環(huán)境化學(xué)(1)幻燈片

水環(huán)境化學(xué)主講人：郝瑞霞課程介紹環(huán)境問題及環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生環(huán)境化學(xué)的研究領(lǐng)域和方向環(huán)境化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)環(huán)境污染物環(huán)境問題及環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生環(huán)境問題：指人類活動(dòng)與環(huán)境的關(guān)系不和諧所引起的問題，包括環(huán)境污染和生態(tài)破壞環(huán)境問題的產(chǎn)生物理的化學(xué)的：占80-90%地球幾乎表面遍布化學(xué)物質(zhì),大量環(huán)境問題與化學(xué)物質(zhì)直接相關(guān)生物的5.化學(xué)圈：包括自然產(chǎn)生和人類排放的化學(xué)物質(zhì)環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生：環(huán)境問題促成了對(duì)化學(xué)品進(jìn)入環(huán)境途徑、存在狀態(tài)及數(shù)量、環(huán)境行為與歸趨途徑、環(huán)境效應(yīng)、控制措施等進(jìn)行研究定義：研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的存在、特性、行為、效應(yīng)及其控制的化學(xué)原理和方法的科學(xué)環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生和定義環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容1、有害物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的濃度水平和形態(tài)2、潛在有害物質(zhì)的來源及在各種環(huán)境介質(zhì)中的環(huán)境行為3、有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)以及人體健康產(chǎn)生效應(yīng)的機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)性4、有害物質(zhì)已造成影響的緩解和消除及防治危害的方法和途徑化學(xué)工程化學(xué)物理化學(xué)有機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)高分子化學(xué)分析化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)環(huán)境理論化學(xué)污染生態(tài)化學(xué)污染控制化學(xué)環(huán)境分析化學(xué)環(huán)境化學(xué)研究領(lǐng)域與化學(xué)學(xué)科的關(guān)系環(huán)境污染化學(xué)在環(huán)境科學(xué)中的作用地球環(huán)境大氣圈水圈土壤圈生物圈大氣環(huán)境化學(xué)水環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)污染生態(tài)化學(xué)環(huán)境污染化學(xué)認(rèn)識(shí)解決認(rèn)識(shí)解決認(rèn)識(shí)解決認(rèn)識(shí)解決從微觀原子、分子水平上研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學(xué)機(jī)制及防治途徑，核心是研究化學(xué)污染物在環(huán)境中的化學(xué)轉(zhuǎn)化和效應(yīng)與基礎(chǔ)化學(xué)不同所研究的環(huán)境本身是一個(gè)多因素的開放性體系，變量多、條件較復(fù)雜，許多化學(xué)原理和方法不易直接運(yùn)用化學(xué)污染物在環(huán)境中含量低，樣品組成和存在形態(tài)復(fù)雜，遷移轉(zhuǎn)化速度快，在不同時(shí)空條件下有明顯的動(dòng)態(tài)變化環(huán)境化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)（1）環(huán)境分析化學(xué)—基礎(chǔ)性研究利用現(xiàn)代科學(xué)原理和先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)識(shí)別、測(cè)定環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)的種類、成份、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、含量和毒性的科學(xué)研究內(nèi)容環(huán)境有機(jī)分析中的樣品采集、前處理技術(shù)有機(jī)污染物分析方法研究優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物、POPs物質(zhì)、環(huán)境激素、藥物與個(gè)人護(hù)理用品、微囊藻毒素等污染物的檢測(cè)與篩選聯(lián)用儀器分析技術(shù)、連續(xù)自動(dòng)分析、遙感監(jiān)測(cè)分析污染物形態(tài)、價(jià)態(tài)、結(jié)構(gòu)分析方法研究污染物的性質(zhì)和環(huán)境行為取決于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)和在環(huán)境中的存在狀態(tài)，污染物的含量和環(huán)境條件改變也會(huì)引起相應(yīng)化學(xué)形態(tài)變化；不同化學(xué)形態(tài)的污染物遷移轉(zhuǎn)化歷程不同環(huán)境化學(xué)的研究領(lǐng)域和方向（2）環(huán)境理論化學(xué)：應(yīng)用物理化學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和數(shù)學(xué)原理、方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研究化學(xué)污染物在環(huán)境介質(zhì)中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為，以及污染物含量變化的定量描述和趨勢(shì)預(yù)測(cè)的科學(xué)環(huán)境膠體化學(xué)和界面化學(xué)天然水體是一種多類膠體微粒共存的分散體系，許多重要的環(huán)境現(xiàn)象在水體界面發(fā)生和進(jìn)行污染物的膠體化學(xué)行為決定污染物的濃度、形態(tài)、歸宿各類膠體物質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、物化特征研究環(huán)境膠體之間以及與微量化學(xué)污染物之間的相互作用膠體熱力學(xué)和膠體動(dòng)力學(xué)研究環(huán)境化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)研究環(huán)境體系是一種穩(wěn)態(tài)開放系統(tǒng)，實(shí)際中很難達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)將熱力學(xué)平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程和各相之間的傳質(zhì)過程結(jié)合起來進(jìn)行動(dòng)態(tài)學(xué)研究（3）環(huán)境污染化學(xué)——各圈層環(huán)境化學(xué)大氣、土壤環(huán)境化學(xué)保護(hù)大氣臭氧層：光化學(xué)過程溫室效應(yīng)：大氣環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化及預(yù)測(cè)模式研究農(nóng)用化學(xué)品在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和歸趨、對(duì)土壤和人體健康的影響，如有機(jī)污染物在土壤中的降解、污染物在固液界面上的化學(xué)過程等水環(huán)境化學(xué)范圍：天然水體的污染過程(包括地下水、地表水)內(nèi)容污染途徑、污染物存在形態(tài)和數(shù)量界面（或微界面化學(xué)）化學(xué)過程：有毒化學(xué)品、懸浮沉積物等在界面的作用污染物遷移轉(zhuǎn)化降解積累歸趨途徑（尤其是持久性有機(jī)物和重金屬）（4）環(huán)境控制化學(xué)：研究環(huán)境整治、污染控制和污染環(huán)境原位修復(fù)工藝技術(shù)中的化學(xué)機(jī)制、污染控制中工藝技術(shù)和無污染的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)中的化學(xué)問題大氣污染控制化學(xué)水污染控制化學(xué)：研究控制水污染的化學(xué)機(jī)理，如有機(jī)有毒化學(xué)品的凈化技術(shù)、水處理藥劑研發(fā)等固廢污染控制化學(xué)清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)（5）污染生態(tài)化學(xué)：從生態(tài)學(xué)角度研究污染物與生物之間相互作用過程以及污染物引起生態(tài)效應(yīng)的化學(xué)原理、過程和機(jī)制有害環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的安全評(píng)價(jià)和控制有害有機(jī)物的監(jiān)測(cè)、遷移轉(zhuǎn)化、歸趨、效應(yīng)化學(xué)品在環(huán)境中的行為、歸趨、效應(yīng)對(duì)已存在于環(huán)境中的化學(xué)品可能出現(xiàn)的危害進(jìn)行預(yù)測(cè)新化學(xué)品進(jìn)入市場前的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)全球氣候變化、酸沉降與溫室氣體問題室內(nèi)空氣質(zhì)量問題水體富營養(yǎng)化、赤潮和藻毒素問題土壤與地下水污染問題重金屬和類金屬污染水質(zhì)安全問題食品安全和生態(tài)安全（生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)）問題持久性有機(jī)污染物（POPs)、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（環(huán)境激素）、藻毒素、藥物及個(gè)人護(hù)理用品等痕量污染物在環(huán)境介質(zhì)中的分布及其控制技術(shù)污染物結(jié)構(gòu)與活性（或降解性）相關(guān)性研究——QSAR（或QSBR）環(huán)境化學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)環(huán)境污染物定義：改變環(huán)境正常組成和性質(zhì)、直接或間接有害于人類的物質(zhì)水環(huán)境污染物：化學(xué)污染物和生物性污染物近代世界有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)量逐年成直線上升,達(dá)到每年數(shù)億噸之多,據(jù)統(tǒng)計(jì),日常應(yīng)用的就有70000多種,在工業(yè)化國家進(jìn)入環(huán)境的化學(xué)品量300g/m2.a,其中相當(dāng)部分對(duì)生態(tài)和人類具有毒性。環(huán)境污染物化學(xué)污染物分類重金屬及其化合物：有汞、鎘、鉻、鉛、釩、鈷、銅、鎳、錳等重金屬。這些重金屬都可以通過食物鏈富集，直接使人體中毒。有機(jī)污染物：酚類——尤其是苯酚取代物，如多氯酚、烷基酚（壬基酚）等芳烴及其衍生物氰及腈化物有機(jī)氧化物有機(jī)氯化物：多氯聯(lián)苯（PCB）農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)汞農(nóng)藥、有機(jī)砷農(nóng)藥、氨基甲酸酯及苯酰胺類農(nóng)藥油類污染物：每升石油在水面上的擴(kuò)展面積可達(dá)100~1000m2無機(jī)污染物：主要有酸性污染物、堿性污染物及各種無機(jī)鹽氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)：放射性物質(zhì)：主要有鍶-90，銫-137等優(yōu)先污染物（PriorityPollutants）:有毒污染物種類繁多，故需篩選出潛在危險(xiǎn)性大的作為控制對(duì)象，優(yōu)先監(jiān)測(cè)美國70年代初期在“清潔水法”中提出129種優(yōu)先污染物；后又提出空氣中43種優(yōu)先污染物我國80年代末提出中國優(yōu)先污染物14大類，共68種，其中有機(jī)污染物58種我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單我國水中優(yōu)先控制污染物黑名單持久性有機(jī)污染物

（PersistentOrganicPollutants，POPs）POPs的定義與特性定義：同時(shí)具備下列四方面特性的有機(jī)污染物

環(huán)境持久性：抗生物代謝，微生物/光/熱等降解根據(jù)半衰期,水體＞180天，土壤＞360天

生物累積性：親脂憎水性，生物濃縮&生物放大根據(jù)生物富集系數(shù)＞5000

長距離遷移能力：半揮發(fā)性，蚱蜢跳效應(yīng)，全球蒸餾效應(yīng)根據(jù)蒸氣壓,0.01-1kPa

毒性/生物危害：三致效應(yīng)，內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，……聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）規(guī)定的12種POPs（1995年5月

）艾氏劑（Aldrin）：

有機(jī)氯農(nóng)藥狄氏劑（Dieldrin）：

有機(jī)氯農(nóng)藥異狄氏劑（Endrin）：

有機(jī)氯農(nóng)藥滴滴涕（DDT）：

有機(jī)氯農(nóng)藥，也用作農(nóng)藥中間體氯丹（Chlordane）：

有機(jī)氯農(nóng)藥毒殺芬（Toxaphene）：

有機(jī)氯農(nóng)藥六氯苯（Hexachlobenzene）：

有機(jī)氯農(nóng)藥，也用作精細(xì)化工產(chǎn)品滅蟻靈（Mirex）：

有機(jī)氯農(nóng)藥七氯（Heptachlor）：

有機(jī)氯農(nóng)藥多氯聯(lián)苯（PCBs）：

精細(xì)化工產(chǎn)品二惡英和呋喃類（PCDDs/PCDFs）：

非故意制造的副產(chǎn)品或者二次污染物質(zhì)《中國履行〈關(guān)于持久性有機(jī)污染物(POPs)的斯德哥爾摩公約〉國家實(shí)施計(jì)劃》指出，要完善實(shí)現(xiàn)履約目標(biāo)的政策法規(guī)，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)能力建設(shè)，采取相應(yīng)的戰(zhàn)略和行動(dòng)，分階段、分區(qū)域和分行業(yè)開展履約活動(dòng)，以削減、淘汰和控制POPs污染，保護(hù)人民健康和環(huán)境安全。2015年前實(shí)現(xiàn)四大目標(biāo)為：

一是淘汰殺蟲劑類POPs。禁止艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、七氯、六氯苯、滅蟻靈和毒殺芬的生產(chǎn)和進(jìn)口。除有限封閉系統(tǒng)中間體用途和可接受用途的滴滴涕生產(chǎn)和使用外，到2009年，基本消除氯丹、滅蟻靈和滴滴涕的生產(chǎn)、使用和進(jìn)出口。努力消除9種殺蟲劑POPs的生產(chǎn)、使用和進(jìn)出口。

二是控制和消除多氯聯(lián)苯污染。到2015年，完成示范省在用含多氯聯(lián)苯裝置和已識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)在用含多氯聯(lián)苯裝置的環(huán)境無害化管理和處置。

三是削減二惡英排放。到2008年，對(duì)重點(diǎn)行業(yè)排放二惡英的新源采取最佳可行技術(shù)和最佳環(huán)境實(shí)踐的措施；對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的重點(diǎn)行業(yè)現(xiàn)有二惡英排放源采取相應(yīng)措施，力爭到2015年基本控制二惡英排放量的增長趨勢(shì)。

四是強(qiáng)化廢物和污染場地的管理與處置。到2010年，完善POPs廢物環(huán)境無害化管理與處置支持體系，到2015年初步完成已識(shí)別POPs廢物環(huán)境無害化管理與處置。PPCPs泛指用于治療和預(yù)防人類及動(dòng)物疾病的藥物、以及日常生活中提高人類生活質(zhì)素的護(hù)理用品，如抗生素、各種處方及非處方藥物、天然及合成的性激素、以及用于清潔、消炎、防腐、抗氧化等用途的多種化學(xué)物質(zhì)。大多數(shù)PPCPs為極性化合物，在水中溶解度高，不易揮發(fā)，因而，水體是PPCPs類污染物的主要匯聚地。水體的PPCPs污染已成為全球性問題，并受到越來越多的關(guān)注，PPCPs被稱為“未經(jīng)規(guī)范的新興污染物”。上世紀(jì)九十年代末USEPA將PPCPs列為污染物，并著手研究其來源、環(huán)境命運(yùn)及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

污水（尤其是生活污水）則是PPCPs的重要來源。PPCPs被人和或動(dòng)物使用以后，以原物或代謝物的型式隨糞便排出。此外，一些PPCPs因過期或其它原因而被丟棄。進(jìn)入環(huán)境的主要途徑：（1）在污水處理廠（簡稱STPs）處理過程中未被完全去除，隨其排出水（簡稱STPEs）進(jìn)入表面水體（2）隨各種廢水（如生活污水和養(yǎng)殖業(yè)廢水）直接排放入表面水體；（3）從堆肥或（和）固體垃圾滲透進(jìn)入地面水和地下水中。藥物與個(gè)人護(hù)理用品（PPCPs）環(huán)境激素

(Environmentalhormone)激素亦稱“荷爾蒙”，是人和動(dòng)物體內(nèi)重要的化學(xué)信使，對(duì)肌體的代謝、生長、發(fā)育和繁殖等起重要的調(diào)節(jié)作用。環(huán)境激素又稱內(nèi)分泌干擾物質(zhì)（EndocrineDisruptersChemicalsEDCs），美國白宮科學(xué)委員會(huì)的定義為“由于介入生物體內(nèi)的荷爾蒙合成、分泌、體內(nèi)輸送、結(jié)合、作用或分解，而影響生物體正常性的維持，影響生殖、發(fā)育或行動(dòng)的外來物質(zhì)”環(huán)境內(nèi)分泌干擾物質(zhì)包括環(huán)境雌激素（Environmentestrogen）、環(huán)境雄激素和環(huán)境甲狀腺激素等環(huán)境激素主要由人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)釋放到環(huán)境中，已知和懷疑為環(huán)境激素的化學(xué)品多為人工合成化合物，在環(huán)境中難于被微生物降解，通過暴露、攝取、生物富集等途徑威脅人類乃至整個(gè)生物界的生存和繁衍世界野生動(dòng)物基金會(huì)（WWF）1997年列出68種環(huán)境激素：天然合成的激素藥物如雌三醇、雌酮、乙烯雌酚、雌二醇；來自豆科植物、白菜、芹菜等植物性激素；人工合成的化學(xué)物質(zhì)，主要是用來制造農(nóng)藥、除草劑、染料、香料、涂料、洗滌劑、去污劑、表面活性劑、塑料制品的原料或添加劑、藥品、食品添加劑、化妝品等微囊藻毒素微囊藻毒素是一種肝毒素，具有潛在的促癌、生殖異常作用。世界衛(wèi)生組織推薦的飲用水中溶解態(tài)微囊藻毒素含量限量（１微克/L），我國新《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》中也采用這一標(biāo)準(zhǔn)。MC-LR的半致死劑量（LD50）約為50~100ug/kg

體重一般情況下，微囊藻毒素進(jìn)入人體的途徑：主要是通過飲用水和淡水產(chǎn)品，少部分通過水上娛樂活動(dòng)或口服受到污染的藍(lán)藻類保健品。

微囊藻毒素有超乎尋常的生命力，不論常規(guī)的自來水處理工藝，還是將水煮沸，都難以有效去除微囊藻毒素，活性炭可以去除飲用水中９５％以上的微囊藻毒素。

有調(diào)查試驗(yàn)研究表明在某湖周圍3個(gè)自來水廠的出廠水中檢出低濃度的藻毒素(128～1400ng/L)，

今后在飲用水和水產(chǎn)品中微囊藻毒素含量的監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估、微囊藻毒素毒理學(xué)研究、控制技術(shù)研究等方面有許多事情可做。

環(huán)境效應(yīng)：自然過程或人類生產(chǎn)生活對(duì)環(huán)境造成污染和破壞，導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化——環(huán)境污染、生態(tài)破壞的后果環(huán)境效應(yīng)的種類：物理效應(yīng)：溫室效應(yīng)、熱島效應(yīng)、地面沉降化學(xué)效應(yīng)：土壤鹽堿化、光化學(xué)煙霧、酸雨、臭氧層破壞等生物效應(yīng)：生態(tài)系統(tǒng)變異、物種消失生物回游途徑的影響水土流失、風(fēng)沙、干旱、洪水：畸形、疾病增多環(huán)境污染物的環(huán)境效應(yīng)及影響因素遷移：污染物在環(huán)境中的空間位移——引起富集、分散、消失過程機(jī)械遷移：擴(kuò)散使污染物搬運(yùn)過程物理化學(xué)遷移：決定污染物在環(huán)境中的存在狀態(tài)、富集和潛在危害程度無機(jī)物遷移：溶解-沉淀（水解）、氧化-還原、配位絡(luò)合、吸附-解吸、蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附等有機(jī)物遷移：化學(xué)分解、光化學(xué)分解、生物分解生物遷移：生物體吸收、代謝、生長、死亡、食物鏈積累轉(zhuǎn)化：改變存在狀態(tài)或轉(zhuǎn)變其他物質(zhì)的過程物理轉(zhuǎn)化：蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附、蛻變化學(xué)轉(zhuǎn)化：光化學(xué)氧化、氧化還原、配位絡(luò)合、水解生物轉(zhuǎn)化：生物吸收代謝污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程環(huán)境污染物在環(huán)境中的分布與遷移課程內(nèi)容第一專題水環(huán)境化學(xué)第二專題大氣及土壤化學(xué)自學(xué)第三專題化學(xué)物質(zhì)的生物效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)第四專題現(xiàn)代化學(xué)結(jié)構(gòu)理論與污染物環(huán)境行為的相關(guān)性第五專題化學(xué)品的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)第一專題水環(huán)境化學(xué)

第一章緒論第二章天然水的組成和性質(zhì)第三章水環(huán)境中的溶解和沉淀作用第四章水環(huán)境中的配合作用第五章天然水中的氧化還原平衡第六章水環(huán)境中固-液界面的相互作用第七章水環(huán)境中有機(jī)物的遷移轉(zhuǎn)化作用概述污染物的結(jié)構(gòu)參數(shù)宏觀結(jié)構(gòu)參數(shù)官能團(tuán)特征參數(shù)分子幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)量子化學(xué)參數(shù)光譜參數(shù)各種參數(shù)之間的關(guān)系污染物基本性質(zhì)及與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系污染物的遷移轉(zhuǎn)化