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表 1－ 1环境化学分支学科划分注,①“环境生态学也可列为平行的另一个分支学科研究领域 分支学科环境分析化学环境有机分析化学环境无机分析化学各圈层的环境化学大气环境化学水环境化学土壤环境化学环境生态化学 ①
环境工程化学大气污染控制化学水污染控制化学固体废物污染控制化学第二章 大气环境化学第一节 大气中污染物的迁移一、大气温度层结和密度层结二、辐射逆温层三、气块的绝热过程和干绝热递减率四、大气稳定度五、影响大气污染物迁移的因素第二节 大气中污染物的转化一、光化学反应基础
1 光化学反应过程
2 量子产率
3 大气中重要吸光物质的光离解二、大气中重要自由基的来源
1.大气中 HO和 HO2自由基的浓度
2.大气中 HO和 HO2的来源
3.R,RO和 RO2等自由基的来源三、氮氧化物的转化
1 大气中含氮化合物
2 氮氧化物的气相转化四、碳氢化合物的转化
1 大气中主要的碳氢化合物
2 碳氢化合物在大气中的反应表 2－ 3 HO,O与烷烃反应的速度常数烃类速度常数 (2.98× 108min－ 1)
HO O
甲烷乙烷丙烷正丁烷环己烷
16.5
443
1800
5700
1.2× 104
0.0176
1.37
12.3
32.4
117
五、光化学烟雾
1 光化学烟雾
2 光化学烟雾形成的简化机制
3 光化学烟雾的控制对策六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
1 二氧化硫的气相氧化
2 二氧化硫的液相氧化
3 硫酸烟雾型污染表 2－ 6 伦敦型烟雾与洛杉矶烟雾的比较项目 伦敦型 洛杉矶型概 况污 染 物燃 料气象条件季 节气 温湿 度日 光臭氧浓度出现时间毒 性发生较早 (1873),至今已多次出现颗粒物,SO2,硫酸雾等煤冬季低 (4℃ 以下 )
高弱低白天夜间连续对呼吸道有刺激作用,严重时导致死亡发生较晚 (1946),发生光化学反应碳氢化合物,NOx,O3,PAN,醛类等汽油,煤气,石油夏秋高 (24℃ 以上 )
低强高白天对眼和呼吸道有强刺激作用 。 等氧化剂有强氧化破坏作用,严重可导致死亡七、酸性降水
1 降水的 PH
2 降水 PH的背景值
3 降水的化学组成
4 酸雨的化学组成
5 影响酸雨形成的因素表 2－ 7 世界某些降水背景点的 pH值地点 样本数 PH值平均值中国丽江
Amsterdan(印度洋 )
Porkflot（ 阿拉斯加 ）
Katherine(澳大利亚 )
Sancarlos(委内瑞拉 )
St.Georges( 大 西 洋 百慕大群岛 )
280
26
16
40
14
67
5.00
4.92
4.94
4.78
4.81
4.79
表 2－ 8 国外部分地区降水化学成分 (μmol/L)
注：本表摘自唐孝炎,1990。
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
瑞典
Sjoangen
1973-1975
34.5 31 18 31 6.5 3.5 15 3 52 4.30
美国 Hubbard
Brook 1973-
1974
55 50 12 22 5 16 6 2 114 3.94
美国
Pasadena
1978-1979
19.5 31 28 21 3.5 3.5 24 2 39 4.41
加拿大
Ontario
45 19 10 21 11.5 5 － － 11 4.96
日本神户 19.5 24 39 19 7.5 3 － － 40 4.4
表 2－ 9 国内部分城市降水化学成分 (μmol/L)
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
贵阳市区
1982-1984
205.5 21 8.2 78.9 115.6 28.3 10.1 26.4 84.5 4.07
重庆市区
1985-1986
164 29.9 25.2 152.2 135.2 11.4 14.7 7.87 51.4 4.29
广州市区
1985-1986
137 23.9 39.4 85.4 98.4 8.7 25.7 22.6 16.7 4.78
南宁市区
1985-1986
28.8 8.48 15.7 45.8 19.9 0.9 11.8 9.6 18.33 4.74
北京市区
1981
136.6 50.32 157.4 141.1 92 － 140.9 42.31 0.16 6.80
天津市区
1981
158.9 29.2 183.1 125.6 143.5 － 175.2 59.2 0.55 6.26
表 2－ 9 国内部分城市降水化学成分 (μmol/L)
注：本表摘自唐孝炎,1990。
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
贵阳市区
1982-1984
205.5 21 8.2 78.9 115.6 28.3 10.1 26.4 84.5 4.07
重庆市区
1985-1986
164 29.9 25.2 152.2 135.2 11.4 14.7 7.87 51.4 4.29
广州市区
1985-1986
137 23.9 39.4 85.4 98.4 8.7 25.7 22.6 16.7 4.78
南宁市区
1985-1986
28.8 8.48 15.7 45.8 19.9 0.9 11.8 9.6 18.33 4.74
北京市区
1981
136.6 50.32 157.4 141.1 92 － 140.9 42.31 0.16 6.80
天津市区
1981
158.9 29.2 183.1 125.6 143.5 － 175.2 59.2 0.55 6.26
表 2－ 15 我国部分地区降水酸度和主要离子含量 (μmol/L)
项目 重庆 贵阳市区 贵阳郊区 北京市区
PH
H+
SO42-
NO3-
Cl-
NH4+
Ca2+
Na+
K+
Mg2+
4.1
73
142
21.5
15.3
81.4
50.5
17.1
14.8
15.5
4.0
94.9
173
9.5
8.9
63.3
74.5
9.8
9.5
21.7
4.7
18.6
41.7
15.6
5.1
26.1
22.5
8.2
4.9
6.7
6.8
0.16
137
50.3
157
141
92
141
40
－
表 2－ 16 降水中离子浓度比较注：本表摘自王晓蓉,1993。①北京和天津城区数据平均值。
②重庆铜元局和贵阳喷水池数据平均值。
地点 Σ (Ca2+ + NH4+ +K+) Σ (SO42- +NO3-)
非酸雨 （ 1981） ①
酸 雨 （ 1980） ②
非酸雨 (瑞典 )
酸 雨 (瑞典 )
419.6
209.6
8.74
4.39
335.2
329.5
3.32
3.26
表 2－ 18 气态氨的测定结果
(注：本表摘自王德春,1988。 )
地区 地点 日期 NH3(μL/m3) 样品酸 雨 区贵阳重庆成都
1984.9
1984.9
1985.9
1.7
5.1
4.8
16
12
2
非酸雨区北京天津
1984.7
1984.7
44
22.8
10
4
图 2-22
八、大气颗粒物
1 颗粒物的粒度及表面性质
2 大气颗粒物的化学组成
3 大气颗粒物的去除过程图
2-
23
图 2-24
九、温室气体和温室效应十、臭氧层的形成与损耗
1 臭氧层形成与损耗的化学反应
2 南极臭氧洞现象图 2-29
第三章 水环境化学第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态一,天然水的基本特征二、水中污染物的分布和存在形态表 3－ 1 25℃ 时一些气体在水中的亨利定律常数气体 KH[mol/(L·Pa)] 气体 KH[mol/(L·Pa)]
O2
O3
CO2
CH4
C2H4
H2
H2O2
1.26× 10-8
9.16× 10-8
3.34× 10-7
1.32× 10-8
4.84× 10-8
7.80× 10-9
7.01× 10-1
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
(× 105Pa)
0.00611 0.00872 0.01228 0.01705 0.02337 0.03167
T(℃ ) 30 35 40 45 50 100
pH2O
(× 105Pa)
0.04241 0.05621 0.07374 0.09581 0.12330 1.0130
图 3－ 2
表 3－ 4
第二节 水中无机污染物的迁移转化一、颗粒物与水之间的迁移二、水中颗粒物的聚集三、溶解和沉淀四、氧化和还原五、配合作用表 3－ 5水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别注：本表摘自陈静生主编,1987。
项目 非专属吸附 专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用吸附时发生的反应发生吸附时体系的 PH值吸附发生的位置对表面电荷的影响
－
反离子阳离子交换
>零电位点扩散层无
－,0、＋
配位离子配位体交换任意值内层负电荷减少，
正电荷增多图
3
－
4
图 3－ 8
图
3
－
9
图
3
－
11
图
3
－
12
图
3
－
13
图 3－ 14
图
3
－
17
图
3
－
18
图 3－ 19
图 3－ 20
图 3－ 21
乙二胺二齿配体图
3
－
22
图 3－ 23
表 3－ 9 腐殖酸配合物稳定常数来源 LgK
Ca Mg Cu Zn Cd Hg
泥煤 3.65
－
3.81
－
7.85
8.29
4.83
－
4.57
－
18.3
－
湖水 Celyn湖
Balal湖
3.95
3.56
4.00
3.26
9.83
9.30
5.14
5.25
4.57
－
19.4
19.3
河水 Dee河
Conway河
－
－
－
－
9.48
9.59
5.36
5.41
－
－
19.7
21.9
海湾底泥海湾污泥
3.65
4.65
3.60
3.50
4.09
3.50
8.89
11.37
8.89
－
5.87
5,27
4.95
－
－
20.9
21.9
18.1
土壤 3.4
－
2.2
－
4.0
－
3.7
－
－
－
－
5.2
松花江松花江泥
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
2.68
3.14
2.76
3.13
2.54
3.01
2.66
3.00
16.02
16.74
16.51
16.39
蓟运河水泥 －
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
16.38
16.28
16.41
第三节 水中有机污染物的迁移转化一、分配作用二、挥发作用三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用图 3－ 27
图 3－ 28
图 3－ 29
图 3－ 31
第四章 土壤环境化学第一节 土壤的组成与性质一、土壤组成二、土壤的粒级分组与质地分组三、土壤吸附性四、土壤酸碱性五、土壤的氧化还原性图
4
－
1
图
4
－
2
第二节 污染物在土壤－植物体系中的迁移及其机制一、污染物在土壤－植物体系中的迁移及其机制二、植物对重金属污染产生耐性的几种机制第三节 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一、吸收二、分布三、排泄四、蓄积第三节 污染物质的生物富集、放大和积累一、生物富集二、生物放大三、生物积累第四节 污染物质的生物转化一、生物转化中的酶二、若干重要辅酶的功能三、生物氧化中的氢传递过程四、耗氧有机污染物质的微生物降解五、有毒有机污染物质生物转化类型六、有毒有机污染物质的微生物降解七、氮及硫的微生物转化八、重金属元素的微生物转化图 5－ 2
式 5－ 18 FMN和 FAD传递氢原子的反应辅酶 Ⅰ 和辅酶 Ⅱ
辅酶 Ⅰ 和辅酶 Ⅱ 传递氢的反应辅酶 Q的递氢反应辅酶 A
第五节 污染物质的毒性一、毒物二、毒物的毒性三、毒物的联合作用四、毒作用的过程五、毒作用的生物化学机制
环境工程化学大气污染控制化学水污染控制化学固体废物污染控制化学第二章 大气环境化学第一节 大气中污染物的迁移一、大气温度层结和密度层结二、辐射逆温层三、气块的绝热过程和干绝热递减率四、大气稳定度五、影响大气污染物迁移的因素第二节 大气中污染物的转化一、光化学反应基础
1 光化学反应过程
2 量子产率
3 大气中重要吸光物质的光离解二、大气中重要自由基的来源
1.大气中 HO和 HO2自由基的浓度
2.大气中 HO和 HO2的来源
3.R,RO和 RO2等自由基的来源三、氮氧化物的转化
1 大气中含氮化合物
2 氮氧化物的气相转化四、碳氢化合物的转化
1 大气中主要的碳氢化合物
2 碳氢化合物在大气中的反应表 2－ 3 HO,O与烷烃反应的速度常数烃类速度常数 (2.98× 108min－ 1)
HO O
甲烷乙烷丙烷正丁烷环己烷
16.5
443
1800
5700
1.2× 104
0.0176
1.37
12.3
32.4
117
五、光化学烟雾
1 光化学烟雾
2 光化学烟雾形成的简化机制
3 光化学烟雾的控制对策六、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染
1 二氧化硫的气相氧化
2 二氧化硫的液相氧化
3 硫酸烟雾型污染表 2－ 6 伦敦型烟雾与洛杉矶烟雾的比较项目 伦敦型 洛杉矶型概 况污 染 物燃 料气象条件季 节气 温湿 度日 光臭氧浓度出现时间毒 性发生较早 (1873),至今已多次出现颗粒物,SO2,硫酸雾等煤冬季低 (4℃ 以下 )
高弱低白天夜间连续对呼吸道有刺激作用,严重时导致死亡发生较晚 (1946),发生光化学反应碳氢化合物,NOx,O3,PAN,醛类等汽油,煤气,石油夏秋高 (24℃ 以上 )
低强高白天对眼和呼吸道有强刺激作用 。 等氧化剂有强氧化破坏作用,严重可导致死亡七、酸性降水
1 降水的 PH
2 降水 PH的背景值
3 降水的化学组成
4 酸雨的化学组成
5 影响酸雨形成的因素表 2－ 7 世界某些降水背景点的 pH值地点 样本数 PH值平均值中国丽江
Amsterdan(印度洋 )
Porkflot（ 阿拉斯加 ）
Katherine(澳大利亚 )
Sancarlos(委内瑞拉 )
St.Georges( 大 西 洋 百慕大群岛 )
280
26
16
40
14
67
5.00
4.92
4.94
4.78
4.81
4.79
表 2－ 8 国外部分地区降水化学成分 (μmol/L)
注：本表摘自唐孝炎,1990。
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
瑞典
Sjoangen
1973-1975
34.5 31 18 31 6.5 3.5 15 3 52 4.30
美国 Hubbard
Brook 1973-
1974
55 50 12 22 5 16 6 2 114 3.94
美国
Pasadena
1978-1979
19.5 31 28 21 3.5 3.5 24 2 39 4.41
加拿大
Ontario
45 19 10 21 11.5 5 － － 11 4.96
日本神户 19.5 24 39 19 7.5 3 － － 40 4.4
表 2－ 9 国内部分城市降水化学成分 (μmol/L)
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
贵阳市区
1982-1984
205.5 21 8.2 78.9 115.6 28.3 10.1 26.4 84.5 4.07
重庆市区
1985-1986
164 29.9 25.2 152.2 135.2 11.4 14.7 7.87 51.4 4.29
广州市区
1985-1986
137 23.9 39.4 85.4 98.4 8.7 25.7 22.6 16.7 4.78
南宁市区
1985-1986
28.8 8.48 15.7 45.8 19.9 0.9 11.8 9.6 18.33 4.74
北京市区
1981
136.6 50.32 157.4 141.1 92 － 140.9 42.31 0.16 6.80
天津市区
1981
158.9 29.2 183.1 125.6 143.5 － 175.2 59.2 0.55 6.26
表 2－ 9 国内部分城市降水化学成分 (μmol/L)
注：本表摘自唐孝炎,1990。
SO42 NO3- Cl- NH4+ Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ PH
贵阳市区
1982-1984
205.5 21 8.2 78.9 115.6 28.3 10.1 26.4 84.5 4.07
重庆市区
1985-1986
164 29.9 25.2 152.2 135.2 11.4 14.7 7.87 51.4 4.29
广州市区
1985-1986
137 23.9 39.4 85.4 98.4 8.7 25.7 22.6 16.7 4.78
南宁市区
1985-1986
28.8 8.48 15.7 45.8 19.9 0.9 11.8 9.6 18.33 4.74
北京市区
1981
136.6 50.32 157.4 141.1 92 － 140.9 42.31 0.16 6.80
天津市区
1981
158.9 29.2 183.1 125.6 143.5 － 175.2 59.2 0.55 6.26
表 2－ 15 我国部分地区降水酸度和主要离子含量 (μmol/L)
项目 重庆 贵阳市区 贵阳郊区 北京市区
PH
H+
SO42-
NO3-
Cl-
NH4+
Ca2+
Na+
K+
Mg2+
4.1
73
142
21.5
15.3
81.4
50.5
17.1
14.8
15.5
4.0
94.9
173
9.5
8.9
63.3
74.5
9.8
9.5
21.7
4.7
18.6
41.7
15.6
5.1
26.1
22.5
8.2
4.9
6.7
6.8
0.16
137
50.3
157
141
92
141
40
－
表 2－ 16 降水中离子浓度比较注：本表摘自王晓蓉,1993。①北京和天津城区数据平均值。
②重庆铜元局和贵阳喷水池数据平均值。
地点 Σ (Ca2+ + NH4+ +K+) Σ (SO42- +NO3-)
非酸雨 （ 1981） ①
酸 雨 （ 1980） ②
非酸雨 (瑞典 )
酸 雨 (瑞典 )
419.6
209.6
8.74
4.39
335.2
329.5
3.32
3.26
表 2－ 18 气态氨的测定结果
(注：本表摘自王德春,1988。 )
地区 地点 日期 NH3(μL/m3) 样品酸 雨 区贵阳重庆成都
1984.9
1984.9
1985.9
1.7
5.1
4.8
16
12
2
非酸雨区北京天津
1984.7
1984.7
44
22.8
10
4
图 2-22
八、大气颗粒物
1 颗粒物的粒度及表面性质
2 大气颗粒物的化学组成
3 大气颗粒物的去除过程图
2-
23
图 2-24
九、温室气体和温室效应十、臭氧层的形成与损耗
1 臭氧层形成与损耗的化学反应
2 南极臭氧洞现象图 2-29
第三章 水环境化学第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态一,天然水的基本特征二、水中污染物的分布和存在形态表 3－ 1 25℃ 时一些气体在水中的亨利定律常数气体 KH[mol/(L·Pa)] 气体 KH[mol/(L·Pa)]
O2
O3
CO2
CH4
C2H4
H2
H2O2
1.26× 10-8
9.16× 10-8
3.34× 10-7
1.32× 10-8
4.84× 10-8
7.80× 10-9
7.01× 10-1
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
(× 105Pa)
0.00611 0.00872 0.01228 0.01705 0.02337 0.03167
T(℃ ) 30 35 40 45 50 100
pH2O
(× 105Pa)
0.04241 0.05621 0.07374 0.09581 0.12330 1.0130
图 3－ 2
表 3－ 4
第二节 水中无机污染物的迁移转化一、颗粒物与水之间的迁移二、水中颗粒物的聚集三、溶解和沉淀四、氧化和还原五、配合作用表 3－ 5水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别注：本表摘自陈静生主编,1987。
项目 非专属吸附 专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用吸附时发生的反应发生吸附时体系的 PH值吸附发生的位置对表面电荷的影响
－
反离子阳离子交换
>零电位点扩散层无
－,0、＋
配位离子配位体交换任意值内层负电荷减少，
正电荷增多图
3
－
4
图 3－ 8
图
3
－
9
图
3
－
11
图
3
－
12
图
3
－
13
图 3－ 14
图
3
－
17
图
3
－
18
图 3－ 19
图 3－ 20
图 3－ 21
乙二胺二齿配体图
3
－
22
图 3－ 23
表 3－ 9 腐殖酸配合物稳定常数来源 LgK
Ca Mg Cu Zn Cd Hg
泥煤 3.65
－
3.81
－
7.85
8.29
4.83
－
4.57
－
18.3
－
湖水 Celyn湖
Balal湖
3.95
3.56
4.00
3.26
9.83
9.30
5.14
5.25
4.57
－
19.4
19.3
河水 Dee河
Conway河
－
－
－
－
9.48
9.59
5.36
5.41
－
－
19.7
21.9
海湾底泥海湾污泥
3.65
4.65
3.60
3.50
4.09
3.50
8.89
11.37
8.89
－
5.87
5,27
4.95
－
－
20.9
21.9
18.1
土壤 3.4
－
2.2
－
4.0
－
3.7
－
－
－
－
5.2
松花江松花江泥
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
2.68
3.14
2.76
3.13
2.54
3.01
2.66
3.00
16.02
16.74
16.51
16.39
蓟运河水泥 －
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
16.38
16.28
16.41
第三节 水中有机污染物的迁移转化一、分配作用二、挥发作用三、水解作用四、光解作用五、生物降解作用图 3－ 27
图 3－ 28
图 3－ 29
图 3－ 31
第四章 土壤环境化学第一节 土壤的组成与性质一、土壤组成二、土壤的粒级分组与质地分组三、土壤吸附性四、土壤酸碱性五、土壤的氧化还原性图
4
－
1
图
4
－
2
第二节 污染物在土壤－植物体系中的迁移及其机制一、污染物在土壤－植物体系中的迁移及其机制二、植物对重金属污染产生耐性的几种机制第三节 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一、吸收二、分布三、排泄四、蓄积第三节 污染物质的生物富集、放大和积累一、生物富集二、生物放大三、生物积累第四节 污染物质的生物转化一、生物转化中的酶二、若干重要辅酶的功能三、生物氧化中的氢传递过程四、耗氧有机污染物质的微生物降解五、有毒有机污染物质生物转化类型六、有毒有机污染物质的微生物降解七、氮及硫的微生物转化八、重金属元素的微生物转化图 5－ 2
式 5－ 18 FMN和 FAD传递氢原子的反应辅酶 Ⅰ 和辅酶 Ⅱ
辅酶 Ⅰ 和辅酶 Ⅱ 传递氢的反应辅酶 Q的递氢反应辅酶 A
第五节 污染物质的毒性一、毒物二、毒物的毒性三、毒物的联合作用四、毒作用的过程五、毒作用的生物化学机制
