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环境化学
土壤中各种磷化合物从可溶性或速效性状态转变为不溶性或缓效性状态，统称为土壤的固磷作用、碱度（Alkalinity）是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。
编辑于2022-06-29 16:16:41- 环境化学
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环境化学
基本概念
环境
影响人类生存和发展的各种天然和经过人工改造的自然因素的总体”，就是环境
环境污染
由于人类生产和生活活动引起的环境质量下降并导致对人类健康和生物生存有不良影响的现象。
环境问题
一是自然灾害问题；二是由于人类活动作用其周围环境而引起的人为环境问题
主要问题
⒈人口问题 ⒉资源问题 ⒊生态环境的恶化 ⒋大气环境污染 ⒌生物多样性危机 6.水体污染
公害
“公害”通常是指由于人类活动而引起的环境污染和破坏，以致对公众的安全、健康、生命、财产和生活舒适性等造成的严重危害。
世界八大公害事件
①比利时马斯河谷烟雾事件 ②多诺拉烟雾事件 ③洛杉矶光化学烟雾事件 ④伦敦烟雾事件 ⑤四日市哮喘事件 ⑥痛痛病事件 ⑦水俣病事件 ⑧米糠油事件
环境化学
简单的说，是研究化学物质在环境中的运动规律及其对生物、生态的影响的科学。
环境污染物
进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化的物质称为环境污染物
环境效应
自然过程或人类的生产和生活活动会对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称作环境效应
类型
环境物理效应、环境化学效应、环境生物效应
污染物的迁移
污染物在环境中所发生的空间位移及其所引起的富集、分散和消失的过程谓之污染物的迁移。
方式
机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移
污染物的转化
污染物的转化是指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变存在形态或转变为另一种物质的过程。
方式
蒸发、渗透、凝聚、吸附和放射性元素蜕变等物理过程实现转化；可通过光化学氧化、氧化还原和配位络合、水解等化学作用实现转化；也可通过生物的吸收、代谢等生物作用实现转化
大气环境化学
大气的组成
大气主要由氮、氧和几种惰性气体组成，它们约占大气总量的99.9%以上。除气体外，大气中还悬浮着大量固体和液体颗粒。
大气温度层结和大气密度层结
把静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。
划分
逸散层
热层（电离层）
①高度： 80-500km。 ②温度：温度随高度的增加而迅速上升。
中间层
①高度：50～80km ②温度：气温随高度的增加而降低。顶部可达-92℃左右。垂直温度分布特征与对流层相似。 ③由于层内热源仅靠其下部的平流层提供，因而下热上冷，故空气垂直运动相当强烈。
平流层
①高度：17～50km。 ②温度：在30－35km以下的低层，随高度的增加气温保持不变或稍有上升。从30－35km开始，气温随高度的增加而升高。到平流层顶时，温度可接近0℃。
对流层
①对流层是大气的底层，其平均厚度为12km。 ②该层内气温随高度的增加而降低，因为对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射。
主要污染物
分类
按物理状态：气态污染物和颗粒物； 按形成过程：一次污染物和二次污染物； 按化学组成：含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、含卤化合物。
硫的氧化物主要是二氧化硫和三氧化硫，其中大部分来自含硫化石燃料的燃烧。
二氧化碳主要是燃料燃烧的产物
氮氧化物主要是一氧化氮和二氧化氮，它们大部分来自燃料燃烧
大气中污染物的迁移
污染物在大气中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。
影响因素
大气稳定度
大气稳定度是指气层的稳定程度。
大气越不稳定，污染物的扩散速率就越快；反之，则越慢。
空气的机械运动，如风和湍流
①风可使污染物向下风向扩散；②湍流可使污染物向各方向扩散；③浓度梯度可使污染物发生质量扩散。
天气形势和地理地势的影响
不利的天气形势和地形特征结合在一起可使某一地区的污染程度加重。
逆温层
在对流层中，气温一般是随高度增加而降低。但在一定条件下会出现反常现象。
形成原因
一是地面辐射冷却；二是空气平流冷却；三是空气下沉增温；四是空气的乱流混合；五是锋面上形成的逆温。
逆温时，阻碍它下面的污染物质扩散
污染源本身的特性
大气中污染物的转化
氮氧化物的转化
NO的氧化

NO2的转化

过氧乙酰基硝酸酯（PAN）

氮氧化物污染的危害性
① NO能与血红蛋白作用，降低血液的营养功能； ② NO2毒性较大，较高水平的NO2会危及人体的健康； ③ NOX最主要的危害在于它能引起酸雨和引发光化学烟雾。在NOX严重污染的地区，发现植物受到损害。
氮氧化物污染的控制
过改进燃烧方式来控制NOX的生成和排放量。降低燃烧温度；降低O2分压；减小烟气滞留时间；降低燃料中的N含量和严格控制空气过剩系数。
碳氢化合物的转化
大气化学中碳氢化合物通常指八个碳原子以下的有机化合物
甲烷
石油烃
石油成分以烷烃为主，还有一部分烯烃、环烷烃和芳香烃。
芳香烃
大气中的芳香烃主要有两类，即单环芳烃和多环芳烃。
烷烃的反应
烷烃可与大气中的HO·和O·发生H摘除反应

光化学烟雾
含有NOX和碳氢化合物等一次污染物的大气，在阳光照射下发生光化学反应而产生二次污染物（氧化性很强的O3、醛类、PAN、HNO3），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就称为光化学烟雾现象。

形成条件
①氮氧化物；②碳氢化合物存在；③强的日光照射（紫外光）
形成的机制

控制对策
控制碳氢化合物、氮氧化物的排放
在大气中散发控制自由基形成的阻化剂，以清除自由基，使链式反应终止。
酸性降水
酸性降水是指通过降水，将大气中的酸性物质迁移到地面的过程。最常见的就是酸雨。
降水的组成
①大气中固定气体成分：O2、N2 、CO2、H2及隋性气体。 ②无机物：离子、人为排放的金属及化合物等 ③有机物：有机酸、醛类、烷烃、烯烃和芳烃。 ④光化学反应产物：H2O2、O3和PAN等。 ⑤不溶物：雨水中的不溶物来自土壤粒子和燃料燃烧排放尘粒中的不能溶于雨水部分。
温室气体和温室效应
大气中的CO2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应。能够引起温室效应的气体，称为温室气体。
大气颗粒物
大气是一个气溶胶体系，体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。
来源
天然来源：地面扬尘（组成和土壤相似）、海浪溅出的浪沫（盐类）、自然界（火山、森林火灾、生物）
人为来源：煤烟、粉尘、工业排放、汽车尾气等。
表面性质
①成核作用：是指过饱和蒸汽在颗粒物表面上形成液滴的现象。如水蒸汽在空气易凝结成水滴。（降雨） ②粘合：粒子可以彼此相互紧紧地粘合或在固体表面上粘合。粘合是小颗粒形成大的凝聚体并最终达到很快沉降的过程。 ③吸着：气体或蒸汽吸附在颗粒物表面上，就称为吸着。
化学组成
无机颗粒物
无机颗粒物的成分是由颗粒物形成过程中决定的。
(NH4)2SO4颗粒物
硫酸盐粒子对光吸收和散射的能力较强，从而降低大气的能见度。
HNO3和硝酸盐颗粒
如果HNO3一开始能形成爱根核，并能迅速长大，则HNO3和及其盐粒子也可能存在于积聚模中。
有机颗粒物
主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃(PAH)等各种烃类。另外还有少量的亚硝胺、杂氮环化合物、环酮、酮类、酚类和有机酸等。
去除过程
干沉降。
：干沉降是指颗粒物在重力作用下的沉降，或与其他物体碰撞后发生的沉降。
布朗运动
重力
湿沉降
是指通过降雨、降雪等使颗粒物从大气中去除的过程。
雨除
冲刷
典型污染物的转归与效应
重金属元素
有毒重金属是指非人体必需又有害的重金属元素和化合物，在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。
汞
来源
绝大部分最终以“三废”的形式进入环境
水俣病和汞的甲基化
生物效应
基汞能与许多有机配位体结合，如羧基、胺基、巯基等，所以甲基汞特别容易与蛋白质、氨基酸类物质起作用。
砷
来源
含砷矿物
农药和饲料添加剂。
迁移与转化
然水体中形态为H2AsO4-、HAsO42-、H3AsO3和H2AsO3-，容易随水发生迁移。
在土壤中，砷主要与铁、铝水合氧化物胶体结合的形态存在，水溶态含量极少。
生物效应
砷在体内的生化反应中能够取代磷酸，使之不能形成高能磷酸键，直接影响细胞的代谢。
有机污染物
卤代烃
来源
海洋；汽车废气和塑料、农作物燃烧
火山爆发；制冷剂、飞机推动剂、塑料发泡剂
工业溶剂、灭火剂、干洗剂；氟利昂的主要原料
大气中的转化
对流层

平流层
CCl4 + h → ·CCl3 + ·Cl ·Cl + O3 → ·ClO + O2 O3 + h → ·O + O2 ·O + ·ClO → ·Cl + O2 Cl + CH4 → HCl + ·CH3
多氯联苯（PCBS）
来源
绝缘材料、导热介质、添加剂、增塑剂等
迁移与转化
光化学分解
PCBS在波长280-320nm的紫外光下的光化学分解
生物转化
PCBS可通过代谢作用发生转化，转化速率随分子中Cl的增多而降低。
生物效应
CBS可抑制水生植物的生长；大多数鱼种对PCBS都很敏感。鸟类吸收PCBS后可引起肾、肝的扩大和损坏，内部出血，脾脏衰弱等。
多环芳烃(PAH)
来源
陆地和水生植物、微生物的生物合成，森林、草原的天然火灾，以及火山活动。
要是由各种矿物燃料、木材、纸以及其他含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原气氛下热解形成的。
迁移与转化

表面活性剂
阴离子表面活性剂
阳离子表面活性剂
两性表面活性剂
非离子表面活性剂
水环境化学
天然水的基本特征
组成
悬浮物质
胶体物质
溶解物质
K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-
氧(O2)和二氧化碳(CO2)
水生生物
自养生物
异养生物
天然水的性质
CO2碳酸平衡
天然水中的碱度和酸度
碱度（Alkalinity）是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H+的物质总量。
酸度： 是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，也就是放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量。
污染物的存在形态
分类
无机污染物
镉
汞
砷
铅
铬
铜
锌
镍
铊
铍
有机污染物
农药
醚类
多氯联苯
酞酸酯类
卤代脂肪烃
苯酚类和甲酚类
单环芳香族化合物
多环芳烃类（PAH）
亚硝胺和其他化合物
对人体健康的影响
引起急性和慢性中毒
致癌作用
发生以水为媒介的传染病
间接影响
水中无机污染物的迁移转化
颗粒物与水之间的迁移
颗粒物的类别
其他，如藻类、细菌、病毒、表面活性剂等
矿物微粒和黏土矿物
金属水合氧化物
以无机高分子及溶胶等形态存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。
悬浮沉积物
腐殖质
当植物残体经微生物分解时，不易被分解的部分与微生物分泌物相结合形成一种无定形胶态复合物称为腐殖质
颗粒物的吸附作用
表面吸附
离子交换吸附
专属吸附
沉积物中重金属的释放
沉积物中的重金属可能重新进入水体，这是产生二次污染的主要原因。
诱发释放的主要因素
盐浓度升高
氧化还原条件的变化
降低pH值
增加水中络合剂的含量
颗粒物的聚集
凝聚：由电介质促成的聚集
压缩双电层凝聚
专属吸附凝聚
胶体相互凝聚
絮凝：由聚合物促成的聚集
“边对面”絮凝
第二极小值絮凝
聚合物粘结架桥絮凝
无机高分子的絮凝
絮团卷扫絮凝
颗粒层吸附絮凝
生物絮凝
溶解和沉淀
一般金属化合物在水中迁移能力，可以用溶解度来衡量。溶解度小者，迁移能力小；溶解度大者，迁移能力大。
氢氧化物
金属氧化物和氢氧化物的溶解度与溶液的pH值呈线性关系
硫化物
由于硫化物的溶解度甚小，当水中出现少量硫离子时，即可出现金属硫化物沉淀，使重金属离子的迁移能力大大降低
碳酸盐
氧化-还原
电子活度
酸碱反应和氧化还原反应存在着概念上的相似性，酸和碱是用质子给予体和质子接受体来解释 pH=-1g（aH+）
水的氧化还原限度
水的氧化限度

水的还原限度

水中有机物的氧化
化学氧化分解
生物化学氧化分解
含氮有机物的硝化过程
配合作用
无机配位体有OH-、Cl-、CO32-、HCO3- 、F-、S2-
有机配位体包括动植物组织的天然降解产物，如氨基酸、糖、腐殖酸
水中有机污染物的迁移转化
分类
耗氧有机物
动、植物残体和生活污水及某些工业废水中的碳水化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机物
有毒有机物
酚、多环芳烃和各种人工合成的具有积累性生物毒性的有机化合物
吸附作用
挥发作用
许多有机物，特别是卤代脂肪烃和芳香烃，都具有挥发性，从水中挥发到大气中后，其对人体健康的影响加速。
挥发作用是有机物从溶解态转入气相的一种重要迁移过程。
水解作用
水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应。
般酯类和饱和卤代烃容易水解
水解作用可以改变反应分子，但并不能总是生成低毒产物。
光解作用
光解作用是有机污染物真正的分解过程，因为它不可逆地改变了反应分子，强烈地影响水环境中某些污染物的归趋。
直接光解
化合物直接吸收了太阳能而进行分解反应
敏化光解
水体中存在的天然物质被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应
氧化反应
天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物。
生物富集
生物降解作用
生长代谢
许多有毒物质可以像天然有机化合物那样作为微生物的生长基质。
共代谢
某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，该有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。
影响生物降解的主要因素
有机化合物本身的化学结构
微生物的种类
环境因素如温度、pH、反应体系的溶解氧
烷烃的降解

烯烃的降解

芳香烃的降解
石油中苯、苯的同系物、萘等在微生物作用下先是氧化成芳香二醇，然后苯环分裂成有机酸，再经有关生化反应，最终分解为二氧化碳和水。
环烷烃降解

土壤环境化学
土壤组成
土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，它们的相对含量因时因地而异。
土壤矿物质
原生矿物
它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变
风化
氧化、水解、酸性水解。
硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物
次生矿物
它们大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。
简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类
粒级划分
土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。不同粒径的土壤矿物质颗粒（即土粒），其性质和成分都不一样。
土壤有机质
土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。
非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）
腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）
土壤水分
土壤水分是土壤的重要组成部分，主要来自大气降水和灌溉，
土壤水分并非纯水
土壤中的空气
土壤是一个多孔体系，在水分不饱和的情况下，孔隙中充满空气。土壤空气主要来自大气，其次来自土壤中的生物化学过程。
土壤空气是不连续的
CO2含量一般远比在大气中高，氧的含量则低于大气。
土壤空气一般比大气含有较高的水量
土壤吸附性
土壤胶体具有巨大的比表面和表面能
土壤胶体的电性
土壤胶体微粒内部一般带负电荷，形成一个负离子层（决定电位离子层），其外部由于电性吸引而形成一个正离子层 （反离子层或扩散层），即合称双电层。
土壤胶体的凝聚性和分散性
凝聚性
由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。
分散性
由于土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥，具有分散性，负电荷越多，负的电动电位越高，相互排斥力越强，分散性也越强。
土壤酸度
活性酸度
土壤的活性酸度是土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示
土壤溶液中H+的来源
土壤中CO2溶于水形成的碳酸； 有机物分解产生的有机酸； 土壤中矿物质氧化产生的无机酸； 无机肥料中残余的无机酸； 大气污染形成的大气酸沉降。
潜性酸度
土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和A13+。
水解性酸度
用弱酸强碱盐（如醋酸钠）淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H+和A13+代换出来，同时生成某弱酸（醋酸）。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
代换性酸度
用过量中性盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和A13+发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。
土壤的缓冲性能
土壤溶液的缓冲作用
土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。
土壤胶体的缓冲作用
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。
土壤的氧化还原性
氧化剂
土壤空气中的游离O2、少量的NO3-、和高价的金属离子, 如Fe（III）、Mn（IV）、V（V）等
还原剂
土壤有机质、厌氧条件下的分解产物以及低价金属离子。
土壤的主要污染物
无机污染物
如镉、汞、铜、铅、硝酸盐、硫酸盐等
有机污染物
包括化学农药、除草剂、石油类有机物、洗涤剂及酚类等
放射性物质
如137铯、90锶等
病原微生物
如肠道细菌、炭疽杆菌、肠寄生虫、结核杆菌等。
污染物在土壤－植物体系中的迁移
主动迁移
在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体结合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质。
被动迁移
脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度一侧，顺浓度梯度扩散，不需要消耗能量，不需要载体参与。
植物提取
植物挥发
植物降解
植物稳定
植物根基降解
典型农药在土壤中的迁移转化
有机氯农药
（1）非生物降解：①吸附催化水解 ②光降解 （2）生物降解
土壤中氮的形态
无机态氮
机态氮主要为铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)，是植物摄取的主要形态。
有机态氮
表层土的氮大部分是有机氮，约占总氮的90％以上。
磷素在土壤中的迁移
土壤中的无机态磷
几乎全部是正磷酸盐
磷酸钙(镁)化合物
磷酸铁和磷酸铝类化合物
闭蓄态磷
磷酸铁铝和碱金属、碱土金属复合而成的磷酸盐类
有机态磷
核酸类
植素类
磷脂类
土壤的固磷作用
土壤中各种磷化合物从可溶性或速效性状态转变为不溶性或缓效性状态，统称为土壤的固磷作用
受污染环境的修复
微生物修复技术
通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然和人为条件下的降解和无害化过程。
手段
生物强化
需要不断向污染环境投入外源微生物、酶、其他生长基质或氮磷营养盐。
生物刺激
足土著微生物生长所需的环境条件，如提供电子受体、供体，氧以及营养物等
原位生物修复
原位强化修复技术生物强化法、生物通气法、生物注射法、生物冲淋法及土地耕作法
异位生物修复
位生物修复主要包括堆肥法、生物反应器处理和厌氧处理。
影响微生物修复效率的因素
营养物质
电子受体
污染物的性质
环境条件
微生物的协同作用
植物修复技术
植物修复技术直接利用各种活体植物，通过提取、降解和固定等过程清除环境中的污染物，或消除污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原位处理。
方式
植物提取
植物提取是利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、储存到地上部分，随后收割地上部分并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受的水平
植物降解
植物稳定
植物稳定是利用耐重金属植物的根际的一些分泌物，增加土壤中有毒金属的稳定性，从而减少重金属向作物的迁移，以及被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。
植物挥发
植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，
化学氧化技术
利用氧化剂的氧化性能，使污染物氧化分解，转变成无毒或毒性较小的物质，从而消除土壤和环境水体中的污染。
高锰酸钾氧化法
臭氧氧化技术
过氧化氢及Fenton氧化技术
电动力修复
地下水修复的可渗透反应格栅技术
表面活性剂及共溶剂淋洗技术
污染物的迁移和转化常常是相伴进行。