第九章化學(xué)與環(huán)境保護(hù)

1、第九章第九章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)化學(xué)與環(huán)境保護(hù)大連海事大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院大連海事大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院于于 穎穎Email:9.1 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展9.2 大氣污染與防治9.3 水體污染與防治9.4 土壤污染與防治9.5 綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn) 第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)本講教學(xué)目標(biāo)1 了解環(huán)境污染、環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的含義2 了解大氣、水體和土壤的污染、危害及其防治3 了解綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)的概念第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)l環(huán)境：與人類密切相關(guān)的、影響人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的各種自然力量或作用的總和l環(huán)境要素：光、熱、水、火、氣、動(dòng)植物，以及這些自然要素與人類的長(zhǎng)期依存關(guān)系l環(huán)境污染：有害污染物排放量超過(guò)環(huán)境自凈

2、能力，環(huán)境質(zhì)量變壞第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.1 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展l1987年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)我們共同的未來(lái)中提出“可持續(xù)發(fā)展”：滿足當(dāng)代的需求而不損害后代滿足他們需求的能力。l環(huán)境問題的綜合性l環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有推動(dòng)和約束的雙重作用第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治 大氣的結(jié)構(gòu)根據(jù)垂直方向上溫度的變化，可分5層高度（千米）高度（千米）1009080706050403020100160 200 240 280 320溫度溫度 ( K )對(duì)流層：N2,O2,H2O,Ar,CO2平流層：N2,O2,O3中間層： N2,O2,NO+,O2+熱成層： O,O2,O+, O2+,

3、N2, NO+,e外層第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治大氣的組成從大氣組成上可分為：均質(zhì)層和異質(zhì)層。均質(zhì)層的基本組成如下：F 恒定組分N278.09% 0.004%O220.95% 0.002%Ar0.93% 0.001%F 可變組分H2O04%CO20.033%F 不定組分Ne 18 10-6He 5 10-6Kr 1 10-6Xe 0.08 10-6CH4 2 10-6H2 0.5 10-6N2O 0.3 10-6CO 0.5 10-3 0.2 10-6O3 變量變量(10-6)NH3 4 10-6NO2 1 10-9SO2 1 10-9H2S 0.55 10-9第9章 化學(xué)

4、與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治大氣中的化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)1. 光與物質(zhì)的作用宇宙射線 射線 x射線遠(yuǎn)紫外光近紫外光可見光紅外光近 中 遠(yuǎn)紅 紅 紅外 外 外微波無(wú)線電波光波區(qū)域躍遷能級(jí)核與內(nèi)層電子價(jià)電子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)核磁共振核磁共振第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治大氣中的化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)l 光與物質(zhì)的作用紫外光：引起分子的離解可見光：引起光化學(xué)反應(yīng)紅外光：引起分子振動(dòng)能級(jí)變化，如CO2分子4.257 m15.000 m第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治大氣中的化學(xué)反應(yīng)光化學(xué)反應(yīng)l 光化學(xué)反應(yīng)基本原理分子吸收光能變?yōu)榧ぐl(fā)分子 O2 + h O2*激發(fā)分子的能量損

5、失途徑： (1) 物理猝滅 O2* + M O2 + M (2) 離解 O2* O + O (3) 發(fā)生反應(yīng) O2* + O3 2O2 + O (4) 發(fā)光 NO2* NO2 + h (5) 分子間傳遞 O2* + Na O2 + Na*第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治9.2.1 大氣污染l 自然源：火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、土壤風(fēng)化等自然原因產(chǎn)生的沙塵、二氧化硫、一氧化碳等l 人為源：燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)及交通運(yùn)輸l 主要污染物：顆粒物、SOx、 NOx、CO、碳?xì)浠衔?、H2S、HF及光化學(xué)氧化劑等。分為：一次污染物：直接從排放源進(jìn)入大氣 二次污染物：進(jìn)入大氣的一次污染物相互作用或與

6、大氣中組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新污染物第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2.1 大氣污染1 顆粒物質(zhì)：各種固體或液體氣溶膠l TSP:總懸浮顆粒物l PM 10：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于10微米的顆粒物l PM 2.5：空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于2.5微米的顆粒物9.2 大氣污染及其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2.1 大氣污染1 顆粒物質(zhì)l“霾”字的古義是塵l 甲骨文的“霾”，上邊是個(gè)雨字，下邊畫了一只睜著大眼睛的長(zhǎng)尾巴動(dòng)物l“雨”字是動(dòng)詞，表示“落”，“降”，“下”的意思l 貍，古人謂之野貓，俗稱黃鼠狼。黃鼠狼善食雞，拿手武器就是肛門兩旁的一對(duì)臭腺，臭腺能釋放出

7、奇臭的臭氣，而且迅速散發(fā)于空間，造成局部的空氣污染。由此可見“霾”這個(gè)字挺形象9.2 大氣污染及其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2.1 大氣污染1 顆粒物質(zhì)l“霾”作為一種天象的描述，除甲骨文外，在古代許多典籍中也有所反映l詩(shī)經(jīng)終風(fēng)中就有“終風(fēng)且霾，惠然肯來(lái)”的句子，把來(lái)往糾纏著自己的惡少，比作冷風(fēng)中夾雜的陰霾l東漢許慎的說(shuō)文解字也將霾釋為“風(fēng)雨土也”，是說(shuō)大風(fēng)把塵土刮起造成了霾l爾雅釋天對(duì)“霾”的解釋更形象：“窒，霾，塞也?！笔钦f(shuō)“霾”可以堵塞人的咽喉，使人窒息。l看來(lái)霾的厲害，古人早已是領(lǐng)教過(guò)了的9.2 大氣污染及其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2.1 大氣污染1 顆粒物質(zhì)人體的氣候適應(yīng)l

8、寒冷地區(qū)的人身材高大，因?yàn)轶w積增加，使體表面積與體積比減小，有利于減少熱量散失l北歐人鼻子大，因?yàn)檩^長(zhǎng)的鼻腔能將寒冷的空氣盡量加熱l黃種人“蒙古眼褶”：有明顯內(nèi)眥贅皮（又稱蒙古褶），上眼瞼在眼內(nèi)角向下延續(xù)遮蓋淚阜的皮膚褶皺，是長(zhǎng)期適應(yīng)風(fēng)沙氣候的結(jié)果9.2 大氣污染及其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2.1 大氣污染1 顆粒物質(zhì)l受到人類活動(dòng)顯著影響的霾稱為 “灰霾”l氣溶膠細(xì)粒子污染在高濕度條件下形成的低能見度事件l組成灰霾的細(xì)粒子氣溶膠中二次氣溶膠比例較大，不同于由土壤、沙塵粒子組成的自然形成的霾第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)黑碳粒子僅僅是人類紅血球的百分之一9.2 大氣污染及其防治9.2 大氣污染及

9、其防治第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治9.2.1 大氣污染2 硫氧化物和酸雨 煤含硫0.55%，石油含硫0.53%，化石燃料燃燒和一些工廠尾氣排放SO2和SO3，產(chǎn)生酸沉降第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù) 濕沉降：主要沉降過(guò)程為降水酸雨只是酸性降水的一部分，pH5.6 干沉降：沉降物吸附于固體表面9.2.1 大氣污染2 硫氧化物和酸雨SO2 + O SO3式中：O各種氧化劑SO3 + H2O H2SO4SO2 + H2O H2SO3H2SO3 + O H2SO4NO + O NO22NO2 + H2O HNO3 + HNO2第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治9.2.1 大氣污染

10、3 氮氧化物和光化學(xué)煙霧l 汽油、煤炭高溫燃燒（1100以上），大氣中N2和O2反應(yīng)生成NO和NO2l NO與血色素結(jié)合形成亞硝基血色素，刺激呼吸系統(tǒng)l NO2不僅刺激呼吸系統(tǒng)，對(duì)心臟、肝臟、腎臟及造血系統(tǒng)都有很大危害第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治 9.2.1 大氣污染 3 氮氧化物和光化學(xué)煙霧物質(zhì)條件： 氮氧化物、烴類、醛類能量條件： 陽(yáng)光照射污染類型： 屬二次污染發(fā)生季節(jié)： 夏秋 產(chǎn)物： O3，過(guò)氧化乙酰硝酸酯(PAN)產(chǎn)物性質(zhì)： 氧化性，又稱氧化性煙霧第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.2 大氣污染及其防治NO2 + h NO + O (l土壤是固、液、氣三相共存的特殊物質(zhì)系統(tǒng)，由

11、礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、微生物、水分和空氣組成。固體占50%，土壤空氣占20%，土壤水分占30%l超過(guò)土壤自凈能力時(shí)，土壤污染l土壤污染比大氣、水污染更為持久。具有復(fù)雜、來(lái)源廣、防治困難等特點(diǎn)第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.4 土壤污染及其防治9.4.1 土壤的主要污染物1 農(nóng)藥2 重金屬污染第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.4 土壤污染及其防治9.4.2 土壤污染的防治1 發(fā)展高效低毒低殘留農(nóng)藥2 降低植物對(duì)吸收污染物的有效性l向土壤中施加有機(jī)肥l調(diào)節(jié)控制土壤pH值l控制污染物的遷移轉(zhuǎn)化，使其最終不進(jìn)入食物鏈第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.4 土壤污染及其防治l綠色化學(xué)：又稱環(huán)境無(wú)害化學(xué)，在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)有效利

12、用（最好可再生）原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險(xiǎn)的試劑和溶劑。l綠色化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)稱為環(huán)境友好技術(shù)或清潔技術(shù)第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.5 綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)9.5.1 綠色化學(xué)和原子經(jīng)濟(jì)性綠色化學(xué)內(nèi)容：l 防止污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染l 原子經(jīng)濟(jì)性：盡量所有反應(yīng)物分子進(jìn)入到最后的產(chǎn)物分子上，沒有副產(chǎn)物生成l 只要可行，應(yīng)盡量采用毒性小的化學(xué)合成路線l 更安全的化學(xué)品設(shè)計(jì)，保留功效，降低毒性l 盡可能避免使用輔助物質(zhì)，如使用應(yīng)盡量無(wú)毒第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.5 綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)第9章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)9.5 綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)l 應(yīng)考慮能耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，少使用能源l 原料可再生l 盡量避免不必要的衍生步驟l 催化性試劑優(yōu)于當(dāng)量性試劑l 化工產(chǎn)品完成其使命后，不應(yīng)環(huán)境殘留，應(yīng)能降解為無(wú)害物質(zhì)l 分析方法必須進(jìn)一步發(fā)展，使有害物質(zhì)生成錢能夠及時(shí)在線跟蹤和控制l 化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，所選用的物質(zhì)和物質(zhì)形態(tài)，