果： 破坏地球的热平衡，引起全球气候变暖等一系 列环境问题。
酸 雨 形 成
SO2 + [O] → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + [O] → H2SO4
NO + [O] → NO2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
酸雨的判断标准：pH < 5.6
酸 酸指标离子：SO42-，NO3-, H+ 雨 碱指标离子：NH +，Ca2+ 4
NO O3 NO2 O2
NO2 O NO O2
总反应：
O3 O 2O2
平流层中HOx 来源于H2O，CH4，H2，O的反应
H 2 O O 2 HO CH 4 O CH 3 HO H 2 O H HO HO O3 HO2 O2 HO2 O HO O2
（三）NOx和SOx的排放与抑制 （四）CO2的排放和抑制 1、CO2的自然转化： ①资源化；②藻类固定 2、烟气中CO2的回收 变压吸收法、溶剂吸收法、低温蒸馏法、膜 分离法。 3、CO2的储存 油田、煤层、深埋地下、海洋。
永远的蓝天
燃烧 农业化学品 燃烧和工业 铝厂 致冷剂 化学工业 工业，汽车废气 天然生成
美国
葡萄牙
据国际能源署(IEA)报告，中国2009年取代美国，