“水环境化学”课程发展及其面临的机遇和挑战

“水环境化学”课程发展及其面临的机遇和挑战摘要：水环境化学是许多专业都涉及的专业基础课。本文对水环境化学的产生和发展进行了综述。水环境化学的产生是人类对水环境认识的必然结果，水环境污染加剧促进了水环境化学的发展，监测技术和计算机技术的发展为水环境化学的发展提供了技术保障。水环境化学相关的教材从最初的借鉴其它学科的教材到逐渐形成具有本学科体系的教材。随着经济与科学技术的发展，水环境化学的研究内容还在不断得到丰富。

关键词：水环境化学；课程发展；机遇和挑战

随着学科之间的相互渗透，水环境化学课程在很多专业都相继开设，尽管有很多专业并不直接将课程命名为水环境化学，但其内容主要来源于水环境化学。水环境化学所涉及的内容十分广泛，水是地球上十分重要的物质之一，也是最重要的溶剂，地球上的各种物理、化学和生物等过程均离不开水的作用。水环境化学属于应用化学范畴，主要是将物理化学的基本原理应用于研究天然水体系［1］。

随着社会和经济的发展，科学技术的进步，近年来水环境化学的研究也面临着新问题，一些新研究内容开始显现。高等学校在进行水环境化学课程的教学过程中应适时增加相关的内容。

一水环境化学的产生

对于天然水化学的研究，至少有百余年历史。对水环境化学的产生有重要影响的学科至少有：湖泊沼泽学、地球化学、工程卫生学和环境工程学等4门学科。

在19世纪，人们开始关注湖泊和其它淡水水体的化学成份。许多学者研究了湖泊等水体的化学组成，如水中的溶解气体，营养物质，主要和次要离子和水中的有机物等。早在1911年Birge, Juday及其合作者研究了威斯康星湖泊中的溶解气体［2］。1957年Hutchinson发表了湖沼学方面的专著，综述了20世纪上半叶全世界范围内对湖泊水化学方面的研究。对海水化学成份的研究最早可追溯到1670年Robert Boyle利用硝酸银检测海水的盐度［3］。

地球化学专家对水环境化学也十分感兴趣。1911年美国地质调查局的报告对堪萨斯州地表水和地下水的成份组成进行了报告［4］。前苏联科学院院士维尔纳斯基在1927年对水文地球化学的主要研究内容进行了较详细阐述［5］。

水环境化学在卫生工程学和环境工程学中占有十分重要的地位。饮用水的处理过程需要水环境化学知识为基础。

二水环境化学的发展

水环境化学所关心的并不是水自身的特性，而是水中所存在的物质以及水作为一种溶剂会对水中的物质和反应过程产生的影响。水环境化学主要关注水温在0～40 ℃、pH在5～9的水体［3］。水环境

化学自产生以来其研究内容不断地发展着。推动水环境化学发展的因素主要有：水污染的加剧；科学技术和研究方法的发展以及新的研究领域融合到水环境化学的研究中来［3］。

水污染问题决定了水环境化学的研究方向。在20世纪60到70年代，主要研究水体富营养化问题；20世纪70年代中期到90年代早期，主要研究酸雨问题；20世纪80年代晚期到现在，汞的迁移及其生物地球化学过程一直是研究的热点。自水体中有毒有机氯化物发现以来，有机污染逐渐成为研究的热点。20世纪60年代到70年代主要研究水体中各种杀虫剂的污染问题；20世纪70年代到90年代的研究重点为多氯联苯（PCBs）和多环芳烃（PAHs）

科学技术的发展促进了水环境化学的发展。20世纪60年代，人类还只能检测水体中的大量元素，主要采用滴定法和比色法等方法。随着技术的发展检测水平由20世纪60年代的μg/L水平发展到现在的ng/L水平。各种先进的检测手段发展起来，如ICP-ES，ICP-MS，GC-IRMS，LC-MS，FT-ICR-MS，EXAFS，XANES等。随着计算机技术的发展，对水环境化学的发展也起到了推动作用。自20世纪70年代Morel和Morgan开发出REDEQL计算软件以来［6］，各种化学计算软件包陆续开发出来。目前主要的化学软件包有：MINEQL+，MINTEQ，PHREEQC，WHAM，FITEQL，Acuchem，GCSOLAR，ChembioDraw，Gaussian and Jagur，SPARC等。

新的发现可以开启水环境化学新的研究领域。如20世纪70年代

水体中单线体氧的发现，从而使水中的光化学反应研究逐渐发展起来。水体中的金属元素能被一些氢氧化物吸附的发现，从而开始了水环境中表面络合的研究。自从《寂静的春天》一书出版以来，对于水环境中的有机污染更开始受到关注，并逐渐成为研究的热点［3］。

三水环境化学的主要教材

水环境化学形成独立的一门学科之前，没有一本完整的教材。大多数内容都是借鉴其他学科的理论，如物理化学、分析化学等。随着研究的深入，陆续有相关的教材出版。

在国外，最经典的水环境化学教材是Stumm和Morgan于1970年编写的《Aquatic Chemistry》。到1996年该书出版了3版，内容上更加完善和通俗易懂，并成为水环境化学方面的权威教材。在近30年还有一些与《Aquatic Chemistry》类似的著作如：Snoeyink和Jenkins 编写的《Water Chemistry》;Pankow编写的《Aquatic Chemistry Concepts》;Morel和Hering编写的《Principle and Applications of Aquatic Chemistry》;Benjamin编写的《Water Chemistry》;Jensen编写的《Problem-Solving Approach to Aquatic Chemistry》以及Brezonik和Aronold编写的《Water Chemistry. An Introduction to the Chemistry of Nature and Engineered Aquatic Systems》。与水文地球化学相关的专著有Drever编写的《Geochemistry of Nature Water》,Langmuir编写的《Aqueous Environmental Geochemistry》。将水环境化学内容与实际工程应用相结合的著作有Sawyer等编写的《Chemistry for Environmental