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环境化学第二章
4、干绝热垂直递减率（Γd ）：干空
气在上升时温度降低值与上升高度的比。
Γd=0.98℃/100m≈1 ℃/100m
空气移动，高压区→低压，膨胀降温，压缩升温。 当气团在水平方向运动，非绝热过程。 当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程
第一节 大气中污染物的迁移
四、大气稳定度：指大气中某一高度上的气块在垂直方
第一节 大气中污染物的迁移
平流层（stratosphere） （12-48km） ①气温随高度增加而升高，Γ＜0 ，层顶接近0℃， 20km-25km臭氧浓度最高； ②气体状态稳定，垂直对流很小，污染物成一薄层 ③空气稀薄，大气透明度高
民航：最高飞行10km左右 人造卫星：30-50km以上
第一节 大气中污染物的迁移 中间层（mesosphere ）（48-78km） ①气温随高度增加而降低，气温可达-92℃； ②垂直运动剧烈； ③发生光化学反应。 热层（thermosphere）/电离层（80-800km） ①气温随高度增加而迅速升高，顶部可达1200℃ ②空气密度很小，气体电离。
第一节 大气中污染物的迁移
地理地势的影响
➢ 海风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在 海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海 洋流向大陆而形成海风。
➢ 陆风：夜间海水温度降低得较慢，海面的温度较陆地 高，在海陆之间形成指向海洋的气压梯度，于是陆地 上空的空气流向海洋，形成陆风。
冷
气
光物理过程
辐射跃迁： A* A h
通过辐射磷光或荧光失活
碰撞失活：A* M A M
为无辐射跃迁，即碰撞失活
光化学过程
光离解： A* B1 B2 生成新物质
与其它分子反应生成新物种：
气在上升时温度降低值与上升高度的比。
Γd=0.98℃/100m≈1 ℃/100m
空气移动，高压区→低压，膨胀降温，压缩升温。 当气团在水平方向运动，非绝热过程。 当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程
第一节 大气中污染物的迁移
四、大气稳定度：指大气中某一高度上的气块在垂直方
第一节 大气中污染物的迁移
平流层（stratosphere） （12-48km） ①气温随高度增加而升高，Γ＜0 ，层顶接近0℃， 20km-25km臭氧浓度最高； ②气体状态稳定，垂直对流很小，污染物成一薄层 ③空气稀薄，大气透明度高
民航：最高飞行10km左右 人造卫星：30-50km以上
第一节 大气中污染物的迁移 中间层（mesosphere ）（48-78km） ①气温随高度增加而降低，气温可达-92℃； ②垂直运动剧烈； ③发生光化学反应。 热层（thermosphere）/电离层（80-800km） ①气温随高度增加而迅速升高，顶部可达1200℃ ②空气密度很小，气体电离。
第一节 大气中污染物的迁移
地理地势的影响
➢ 海风：白天陆地上空的气温增加得比海面上空快，在 海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空气从海 洋流向大陆而形成海风。
➢ 陆风：夜间海水温度降低得较慢，海面的温度较陆地 高，在海陆之间形成指向海洋的气压梯度，于是陆地 上空的空气流向海洋，形成陆风。
冷
气
光物理过程
辐射跃迁： A* A h
通过辐射磷光或荧光失活
碰撞失活：A* M A M
为无辐射跃迁，即碰撞失活
光化学过程
光离解： A* B1 B2 生成新物质
与其它分子反应生成新物种：
《环境化学》课件第二章-2
稳定性： C2H5 > (CH3) 3CCH2 > CH2=CH > C6H5 和 CH3 > CF3 D/kJ· mol-1：410 415 431 435 435 443
2-7
《环境化学》 第二章 大气环境化学
（2）自由基的结构和活性 (Structure and Reactivity of Free Radicals) 卤原子夺氢的活性是：F•>Cl•>Br•
增长
终止
2-11
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第三节
大气中污染物的转化
(2.3 Transformation of Atmospheric Pollutants)
一、自由基化学基础 (Chemical Foundation for Free Radicals) 二、光化学反应基础 (Foundation for Photochemical Reactions) 三、大气中重要自由基来源 (Source for Important Free Radicals in the
Atmosphere)
四、氮氧化物的转化 (Transformation of NOx) 五、碳氢化合物的转化 (Transformation of Hydrocarbons) 六、光化学烟雾 (Photochemical Smog) 七、硫氧化物的转化及硫酸烟雾型污染 (Transformation of
光化学过程 A* → B1 + B2 +… A* + C → D1 + D2 +… 光解，即激发 态物种解离成 为两个或两个 以上新物种。
2-14
A*与其他分子反应生成新的物种。
《环境化学》 第二章 大气环境化学
环境化学课件第二章
汇：
四、含卤素化合物
〔1〕简单的卤代烃
源：CH3Cl、CH3Br、CH3I等卤代甲烷来自 天然源,主要是来自海洋,其余含卤素化合物都 是由于人类活动产生的.
CH3Cl和CH3Br寿命较长,可以扩散进入平流层 .而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作 用下发生光解,产生原子碘：
CH3I+hv→CH3·+I·
▪ 1.气块的绝热过程和干绝热递减率
湿沉降是其重要的消除方式193燃烧生成nox的机理一般认为有两种途径含氮化合物o极快nohnoh极快no12o203影响nox形成的因素温度温度越高形成的nox越多4nox环境浓度nox环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度nono21三含碳化合物1co1来源co是由含碳燃料的不完全燃烧而产生或者是在内燃机的高温高压的燃烧条件下产生约80的co均由汽车排放co的天然源主要来自海洋中生物的作用植物叶绿素的分解森林中放出萜的氧化森林大火以及大气中ch另外放电作用引起云层中有机物的光氧化作用二氧化碳的轻微解离作用种子发芽籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生co
* 以城市空气中SO2、NO2和可吸入颗粒物<PM10>的浓度为依据换算成空气污染 指数即API和空气质量级别
大气的主要污染物分类
害
大气污染物
一次污染物——从不同污染源直接向大气排放的有 气体和粉尘等.
二次污染物——大气污染物之间相互作
用或污染物与大气
主要大气污染物
分类
成 中的正分常成分作用或因太
从18世纪末至20世纪初,是大气污染的形成时期. 上世纪50年代至70年代,工业发达国家石油、化石燃料使用 量迅速上升,大气污染物含量迅速上升,致使大气污染加剧. 80年代以来,由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的 加剧,大气污染问题已成为全球性环境问题,严重威胁着人类 生存和发展.
四、含卤素化合物
〔1〕简单的卤代烃
源：CH3Cl、CH3Br、CH3I等卤代甲烷来自 天然源,主要是来自海洋,其余含卤素化合物都 是由于人类活动产生的.
CH3Cl和CH3Br寿命较长,可以扩散进入平流层 .而CH3I在对流层大气中,主要是在太阳光作 用下发生光解,产生原子碘：
CH3I+hv→CH3·+I·
▪ 1.气块的绝热过程和干绝热递减率
湿沉降是其重要的消除方式193燃烧生成nox的机理一般认为有两种途径含氮化合物o极快nohnoh极快no12o203影响nox形成的因素温度温度越高形成的nox越多4nox环境浓度nox环境背景值随地理位置不同有明显差异且浓度nono21三含碳化合物1co1来源co是由含碳燃料的不完全燃烧而产生或者是在内燃机的高温高压的燃烧条件下产生约80的co均由汽车排放co的天然源主要来自海洋中生物的作用植物叶绿素的分解森林中放出萜的氧化森林大火以及大气中ch另外放电作用引起云层中有机物的光氧化作用二氧化碳的轻微解离作用种子发芽籽苗生长及人和动物新陈代谢过程中都会产生co
* 以城市空气中SO2、NO2和可吸入颗粒物<PM10>的浓度为依据换算成空气污染 指数即API和空气质量级别
大气的主要污染物分类
害
大气污染物
一次污染物——从不同污染源直接向大气排放的有 气体和粉尘等.
二次污染物——大气污染物之间相互作
用或污染物与大气
主要大气污染物
分类
成 中的正分常成分作用或因太
从18世纪末至20世纪初,是大气污染的形成时期. 上世纪50年代至70年代,工业发达国家石油、化石燃料使用 量迅速上升,大气污染物含量迅速上升,致使大气污染加剧. 80年代以来,由于酸雨、臭氧层的破坏和温室效应等问题的 加剧,大气污染问题已成为全球性环境问题,严重威胁着人类 生存和发展.
《环境化学》课件——2 水污染
第二章 水环境化学
第八节 水污染
一、水体的概念
1、描述性定义：
水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰 川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水， 还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地 理角度，水体是指地表被水覆盖的自然综合体。
2、划分：
Ø按类型
海洋水体 陆地水体
Ø按区域
地表水体
在光化反应中有些反应物不能直接吸收某波长的光进 行反应。但如果有光敏剂存在，它能吸收这种波长的光 ，并把光能传递给反应物而发生光化反应。如叶绿素就 是一种天然光敏剂，它能够吸收阳光中的可见光，并将 光能传递给水和二氧化碳来合成糖和氧气，如果没有叶 绿素，植物就不能利用水和二氧化碳吸收可见光来完成 光合作用。
农药的水解反应例如: 有机磷农药较易水解，故作为 农药使用，可减轻对环境的影响。
如敌敌畏在酸性下可逐渐水解，而在中性，尤其在碱 性下水解更快，其反应式如下:
四、洗涤剂
肥皂和合成洗涤剂的去污原理主要是由于胶束的乳化 作用。为了说明其原理，先考察一下肥皂的结构，作为 肥皂主要成分的硬脂酸钠具有一个羧基头和长长的碳氢 尾巴，头亲水，尾巴憎水:
农药进入水体以后与水体中各类物质接触，发生一系 列的物理、化学和生化反应，它们的行为可归纳为以下 几个方面:被水体颗粒物质吸附、被生物吸附并积累、发 生降解反应，使农药含量逐渐降低。
农药的降解可以通过光化反应、氧化还原反应、水解 反应和生化反应等实现。
影响环境物质光化反应的因素除了光的波长、强度外 ，还与天然光敏剂的存在与否有关。
q底质中的自净：底质中的微生物使底质中的有机污染 物发生分解
三、水体污染
定义：当水中的污染物进入河流、湖泊、海洋或地 下水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水 体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组 成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能 的现象，被称为水体污染。
第八节 水污染
一、水体的概念
1、描述性定义：
水体系河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰 川、海洋等“地表贮水体”的总称。水体不仅包括水， 还包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。从自然地 理角度，水体是指地表被水覆盖的自然综合体。
2、划分：
Ø按类型
海洋水体 陆地水体
Ø按区域
地表水体
在光化反应中有些反应物不能直接吸收某波长的光进 行反应。但如果有光敏剂存在，它能吸收这种波长的光 ，并把光能传递给反应物而发生光化反应。如叶绿素就 是一种天然光敏剂，它能够吸收阳光中的可见光，并将 光能传递给水和二氧化碳来合成糖和氧气，如果没有叶 绿素，植物就不能利用水和二氧化碳吸收可见光来完成 光合作用。
农药的水解反应例如: 有机磷农药较易水解，故作为 农药使用，可减轻对环境的影响。
如敌敌畏在酸性下可逐渐水解，而在中性，尤其在碱 性下水解更快，其反应式如下:
四、洗涤剂
肥皂和合成洗涤剂的去污原理主要是由于胶束的乳化 作用。为了说明其原理，先考察一下肥皂的结构，作为 肥皂主要成分的硬脂酸钠具有一个羧基头和长长的碳氢 尾巴，头亲水，尾巴憎水:
农药进入水体以后与水体中各类物质接触，发生一系 列的物理、化学和生化反应，它们的行为可归纳为以下 几个方面:被水体颗粒物质吸附、被生物吸附并积累、发 生降解反应，使农药含量逐渐降低。
农药的降解可以通过光化反应、氧化还原反应、水解 反应和生化反应等实现。
影响环境物质光化反应的因素除了光的波长、强度外 ，还与天然光敏剂的存在与否有关。
q底质中的自净：底质中的微生物使底质中的有机污染 物发生分解
三、水体污染
定义：当水中的污染物进入河流、湖泊、海洋或地 下水体后，其含量超过了水体的自然净化能力，使水 体的水质和水体底质的物理、化学性质或生物群落组 成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能 的现象，被称为水体污染。
环境化学 第二章 大气环境化学
大气中重要吸光物质的光离解
4 3
（1） O2和N2的光离解
2
1 O2键能493.8KJ/mol。相 应波长为243nm。在紫外区 lgε 0 120-240nm有吸收。
O2 + hν
λ < 240 nm
-1 -2
O· + O·
N2键能：939.4KJ/mol。 对应的波长为127nm。
-3
-4
HNO
3
h ν HO NO
2
2
HO CO CO
H
2
H O 2 M HO 2HO
2
M
(有CO存在时）
H 2O 2 O 2
产生过氧自由基和过氧化氢
(5) SO2对光的吸收
SO2的键能为545.1kJ/mol， 吸收光谱 中呈现三条吸收带，键能大，240 - 400 nm 的光不能使其离解，只能生成激发态：
思考题:
太阳的发射光谱 和地面测得的太阳光 谱是否相同?为什么?
3.3大气中重要自由基来源
自由基 由于在其电子壳层的外层有
一个不成对的电子，因而有很高的活 性，具有强氧化作用。如：
CH 3 C(O)H hv H 3 C HCO
由于高层大气十分稀薄，自由基的半 衰期可以是几分钟或更长时间。自由基参 加反应，每次反应的产物之一是自由基， 最后通过另一个自由基反应使链终止，如：
SO 2 h SO 2
*
240 400 nm
SO2*在污染大气中可参与许多光化学反应。
（ P73,图2－32）
(6) 甲醛的光离解
HCHO中H-CHO的键能为 356.5 kJ/mol， 它对 240 – 360 nm 范围内的光有吸收， 吸光后的光解反应为：
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第二章 水环境化学
表面张力 溶解能力 介电常数 电离度 密 度 透明度 热传导 氢键 偶极矩 存在状态
2. 3 水质标准和水质指标
2.3 水质标准和水质指标
一、水质标准 水质标准是环境质量标准的重要组成部分。所谓环境质 量标准就是环境中的污染物具有法律效力的限量。包括 环境水质标准和污水排放标准两大类。前者又分为饮用 水质标准、渔业用水质标准，工业用水质标准等多种； 后者如工业“三废”排放标准等。理论上讲，排放标准 首要应当以保障环境水质标准为基本目标。 水质标准的确定是以保护人体健康和生态平衡为目的， 用客观的科学数据表示各污染物在适合于一种较高要求 的生态系统生存的水体中所允许的限量。同时还要考虑 具体的自然条件和国家的经济技术条件等因素。所以各 国的水质标准有明显的差异
凝固点 (摄氏度) 沸 点 （摄氏度） 偶极矩 (德 拜 ) 汽化热 (千焦/摩) 融化热 (千焦/摩) 生成热 (千焦/摩)
化合物
H2O H2O推测 H2S H2Se H2Te
0 (-95) -85.2 -65.7 -51
100 (-80) -60.3 -41.3 -2.2
1.84 (2.58) 1.10 0.40 ＜0.20
2.1 水在地球上的分布及水循环
一、天然水的分布 二、水循环
三、我国水资源状况
2.1
水在地球上的分布及水循环
全 球 水 量 分 布 比 例
2.1 水在地球上的分布及水循环
表2-1 地球上各种水的储量
序 号 类 别 水储量 (万亿m3)
1338000 23400 12870 10530 16.5 24064.1 300.0 176.4 85.4 91.0 11.47 2.12 1.12 12.9 1385984.61 35029.21
南开大学《环境化学》课件第二章
上述方程两边取对数： 取地面大气压力P0=1
2-12
《环境化学》 第二章 大气环境化学
第一节 大气的组成及其主要污染物 2.1 Atmospheric Composition and Primary Pollutants
一、大气的主要成分
(Main Compositions of the Atmosphere)
From Environmental Chemistry, S.E. Manahan, CRC Press, 2004
2-5
《环境化学》 第二章 大气环境化学
地表大气的平均压力为 101 300 Pa，相当于
每平方厘米地球表面包围着 1034 g的空气。地球 的总表面积为510 100 934 km2，所以大气总质量 约为5.3 ×1018 kg，相当于地球质量的10-6倍。大 气随高度的增加而逐渐稀薄，其质量的99.9％集中
几种惰性气体：He（5.24×10-4）、Ne（1.81×10-3）、 Kr（1.14×10-4）和Xe（8.7×10-6）的含量相对比较高。
水蒸气的含量是一个可变化的数值，一般在1% ～3%。 痕量组分，如H2（5×10-5）、CH4（2×10-4）、CO （1×10-5）、SO2（2×10-7）、NH3（6×10-7）、N2O （3×10-5）、NO2（2×10-6）、O3（4×10-6）等。
80 60
中间层顶
中间层
高度/km
平流层顶
40
平流层
吸收紫外线，放出热量，臭氧吸收热量
20
对流层顶 对流层
3. 中间层 (Mesosphere)： 50~80 km
4. 热层（电离层）(Thermosphere)：80~500 km
环境化学第二章化学污染物的迁移行为
Fick第一定律：
D x 2Sx C x,D y 2Sy C y,D z2Sz C z
D
2 x
，D
2 y
，D
2 z
：x、y、z方向湍流扩散的污染物质量通量
C ：水中的污染物的时间平均浓度
S x ，S y ，S z ：x、y、z方向湍流扩散系数
二、水中污染物的迁移
弥散：水体横断面上的实际的流速分布不均匀引起的 。
P h o to ly sis P h o to d e g r a d a tio n
V olatilization D eposition
KOA, PL
P a r titio n
KOA, PL
H ydrolysis K OW
Sedim entation
B io d eg ra d a tio n
内容
第一节 概述 (Outline)
一、大气中污染物的迁移 二、水中污染物的迁移 三、土壤中污染物的迁移 四、生物相中污染物的迁移 五、污染物多介质迁移
一、大气中污染物的迁移
1. 迁移 (Transport)、转化(Transformation) 迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动(时 间和空间)。 转化：污染物的变化(形态变化、化学变化) ，从一种物质， 变成另外一种物质。环境效应、毒性发生变化。
四、生物相中污染物的迁移
3. 植物 植物提取：污染物进入植物体内，本身形态、性质不发 生改变，储存在植物组织中。
植物转运：通过木质部或韧皮部沿根－茎－叶向上转运， 水溶解性。
植物固定：与植物体内某些组分结合。
植物挥发：植物释放挥发性有机物。污染修复TCE。 根际效应：生物有效性、结合位点、微生物活性
环境化学 第二章 大气环境化学
高度电离，电离层，稀薄
0 160 200 240 280 K
8
大气温度的垂直分布
高度（km）3000
散逸层
（+ ）
500
400 热成层 300
（+ ）
200
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
80
电离层
紫外线的强烈照
射，N2和O2产生 不同程度的离解
度 高 k（ m）
70 中间层
60
对流层
16
2．平流层（Stratosphere）
范围：高度12~50km 特征： ① 温度随高度增加而上升, 温度大约为220~260K, 在
12~20km处温度基本不变。 ②由于高能电磁辐射比对流层强烈，所以光化学反应很
重要。 ③O3层即存在于此层下部，高度为15~35km处，其中
25km处浓度最高。
擦层边界层低层大气（1－2km）污染物 80
集中；自由层：自然现象对流层顶层：
水变冰，阻止氢的损失
60
X(km)
B、平流stratosphere
O2→O· + O · O · +O2→O3
O3→O · + O2 O3+ O · →2O2
40
吸收紫外线
C、中间层mesosphere
20
D、热层（电离层）thermosphere
1、要在江南地区顺利育苗，可采取哪些有效的措施？
夜间在秧田里灌水；人造烟雾的办法
2、温室内气温高于室外的原因是什么？ 温室内二氧化碳的浓度较高，水分充足，能更多的吸收红外线长波辐射， 保温效应好
3、农民在冬季采用塑料大棚发展农业，是对哪些自然条件进行改造？ 热量条件和水分条件
0 160 200 240 280 K
8
大气温度的垂直分布
高度（km）3000
散逸层
（+ ）
500
400 热成层 300
（+ ）
200
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
80
电离层
紫外线的强烈照
射，N2和O2产生 不同程度的离解
度 高 k（ m）
70 中间层
60
对流层
16
2．平流层（Stratosphere）
范围：高度12~50km 特征： ① 温度随高度增加而上升, 温度大约为220~260K, 在
12~20km处温度基本不变。 ②由于高能电磁辐射比对流层强烈，所以光化学反应很
重要。 ③O3层即存在于此层下部，高度为15~35km处，其中
25km处浓度最高。
擦层边界层低层大气（1－2km）污染物 80
集中；自由层：自然现象对流层顶层：
水变冰，阻止氢的损失
60
X(km)
B、平流stratosphere
O2→O· + O · O · +O2→O3
O3→O · + O2 O3+ O · →2O2
40
吸收紫外线
C、中间层mesosphere
20
D、热层（电离层）thermosphere
1、要在江南地区顺利育苗，可采取哪些有效的措施？
夜间在秧田里灌水；人造烟雾的办法
2、温室内气温高于室外的原因是什么？ 温室内二氧化碳的浓度较高，水分充足，能更多的吸收红外线长波辐射， 保温效应好
3、农民在冬季采用塑料大棚发展农业，是对哪些自然条件进行改造？ 热量条件和水分条件
环境化学全部PPT课件
提出了“持续发展”的战略
——把经济发展和环境保护相结合。
第三阶段：90年代以来
巩固和发展“持续发展”的战略思想。
——把环境保护与经济、社会协调发展。
23
二、环境化学
1. 环境化学的发展
环境化学的发展：
孕育阶段：二次大战-1970年；
形成阶段：70-80年代；
发展阶段：80年代。
24
二次大战-20世纪60年代：研究环境中农药
环 境 化 学
Environmental chemistry
1
第一章 绪论 第二章 大气环境化学 环 境 化 学 第三章 水环境化学 第四章 土壤环境化学 第五章生物体内污染物质 的运动过程及毒性 第六章典型污染物在环境各 圈层中的转归与效应 第七章 受污染环境的修复
2
参考书籍
3
参考期刊
环境科学 环境化学 化工环保 环境保护 环境工程 环境科学学报 中国环境科学 农村生态环境 环境污染与防治 环境污染治理技术与设备
19
世界地球日的由来
１９６９年，美国民主党参议员盖洛 德。尼尔森提议，在全国各大学校 园内举办环保问题讲演会，并将次 年的４月２２日作为“地球日”。 1970年4月22日，由美国哈佛大学 学生丹尼斯· 海斯发起并组织的环境 保护活动，犹如星火燎原。全美国 共有2000多万人参加，约1万所中 小学，2000所高等院校和全国的各 大团体参加了这次活动，这一天就 成了第一个地球日。
27
3. 环境化学的研究内容
有害物质在环境中存在的浓度水平和形态； 潜在有害物质的来源，它们在个别环境介质 中和不同介质间的环境化学行为；
有害物质对环境和生态系统以及人体健康产 生效应的机制和风险性； 有害物质已造成影响的缓解和消除以及防止 产生危害的方法和途径。
环境化学-绪论 PPT课件
环境问题
• 人类生活和生产活动不断影响和改变环境条件，甚至引起环 境污染。
• 工业化过程中的处置失当，特别是对自然资源的不合理开发 利用，造成了全球性的环境污染和生态破坏。 空气、水和土地污染的环境退化现象 臭氧层破坏 气候变化 水资源的短缺和污染 有毒化学品和团体废弃物的危害 生物多样性的损伤
2. 造成环境污染的三因素 物理的
噪声、震动等 化学的
九大类 生物的
大米草、水葫芦、赤藻等
温室效应
酸雨
光化学烟雾
伦敦烟雾事件
臭氧空洞
海洋污染
赤潮
农药污染
3. 认识环境问题的三个阶段
环境问题并非只限于环境污染,人们对现代环境 问题的认识有个发展过程。 第一阶段：在20世纪60年代人们把环境问题只当成一 个污染问题，认为环境污染主要指的是城市和工农业 发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声 的污染。对土地沙化、热带森林破坏和野生动物某些 品种的濒危灭绝等并未从战略上予以重视。我国当时 以污染控制为中心进行环境管理，曾对改善城市和人 民生活的环境质量起了重要作用。 存在问题：没有把环境问题与自然生态联系起来,低 估了环境污染的危害性和复杂性，没有把环境污染与 社会因素相联系，未能追根寻源。
每年有600万公顷具有生产力的旱地变成沙漠
有1100多万公顷的森林遭到破坏
在非洲,干旱将3500万人置于危难之中
在印度,博帕尔农药厂化学品泄漏造成两千人死亡
在墨西哥城,液化气罐爆炸使千人遇难
在前苏联,切尔诺贝利核反应堆爆炸使核尘埃遍布欧洲
在瑞士,农用化学品、溶剂和录污染了莱茵河,使数百万 尾鱼被毒死
样是热门课题。
（2）各圈层环境化学
环境化学.ppt
主要源于采暖
的逐日变化曲线
最大值出现在吹 南西南（SSW）、 西南（SW）、西 西南（WSW）、 西（W）风情况
下，出现在污染 源下风向。
SO2体 积分数 与风速 成反比。
湍流对污染 物在大气中 的迁移扩散 起重要作用。
逆温： 近地 层小 风或 静风； 逆温 消失： 风速 加大。
白 天 通 常 是
SO2 污 染 得 到 减 轻 的 时 候。
b.H2S 源：人为源排放不大，主要是天然源。 汇：
2.含氮化合物（主要是N2O, NO, NO2) N2O:主要源于天然（土壤中硝酸盐经细菌脱氮产生）； 在低层大气非常稳定，是停留时间最长的含氮化合物。 a.NOX（NO、NO2） 源：燃料燃烧
汇：转化为硝酸和硝酸盐经湿沉降和干沉降去除，湿沉 降是最主要方式。
环境化学的特点：从微观的原子、分子水平上来研 究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径， 核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
2.环境化学的发展动向
国际：元素的生物地球化学循环及其相互耦合的 研究；化学品安全评价；全球变化问题。
我国：有机物污染为主的水质污染；大气颗粒物 和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害 废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。
按环境变化的性质分为：环境物理效应、环境化学 效应、环境生物效应。
污染物的迁移：污染物在环境中发生的空间迁移及 其所引起的富集、分散和消失的过程。
污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或 生物作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。
污染物的迁移方式：机械迁移、物理－化学迁移 （最重要）、生物迁移。
各分支学科发展动向：
A 环境分析化学
B 各圈层环境化学
的逐日变化曲线
最大值出现在吹 南西南（SSW）、 西南（SW）、西 西南（WSW）、 西（W）风情况
下，出现在污染 源下风向。
SO2体 积分数 与风速 成反比。
湍流对污染 物在大气中 的迁移扩散 起重要作用。
逆温： 近地 层小 风或 静风； 逆温 消失： 风速 加大。
白 天 通 常 是
SO2 污 染 得 到 减 轻 的 时 候。
b.H2S 源：人为源排放不大，主要是天然源。 汇：
2.含氮化合物（主要是N2O, NO, NO2) N2O:主要源于天然（土壤中硝酸盐经细菌脱氮产生）； 在低层大气非常稳定，是停留时间最长的含氮化合物。 a.NOX（NO、NO2） 源：燃料燃烧
汇：转化为硝酸和硝酸盐经湿沉降和干沉降去除，湿沉 降是最主要方式。
环境化学的特点：从微观的原子、分子水平上来研 究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径， 核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和效应。
2.环境化学的发展动向
国际：元素的生物地球化学循环及其相互耦合的 研究；化学品安全评价；全球变化问题。
我国：有机物污染为主的水质污染；大气颗粒物 和二氧化硫为主的城市空气污染；工业有毒有害 废弃物和城市垃圾对大气、水和土地的污染等。
按环境变化的性质分为：环境物理效应、环境化学 效应、环境生物效应。
污染物的迁移：污染物在环境中发生的空间迁移及 其所引起的富集、分散和消失的过程。
污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或 生物作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。
污染物的迁移方式：机械迁移、物理－化学迁移 （最重要）、生物迁移。
各分支学科发展动向：
A 环境分析化学
B 各圈层环境化学
《环境化学》课件第二章-3
NO → NO2 不 需要 O3 参与也 能发生，导致 O3 积累
O3 积累过程导致 许多羟基自由基 的产生
NO和烃类化合物 耗尽
2-7
《环境化学》 第二章 大气环境化学
hν
[O]
[O]
[O] [O]
Generalized scheme for the formation of photochemical smog
图 EKMA方法中的O3等体积分数曲线 (唐孝炎，1990) 0 RH
K
0 NO x
2-10
《环境化学》 第二章 大气环境化学
B.O3 的控制
当[RH]0/[NOx]0 高时，[NOx]0少， O3的生成受[NOx]0的影响明显； [RH]0/[NOx]0 低时，[NOx]0高， O3的生成受[NOx]0的影响不明显；
Oxysulfides and Sulfuric Acid Smog)
八、酸性降水 (Acid Precipitation) 九、温室效应 (Greenhouse Effect) 十、臭氧层的形成与耗损(Formation and Depletion of Ozone Layer)
2-13
《环境化学》 第二章 大气环境化学
Oxysulfides and Sulfuric Acid Smog)
八、酸性降水 (Acid Precipitation) 九、温室效应 (Greenhouse Effect) 十、臭氧层的形成与耗损(Formation and Depletion of Ozone Layer)
2-1
《环境化学》 第二章 大气环境化学
2-4
《环境化学》 第二章 大气环境化学
B. 日变化曲线
02-1环境化学第二章__大气环境化学(1)
（三）中间层
从平流层顶到约85km的高度
特点：
1、空气更稀薄 2、无水分 3、温度随高度增加而降低，中间层顶，气温最低
（-100℃） 4、对流运动强烈。 5、中间层中上部，气体分子（O2、N2）开始电离。
（四）热层
从80km到约500km的高度
特点： 1、温度随高度增加迅速增高； 2、大气更为稀薄; 3、大部分空气分子被电离成为离子和自由
第一节 大气结构、组成和性质
一、大气垂直分层 二、大气的组成 三、大气中的主要污染物
一、大气垂直分层
通常把静态大气的温度和密度在垂直方向上的分布， 称为大气温度层结和大气密度层结。
大气
依据
大气的 温度层结 密度层结 运动规律
划分为
对流层 平流层 中间层
热层 散逸层
（一）对流层
平均厚度12km,赤道19km，两 极8-9km，云雨主要发生层， 夏季厚，冬季薄。
以上快 (占N9O0%＋以1上／)2，O其2 次才N为ON2O2（仅占10%左慢右）
（三）含碳化合物的来源和演变
CO、CO2、CHx、含氧烃等
1、CO
1）危害
阻碍体内氧气输送 参与光化学烟雾形成
·OH ＋ CO CO2 ＋ H· O2 ＋ H· HO 2·＋ M
NO ＋ HO2· NO2＋ ·OH
N2O ＋
N2＋O·N2O ＋
hv N2O ＋
O2N·O
N2＋O2
O·
（二）含氮化合物的来源和演变
2、NOx
1）危害
NO、NO2，通式NOx
与血红蛋白结合，肺炎
损伤叶组织、造成斑点 光化学烟雾
（二）含氮化合物的来源和演变
NO、NO2，通式NOx
《环境化学课件》PPT课件
物体。
水体污染
工业废水、生活污水等 排放到水体中的污染物 ，通过饮水和食物链进
入生物体。
土壤污染
农药、重金属等污染物 在土壤中积累，通过食
物链进入生物体。
其他途径
包括食物摄入、皮肤接 触等途径，使污染物进
入生物体。
生物体内污染物质转化与排泄机制
01
生物转化
生物体内的酶系统可将污染物转化为低毒或无毒的代谢产物，如肝脏中
化学法
包括中和、氧化还原、电解和混凝等。
生物法
利用微生物的代谢作用，将有机物转化为无害物质，包括活性污泥 法、生物膜法和厌氧生物处理法等。
土壤污染治理技术与方法
物理化学修复技术
包括土壤淋洗、土壤固化/稳定化、热脱附和电动 修复等。
生物修复技术
利用微生物或植物对土壤中的污染物进行降解、 转化或固定，包括微生物修复和植物修复等。
REPORT
《环境化学课件》 PPT课件
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMARY
目录
CONTENTS
• 环境化学概述 • 大气环境化学 • 水环境化学 • 土壤环境化学 • 生物体内污染物质运动过程及毒性效
应 • 环境污染治理技术与方法
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
危害
影响水生生物生存、破坏水生态平衡、危害人类健康等。
水环境化学原理
1 2
水中的化学反应
酸碱反应、沉淀溶解反应、氧化还原反应等。
水质指标与标准
pH值、溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等。
3
水处理原理与技术
物理处理、化学处理、生物处理等。
REPORT
水体污染
工业废水、生活污水等 排放到水体中的污染物 ，通过饮水和食物链进
入生物体。
土壤污染
农药、重金属等污染物 在土壤中积累，通过食
物链进入生物体。
其他途径
包括食物摄入、皮肤接 触等途径，使污染物进
入生物体。
生物体内污染物质转化与排泄机制
01
生物转化
生物体内的酶系统可将污染物转化为低毒或无毒的代谢产物，如肝脏中
化学法
包括中和、氧化还原、电解和混凝等。
生物法
利用微生物的代谢作用，将有机物转化为无害物质，包括活性污泥 法、生物膜法和厌氧生物处理法等。
土壤污染治理技术与方法
物理化学修复技术
包括土壤淋洗、土壤固化/稳定化、热脱附和电动 修复等。
生物修复技术
利用微生物或植物对土壤中的污染物进行降解、 转化或固定，包括微生物修复和植物修复等。
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CONTENTS
• 环境化学概述 • 大气环境化学 • 水环境化学 • 土壤环境化学 • 生物体内污染物质运动过程及毒性效
应 • 环境污染治理技术与方法
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ANALYSIS
危害
影响水生生物生存、破坏水生态平衡、危害人类健康等。
水环境化学原理
1 2
水中的化学反应
酸碱反应、沉淀溶解反应、氧化还原反应等。
水质指标与标准
pH值、溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等。
3
水处理原理与技术
物理处理、化学处理、生物处理等。
REPORT
环境化学课件第二章
我们生物体系主要遇到的是氧自由基，例如超氧阴 离子自由基、羟自由基、脂氧自由基、二氧化氮和 一氧化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧， 通称活性氧。Michaelis认为，生物体内氧化反应分 为两步，但某些氧化反应却可产生中间产物-半醌， 这种中间产物带有不成对电子。根据Hund原则，电 子在等能量轨道中充填时，将尽可能以相同方向的 自旋分别占据不同轨道，这样一来，在原子的电子 层结构中就会出现不成对电子或成对电子。具有不 成对电子特性的基团被称作自由基。一般自由基存 在时间极短，单电子极易成对，因此化学性能不稳 定。带成对电子的分子、原子或离子可以通过均裂 法和电子俘获法转变成自由基；反之，带有不成对 电子的分子、原子自由基也可与另一自由基发生化 合反应。所有自由基都有顺磁特性，即不成对电子 存在自旋产生的磁矩。根据这一特性，采用电子顺 磁共振（EPR）可以直接检测出生物、材料及化合物 中的自由基。
HCI h H CI （初级过程）
H HCl H2 Cl （次级过程） Cl Cl Cl2
大气光化学反应的规律
当激发态分子的能量足够使分子内的 化学键断裂，即光子的能量大于化学键时 才能引起光离解反应。
其次，为使分子产生有效的光化学反 应，光还必须被所作用的分子吸收，即分 子对某特定波长的光要有特征吸收光谱， 才能产生光化学反应。
天气形势和地理地势的影响
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
分子、原子、自由基或离子吸收光 子而发生的化学反应称 光化学反应，大气光化学 反应分为两个过程。
初级过程：化学物种吸收光量子形成
激发态物种，其基本步骤为：
A h A*
分子接受光能后可能产生三种能量跃 迁：电子的（UV- vis），振动的(IR)，转 动的(NMR)，只有电子跃迁才能产生激发
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平流层 -56 -2 17 55 O3
中层
-2 -92 55 85 O2+、NO+
热层
-92 1200 85 500 O2+、NO+、NO+
大气稳定度
大气中污染物的迁移
• 污染物在大气的迁移是指由污染源排放 出来的污染物由于空气的运动使其传输 和分散的过程。
• 影响大气污染物迁移的因素： （1）风和大气湍流的影响 （2）天气形势和地理形势的影响
(随时间累积) 5~10a
(随时间累积) 107a
(随时间累积) (随时间累积)
4~7a 0.2~0.5a
4~8a 2.5~4a 0.3~2a 0.5~4d 2~4d 5~6d 8~11d
性质
永 久 性 气不 体可
变 成 半分 永 久 气 体
可 变 成 分
大气各成分的作用
大气组成
主要作用
干
主要 N2 生物体的基本成分
（2）污染物体积与气样总体积的比值（体 积—体积浓度），常用单位为ppm或 ppb。适用于气态或蒸气态物质。
ppm系指在100万体积空气中含有害气体或蒸 气的体积数，表示百万分之一；ppb是ppm的 1/1000。
大气中污 染物的转
化
第三节 大气中重要的光 化学反应
自由基化学基础
• 自由基也称游离基，是指由于共价键均裂 而生成的带有未成对电子的碎片。
• 人为源是指人类的生产活动和生活活动 产生的污染物。
（1）工业污染源 （2）交通污染源 （3）农业污染源 （4）居民生活污染源
大气污染物组成分类
• 使大气产生污染的物质称为大气污染物。 物理状态
形成过程 化学组成
大气污染物浓度表示方法
• 大气污染物浓度表示方法：
（1）单位体积气体内所含污染物的质量数 （质量—体积浓度），常用单位为 mg/m3或㎍/m3；对任何状态的污染物 都适用。
第二章 大气环境化学
以化学为基础，研究大气中化学污染物的 存在形态、迁移、转化和归宿，为大气污 染的控制、治理及大气质量的评价提供理 论依据。
第一节 大气组成及大气 层的结构
干洁空气的组成
大气的组成
大气组成的滞留时间
成分
N2 多量成分 O2
Ar
CO2 Ne
He
Kr
少量成分
Xe CH4 CO
微量成分
• 大气中存在的比较重要的自由基： RO·（烷氧自由基）、HO·、HO2·、 R·（烷基自由基）、RO2·(过氧烷基自由 基)、RCO·(羰基自由基)、H·（氢基自由 基）。其中以HO·和HO2·数量较多，参与 反应也较多，成为两个最重要的自由基。
光化学反应
• 光化学反应是指物质一般在可见光或紫 外线的照射下而产生的化学反应，是由 物质的分子吸收光子后所引发的反应。
H2 N2O O3 H2S SO2 NH3 NO2
浓度(10-6体积分数) 780840 209460 9300 360 18 5 1 0.09 1.7 0.1 0.5 0.31
0.005~0.05 0.0002 0.0002 0.006 0.001
大气中滞留时间(估计值) 106~2107a 5103~104a
光量子能量与化学键之间的关系
光量子能量
E h hc
c—光速 2.9979×1010 cm/s，λ—光量子波长，
h—普朗克常数，6.626×10-34J·S /光量子
若一个分子吸收一个光量子，1mol分子吸
收的总能量：
E
N0
hv
N0
hvC
（N0—6.022×1023/mol）
光化学反应的初级过程和次级过程
• 初级过程主要指化学物质吸收光量子后 形成激发态物质，其基本步骤为：
A(某种化学物质)+hv（一定波长的光量子） →A*（激发态物质）
• 激发态的物质有四种命运（Fates）： （1） A*→A+hv（辐射跃迁，发生荧光，
失去能量，回到基态，光物理）
光化学反应的初级过程和次级过程
（2） A*+M(其它分子)→A+M（无辐 射跃迁，碰撞消耗活化能，回到基态， 光物理）
洁
成分 O2 维持生物活动的必要物质
空
次要 CO2 植物光合作用的原料；对地面保温
气
成分 O3 吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量
紫外线的伤害
汽
成云致雨的必要条件；对地面保温
固体杂质
成云致雨的及其特征
层次 温度范围（0C） 高度范围（km） 主要化学形态
对流层 15 -56 0 17 N2、O2、CO2、H2O
• 光化学反应可引起化合、分解、电离、 氧化还原等过程。主要可分为两类：一 类是光合作用；另一类是光分解作用。
光化学反应
• 在正常大气温度下，N2、O2等气体分子 不会发生常规的热反应，但是他们能够 吸收光能而转化为活化分子而激发光化 学反应，光化学反应发生后，被光子活 化的分子或离子能够继续进行其它的热 化学反应。
（3） A*→B1+B2+……（光分解，发生 离解，光化学）
（4） A*+C→D1+D2+……（光合成， 直接与其他物质发生反应，光化学）
光化学反应的初级过程和次级过程
• 初级过程中的反应物、生成物之间进一 步发生的反应称为次级过程。
• 一般的热化学反应中，分子碰撞发生化 学反应，要求分子具有足够的动能来克 服分子间的势垒，使反应分子能够足够 的接近，使电子云相互穿透，从而使电 子发生转移，这种能量来自热能转化的 动能。
光化学反应
• 光化学反应是由物质的分子吸收光子后 所引发的反应。分子吸收光子后，内部 的电子发生能级跃迁，形成不稳定的激 发态，然后进一步发生离解或其它反应。
• 可以说，大气化学是直接或间接地由太 阳辐射引起的光化学反应引起的。
光化学基本定律
（1）光化学第一定律 • 只有被体系内分子吸收的光，才能有效
地引起该体系的分子发生光化学反应。 不被吸收的光（透过的光和反射的光） 则不能引起光化学反应。 （2）光化学第二定律 • 每一由光活化的原子或分子，只吸收一 个引起它活化的光量子，即A+hv→A*。
第二节 大气污染和大气 污染物
大气污染
• 大气污染是指进入大气中的污染物超过 了大气环境的容许量，直接或间接地对 人类生活、生产和身体健康等方面产生 不良影响的现象。
• 大气污染所波及的范围很广，按大气污 染的影响程度可以分为局部性污染、地 方性污染、广域性污染和全球性污染。
大气污染源
• 自然源是来自自然界的生命活动或其他 自然现象的变化而产生的污染。