第三章化学与环境.ppt
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1、第三章第三章 化学与环境化学与环境第一节第一节 人类生存的环境人类生存的环境第二节第二节 大气的污染和防治大气的污染和防治第三节第三节 水的污染及治理水的污染及治理第四节第四节 土壤污染及其治理土壤污染及其治理第五节第五节 食品污染食品污染一一 环境和生态平衡环境和生态平衡第一节第一节人类生存的环境人类生存的环境生物群落和其生存环境之间以及生物群落内生物群落和其生存环境之间以及生物群落内不同种群生物之间不停地进行物质交换和能量交不同种群生物之间不停地进行物质交换和能量交换,构成了多种多样的生态系统。换,构成了多种多样的生态系统。生态系统发展到一定阶段,它的生物种类的生态系统发展到一定阶段,它的
2、生物种类的组成,各个种群的数量比率及能量和物质的组成,各个种群的数量比率及能量和物质的输入、输出等,都处于相对稳定状态,这种输入、输出等,都处于相对稳定状态,这种状态称为状态称为生态平衡生态平衡 破坏生态平衡的因素有自然因素、人为因素。破坏生态平衡的因素有自然因素、人为因素。这种人为因素会使环境质量不断恶化,从而这种人为因素会使环境质量不断恶化,从而干扰了人类的正常生活,对人体健康产生直干扰了人类的正常生活,对人体健康产生直接或间接,甚至是潜在的不利影响,这就称接或间接,甚至是潜在的不利影响,这就称为为环境污染环境污染。人口膨胀和盲目发展已成为威胁人类生存和人口膨胀和盲目发展已成为威胁人类生存
3、和发展的两大问题。发展的两大问题。二二自然环境中化学物质的循环自然环境中化学物质的循环 自然环境可分为四个圈层:生物圈、大气圈、自然环境可分为四个圈层:生物圈、大气圈、水圈和岩石圈,总称生态圈,这是经过漫长水圈和岩石圈,总称生态圈,这是经过漫长的演化而形成的。的演化而形成的。自然环境的发展历史可划分为三个阶段:自然环境的发展历史可划分为三个阶段:地球的形成地球的形成生物的形成生物的形成人类的出现人类的出现生态系统的物质循环:生态系统的物质循环:是自然界的各种化学是自然界的各种化学元素,通过被植物吸收而从环境进入生物界,元素,通过被植物吸收而从环境进入生物界,并随着生物之间的营养关系而流转,又通
4、过并随着生物之间的营养关系而流转,又通过排泄物和尸体的降解再回到环境中去。如此排泄物和尸体的降解再回到环境中去。如此周而复始,循环不息。周而复始,循环不息。生态系统中各种元素的循环是非常复杂,最生态系统中各种元素的循环是非常复杂,最主要的是水、氮、氧、碳的循环。主要的是水、氮、氧、碳的循环。1水循环水循环所有生物机体组成中都含有水,没有水生命所有生物机体组成中都含有水,没有水生命就不能维持。水约占地球表面的就不能维持。水约占地球表面的70,水参,水参加的植物的光合作用,既制造了维持生命的加的植物的光合作用,既制造了维持生命的必需营养物糖类必需营养物糖类(C6H12O6),同时又为生命提同时又为
5、生命提供了必需的氧气供了必需的氧气(O2)。水的自然循环是依靠其气、液、固三态易于水的自然循环是依靠其气、液、固三态易于转化的特性,借助太阳辐射和重力作用提供转化的特性,借助太阳辐射和重力作用提供转化和运动能量来实现的。转化和运动能量来实现的。水循环系统既受气象条件和地理条件等自然水循环系统既受气象条件和地理条件等自然因素的影响,也会受到人类活动的影响。人因素的影响,也会受到人类活动的影响。人类的生产活动和生活中排出的污染物,以各类的生产活动和生活中排出的污染物,以各种形式进入水循环后,将参与循环而迁移和种形式进入水循环后,将参与循环而迁移和扩散。扩散。如如排排入入大大气气的的二二氧氧化化硫硫
6、和和氮氮的的氧氧化化物物形形成成酸酸雨雨;土土壤壤和和工工业业废废弃弃物物经经雨雨水水冲冲刷刷,其其中中的的污染物随径流和渗透又进入水循环而扩散等。污染物随径流和渗透又进入水循环而扩散等。总之,水的循环会对生态系统,对人类生存总之,水的循环会对生态系统,对人类生存的环境质量带来显著影响。的环境质量带来显著影响。2氮循环氮循环 氮是蛋白质的基本组成元素之一。所有生氮是蛋白质的基本组成元素之一。所有生物体均含有蛋白质,所以氮的循环涉及到生物物体均含有蛋白质,所以氮的循环涉及到生物圈的全部领域。氮是地球上极为丰富的一种元圈的全部领域。氮是地球上极为丰富的一种元素,在大气中约占素,在大气中约占78。氮
7、在空气中含量虽。氮在空气中含量虽高,却不能为多数生物体所直接利用,必须通高,却不能为多数生物体所直接利用,必须通过固氮作用。植物从土壤中吸收铵离子过固氮作用。植物从土壤中吸收铵离子(铵肥铵肥)和硝酸盐,并经复杂的生物转化形成各种氨基和硝酸盐,并经复杂的生物转化形成各种氨基酸,然后由氨基酸合成蛋白质。酸,然后由氨基酸合成蛋白质。3碳循环碳循环 碳是构成生物体的基本元素之一,也是构成碳是构成生物体的基本元素之一,也是构成地壳岩石和煤、石油、天然气的主要元素。地壳岩石和煤、石油、天然气的主要元素。碳的循环主要是通过碳的循环主要是通过CO2来进行的。它可分来进行的。它可分为三种形式:为三种形式:植物经
8、光合作用植物经光合作用 将大气中的将大气中的CO2CO2和和H2OH2O化合化合生成碳水化合物(糖类)生成碳水化合物(糖类);植物被动物采食后,糖类被动物吸收,在体植物被动物采食后,糖类被动物吸收,在体内氧化生成内氧化生成CO2 煤、石油和天然气等燃烧时,生成煤、石油和天然气等燃烧时,生成COCO2 2,返回返回大气中大气中。4氧循环氧循环 由于氧在自然界中含量丰富,分布广泛,由于氧在自然界中含量丰富,分布广泛,而且性质活泼,环境中处处有氧(游离态或而且性质活泼,环境中处处有氧(游离态或化合态),所以氧在自然界中的循环最复杂。化合态),所以氧在自然界中的循环最复杂。各种物质的循环都是相互关联的
9、。各种物质的循环都是相互关联的。参与循环的物质的量极少,大部分则存参与循环的物质的量极少,大部分则存留于其各自的留于其各自的“储库储库”之中之中。各种物质的循环周期很长,且根据总储各种物质的循环周期很长,且根据总储量的不同,循环周期也有较大的差别。量的不同,循环周期也有较大的差别。水:水:200200万年万年 氧:氧:2000年内进行再循环年内进行再循环CO2:平均停留平均停留300年年二二 大气的污染大气的污染 一般成年人每天需要呼吸约一般成年人每天需要呼吸约10m312m3的空气,的空气,它相当于一天进食量的它相当于一天进食量的10倍、饮水量的倍、饮水量的3倍。清洁倍。清洁的空气是人类健康
10、的重要保证。的空气是人类健康的重要保证。大气污染物大气污染物:含硫化合物:含硫化合物(SO2,SO3,H2SO4,H2S,硫醇等)硫醇等);含氮化合物含氮化合物(NO,NO2,NH3等)等);氧化物氧化物(臭氧,(臭氧,CO,CO2,过氧化物等过氧化物等);卤化物卤化物(氯气,(氯气,HF,HCl等)等);有机化合物有机化合物(烃类,甲醛,(烃类,甲醛,有机酸,焦油,有机卤化物,酮类等)。有机酸,焦油,有机卤化物,酮类等)。燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因。燃料的燃烧是造成大气污染的主要原因。1汽车尾气汽车尾气汽车尾气中的有害成分主要有汽车尾气中的有害成分主要有CO,NOx,SO2,颗粒物和
11、臭氧等。汽车尾气中的颗粒物和臭氧等。汽车尾气中的颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。颗粒物包括铅化合物、碳颗粒和油雾等。2光化学烟雾光化学烟雾特征:特征:1.1.棕黄或淡蓝色烟雾;棕黄或淡蓝色烟雾;2.2.夏季晴天发生;夏季晴天发生;3.3.氧化型烟雾;氧化型烟雾;4.4.刺激性。刺激性。大气中的大气中的HC和和NOx等为一次污染物,在太等为一次污染物,在太阳光中紫外线照射下能发生化学反应,衍生阳光中紫外线照射下能发生化学反应,衍生种种二次污染物。由一次污染物和二次污染种种二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物物的混合物(气体和颗粒物气体和颗粒物)所形成的烟雾污所形成的烟雾污染现象,称为
12、光化学烟雾。染现象,称为光化学烟雾。NOx是这种烟雾是这种烟雾的主要成分,又因其的主要成分,又因其1946年首次出现在美年首次出现在美国洛杉矶,因此又叫洛杉矶型烟雾国洛杉矶,因此又叫洛杉矶型烟雾。3酸雨酸雨酸雨通常是指酸雨通常是指pH小于小于5.6的降水,是大气的降水,是大气污染现象之一。污染现象之一。酸雨主要是由废气中的酸雨主要是由废气中的SOx和和NOx造成的。造成的。SO2通过气相或液相的氧化反应产生硫酸通过气相或液相的氧化反应产生硫酸,大气中的烟尘、大气中的烟尘、O3等都是反应的催化剂。等都是反应的催化剂。燃烧过程产生的燃烧过程产生的NO和空气中的和空气中的O2化合为化合为NO2,NO
13、2遇水则生成硝酸和亚硝酸遇水则生成硝酸和亚硝酸。酸雨的危害:酸雨的危害:对鱼类和水中生物的危害对鱼类和水中生物的危害使土壤酸化、贫瘠化使土壤酸化、贫瘠化危害植物、作物和森林危害植物、作物和森林对建筑材料和金属材料的腐蚀对建筑材料和金属材料的腐蚀可能导致温室效应的加剧。可能导致温室效应的加剧。对人体健康的影响对人体健康的影响 4温室效应加剧温室效应加剧温室保暖温室保暖:来自太阳的短波辐射(:来自太阳的短波辐射(0.5微米微米左右)很容易通过玻璃将室内晒热,而受热左右)很容易通过玻璃将室内晒热,而受热后的室内辐射出来的红外线(后的室内辐射出来的红外线(4-100微米)微米)却不易穿过玻璃散射出去。
14、却不易穿过玻璃散射出去。温室效应温室效应:由于大气吸收的辐射热量多,而:由于大气吸收的辐射热量多,而散失少,结果升高了地球的气温,这种现象散失少,结果升高了地球的气温,这种现象叫做叫做“温室效应温室效应”,据估计,如果没有大气,据估计,如果没有大气,近地面的平均温度为近地面的平均温度为-23 C。温室效应的原因温室效应的原因 CO2现有浓度现有浓度345克克/吨,年增长吨,年增长0.5%;CH4现有浓度现有浓度1.65克克/吨,年增长吨,年增长1%;CFC氟里昂年增长氟里昂年增长4%;温室效应的危害温室效应的危害 气候发生变化气候发生变化1960-2030年升温年升温4 C 对生态的影响对生态
15、的影响北方森林向高纬度推进。北方森林向高纬度推进。导致多种疾病导致多种疾病如疟疾。如疟疾。为减缓温室效应的加剧,采取为减缓温室效应的加剧,采取对策和途径对策和途径 减少温室气体的产生量减少温室气体的产生量 1997年年12月月11日,通过了京都宣言日,通过了京都宣言 除去温室气体除去温室气体把排出的二氧化碳转化为碳酸盐;把排出的二氧化碳转化为碳酸盐;回收温室气体回收温室气体种树;利用海洋的浮游生物,种树;利用海洋的浮游生物,适应气候的变化适应气候的变化引进新的粮食品种;适应气候变化。引进新的粮食品种;适应气候变化。5臭氧层空洞臭氧层空洞 在高层大气中在高层大气中(高度范围约离地面高度范围约离地
16、面15km25km),由氧吸收太阳紫外线辐射而由氧吸收太阳紫外线辐射而生成可观量的臭氧生成可观量的臭氧(O3)。臭氧能吸收波长在臭氧能吸收波长在220nm330nm范围范围内的紫外光,从而防止这种高能紫外线对内的紫外光,从而防止这种高能紫外线对地球上生物的伤害。地球上生物的伤害。臭氧层被破坏的原因臭氧层被破坏的原因 原因之一是氟里昂的大量使用原因之一是氟里昂的大量使用 氟里昂进入大气平流层后,受紫外线辐射而氟里昂进入大气平流层后,受紫外线辐射而分解产生分解产生C1原子,原子,Cl原子则可引发破坏原子则可引发破坏O3循循环的反应:环的反应:原因之二:氮肥生产最终会向大气层释放原因之二:氮肥生产最
17、终会向大气层释放出含氮化合物,其中一部分可能是有害的出含氮化合物,其中一部分可能是有害的氧化亚氮,其产生一氧化氮,破坏臭氧:氧化亚氮,其产生一氧化氮,破坏臭氧:臭臭氧氧层层中中臭臭氧氧的的浓浓度度减减少少1%1%,短短波波长长紫紫外外线线辐辐射射将将增增强强2%2%,皮皮肤肤癌癌的的发发病病率率提提高高4%4%。按按目目前前臭臭氧氧被被破破坏坏的的速速度度推推算算,到到20752075年年,臭臭氧氧将将比比19851985年年时时减减少少40%40%,全全球球皮皮肤肤癌癌患患者者将将达达1.51.5亿亿人人,农农作作物物减减产产7.5%7.5%,水水产产资资源源减减损损25%25%,人体免疫功
18、能将减退。,人体免疫功能将减退。为为了了保保护护臭臭氧氧层层免免遭遭破破坏坏,于于1987年年签签定定了了蒙蒙特特利利尔尔议议定定书书,即即禁禁止止使使氟氟氯氯烃烃和和其其他他的的卤卤代代烃烃国国际际议议定定书书。然然而而,臭臭氧氧层层变变薄薄的的速速度仍在加快。度仍在加快。第三节第三节 水的污染及治理水的污染及治理 一一 水体状况水体状况海水:海水:97.5%97.5%淡水:淡水:2.5%2.5%中国淡水资源:中国淡水资源:占全球水资占全球水资源的源的6%6%,居,居世界第世界第4 4位。位。人均水资源:人均水资源:22202220立方米,立方米,是世界平均水平的四分之一,是世界平均水平的四
19、分之一,居世界第居世界第110110位。位。深圳市人均水资源:深圳市人均水资源:336立方立方米,米,全国的六分之一,是世全国的六分之一,是世界的二十分之一。界的二十分之一。二二水体污染水体污染 是指由于人类的各种活动排放的污染物进入是指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中,使水河流、湖泊、海洋或地下水等水体中,使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值。水体的使用价值。水体污染有两类:一类是自然污染,另一类水体污染有两类:一类是自然污染,另一类是人为污染,而后者是主要的。是人为污染,而后者是主要的。人为污染是人
20、类生活和生产活动中产生的废人为污染是人类生活和生产活动中产生的废污水对水体的污染,包括生活污水、工业废污水对水体的污染,包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水等。水、农田排水和矿山排水等。水中主要污染物质水中主要污染物质 无机污染物无机污染物:含氟,氮,磷,砷,硒,含氟,氮,磷,砷,硒,硼,汞,镉,铬,锌,铅化合物。硼,汞,镉,铬,锌,铅化合物。有机污染物有机污染物:酚,氰,多氯联苯酚,氰,多氯联苯(PCB)、多环芳烃多环芳烃(PAH),取代苯。取代苯。石油及其制品石油及其制品:烃类化合物,烷烃、环烃类化合物,烷烃、环烷烃、芳香烃等。烷烃、芳香烃等。生物化学需氧量生物化学需氧量(BOD)一
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