环境化学作业问题详解

word绪论1、 如何认识现代环境问题的开展过程？答：环境问题不止限于环境污染，人们对现代环境问题的认识有个由浅入深，逐渐完善的开展过程。a 、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城市和工农业开展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声污染。对土地沙化、热带森林破环和野生动物某些品种的濒危灭绝等并未从战略上重视,明显没有把环境污染与自然生态、社会因素联系起来。b 、 1972 年发表的 人类环境宣言 中明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度，而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭；也宣告一局部环境问题源于贫穷，提出了开展中国家要在开展中解决环境问题。这是联合国组织首次把环境问题与社会因素联系起来。然而，它并未从战略高度指明防治环境问题的根本途径，没明确解决环境问题的责任，没强调需要全球的共同行动。c 、20 世纪 80 年代人们对环境的认识有新的突破性开展，这一时期逐步形成并提出了持续开展战略，指明了解决环境问题的根本途径。d 、进入20 世纪 90 年代，人们巩固和开展了持续开展思想，形成当代主导的环境意识。通过了里约环境与开展宣言 、 21 世纪议程等重要文件。它促使环境保护和经济社会协调开展，以实现人类的持续开展作为全球的行动纲领。这是本世纪人类社会的又一重大转折点，树立了人类环境与开展关系史上新的里程碑。2、 怎样理解人类活动对地球环境系统的影响？答：地球环境系统即为生物圈，生物圈有五大圈层组成：大气圈 水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈。这五大圈层受到人类影响，也就影响了整个地球环境系统。例如： 大气圈：人类的工业化，是的矿物质燃料使得CO2、SO2等气体大量进入大气中使得大气吸收的地面的长波辐射增多，形成保温层，这就是我们说的温室效应。 生物圈：人类的砍伐，屠杀野生动物，造成生态系统的破坏，食物链的断裂或减少，是的生态系统的物质循环，能量流动受到影响，造成灾害，各种生态系统的恢复力减弱，抗破坏力减弱。 土壤圈：树木的砍伐造成水土流失，人们盲目施肥，造成土壤污染 水圈：水的污染就不用说了岩石圈：人类活动的原因引发酸雨，溶洞腐蚀 ，砍伐造成风沙肆虐，风化现象加剧。而且五大圈层相辅相成，一个受到影响会引发其他的影响，进而造成自然灾害，造成生命财产损失，人类的活动最终的苦果还要人类自己承受。3、 根据环境化学的任务、容与特点以与其开展动向，你认为怎样才能学好环境化学这门课？答：1环境化学的任务、容、特点：环境化学是在化学科学的传统理论和方法根底上开展起来的，以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标的一门新兴学科。环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应与其控制的化学原理和方法的科学。它既是环境科学的核心组成局部，也是化学科学的一个新的重要分支。2环境化学的开展动向：国际上较为重视元素尤其是碳、氮、硫、磷的生物地球化学循环与其相互耦合的研究；重视化学品安全评价；重视臭氧层破坏、气候变暖等全球变化问题。我国优先考虑的环境问题中与环境化学密切相关的是：以有机物污染为主的水质污染；以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。3我对学好这门课的观点：环境化学包含大气、水体和土壤环境化学多个分支学科，研究有害化学物质在大气、水体和土壤环境中的来源、存在、化学特性、行为和效应与其控制的化学原理和方法。这就决定了环境化学研究中需要运用现场研究、实验室研究、实验模拟系统研究和计算机模拟研究相结合的系统研究方法，主要以化学方法为主，还要配以物理、生物、地学、气象学等其他学科的方法。因此，要求研究人员具有较广泛的各相关学科的理论知识和实验动手能力。我们在日常学习中应当以开阔的视野，除了环境化学之外，广泛涉猎各相关学科，并注重培养自己的实验操作，如此才可能学好这门课。4、 举例简述污染物在环境各圈层的迁移转化过程？答：以汞为例，说明其在环境各圈层的迁移转化过程，见如下图。汞在环境中的存在形态有金属汞、无机汞化合物和有机汞化合物三种。在好氧或厌氧条件下，水体底质中某些微生物能使二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞。甲基汞脂溶性大，化学性质稳定，容易被鱼类等生物吸收，难以代消除，能在食物链中逐级放大。甲基汞可进一步转化为二甲基汞。二甲基汞难溶于水，有挥发性，易散逸到大气中，容易被光解为甲烷、乙烷和汞，故大气中二甲基汞存在量很少。在弱酸性水体pH45中，二甲基汞也可转化为一甲基汞。第一章 ：典型化学污染物1. 列举几种典型的无机污染物(包括重金属和无机非金属物质)，说明其主要来源和危害。答：重金属：1汞Hg：来源：俗称水银，是唯一在常温下呈液态且能挥发的金属。汞污染主要来自使用和生产汞与其化合物的工厂所排放的含汞“三废。氯碱、塑料、电子、炼金和雷汞生产排放的废水是水体中汞的主要来源。土壤汞的污染主要来自燃煤、有色金属冶炼等。大气中汞的污染主要来自含汞金属的冶炼废气以与化石燃料燃烧过程中排放出的含汞废气和颗粒态的汞尘。在正常的氧化复原电位和pH围，汞主要以单质汞、HgOH2O和HgCl2的形式存在于环境中。危害：汞是环境中毒性最强的重金属元素之一，其熔、沸点在金属中最低，无色、味，引起水污染，在水生生物体富集，通过食物链又危害人与其他动物。汞具有很强的神经毒性，还会引起口腔消化道症状、腐蚀性肠炎等。金属汞和无机汞在人体大局部可以排泄出去，但在水中由于污泥中微生物的作用，汞被转化为甲基汞，甲基汞是一种有机汞，有很强的亲脂性，会积累在中枢神经，并排出缓慢。典型的有“水俣病事件。其中，对于植物的危害表现在：汞是危害植物生长的元素，如果土壤中的共含量过高，那么汞不但能在植物体积累，还会对植物产生毒害。对于人类的危害表现在：汞可通过多种途径进入人体，金属汞以蒸气形式通过呼吸道侵入人体，皮肤也有一定的吸收能力。汞化合物侵入人体，被血液吸收后可迅速弥散到全身各器官。人体对汞虽然有一定的解毒和排毒能力，但重复接触汞后，可能引起肾脏损害，排汞能力随之降低。同时，甲基汞能改变细胞通透性，破坏细胞离子平衡，抑制营养物质进入，损害肝脏，引起肾功能衰竭，还可引起神经系统的损害。2铅(Pb)：来源：铅是地壳中含量最多的重金属元素，在自然界中分布甚广。铅污染的来源非常广泛，主要来自于矿山开采，汽车废气、冶炼、制造以与使用铅制品的工矿企业，如蓄电池、电缆包铅、油漆、颜料、农药、瓷等。危害：在环境中，铅是所有有毒物质中分布最广泛的一种。它每年使成千上万的人中毒，尤其是对城市地区的儿童威胁最大。铅在降尘中广泛存在，它们会降到农作物上，或者通过食物的制作过程将其污染。因此，饮食和呼吸是人体铅暴露的主要途径。再者，饮用水中也可能含铅。铅的长时间、低剂量暴露会引起贫血，还会损伤儿童神经功能、视觉能力以与导致神经损伤、记忆力衰退、注意力分散等。另外，还会出现厌食、疲劳、头疼等症状。处于发育期的儿童，对铅多导致的危害非常敏感，其机体的快速发育也会吸收更多的铅。在孕妇怀孕期间，铅可以经胎盘进入胎儿体，尤其是在即将分娩前这种影响非常显著，经常接触高浓度铅的孕妇出现流产和死产的比例非常高，即使接触浓度很低的铅，也可能引起婴儿体重下降、听力损伤或者智力水平下降，新生儿血铅浓度约为母亲血铅浓度的80%-100%。此外，有机铅还可以经皮肤直接进入血液。铅主要沉积在骨骼和牙齿中，并随钙摄取量与血液酸碱值的变动而变动。比如过度劳累、发烧会使血液中pH下降血液偏酸，导致铅中毒症状，摄取含钙量高的食物如此会使铅中毒症状减轻。3锡Sn：比拟活泼，在自然界中均以化合状态存在，主要是锡矿石。来源：锡污染主要是有机锡的污染，主要来自工业废水和农业。锡在工业上主要用于制造马口铁和锡箔，在食品工业中还可作为包镶材料。锡的化合物在瓷工业上可制造珐琅，锡也可在医药上用于治疗皮肤传染病等。在使用锡的过程中，也向环境排放大量锡。有机锡农药和防污涂料是水环境中有机锡的主要来源，用于杀虫剂的有机锡会直接对土壤、空气和水体造成污染，同时，作为PVC稳定剂、杀菌剂和木料防腐剂等的有机锡也是锡污染的一个来源。危害：锡本身是无毒的金属，大多数无机锡化合物属于低毒或微毒类，少数无机锡对动物有明显毒性。有机锡是一类具有较高毒性的物质。研究明确，生物长期处于有机锡污染环境下，即使浓度很低的有机锡也会产生明显的毒性作用。有机锡可经呼吸道、皮肤和消化道吸收，一般接触有机锡后1-8天即出现中毒症状，严重时可出现昏迷、抽搐等明显精神症状。4镉Cd：是一种白色金属，抗腐蚀、耐磨，稍经加热易挥发，属于分散元素，在各圈层中的储量以与各个圈层中的迁移通量都较小。来源：水体中镉污染物的来源可追溯到含镉矿物开采、冶炼以与工业废水的排放和各种镉化合物的生产和应用等领域。排入大气的镉主要来自钢铁工业、废物灰化、火山活动等。土壤中镉的来源主要是抛弃的废物、煤的燃烧、钢铁生产、磷肥和锌的生产等。危害：镉和汞一样，是人体不需要的元素。镉对生物有机体的毒性通常与抑制酶系统的功能有关。在人体半减期为10-30年，对人体组织和器官害处是多方面的，能引起肺气肿、高血压、神经痛、骨质松软、骨折、骨炎等病症。镉还具有“三致毒性和分泌干扰作用，引起前列腺癌、呼吸道癌、肾癌，阻断睾丸酮的合成，从而对胚胎生长发育产生显著影响。无机非金属物质：1 氰化物cyanide：指带有氰基的化合物。通常人们了解的氰化物都是无机氰化物，是指包含有-的无机盐。来源：水中氰化物的主要来源为工业污染。氰化物和氢氰酸广泛用于采矿提炼、摄影、冲印、电镀、金属外表处理、煤气、染料、塑料、合成纤维以与洗涤等行业，这些行业都会排放工业含氰废水，其中电镀工业是排放最多的。另外，氰化物还被大量用于黄金开采中，这也是一个污染来源。危害：氰化物都有剧毒，而且中毒非常迅速，它们可通过多种途径进入人体，如皮肤吸收、伤口侵入、呼吸道吸入、误食等，而水质和环境的污染使人与其他生物体被动吸收更是防不胜防。氰化物进入人体后，能使中枢神经系统瘫痪，使呼吸酶与血液中血红蛋白中毒，引起呼吸困难，全身细胞会因缺氧窒息而使机体死亡。2砷化物arsenide：砷是一种类金属元素，在自然界中主要以硫化物矿的形式存在。来源：环境中砷污染的主要来源是化工、冶金、火力发电等工业排放的三废，以与以砷化物为主要成分的农药。危害：砷具有毒性，易从五价复原到三价，而三价砷比五价砷的毒性更强。有研究明确，在人工培养的细胞中，三价砷可发生类似于汞甲基化的过程，甲基化后的产物具有高活性，能够损伤DNA。同时，砷还具有致癌性，并能引起催化剂中毒。2. 什么是POPs？POPs的判别标准是什么？POPs公约涵盖了哪些污染物？如何分类？答：定义：POPs指通过各种环境介质大气、水、生物体等能够长远距离迁移并长期存在于环境，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物。特征：国际上公认POPs具有四个特征：(1) 能在环境中长期存在。由于POPs对生物降解、光解与化学降解作用有较高抵抗力，一旦排放到环境中，就难以分解，可以在水体、土壤、沉积物等环境介质中滞留数年甚至更长时间。(2) 可蓄积于食物链中，对高营养级生物造成影响。因POPs具有低的水溶性、高脂溶性特点，导致POPs从周围环境介质中富集到生物体，并可通过食物链生物放大达到中毒浓度。(3) 能够通过长远距离迁移达到偏远的极地地区。POPs具有半挥发性使得它能够以蒸气形式存在或吸附在大气颗粒物，便于在大气中做长距离迁移，并可通过“蚱蜢跳效应、“全球蒸馏等迁移到偏远的地区。(4) 在一定的浓度下会对接触它的生物体造成有毒或有害的影响，如可以产生致癌、致畸和致突变效应与分泌干扰效益等。POPs的判别标准：(1) 能在环境中持久地存在。在空气中的半衰期大于2天，在水中的半衰期大于2个月，在土壤或沉积物中半衰期大于6个月。(2) 能蓄积在食物链中，对较高营养等级的生物造成影响。一般其生物富集因子(BCF或者BAF)大于5000；其辛醇/水分配系数KOW105。(3) 能够经过长远距离迁移到达偏远的地区，一般在空气中的半衰期大于2天。(4) 在相应环境浓度下会对接触该物质的生物造成有害或有毒效应。POPs公约是指关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约，在2001年，该公约包括了12种对人类健康和自然环境特别有害的持久性有机污染物，分别为艾氏剂、氯丹、狄氏剂、DDT、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、六氯苯、多氯联苯、多氯代二苯并二噁英和呋喃。其中前9种属于有机氯农药，多氯联苯和六氯苯也是精细化工产品，六氯苯和多氯代二苯并二噁英和呋喃也是化学产品的衍生物杂质和含氯废弃物燃烧产生的次生污染物。2009年，POPs公约的第四次缔约国大会又增加9种POPs，分别为-六六六、-六六六、-六六六、开蓬/十氯酮、五氯苯、六溴联苯醚和七溴联苯醚、六溴联苯、全氟辛烷磺酸与其盐类，前5种属于杀虫剂，后4种属于溴代阻燃剂，五氯苯也是化学产品的衍生物杂质和含氯废弃物燃烧产生的次生污染物。因此，现在POPs公约涵盖的污染物与分类归纳如下：3. PCB, PBDE, PCDE, PFOS/PFOA分别指代什么化学污染物？这些污染物的来源、环境水平、毒理学效应和污染防治措施。答：PCBs:polychlorinated biphenyls，多氯联苯。它的结构由两个以共价键相连的苯环所组成，如图。PCB具有良好的热稳定性、低挥发性、低水溶性、较高的正辛醇/水分配系数和生物富集因子，高度化学惰性与髙介电常数，能耐强酸、强碱与腐蚀性。PCB来源：PCBs主要通过以下途径进入环境：随工业废水排放进入环境水体，从密封存放点渗漏或在垃圾场所沥滤释放到环境，由于燃烧含PCBs的物质而进入大气，由于世界各国大多数国家在20世纪80年代已停止生产PCBs，环境中PCBs主要来自于废旧电器设备。环境水平：自从瑞典科学家于1988年在野生动物和鱼类体检测到高浓度PCBs后，PCBs污染问题才逐渐被重视。据WHO的数据，全世界生产的约200万吨的工业PCBs，有31%左右已排放到环境中。与国外相比，我国生产的PCBs总量虽不多，但由于人们对其认识不足，生产和使用过程中的挥发和泄漏以与对废旧的电力电容器的拆卸等环节，已使相当数量的PCBs进入环境，造成局部地区严重污染。同时，由于PCBs的长距离迁移性和“蒸馏效应，在北极、南极和南迦巴瓦峰的一些动物和雪水中都发现了PCBs，在人体中，据2003年报道，有3/4因纽特女人血液中PCBs含量超出了安全值的5倍。2004年报道在俄罗斯靠北极地区人群中的5%人血脂中PCBs含量超高。因此，PCBs的环境水平是较高的，甚至超过了安全许可值。毒理学效应：PCBs具有毒性，最低致死计量为500mg/Kg人经口。涂敷于动物皮肤时，能使局部表皮增厚，毛囊肿胀，肝脏出现脂肪变性等。而且还具有亚急性和慢性毒性，严重的PCBs中毒会使动物产生腹泻、血泪、运动失调、进展性脱水和中枢神经抑制等症状，甚至死亡。肝脏是PCBs中毒的主要器官之一，同时研究明确，中毒病人免疫系统可能受抑制。PCBs还具有致癌性和致突变性，对水体和大气可造成污染，对水生生物、家禽等也具有生态毒性。污染防治措施：1限制开放性使用或禁止生产和使用PCBs。2治理已有的PCBs污染。目前PCBs的治理方法主要有热分解法、氯解法、加氢脱氯法、微波等离子法、金属钠法、活性炭吸附法、臭氧法、湿氏催化法、水泥法、微生物法、掩埋法、燃烧法等。其中燃烧法被认为是目前最好的处理方法，但必须在专用的高效燃烧炉中进展，不能随意燃烧。3争取国际援助，加强技术合作，提高中国的PCBs燃烧处置的技术水平。在国外专家与环境咨询机构的帮助下，建立PCBs处置全过程的技术规，开展PCBs污染场地修复的示工程研究。4尽快颁布中国PCBs废物限期治理的管理规定，对其进展限期处理，并尽快制定符合中国国情的PCBs污染防治规划与技术经济政策框架。PBDEs：polybrominated diphenyl ethers，多溴代联苯醚，是一种应用广泛的溴代阻燃剂，结构如图。具有与PCBs相类似的结构。化学性质非常稳定。PBDEs来源：PBDEs被广泛应用于商业、纺织业、塑料和电器产品等行业中。在产品的使用过程中，PBDEs可通过蒸发和渗漏等进入环境，焚化和报废含有PBDEs的废弃物也是PBDEs在环境中的主要来源。除此之外，阻燃剂生产厂边也直接排放一些PBDEs。进入大气中的PBDEs会通过大气干湿沉降作用向水体和土壤转移。家具是室空气中PBDEs的主要来源。环境水平：PBDEs极易从产品散逸出来进入环境。20世纪80年代以来发现，环境中PBDEs的含量逐年升高。PBDEs由于具有低挥发性和水溶性而极易吸附于泥土和颗粒上，所以大局部沉积在据污染源较近河流的底泥中和空气悬浮颗粒中，而低溴代联苯醚具有比高溴代联苯醚更高的挥发性、水溶性和生物富集性，所以普遍存在于河底底泥、水、空气和生物样品中。据检测，在一些与PBDEs产业兴旺的地区如土壤、大气、河底底泥、鱼类与电子垃圾拆解工人血液中，高溴代和低溴代联苯醚含量都很高。室空气中的含量一般高于室外。在食物、血液和母乳中也有检测到高含量存在。毒理学效应：一般认为，由于PBDEs和PCBs在结构上很相似，其毒性也具有相似性。PBDEs会扰乱甲状腺激素的作用。尽管如此，也不能认为它们毒性一样。PBDEs不像PCBs和二噁英那样会对Ah受体具有强烈的诱导作用，低溴代的PBDEs具有较高的致癌性和分泌干扰特性，而高取代的PBDEs毒性较小。大气、土壤和水体中痕量的PBDEs可通过食物链最终进入人体，可能对人体和高级生物的健康造成危害，对生物有肝肾毒性、生殖毒性、胚胎毒性、神经毒性和致癌性等，能干扰分泌，改变动物的本能行为，对人类特别是儿童可能具有潜在的发育神经毒性。污染防治措施：1禁止使用PBDEs，并制定出台相关法规。2对废弃物进展处理，并对有害废弃物作严格的规性处理。如将电子产品回收，通过处理后再使用；不回收的，全部掩埋。3国家建立和完善政府绿色采购政策和相关的采购标准，优先采购环境友好的产品，引导电器与电子产品生产向绿色化方向开展。PCDEs：polychlorinated diphenyl ethers，多氯代联苯醚，是一类具有持久性、生物累积性并能造成全球污染的有机氯化合物，其结构如图。PCDEs来源：PCDEs与PCBs有相似的用途，可作为液压油，电子绝缘体、阻燃剂、润滑剂和增塑剂，其衍生物也用作杀虫剂和抗菌剂。PCDEs在环境中的广泛分布除了其工业用途外，还有两个主要来源，一是来源于氯代苯酚和氯代苯氧乙酸的副产物，历史上氯代苯酚和氯代苯酚钠盐广泛用于木头防腐剂、杀真菌剂和除草剂等，这些化工品含有一定量的PCDEs，另一来源是不完全燃烧过程如城市垃圾燃烧炉等，这些不完全燃烧过程向环境中排放PCDEs。环境水平：PCDEs已经在全球围的环境介质、生物体和人体中广泛存在，对全球生态系统造成了一定污染。目前已在飞灰、沉积物、鱼、海鸥、猫头鹰和人体脂肪组织中检测到了PCDEs。PCDEs在食物链中的生物放大作用在较高营养级中已观察到，处在食物链最顶端的动物PCDEs最高。毒理学效应：一些研究明确，PCDEs具有与PCBs相似的免疫毒性，能够引起广泛的毒性和生物化学响应。PCDEs可影响到生物体诸如免疫功能、激素代、生殖遗传等各个方面。PCDEs的靶器官是肝脏和甲状腺。PCDEs先进入血液和肝脏后，再分配到动物脂肪和肌肉中。还有研究明确，PCDEs还可能影响出生率，有致癌、致畸、致突变作用。污染防治措施：1禁止使用该类物质。2加强环境分析方法研究，大力推广更准确的采用低分辨质谱的标法，长期目标应是推动高分辨率质谱的普与使用，以取得更准确的分析结果。3开展标准物质合成。4进展毒理研究。5加强新型绿色阻燃剂的开发。6加强环境根底研究，抓紧有关政策的制定。PFOS/PFOA：PFOSperfluorooctane sulfonate，全氟辛烷磺酸基化合物与PFOAperfluorocaprylic acid，全氟辛酸是环境中常被检出的两种典型的PFCs全氟化合物，且它们是多种PFCs在环境中的最终转化产物，可在生物体蓄积且不易降解，结构如图。PFOSPFOA来源：PFOS和PFOA的使用量很大，环境中的PFOS和PFOA主要有两个来源：一是产品中含有或产品制造过程中需要的该类外表活性剂如PFOA类外表活性剂；二是含有该类物质基团的产品在自然界中降解释放。一般认为，PFCs如PFOS和PFOA主要来源于工业废水和污水处理厂等。环境水平：PFOS和PFOA在环境中分布广泛。目前在地表水、地下水、空气、土壤、海洋、所有的动植物与人体血清中已检出，而且在美国，日本，欧洲与我国几乎所有的自来水水样检测中发现了他们的存在，其浓度大致在几个到几十个ng/L左右。在我国圈养大熊猫等多种濒危动物血清中检测到PFOS和PFOA，在污染区域的鱼体中检出包括PFOS和PFOA在的7中PFCs，并且我国局部人群血清的PFOS浓度明显高于兴旺国家。并且在北极动物的血液中也检测到其存在。毒理学效应：PFCs类的共同特点是不会被人体降解，属于外表活性类物质，可自由分布在细胞壁、细胞膜等界面，对细胞正常的膜外物质交换基因表达产生干扰影响。同时，研究发现，PFOA能引起皮肤刺激反响并可透过皮肤进入人体引起体重和肝脏的变化，造成肝脏细胞变行或坏死。并且，研究明确，PFOS和PFOA能和POPs一样造成神经行为的缺陷。PFOS和PFOA还能影响人类精子的活性，对睾丸间质细胞产生毒害性，影响胚胎的生长发育，对细胞和基因产生遗传毒性，并有一定的致癌性。污染防治措施：1限制或禁止PFOS和PFOA的生产和使用。2控制环境候总PFCs的安全浓度，如应用活性炭离子交换树脂对PFCs进展吸附，利用高级氧化技术、纳滤和反渗透工艺控制等。3继续毒理性研究，对其引发的毒作用机制，敏感指标等进一步深入研究，以便制定规章，寻求经济而有效的控制新技术。4寻找更高效的工艺处理如净水工艺灯，更好的处理所含的PFCs,降低其浓度。5研究PFCs类代替品或回收减排，减少排放到环境中的PFCs。4. PAH, PCDD, PCDF和Dioxin分别指代什么化学污染物？这些污染物的来源、环境水平、毒理学效应和污染防治措施。答：PAHs：Polycycle aromatic hydrocarbons，多环芳烃，是含有两个以上苯环的碳氢化合物以与其衍生物的各种化合物的总称。以下是萘、蒽、菲的结构，如图。萘 蒽 菲来源：PAHs的来源可分为天然来源和人为来源。人为来源是主要来源。天然来源包过火山爆发、森林植物和灌木丛燃烧等。有些藻类、微生物和植物也能通过生物合成产生一定数量的PAHs。人类活动特别是化石燃料的不完全燃烧也是PAHs的主要来源。煤、石油、天然气、木材、纸、秸秆、烟草等汗碳氢化合物的物质，经过不完全燃烧或在复原气氛中热分解都会产生PAHs交通工具尾气排放、吸烟、蚊香驱蚊等过程也会产生。在适当环境和充分时间和100-1500C的低温下，有机物的裂解也能产生PAHs,还有一局部来自化石燃料本身的流失，如炼油厂、化石厂的废弃物、原油泄漏、传播泄漏等。环境水平：PAHs在环境中微量但是分布很广。国外东京，葡萄牙、慕尼黑、伦敦等地的PAHs的污染都在几个或几十个ng/m3以上，而我国一些燃煤城市如、呼和浩特、等地污染物的平均在几千个ng/m3以上。毒理学效应：PAHs就有“三致毒性，并且由于其亲脂性和惰性，可在环境和生态系统中存在很长时间，这使其环境生态风险更大。PAHs的毒性表现在以下方面：1.“三致毒性：一些PAHs如苯并芘等具有很强的致癌性或致癌诱变性，长期接触这类物资可引发皮肤癌、肺癌等。2.对微生物生长有强烈的抑制作用。3.光致毒性效应：某些PAHs经紫外光照射后毒性可能会更大。污染防治措施：a预防措施：燃料必须经过燃烧充分，可减少多环芳烃的生成量。室加强通风换气，降低室多环芳烃的含量。b防治措施：1.组织措施：对于生产性灰尘从组织制度上保证防尘工作的经常化，采取技术措施革新的卫生标准话。2.改善能源结构：开展水力发电代替火力发电，研究新能源，采用开展消除烟尘技术，采用地区集体供暖措施，减少空气中颗粒物的污染。PCDDs：Polychlorinated dibenzo-p-dioxins，多氯代二苯并二噁英。PCDFs：Polychlorinated dibenzofurans ,多氯代二苯并呋喃Dioxins:二噁英，是对PCDDs和PCDFs的统称。PCDDs PCDFs来源：二噁英不是人类有意制造的化学品，而是燃烧过程和一些工业过程中的副产品，环境中二噁英的来源可分为两类：自然来源和人为来源，其中人为来源是二噁英的主要来源。自然来源中比拟重要的是森林火灾和木材燃烧，泥煤的燃烧也是来源之一。另外，自然环境中存在的辣根过氧化物酶也可将氯酚转化为二噁英。人为来源主要包过废弃物焚化发电或能源工业，其他高温排放源，金属冶炼与化学制造等。城市生活垃圾和医疗垃圾燃烧是许多国家环境中二噁英的主要来源。此外，一些特定工业工程，如钢铁制造、金属冶炼、火力发电与氯碱工业、造纸等也会产生少量二噁英。抽烟、汽车尾气、露天烧烤也是二噁英的主要来源。另外，当自来水用Cl2消毒时，在紫外线作用下，水中微量的苯酚也可能会发生氯代和脱氢反响，生成二噁英。它的另一主要来源是化工过程，二噁英往往作为副产物以杂质的形式存在于各种化工产品中，在生产过程中就会产生二噁英。PCDDs和PCDFs主要是在某些物质生产、冶炼、燃烧、使用处理时进入环境。环境水平：自然界的微生物和水解作用对二噁英的分子结构影响较小，因此，环境中的二噁英很难得自然降解消除。其在环境中的分布也是较为广泛的。1999年，比利时、荷兰、法国、德国相继发生因二噁英污染导致畜禽类产品与乳制品含高浓度二噁英事件。毒理学效应：二噁英系列物虽然结构类似，但是毒性差异较大，二噁英通常以混合物的形式存在。它进入人体的途径主要有呼吸道、皮肤和消化道，能够导致严重的皮肤损伤性疾病。具有强烈的致癌致畸作用，同时还有生殖毒性、免疫毒性和分泌毒性、假如人体短时间暴露于高浓度中，可导致皮肤损伤，还会出现肝功能的改变。长期曝露如此对免疫系统、神经系统、分泌和生殖系统造成上伤害。微量摄入不会立即病变，但长期食用引起癌或慢性病。污染防治措施：专家指出，防治二噁英的根本方法在“治，改变过去错误的工业废物排放方式，建立新型的工业生产系统，并有一套完整的监视测评机制，才能在未来长时间防止二噁英的进一步污染。因此：A、要尽快制定完善防治二噁英污染物的法规与行业标准，借鉴兴旺国家的做法，做到法规严谨，标准明确；B、完善监测和数据系统，强化对企业排放二噁英的监控，责令企业定期公布环境数据；C、把防污染作为建设项目环境评价的重要指标，严格准入制；D、要求并规企业加大防治二噁英污染的资金与技术投入，从总量上控制并逐渐减少二噁英排放；E、积极提倡垃圾分类收集和处理，控制无组织的垃圾燃烧，通过采用新的燃烧技术，提高燃烧温度，减少二噁英排放量。第二章 ：污染物的生态毒理1. 物质通过生物膜的方式主要有哪几种？如何定义？分别有何特点？答：(1) 膜孔过滤直径小于膜孔的水溶性物质，可借助膜两侧的静水压与渗透压经膜孔滤过。(2) 被动扩散脂溶性物质从高浓度向低浓度侧扩散。扩散速率服从费克定律。特点：脂/水分配系数越大，分子越小，不容易离解的分子，扩散系数越大。被动扩散不需要耗能，不需要载体参与，没有特异性选择、竞争性抑制与饱和现象。(3) 被动易化扩散在高浓度侧与膜上特性性蛋白质结合，通过生物膜，至低浓度侧解离出原物质。特点：它受到膜特异性载体与其数量的制约，因此有特异性选择，竞争性抑制和饱和现象。(4) 主动转运在需要消耗一定的代能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出蛋白质和原物质。所需要的能量来自于ATP。这种转运具有特异性选择、竞争性抑制和饱和现象。例如钾离子的主动转运(5) 胞吞和胞饮少数物质与膜上某种蛋白质具有特殊的亲和力，当其与膜接触后，可改变这局部膜的外表力，引起膜的外包或陷而被包围进入膜，固体物质的这一转运称为胞吞，液体物质的这一转运称为胞饮。总之，物质通过生物膜的方式取决于膜外环境、膜的性质和物质的结构。2. 解释ADME的容。答：ADME is an acronym in pharmacokinetics and pharmacology for absorption, distribution, metabolism, and excretion, and describes the disposition of a pharmaceuticalpound within an organism.“ADME即“生物转化，指机体对外源化学物的吸收absorption、分布(distribution)、代(metabolism)与排泄(excretion)过程。外源化学物的代和排泄合成为消除，吸收、分布、代和排泄的过程可能同时发生。3. 何为剂量-反响关系和剂量-效应关系？答：毒理学把读物剂量或浓度与引起个体生物学的变化称为效应，把引起群体的变化称为反响。这种毒物剂量与反响效应变化之间的关系称为剂量-反响效应关系。剂量-反响关系： 指外源化合物的剂量与出现某种效应的个体在群体中所占比例的关系。剂量-效应关系：外源化合物的剂量与在个体中引起某种效应(计量指标)的强度改变的关系。主要表现为直线关系(a)、对数曲线关系(c)和S状曲线关系三种(b)如下列图。剂量-反响(效应)曲线直线关系，在这种关系中，剂量改变与效应强度或反响率成正比，这种关系是少见的 (线 a)。对数曲线关系，是一条先锐后钝的曲线，当将剂量换算成对数剂量时，可转换成直线 (线 c)S状曲线，当群体中的全部个体，对某一化合物的敏感性变异，呈对称正态频数分布时，剂量与反响率关系成S状曲线 (线b)。如果将效应强度或发生率用概率单位表示，剂量用对数来表示，S形曲线亦变成直线。4. 影响毒物毒性的因素有哪些？哪些指标可以量化毒物毒性大小？答：毒物：进入生物机体后能使体液和组织发生生物化学变化，干扰或破坏机体的正常生理功能，并引起暂时性或持久性的病理损害，甚至危与生命的物质。毒性影响因素影响毒物毒性的因素很多，而且很复杂。概括来说：(1)有毒物的化学结构与理化性质如毒物的分子立体结构，分子大小，官能团，溶解度，电离度，脂溶性等；(2)毒物所处的基体因素如基体的组成，性质等；(3)机体暴露于毒物的状况如毒物剂量，浓度，机体暴露的持续时间、频率、总时间、机体暴露的部位与途径等；(4)生物因素如生物种属差异、年龄、体重、性别、遗传与免疫情况、营养与健康情况等；(5)生物所处的环境 如生物环境(温度、湿度、气压、季节与昼夜节律的变化、光照、噪声等)；其中关键因素之一是毒物的剂量(浓度)。毒性指标计量指标: 用测量值表示毒性强度的差异。如有机磷农药抑制胆碱酯酶的程度，用胆碱酯酶的活性表示。计数指标: 这类毒性效应只有有或无的差异，没有性质和强度的差异。计数指标主要用于群体，所得到的测定值是非连续性的，通常以一个群体中某效应的出现率表示，常用于生态毒理研究与生态风险评价之中。5. 什么是生物富集、生物放大和生物积累？它们的区别和联系？影响生物富集因子的因素有哪些？生物富集因子和正辛醇/水分配系数之间有什么关系？如何推导生物积累的动力学。答：【1】a生物富集：是指生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积某种元素或难降解性物质，使其在机体的浓度超过周围环境中的浓度的现象。b生物放大：同一食物链上的高营养级的生物，通过吞食低营养级生物而蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体浓度随营养级数升高而增大的现象。c生物累积：所谓生物积累，就是生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解性物质，使其在机体中浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数表示。【2】区别和联系生物富集是生物从周围环境中续集某种元素或难降解性物质；生物放大专指具有食物链关系的生物说的，如果生物之间不存在食物链关系，如此用生物富集或生物积累来解释；生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况【3】影响生物富集系数的因素：a污染物质性质因素：脂溶性、水溶性和可降解性。一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高。b生物特征方面影响因素：生物种类、大小、性别、器官、发育阶段。c环境条件方面的影响因素：温度、盐度、pH值、氧含量、光照状况等。【4】生物富集因子和正辛醇/水分配系数(KOW)之间的关系：可以用KOW来估算生物富集因子，生物富集因子和KOW成线性相关。KOW增大，如此BCF增大。【5】动力学水生生物对水中难降解性物质的富集是生物对其吸收速率、消除速率以与由于生物体的生长所造成的稀释速率的总和。6. 论述：有毒有机污染物在生物体能发生哪些变化(MFO酶系、I相反响II相反响)答：有机毒物在生物体的转化途径主要有氧化、复原、水解和结合反响四种。通常将氧化、复原、水解四种反响称为I相反响或第一阶段反响；将结合反响称为II相反响或第二阶段反响。微粒体混合功能氧化酶(MFO)是催化机体外源化合物氧化降解的主要酶系。它利用细胞分子氧，将其中的一个氧原子与有机底物结合，使之氧化，而使另一个氧原子与氢原子结合成水。在这一催化过程中，混合功能氧化酶的成分之一，细胞色素P450起着关键作用。P450的活性部位是铁卟啉的铁原子。第三章 ：环境介质与性质1. Deduce the formulas for the pounds with the following code numbers: (1) 12, (2) 113, (3) 123, (4) 134答：(1) 12+90=102 表示1个碳，0个氢和2个氟，非碳原子总数2n+2=4，氯原子个数：4-(0+2)=2，所以分子式：CF2Cl2(2) 113+90=203 表示2个碳，0个氢和3个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(0+3)=3，所以分子式：C2F3Cl3(3) 123+90=213 表示2个碳，1个氢和3个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(1+3)=2，所以分子式：C2HF3Cl2(4) 134+90=224 表示2个碳，2个氢和4个氟，非碳原子总数2n+2=6，氯原子个数：6-(2+4)=0，所以分子式：C2H2F42. Deduce the code numbers for each of the following pounds (1) CH3CCl3, (2) CCl4, (3) CH3CFCl2答：(1) 2个碳，3个氢和0个氟，所以代码为：230-90=140；(2) 1个碳，0个氢和0个氟，所以代码为：100-90=10；(3) 2个碳，3个氢和1个氟，所以代码为：231-90=141。9. 举例说明，怎样表示大气中的气体与同种气体在溶液中的平衡？答：大气中的气体分子与溶液中相应的同种气体分子之间的平衡可以表述为： G(g) G(aq)大气中的气体与溶液中同种气体间的平衡为： G(aq) = KHpGG(aq)气体在溶液中的浓度(mol/L);KH 气体在一定温度下的亨利定律常数(mol/LPa)pG气体在大气中的分压(Pa)举例：CO2在枯燥空气中的含量为 0.0314% ，水在25时的蒸汽压为0.03167 105 Pa，CO2的亨利定律常数为3.34 10-7 mol/L.Pa。如此CO2在水中的浓度为：12. 水体富营养化的机理和危害。答：定义：人类活动影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类与其他浮游生物迅速繁殖，导致水体溶解氧下降、水质恶化、鱼类与其他生物大量死亡的现象，即为水体富营养化。机理：由于污染物质排入水体湖泊、河口、海湾等，引起水化学失衡，藻类和浮游生物大量增殖，溶解氧量下降，最终导致鱼类与其它生物死亡、生态紊乱以与源营养物质释放。危害： 1水体中的藻类大量繁殖可以阻塞水道，缩小鱼类生存空间，水体变色、透明度降低，其分泌物引起水臭，给水处理造成各种困难；更重要的是富营养化还可能破坏水体中生态系统的原有平衡； 2水体富营养化后，藻类繁生将使有机物生成速度远远大于其消耗速度，积累大量的有机物。其后果是促使细菌类微生物繁殖，加快异氧生物的生长，使水体耗氧量增加。富营养化引起有机体大量生长，反过来又会使某些藻类、植物与水生生物、鱼类趋于衰亡，以致绝迹。这些藻类与其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常状态。13. 分别论述封闭和开放水体系中的碳酸平衡过程。答：水体中存在CO2，H2CO3，HCO3-，CO32-四种化合态。因为H2CO3含量极低，故把CO2和H2CO3合并H2CO3*。如此水中存在的平衡体系为：以上讨论未考虑CO2与大气交换过程，故属于封闭的体系。以下考虑CO2在气、液两相达到平衡时(开放体系)：14. 什么是天然水酸度和碱度？如何计算？和pH有什么关系？答：碱度：碱度是指水中能与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能承受H+的物质总量。总碱度 = HCO3- + 2CO32- + OH- H+酚酞碱度= CO32-+ OH-H2CO3*- H+苛性碱度= OH-HCO3-2H2CO3*-H+酸度：是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经水解能产生H+的物质总量。包括强酸、弱酸、强酸弱碱盐等。总酸度=H+HCO3-+2H2CO3*- OH- CO2酸度=H+H2CO3*- CO32-OH- 无机酸度=H+-HCO3-2CO32-OH-与pH关系：pH=-lgH+，即pH是H+的负对数。15. 论述土壤的组成和性质。答: 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。固相指土壤矿物质(原生矿物和次生矿物质)和土壤有机质，两者占土壤总量的9095%。液相指土壤水分与其可溶物，两者合称为土壤溶液。气相指土壤空气。土壤中还有数量众多的细菌和微生物，一般作为土壤有机物而视为土壤固相物质。土壤矿物是土壤的主要组成物质，占土壤固体总量的90以上。它源于岩石的风化作用，在大小和组成上复杂多变。土壤矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物。土壤有机质概指土壤中动植物残体、微生物体与其分解和合成的物质，是土壤的固相组成局部。约占土壤固体总重量的110，土壤水分是土壤的重要组成局部，主要来自大气降水、灌溉水和地下水。这些水充当了土壤中所发生各种化学反响的介质，对于岩石风化、土壤形成、植物生长有着决定性的意义。土壤空气也是土壤的重要组分之一。土壤空气来源大气，它存在于未被水分占据的孔隙中，它对土壤微生物活动、营养物质的转化以与植物的生长发育都有重大的作用。总体来看，土壤空气和大气的主要成分都是氮气、氧气和二氧化碳。土壤中生活着一个生物群体，它们不但积极参与岩石的风化作用，并且是成土作用的主要因素。土壤生物是土壤的重要组成成分。土壤具有如下性质：(1)土壤吸附性。土壤胶体以其巨大的比外表积、带电性、土壤胶体的凝聚性和分散性以与土壤胶体的离子交换作用，使土壤具有吸附性。(2)土壤酸碱性。由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种化学和生物化学反响，因而土壤表现出不同的酸碱性。根据土壤中氢离子的存在方式不同，土壤酸度可分为活性酸度和潜性酸度。(3)土壤的缓冲性能。土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，其中土壤溶液中的各种弱酸与盐类，构成了一个良好的缓冲体系。(4)氧化复原性。氧化复原反响是土壤中无机物和有机物发生迁移转化并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程。16. 名词解释：原生矿物、次生矿物、腐殖质、双电层与热力学电位、电动电位、土壤阳离子交换量、盐基饱和土壤、盐基饱和度、土壤酸度、活性酸度、潜性酸度、代换性酸度和水解酸度。答：原生矿物：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而形成的物质，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变。次生矿物：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。腐殖质：腐殖质是生物体物质在土壤、水和沉积物中转化而成，是一种带负电的高分子弱电解质，分子量300-30000，一般根据其在碱和酸溶液中的溶解度划分为三类：腐殖酸、富里酸、腐黑物。双电层：土壤胶体具有双电层，微粒的部称为粒核，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，形成一个正离子层反离子层，包括非活动性离子层和扩散层，合称为双电层。热力学电位：决定电位层与液体间的电位差通常叫做热力学电位，在一定的胶体系统它是不变的。电动电位：非活动离子层与液体之间的电位差。土壤阳离子交换量：每千克干土中所含的全部阳离子总量，称为阳离子交换量。盐基饱和土壤：当土壤胶体上吸附的阳离子均是盐基离子，且已经达到吸附饱和时的土壤。盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中，盐基离子所占的百分数为盐基饱和度。土壤酸度：土壤溶液中H+的存在方式，土壤酸度可以分为活性酸度和潜性酸度。活性酸度：是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。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Al3+ 。当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液中之后，即可增加土壤溶液的H+浓度。代换性酸度：用过量中性盐(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+ 发生离子交换作用，而表现出的酸度。水解酸度：用弱酸强碱盐(如乙酸钠)淋洗土壤，溶液中的金属离子可以将土壤胶体吸附的H+和Al3+ 代换出来，同时生成某弱酸。此时测定的弱酸的酸度为水解性酸度。17. 环境污染物如何分类，主要来源？答：定义：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。分类：按受污染物影响的环境要素可分为大气污染物、水体污染物、土壤污染物等；按污染物的类型可分为有机污染物、无机污染物和有机金属化合物；按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。来源：工业(如“三废，有毒有害化学品等)；农业(如农药、化肥等)；生活(如固体废物、废水、废气)；服务业(如交通运输中排放的汽车尾气、废油等)。18. 各环境介质中的典型化学污染物有哪些，来源？答：(1) 空气中典型化学污染物SO2(主要来源于煤的燃烧)、NOx(如NO，NO2等，主要来源于矿物燃料的燃烧与汽车尾气)、CO和CO2(来源于煤的燃烧，汽车尾气)、挥发性有机污染物(如烷烃、烯烃、芳烃，化石燃料的燃烧)、颗粒物、以与室家俱装饰释放的甲醛、多环芳烃(PAHs)、多溴联苯醚(PBDEs)等。(2) 水中典型的化学污染物好氧有机物：碳水化合物、蛋白质、脂肪和纤维素等。有毒有机物：农药、外表活性剂、芳烃、药物等。金属离子、无机物：汞、铅、镉、铬、砷、氰化物等。饮用水消毒副产物(3) 土壤中典型的化学污染物农药：有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类等其他：污水灌溉、干湿沉降等。小论文我对学好这门课的观点：环境化学包含大气、水体和土壤环境化学多个分支学科，研究有害化学物质在大气、水体和土壤环境中的来源、存在、化学特性、行为和效应与其控制的化学原理和方法。这就决定了环境化学研究中需要运用现场研究、实验室研究、实验模拟系统研究和计算机模拟研究相结合的系统研究方法，主要以化学方法为主，还要配以物理、生物、地学、气象学等其他学科的方法。因此，要求研究人员具有较广泛的各相关学科的理论知识和实验动手能力。我们在日常学习中应当以开阔的视野，除了环境化学之外，广泛涉猎各相关学科，并注重培养自己的实验操作，如此才可能学好这门课。 ：左国兴 学号：1490130101 班级：化学1401班41 / 41