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环境化学争论的容主要涉及:①有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态②潜在有害物质的来源,以及它们在个别环境介质中和不同介质间的环境化学行为③有害物质对环境和生态系统以及人体安康产生效应的机制和风险性④有害物质已造成影响的缓解和消退以及防止产生危害的方法和途径。
环境化学的特点〔从学科争论任务来说〕是要从微观的原子、分子水平上来争论宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径,其核心是争论化学污染物在环境中的化学转化和效应。
优先污染物毒性强、难降解、残留时间长、在环境中分布广的污染物〔我国首批68种,美国环保局领先公布129种〕
“三致〞当前世界围最关注的化学污染物主要是长久性有机污染物,具有致突变、致癌变、和致畸变作用的所谓“三致〞化学污染物,以及环境分泌干扰物。
化学污染物元素、无机物、有机化合物和烃类、金属有机物和准金属有机化合物、含氧有机化合物、有机氮化合物、有机卤化物、有机硫化合物、有机磷化合物。
人类社会活动不同功能产生的污染物:工业、农业、交通运输、生活
污染物在环境中的迁移①机械迁移②物理-化学迁移③生物迁移
按受污染物影响的环境要素分:大气污染物、水体污染物、土壤污染物按形态分:气体污染物、液体污染物、固体废弃物,按性质分:化学污染物、物理污染物、生物污染物
其次章大气环境化学
环境中的大气污染物种类很多:⑴按物理状态①气态污染物②颗粒物⑵按形成过程①一次污染物(直接从污染源排放的污染物质如CO,SO₂,NO)②二次污染物(由一次污染物经化学反响形成的污染物质如O₃,硫酸盐颗粒物)⑶按化学组成①含硫化合物:氧硫化碳(COS)二硫化碳(CS2)、二甲基硫[(CH3)₂S]、硫化氢(H
₂S),SO₂,SO₃,H₂SO₄、亚硫酸盐(MSO3)和硫酸盐〔MSO₄〕②含氮化合物:大气中存在的含量比较高的氮的氧化物主要包括氧化亚氮(N₂O是底层大气中含量最高的含氮化合物)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)来源:光化学反响、闪电、微生物固化、火山爆发森林火灾,人为污染:氮肥、炸药、燃料燃烧
③含碳化合物:大气中含碳化合物主要包括CO、CO₂及有机的碳氢化合物和含氧烃类,如醛酮酸等④含卤素化合物
SO2主要来源于含硫燃料的燃烧〔煤、石油〕,SO2参与了硫酸烟雾和酸雨的形成成为了重要的大气污染物
对于一个城市或地区的空气污染,风向、风速并不是常常起打算行作用的因素,尤其是对于城市空气强污染期的形成,大气稳定度和低层逆温的作用可能更大。
湍流对污染物在大气中的集中起重要作用,而湍流的强弱又与大气稳定度有关,近地层大气温度和风速的垂直变化又打算了大气的稳定度。
NOx的来源与消退NO和NO₂是大气中主要的含氮污染物,它们的人为来源主要是燃料的燃烧。燃烧源可分为流淌燃烧源和固定燃烧源。城市大气中的NOx(NO和N0₂)一般有2/3来自汽车等流淌燃烧源的排放,1/3来自固定燃烧源的排放。燃烧产生的NOx主要是NO〔占90%以上〕,NO₂的数量很少
〔%~10%〕.NOx最终转化为硝酸和硝酸盐微粒经湿沉降和干沉降从大气中去除,湿沉降是最主要的消退方式。
大气污染物的CO主要危害:〔1〕能参与光化学烟雾的形成
〔2〕CO还可以通过消耗HO·自由基使甲烷积存而间接导致温室效应的发生
甲烷是一种重要的温室气体。每个CH₄分子导致温室效应的力量比CO₂分子大20倍。产生甲烷的机制
都是厌氧细菌的发酵过程
氟氯烃类化合物都能释放出Cl·,导致臭氧层的破坏。氟氯烃类化合物既可以破坏臭氧层也可以导致温室效应。
影响大气迁移的因素:风和大气湍流的影响:污染物在大气中的集中取决于三个因素:风、湍流、浓度梯度。风和湍流起主导作用。天气形势和地理地势的影响①海陆风②城郊风③山谷风
自由基(游离基):由于共价键均裂而生成的带有未成对电子的碎片。大气中常见的自由基如 HO·,HO
₂·,RO·,RO₂·,RC(O)0₂。有机化合物光解是产生自由基的最重要的方法
光化学反响:分子、原子、自由基或离子吸取光子而发生的化学反响。化学物种吸取光量子后可产生光化学反响的初级过程和次级过程
大气中存在最重要的自由基有HO·和HO₂·〔更为重要〕,R·(烷基)RO·(烷氧基),RO₂·(过氧烷基)
HO·和HO2·来源①清洁的大气O₃+hv→O·+O₂ O·+H₂O→2HO·(O₃的光解是大气中HO·的重要来源)②污染的大气HNO₂+hv→HO·+N₂ H₂O₂+hv→2HO·(HNO₂和H₂O₂的光解)
15大气中存在量最多的烷基是甲基,CH₃CHO+hv→CH₃·+HCO·(主要来源乙醛和丙酮的光解)
NOx的气相转化①NO的氧化②NO₂的转化③PAN过氧乙酰基硝酸脂
光化学烟雾:含有氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物的大气,在照耀下发生光化学反响产生二次污染物,这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象称为光化学烟雾
光化学烟雾的掌握对策①掌握反响活性高的有机物的排放②掌握臭氧的浓度
二氧化硫的气相氧化大气中SO₂的转化首先是SO₂氧化成SO₃,随后SO₃被水吸取生成硫酸,从而形成酸雨或硫酸烟雾。硫酸与大气中的NH4+等阳离子结合生成硫酸盐气溶胶。
硫酸烟雾〔伦敦烟雾〕由于燃煤而排放出SO₂,颗粒物及有SO₂氧化所形成的硫酸盐颗粒物所造成的大气污染现象
酸性降水是通过降水,如雨水、学、雾、冰雹、等讲大气中的酸性物质迁移到地面的过程
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酸雨的化学组成酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,其中绝大局部是硫酸和硝酸,多数状况下以硫酸为主。从污染源排放出来的SO₂和NOx是形成酸雨的主要起始物。
我国酸雨中关键性离子组分是SO₄²ˉ,Ca²﹢,NH₄﹢
大气颗粒物的来源人为来源主要是燃料燃烧过程中形成的煤烟、飞灰等各种工业生产过程所排放出来的原料或产品微粒,汽车排放出来的含铅化合物,以及矿物燃料燃烧所排放出来的SO₂在肯定条件下转化为硫酸盐粒子等。大气颗粒物有很多种类,按其大小和形成缘由,常见的可分为粉尘、烟、灰、雾、霭、烟尘和烟雾等
大气颗粒物的消退①干沉降②湿沉降。一般通过湿沉降过程去除大气中颗粒物的量约占总量的80%-90%
而干沉降只有10%-20%
大气颗粒物(按其粒径大小)①总悬浮颗粒物②飘尘③降尘④可吸入颗粒物
大气颗粒物的外表性质①成核作用②黏合③吸着
﹢,Na﹢,Ca²﹢,Mg²﹢,HCO₃ˉ,NO₃ˉ,Clˉ,SO₄²:〔1〕碳酸平体中CO₂,H₂CO₃ ,HCO₃ˉ,CO3²ˉ等四种化合态〔2〕自然水中的碱
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①强碱②弱碱③强碱弱酸盐
甲基橙碱度用甲基橙为指示剂,当溶液由黄色变成橙红色(),停顿滴定,此时所得的结果称为甲基橙碱度(总碱度)
酚酞碱度用酚酞作为指示剂,,表示OHˉ被中和,CO₃²ˉ全部转化为HCO
₃ˉ作为碳酸盐只中和了一半
7由图可看出,CT是随着pH的转变而变化的。当pH<6时,溶液中主要是H₂CO₃*组分;当pH为6-10时,溶液中主要是HCO₃ˉ组分;当pH>,溶液中那么主要是CO₃²ˉ组分
甲基橙做指示剂滴定到pH=,以酚酞为指示剂滴定到pH=,分别得到无极酸度及游离CO₂酸度
自然水体的缓冲力量自然水体的pH一般为6-9,而且对于某一水体,其pH几乎保持不变,这说明自然水体具有肯定的缓冲力量,是一个缓冲体系
水中污染物①好氧污染物②致病污染物③合成有机物④植物养分物⑤无机物及矿物质⑥由土壤、岩石等冲刷下来的沉积物⑦放射性物质⑧热污染
通过各种途径进入水体中的金属,绝大局部讲快速转入沉积物或悬浮物,因此很多争论者都把沉积物作为金属污染水体的争论对象
有机污染物①农药②多氯联苯(PCBs)③卤代脂肪烃④醚类⑤单环芳香族化合物⑥苯酚类和甲酚类⑦酞酸酯类⑧多环芳烃类(PAH)⑨亚硝胺和其他化合物
金属污染物①镉②汞③铅④砷⑤铬⑥铜⑦锌⑧铊⑨镍⑩铍
N/P值大小推断湖泊的富养分化状况。N/P值>100,贫养分湖泊状况;N/P值<10富养分状况
无机污染物,特别是重金属和准金属等污染物,一旦进入水环境,均不能被生物降解,主要通过沉淀一溶解、氧化复原、协作作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进展迁移转化,叁与和干扰各种环境化学过程和物质,循环过程,最终以一种或多种形态长期存留在环境中,造成永久性的潜在危害。①矿物微粒和黏土矿物②金属水合氧化物③腐殖质④水体悬浮沉积物⑤其他
①外表吸附②离子交换吸附③①Henry型②Freundlich型③Langmuir型
悬浮沉积物的主要成分(水环境中)硅、铝、铁的氧化物和氢氧化物
分散:由电介质促成的聚拢;絮凝:由聚合物促成的聚拢
自然水环境和水处理过程中所遇到的颗粒聚拢方式①压缩双电层分散②专属吸附分散③胶体相互分散
④“边对面〞絮凝⑤其次微小值絮凝⑥聚合物黏结架桥絮凝⑦无机高分子的絮凝⑧絮团卷扫絮凝⑨颗粒层
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吸附絮凝⑩生物絮凝
溶解和沉淀是污染物在水环境中迁移的重要途径。一般金属化合物在水中迁移力量,可以直观地用溶解度来衡量。溶解度小,迁移力量小。溶解度大,迁移力量大
pE是平衡状态下〔假想〕的电子活度,它衡量溶液承受或给出电子的相对趋一势,在复原性很强的溶液中,其趋势是给出电子。从pE概念可知,pE越小,电子浓度越高,体系给出电子的倾向就越强。反之,pE越大,电子浓度越低,体系承受电子的倾向就越强
自然水中含有很多无机及有机氧化剂和复原剂。水中主要的氧化剂有溶解氧,Fe(Ⅲ),Mn(Ⅳ),S(Ⅵ)
水中主要复原剂有种类繁多的有机物,Fe(Ⅱ)Mn(Ⅱ)和S(-Ⅱ)在复原物质的过程中,有机物本身的氧化产物是格外简单的。曲于自然水是一个简单的氧化复原混合体系。在一般自然水环境申,溶解氧是‘打算电位’物质,而在有机物累积的厌氧环境中,有机物是〞打算电位〞物质,介于两者之间者,那么其“打算电位“为溶解氧体系和有机物体系的结合。
水中有机物可以通过微生物的作用,而逐步降解转化为无机物{CH₂O}+O₂→CO₂+H₂O
自然水体中重要的无机配体有OHˉ,Clˉ,CO₃²ˉ,HCO₃ˉ,Fˉ,Sˉ
自然水中对水质影响最大的有机物是腐殖质,它是由生物体在土壤、水和沉积物中转化而成
微生物
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腐殖酸与金属协作作用对重金属在环境中的迁移转化有重要的影响,
有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进展迁移转化
在土壤一水体系中,土壤对非离子性有有机物的吸着主要是溶质的安排过程〔溶解〕这一安排理论,即非离子性有机物可。通过溶解作用安排到土壤有机质中,并经过肯定时间到达安排平衡,此时有机物在土壤有机质和水中含量的比值称为安排系数。
有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的安排,用安排系数Kp=ρa/ρw表示
挥发作用是有机物质从溶解态转入气相的一种重要迁移过程
可逆
水解作用是有机物与水之间最重要的反响RX+H₂O==ROH+HX,是有有机物在环境中消逝的重要途
①直接光解②敏化光解③①生长代②共代模式
、液体和气体三相共同组成的多相体系
土壤有机物是土壤中含碳有机物的总称,是土壤形成的主要标志
土壤中有机质主要来源于动植物和微生物残体。可分为①组成有机物的各种有机物,非腐殖质物质,如蛋白质、糖、树脂、有机酸等②腐殖质的特别有机物
土壤中两个最活泼的组分①土壤胶体②土壤微生物,它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用
土壤酸度⑴活性酸度⑵潜性酸度①代换性酸度②水解性酸度
土壤溶液中OH¯离子主要来源,是CO₃²ˉ,HCO₃ˉ的碱金属(Na,K)及碱土金属(Ca,Mg)的盐类
土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类,构成一个良好的缓冲体系,对酸碱具有缓冲作用
土壤胶体吸附有各种阳离子,其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
①对酸的缓冲作用〔以M代表盐基离子〕:土壤胶体一M+HCI=(可逆)土壤胶体一H+MCI
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②对碱的缓冲作用:土壤胶体一H+MOH=(可逆)土壤胶体一M+H₂O
重金属的存在形态,可分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。交换态的重金属(包括溶解态的重金属)迁移力量最强,具有生物有效性
重金属在植物体分布的一般规律:根>茎叶>颖壳>
₃,Cd₃(PO₄)₂的形态存在;土壤中的铅主要以Pb(OH)₂,PbCO₃,PbSO₄,固体形式存在
、迁移,是农药从土壤进入大气、水体和生物体的重要过程,主要方式是通过集中和质体流淌等。在这两个过程中,农药的迁移运动可以蒸气的和非蒸气的形式进展。
影响农药在土壤中集中的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度和温度及农药本身的性质等。
物质的质体流淌是由水或土壤微粒或是两者共同作用所致,如农药,既能溶于水中也能悬浮于水中,或者以气态存在,或者吸附于土壤固体物质上,或存在于土壤有机质中,而使它们能随水中和土壤微粒一起发生质体流淌
物质通过生物膜的方式①膜孔滤过②被动集中③被动异化集中④主动转运⑤胞吞和胞饮
污染物质在机体运动过程①吸取②分布③排泄④生物转化
吸取途径主要是集体的消化道,呼吸道,皮肤
,其次是胃
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当污染物质由血液进入脑部时,必需穿过这以毛细血管壁皮的血脑屏障
排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等,、脂肪组织和骨骼
人们以正辛醇作为水生生物脂肪组织代用品,觉察这些有机物质在辛醇-水两相安排系数的对数(lgKow)与其在水生生物体中浓缩系数的对数(lgBCF)之间有良好的线性正相关关系
污染物在环境中转化类型①生物转化②化学转化③光化学转化
脂肪通过微生物作用,在有氧氧化下能被完全氧化成二氧化碳和水,降解彻底;而在无氧氧化下常进展酸性发酵,形成简洁有机酸、醇和二氧化碳等,降解不彻底
蛋白质通过微生物作用,在有氧氧化下可被彻底降解成二氧化碳、水和氨(或铵离子),而在无氧氧化下通常是酸性发酵,生成简洁有机酸、醇和氧化碳等,降解不彻底
有机毒物的反响类型①氧化②复原③水解④结合
氮在环境中的主要形态①空气中的分子氮②生物体的蛋白质、核酸等有机氮化合物③铵盐、
反硝化过程中形成的N,NO等气态无机氮的状况是造成土壤氮素损失、肥力下降的重要缘由之一
硫在环境中的存在形态①单质硫②无机硫化合物③有机硫化合物
微生物降解含硫有机物的产物①好氧条件下是硫酸②厌氧条件下是硫化氢
硫化氢、单质硫等在微生物作用下进展氧化,最终生成硫酸的过程称为硫化
汞毒性大小,无机汞<金属汞<有机汞,其中烷基汞是毒性最大的汞化合物
砷是一种毒性很强的元素,毒性As(Ⅲ)>As(Ⅴ)
毒性的联合作用①协同作用②相加作用③独立作用④拮抗作用
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毒作用的生物化学机制①酶活性的抑制②致突变作用③致癌作用④致畸作用
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