化学与环境

1. 化学与环境 生命科学与医药化工学院：梁华定

2. 本章内容 • 1、环境问题 • 2、人类生存的环境 • 3、环境与生态平衡 • 4、环境污染 • 5、大气污染及防治 • 6、水体污染及防治 • 7、固体废弃物对环境的污染及防治 • 8、居室环境污染及防治

3. 第一节 环境问题 • 1、人口膨胀导致过度开发。现今世界人口每年净增近1亿人，为了供养如此大量的人口，已出现冲破自然规律，掠夺性地开发自然资源的问题，从而导致资源耗竭、植被减少、土地沙化、水土流失，出现生态环境恶化现象。 • 2、能耗过大，导致大气污染。本世纪初消耗15＊108吨，70年代70＊108吨，而今已超过100＊108吨。燃烧产生废气造成的大气污染日益严重。 • 3、淡水匮乏和水质变坏。地球上的淡水占总量的3％，可供人类使用占淡水总量的0.35%。近半个世纪以来，全球淡水使用量已增加4倍以上，且水资源的严重。人类发展受淡水资源的制约日益严重。 • 4、垃圾成灾、污染环境。全球排放的生活垃圾每年达20＊108吨 • 1972年联合国人类环境会议在斯德哥尔摩举行，发表了《人类环境宣言》，1992年在里约热内卢举行，发表了《环境与发展宣言》

4. 第二节 人类生存的环境 • 环境：是指环绕于人类周围的各种自然因素的总和。 • 1、大气圈：由于地心引力而随地球旋转的大气层。厚度大约10000Km，总质量约为6000万亿吨。 • 大气圈结构：（1）对流层：平均厚度为12Km。其特点是：A、气温随高度增加而降低；B、气体密度大， 整个大气质量的3／4和几乎所有的水汽都在这一层；C、气体强烈上下对流（有利于扩散污染气体），若出现下冷上热，污染物难以扩散，极易造成污染。该层是天气现象，污染物活动区。 • （2）平流层：位于对流层以上，气温随高度增加而上升，并且经常保持稳定，厚度12－52Km。原因是在25Km左右处存在厚度约为20Km，浓度为0.2ppm的臭氧层，能强烈吸收200－300nm的紫外线。 • （3）中层：52－86Km（顶层温度约为180K）（4）热层（电离层）：86－800Km （温度高达1250－1750K） （5）外层（逸散层）：800Km以上，大气极稀。

5. 2、水圈：指连续包围地球表面的水层。既有液态水，也包括固态水和气态水，海洋、湖泊、河流、冰川、和雪山中的水、地下水、大气水等。2、水圈：指连续包围地球表面的水层。既有液态水，也包括固态水和气态水，海洋、湖泊、河流、冰川、和雪山中的水、地下水、大气水等。 • 全球13.86亿Km3，占地壳总重量50％，地球表面积71％，人均4＊1010Kg。其中海洋13.38亿Km3 96.5％，大气1.29万Km3 0.001％，陆地0.48亿Km3 3.5％，陆地淡水0.35亿Km3 （70％冰川等，30％地下深层水，仅0.007％河流、湖泊水可利用）。 • 3、岩石圈：地球内部分为地壳、地幔和地核三个同心圈层，其中地壳及地幔顶部是由坚硬的岩石所组成的，又称岩石圈（厚度约70－150 Km）。 • 4、生物圈：指地球表生物有机体及其生存环境的总称。目前已知的植物约30余万种，动物约100余万种，微生物则不计其数。生物圈是地球特有的圈层，对地表物质的循环，能量转换和积聚具有特殊的作用。

6. 第三节 环境与生态平衡 • 1、生态系统及其组成 • （1）生态系统：生物郡落和其生存环境之间以及生物郡落内部不同种郡之间不停地进行物质和能量交换，构成了多种多样的生态系统。 • （2）生态系统组成 ： 生物环境（生物成分）包括A、生产者：绿色植物、光合细菌等其它自养生物；B、消费者：初级消费者（草食动物）、次级消费者（肉食动物）、三级消费者（大型肉食动物）；C、分解者：微生物、小型动物。自然环境（非生物成分）包括温度、阳光；土壤；水、二氧化碳、氧气；有机物等。 • （3）生态系统中能量流动的渠道是食物链和食物网。 • （4）破坏生态平衡的因素有：自然因素也有人为因素。自然因素主要是指火山爆发、地震、台风、旱涝灾等自然灾害；人为因素是指人类生产和生活活动引起的对生态平衡的破坏。主要可分为物理的（噪声、振动、辐射）、生物的（微生物、寄生虫）和化学的（有毒无机、有机物）三个方面。

7. 第四节 环境污染 • 人为因素使环境质量不断恶化，从而干扰了人类的正常生活，对人体健康产生直接或间接，甚至是潜在的不利影响，这就称为环境污染。 • 一 人类活动对环境的影响 • 1、对大气的影响， • （1）大气的组成 • 恒定组成：N2 78.09%; O2 20.95%; Ar 0.93% 可变组成：CO2; H2O(空间、位置、季节、气候) 不定组成：粉尘、SOx;NOx ;CxHy;H2S;CO • （2）重大的大气污染事件 • 伦敦烟雾事件： 1952年12月5日－9日伦敦烟雾弥漫笼罩全城，伦敦许多市民因呼吸这种污浊空气而中毒，病患者咳嗽、喉痛、呕吐，一时伦敦医院住满了中毒病患者，死亡4703人；后来在1956、1957、1962年又发生了同类事件，死亡2千余人。主要原因：煤燃烧产生烟尘和二氧化硫的协同作用，其中烟尘起主导作用。

8. 洛杉矶光化学烟雾事件 • 洛杉矶每年8月－12月由烟雾笼罩全城，主要症状是红眼、喉部疼痛伴头昏头痛，首次发生在1940年，1944年年4000人死亡，1955年400人死亡，1970年光雾日子达128天，75％市民患红眼病。主要原因是石油废气（汽车排气引起）产生的洛杉矶烟雾(O3NOxSO2CO醛类）。 • 四日市哮喘事件：1961年日本四日市由烟雾引起哮喘病增多（支气管25％，支气管哮喘30％，哮喘支气管炎10％，肺气肿5％），患者超过500人，死亡10人；1964年连续三天开始死亡，1967年患者自杀数人，1972年患817人，死亡10多人。主要原因是重油烟雾和二氧化硫。 • 多诺拉事件：1948年，美国宾夕尼亚洲多诺拉市，大雾28天，看不见人和物，发病5911人占43％，其中轻度15％、中度17％、重度11％（呕吐、腹泻、胸闷），死亡20人，主要原因是冶炼厂烟尘和二氧化硫。

9. 历史上一些较大的大气污染事件

10. 海湾战争与环境灾难 • 1990年8月2日伊拉克入侵科威特，美国为首的多国部队出动70万人，1991年1月17日大规模空袭，2月24日发动地面进攻，2月28日结束战争。 • 美国投入8.8万吨炸药，双方死亡10万人以上，军费开支1000亿美元，经济损失3600亿元。 • 环境问题：（1）输油管终端被破坏，波斯湾海洋污染，（100多万吨）黑色油带以24000千米／天向南流；因水域浅，更新慢，恢复要100年。 • （2）科威特950口油井着火，最多一次烧掉1亿多美元的80万吨的原油，每小时放出1900吨的二氧化硫。1991年11月6日全部扑灭，残留油垢达1000多万吨。 • （3）伊拉克军备、弹药库、生化及核设备被空袭，仅美国耗燃料共25.7万吨，据统计产生CO2110.5万吨，NO22.6万吨，CO6万吨，CH47.5万吨.

11. 2、对土地的影响 • 土地退化：1945－1990年，人为造成土壤退化面积达19 .6公顷，占全球有植被土地面积的17％，相当于中国、印度两国土地面积总和。每年有600万公顷土地变成荒漠；2000万公顷土地严重侵蚀，不能耕种、放牧；每年损失表土230－260亿吨。 • 原因：a、过度放牧和过度耕种（非洲南部9国牛的头数超过草场承载力的50－100％） ；b、土壤盐碱化（过度灌溉，每浇水1万米3，相当于加盐碱2－5吨，长期结累）c、森林砍伐（植被减少，养分损失）。 • 3、对水资源的影响 • （1）人口增强了对用水的压力：1900年人均取水量242m3，1970年年人均取水量700m3；全球取水量每年递增4－8％，1995年淡水取水量3240Km3；据调查全世界有100多个国家缺水，1997年专家指出，目前全球每年有1200万人死于缺水，有13亿人缺少安全可靠的饮用水，在未来25年中将有30亿人面临严重缺水局面。我国位于40个缺水大国的前列，特别是华北平原，缺水6％，北京每天缺水55万m3。

12. （2）毁林与土壤退化减少了稳定的径流量，保水能力下降。（2）毁林与土壤退化减少了稳定的径流量，保水能力下降。 • （3）温室效应影响水资源的分配，加剧地区季节性缺水。 • （4）水的污染降低了水资源的质量，加剧了水资源的短缺。估计全球可供利用的水中将有1／4的水因被污染而不能安全利用。 • 重大的水污染事件： • 1956年日本水俣湾的有机汞中毒，受害居万余人； • 1955年日本富山县矿山引起的镉污染的骨痛病事件； • 1968年日本生产米糠油时，含有多氯联苯引起的中毒事件。

13. 4、人为因素对生态平衡的影响 • （1）植被破坏引起生态平衡的失调。森林是大自然的“总调度室”， 地球陆地表面森林情况： 最初 1862年 1962年 1972年 76亿公顷（覆盖率60％）55亿 38亿 28亿（覆盖率20.7％）(每年减少2000万公顷） • 南美洲面积35％是热带森林，年减少40000 Km3是世界气侯的平衡因素； • 森林破坏（水土流失，水源枯竭，草原荒芜，河流干涸，土地沙漠化、盐碱化），人为捕杀（商业和食用）的结果导致野生动物濒临灭绝。（20世纪，哺乳动物总数3800种，消失数110种；鸟类9000种，消失数180种；非洲大象：1979年130万头，1989年62.5万头；南大洋蓝鲸剩5％；濒临灭绝动物超过1000种）

14. 2、引进物种引起生态问题 • （1）1930年美国为防止水土流失从日本引进葛藤；由于没有严冬阻止葛藤生长，枝叶生长繁茂，很快排挤其它植物，现在美国人视葛藤为恶魔，提出宣战。 • （2）美国引进金鱼鱼种，排挤鳟鱼。 • （3）中美洲牙买加盛产甘蔗，受老鼠危害，引进肉食性哺乳动物 消灭了大部分动物。（老鼠初期被消灭，后期适应树栖生活，反而大量繁殖。 • 3、建造大型工程引起生态问题 • 原苏联援建埃及的阿斯旺大坝（利大于弊，得多于失） • （1）高坝人工湖引起几次轻微地震，这是过去没有先例的；（2）尼罗河流域的无价之宝－－每年冲积的几亿吨淤泥，现在淤积在纳寒尔湖；（3）埃及沙丁鱼每年捕捞减少18000吨；（4）水库淹没有80000人被迫迁徒。 • 原苏联北水南调工程：可能影响全球气候。

15. 4、现代工农业生产带来的环境污染 • 有毒物质进入生态系统的物质循环，有的在食物链中转移和富集，产生十分严重的生态后果。污染物对生态的破坏影响妥为近期效应和远期效应（遗传） • 当大气中DDT浓度0.000003ppm，进入水体被游浮生物吸收达0.04ppm，小鱼吞食游浮生物后达0.5ppm，大鱼吃小鱼后2.0ppm，达水鸟吃鱼后达2.5ppm。

16. 第五节 大气污染及防治 • 1、主要大气污染物的来源、危害 • （1）颗粒物质：颗粒物是大气中的固体或液体颗粒状物质，又称为尘和雾。A、粉尘：主要来自工厂生产（开矿、选矿、金属冶炼），人类生活中煤和石油燃烧时产生的各种粉尘。粉尘按粒径大小，分为降尘和飘尘。 • 降尘：指粒径＞10um，在重力作用下能在较短时间内沉降下来的固体颗粒物； • 飘尘：指粒径＜10um，长期飘浮在空气中的固体颗粒物，且飘浮范围很广，在大气中会不断积蓄使污染程度加重；主要成分：碳粒、飞灰、CaCO3,ZnO,PbO2,各种重金属尘粒。飘尘具吸湿性；其表面具有很强的吸附性；有的飘尘本身具催化作用；因此危害性很大。 • 我国年排放烟尘1300万吨，国家标准0.15mg/m3。 • B、湿雾：指液态颗粒物，有酸雾、油雾、农药、有害蒸汽等。其粒径＜ 10um，如对光线有散射作用的气溶胶。

17. （2）硫氧化物（SO2、少量SO3） • 来源：主要来自发电厂和供热厂中含硫化石燃料的燃烧，其次是冶炼厂、硫酸厂的排放气，有机物的分解和燃烧，海洋及火山活动等。 • 全球排放总量平均每年递增5％，1980年达2亿吨，国家标准0.15mg/m3。 • 危害：A、通过催化氧化和光化学氧化较易氧化成，极易与水蒸气生成硫酸雾和硫酸酸雨；B、窒息性臭味气体，破坏酶的活力，损害人的肝脏；C、对人的呼吸道有强烈的刺激性，产生炎症，增加吸入空气的阻力；D、可以加强致癌物苯并芘的致癌作用；E、对植物的影响：低浓度时抑制叶绿素的生长，高浓度时可造成急性叶损失，降低产量。F、使金属饰物或制品变暗。 • （3）氮的氧化物 • 来源：主要来自高温燃烧过程中，由空气中的氮气和氧气反应生成，也有来自生产和使用硝酸工厂的排放气，还有氮肥厂、有机中间体厂，金属冶炼厂的生产过程。

18. 每年向大气排放已超过5000万吨。国家标准0.15mg/m3。每年向大气排放已超过5000万吨。国家标准0.15mg/m3。 • 危害：A、NO会刺激呼吸系统，还能与血红素结合成亚硝基血红素而使人中毒；B、 NO2会严重刺激呼吸系统，侵入呼吸道深部的细支气管及肺胞时，对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，引起支气管炎，肺炎、肺气肿等疾病；50－100ppm（＜1小时）：肺炎；100－200ppm：支气管炎；500ppm（2－10天）：死亡。 C、 NO2会毁坏棉花、尼龙等织物，使柑桔落叶和发生萎黄病；D、在形成光化学烟雾的过程中起关键作用；E、形成酸雨。 • （4）碳的氧化物 • 来源：CO主要来自燃料不完全燃烧；低层大气中相当丰富的CH4可被氢氧自由基作用生成甲基自由基，继而转变成CO，海洋是CO的重要天然来源。（0.6亿吨／年） • 全球人为产生CO每年约有4亿吨（汽车占一半），国家标准1.00mg/m3。 • 危害：CO结合血红蛋白，造成机体缺氧窒息，危害健康，CO2是一种温室气体。

19. （5）烃类（HC） • 来源：炼油厂排放气、汽车油箱的蒸发、工业生产及固定燃烧污染源等，最重要的来源是汽车尾气。烃类的生物来源不容忽视（甲烷，萜烯类化合物）。 • 危害：直接影响：氯乙烯、2、4－苯并芘等致癌、致畸。 间接影响：与O、NO、O3等发生反应，生成光化学烟雾中的某些杉有豁的成分。 • （6）其它 • 氧化剂：过氧化物，过氧硝酸脂， O3 。 O3伤害人的气管及肺部，对心脏及脑组织也有影响。 • 卤素及其化合物：一些卤代烃常用作溶剂、喷雾剂、致冷剂等。大气中含卤素的化合物有氯氟烃类、Cl2、HCl、SiF4等，在地表它们导致形成酸雨、腐蚀建筑物和雕塑、损害人体健康、破坏植物生长等；其中氟里昂是破坏高空臭氧层的主要物质。

20. 2、几个重要的综合性大气污染 • 2.1 全球气候变暖 • 1、二氧化碳与温室效应 • （1）近百年来全球气侯变化：20世纪20年代，全球气温迅速上升，形成近一百年来的第一个增暖期。30－40年代全球气温比上世纪下半叶平均高0.3-0.4℃，40年代后期，气温下降，到60年代下降了约0.3℃，进入80年代后，气温再次明显上升，升高了0.6℃。归纳近一百年来全球气温变化特点是：A、全球气温上升趋势明显，平均上升0.6℃；B、全球气温变化呈现冷暖交替的波动。 • （2）温室效应与温室气体：地球大气中等微量元素，可以让太阳短波辐射自由通过，而对地表的长波辐射有强烈的吸收，这些气体有类似花房温室的玻璃的作用，使大气的温度升高。有人估计在产生温室效应的原因中，CO2占56％，氯氟烃占24％，CH4占11％，N2O占6％。 • （3）温室气体浓度变化 • 时间 1880 1960 1971 1988 浓度cm3/m3 248 314 330 350 (年增长率0.4%)

21. 2 温室效应对人类的影响 • （1）、海平面上升，危及人类，产生“环境难民”。估计若全球增温1.5-4.5℃，海平面将上升20－165cm，从而使沿海城市和海岛大片淹没，会影响全球1／3人口的生活。近百年，全球气候增暖0.6℃，海平面大约上升10－15cm，印度洋上的岛国马尔代夫是温室效应的最早受害者，1987年，大海吞噬国土，300km2的岛国有1／3面积被海水覆盖。 • 百年来地球上冰川大部分后退：阿尔卑斯山1866年－1955年退缩1400m、格陵兰冰川退缩2000m、原苏联图鲁汉斯克永久冻土带1843－1937年下降10m、南极州冰域总面积1300万km2减少了2.848万km2 。 • 预计到2030年海平面上升20cm，世纪末65cm。测算若海平面上升1m，沿海淹没带的宽度加大100－1000倍，导致许多岛国如马尔代夫、巴哈马等消失，孟加拉国、荷兰、埃及部分淹没。

22. （2）、温度带和降水带的移动 • 全球变暖会引起北半球温度带的北移，按照全球平均增温3.5℃计算，温度带平均北移5个纬度。温度带移动会使大气气流运动发生相应的变化，全球降水也将改变。一般说来，低纬度地区降水量会增加，高纬度地区降雪量会增加，而中纬度地区夏季降水量会减少。即：寒冷之地变暖和，降水在冬季多于夏季，陆地多于海洋，高纬多于低纬。 • 其结果：大多数干旱地区、半干旱地区，降水量增多可以获得更多的水资源，这是十分有益的；但是对于低纬度热带多雨地区，面临洪涝威胁；对于亚热带地区如中国西北地区，变得更加干旱；同时飓风和台风将频繁发生。导致森森面积减少，荒漠扩展，同时草原增多，苔原减少。 • （3）、对农业的影响 • 大多数干旱地区、半干旱地区，降水量增多，有利于作物的生长，同时光合作用增加，使农业增产，美国粮食产量年增15％，120亿美元，水资源增9％，约束00－500美元，森林资源增1％，约500美元。对于生产力水平较低的国家，农业生产对气候的敏感性大，容易造成农用物减产。

23. （4）、影响动植物的分布 • A、动植物群的分布发生重大变化；B、动植物对气候适应滞后作用，导致某些物种的灭绝。若上升3 ℃，美国44％哺乳动物，23％蝴蝶将会消失。 • 3、温室效应对我国的影响 • （1）使我国农业生产的不稳定性增大。A、升温（延长生长期，提高光合作用），使农业增产；B、加重华北和西北的干旱、砂化、草原退化，增加东南沿海台风的频率和强度，病虫害增加。 • （2）海平面上升使我国沿海经济发展受到威胁。黄河、长江、珠江三大三角洲，以及平原低地，受到海平面上升的严重威胁，（若上升20－40cm，沿海城市海水倒灌，沿海一带的盐渍化加重，最大风暴潮位增加30－50cm，长江口海水入侵3－4Km，苏北－浙江淹没300Km2，北方长芦、辽宁、山东三大盐场，淮北盐场及滩涂受灭顶之灾。 • （3）使我国生物多样性产生影响。

24. 4 综合对策 • 最初由阿仑尼乌斯1896年提出，1985年奥地利菲拉赫会议后的几年里才得到加强。1992年6月联合国环境与发展大会通过了《气候变化框架公约》等法律文件。要求把保持全球气候作为人类共同遗产的一部分来保护环境。 • 控制温室气体剧增的基本对策有： • （1）调整能源战略：包括：提高现有能源利用率，减少CO2排放；改善能源结构、增加清洁能源比重（主要是指从使用含碳量高的燃料如煤，转向含碳量低的燃料如天然气，或转向不含碳的能源如太阳能、核能等。 • （2）植树造林，发展植物净化。在大气中的污染物影响范围广、浓度低情况下，植物净化是行之有效的方法。 • （3）、控制人口，提高产量，限制毁林。使人口发展与环境和经济相适应；解决粮食问题，应依靠农业技术进步，发展生态农业，走提高单产之路，摒弃毁林从耕的落后生产方式。 • （4）、加强环境意识教育，促进国际合作。

25. 地球-臭气层-太阳 2.2 臭氧层空洞1、臭氧层 • “臭氧”，名字虽然让人纳闷，但它是地球生命的保护神。每个臭氧分子中有三个氧原子(O3) ，臭氧的积聚，可在地球的上空16~ 48千米平流层内形成薄薄的一个臭氧层。臭氧层就象“地球的盔甲”，其主要作用是吸收太阳发出的紫外光，并限制大气层的温度，使地球生命和物体免遭紫外线的杀伤，其厚度在正常压力下约为8公里。 。O2+hν(<243nm) →O+O O2+O+M → O3+M’（激发） O3+hν(<300nm) →O2+O

26. 2、臭氧层空洞发现 • 但随着人类工业化水平的推进和一些有害气体的不断滋生，赖以保护地球的臭氧层也向人类亮出了“黄牌”. • 采用多种技术（地面传感器和星载传感）测定O3的浓度和垂直分布。1984年，英国科学家首先发现南极上空出现了“臭氧空洞”；1985年，美国的“雨云－7”号气象卫星测到了这个洞，直径上千公里，面积相当于美国领土，深度相当于珠穆朗玛峰高度。 而且，令人不安的是臭氧层变薄，二氧化碳逐渐增多，全世界气温升高。

27. 臭氧空洞的变化 • 以后连续几年9－11月减少，最多减少约为60％，且持续到12月。且北极也出现减少，1991年11月欧洲上空的臭氧减少了10－20％。1995年面积达2＊107km2（两个欧洲） • 2001年和2002年科学家的最新监测结果如下，其中红色和蓝色区为空洞

28. 臭氧空洞的变化 • 导致臭氧层变薄甚至产生空洞的主要化学物质是致冷剂氟里昂和灭火剂哈龙。据科学家的监测,从79年到99年20年间,臭氧空洞越来越大。

29. 3、危害 • A、对人类健康的影响。紫外线对促进在皮肤上合成维生素D，对骨组织的生成、保护均起有益作用；过量照射可以引起皮肤癌和免疫系统及眼的疾病（特别是浅色皮肤人群）；紫外线还会使皮肤过早老化。估计平流层减少1％，皮肤癌的发病率增加4％－6％，全世界大约有10万人死于皮肤癌，每年大约要增加5千人，澳大利亚共1700万人，每年有17万人患皮肤癌，其中1000人致死。 • B、对植物的影响。植物对O3显示出敏感性，特别是农作物。同时可改变某些植物的再生能力和收获产物质量

30. C、对水生系统的影响。 • 紫外线导致处于海洋生态食物链最底部的小型浮游植物的光合作用被消弱（60％），从而危及整个生态系统；还可通过消灭水中微生物而导致淡水生态系统发生变化，减弱水体的自然净化作用；还可杀死幼鱼，小虾和蟹。（ O3减少9％，约有8％的幼鱼死亡） • D、对其它方面的影响。过多的紫外线会加速塑料老化，增加光化学烟雾，引起新的环境问题。

31. 4、臭氧空洞形成的原因 • （1）影响大气臭氧层的化学物质及来源。A、大量放出的致冷剂氟里昂和灭火剂哈龙；B、大型喷气式飞机在（平流层底部）高空频繁飞行，排出大量NOx、COx、HC；C、核爆炸。核试验中有大量污染物进入平流层，核爆炸的火球能从地面直达30－40km的高空，并将大量NOx带到平流层。 • （2）机理：CFCl3 +hν(<226nm) → CFCl2.+Cl. CF2Cl2 +hν(<226nm) → CF2Cl.+Cl. O3+ Cl. → ClO .+ O2 ClO .+ O → Cl+ O2 N2O +hν(<250nm)→ NO+N N2O +hν(<250nm)→ N2+O N2O + O → 2NO NO+ O3 →NO2+ O2 • 卫星观察证实，1979年至1984年间，大气中的Nox含量已增加70％， CFCl3 、CF2Cl2年增长率5％。

32. 5、保护臭氧层的全球对策 • 1985年3月22日，20个国家的代表达成了《保护臭氧层的维也纳公约》，1990年6月签署了关于限制破坏臭氧层物质的新的《蒙特利尔协定书》，1994年停止使用哈龙，20世纪末完全停止氟里昂的生产和排放（对发展中国家有10年的宽限期).我国于89年、91年分别加入。 • （1）冻结和削减氟里昂与哈龙的生产及消耗量。氟里昂冻结在86年水平上，94年停止生产和使用哈龙。 • （2）减少氟里昂的排放量。 • （3）寻求代用品。易分解的有机物代用品及制冷新技术如磁制冷技术、气体制冷技术、热电制冷技术、吸附制冷技术、吸收制冷技术。 • （4）继续对对流层臭氧形成和耗损的机理、氟里昂等排放的影响，对人类和生态系统的危害等进行研究。

33. 5、焦点 • （1）关于臭氧层破坏机理的争论？是化学物质破坏引起，还是大气的连续运动性质的动态涨落引起； • （2）建立一个全球范围的臭氧浓度和紫外线强度的监测网络。

34. 2.3 酸雨天灾－“酸雨”发现 • 1852年，英国化学家史密斯报导了该地区的雨水呈酸性，并发现在工业化城市曼彻斯特上空的烟尘污染与雨水的酸性有一定关系，在1872年他编著的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中首先提出“酸雨”这一专有名词。

35. 正常雨水与酸雨 • 一般地说，天然降水都偏酸性，pH约在6～7。这是由于大气中的CO2溶解在雨水中而形成碳酸的缘故。降水的微弱酸性可以促进土壤里养分的溶解,便于植物吸收,因此是有益的。 • 在雨、雪、雾、雹等形式的降水过程,若pH小于5.6,则雨水称为酸雨，而从大气污染物沉降形式的角度看，酸雨又称“酸性降水”。

36. 1、酸雨的形成 • 自从工业革命开始后，随着火力电厂星罗棋布地发展，燃煤数量日益猛增。但煤含约1%的硫，在燃烧中势必排放出酸性SO2和NOx气体，它们在高空中被雨雪冲刷、溶解，雨成为了酸雨。

37. 酸雨的形成 • ⑴气相反应： • ①SO2+ O2 →2SO3 ②SO3+ H2O2 →H2SO4 • ⑵液相反应： • ①SO2+ H2O→H2SO3 ②H2SO3 + O2 → H2SO4 • 大气中的烟尘、 O3等是反应的催化剂, O3还是氧化剂。 • ①NO + O3→2NO2 ②NO2 + H2O→ HNO3 + NO ③HNO3 + M →M(NO3)n ④HNO3 + NH3 → NH4NO3

38. 2、酸雨的危害 • 2、危害。（1）破坏土壤结构A、淋洗Ca、Mg、K、Na等营养元素；B、土壤酸性增强，影响细菌、酵母菌的活性，造成落叶层和土壤有机质分解缓慢。C、土壤中的有害金属如Al、Cd、Hg等溶出水体，使水体污染。结果：沃土变不毛之地，庄稼不长，树木枯死。 • （2）对水体的影响 • 已酸化的湖泊和河流中金属离子浓度高；已酸化的湖泊会使微生物分解有机物的活性降低，造成有机物的蓄积；动物性浮游生物种类减少，贝壳类和甲壳类死亡，这样食物链破坏，鱼类减少，甚至死亡或种类灭绝。 • 据报道，瑞典8500个大中湖泊中，1800个已酸化，900个湖泊中的生态平衡已失调。挪威有2840个湖泊中有1711个鱼类基本灭绝。

39. （3）对植物的影响。 • A、当PH＜3时叶面产生斑点坏死；B、使阳离子从叶面析出，破坏了表皮组织，影响植物生长；C、降低叶片的光合作用的速率，影响了正常的成熟速率，降低产量。 • 我国重庆几场酸雨便农作物出现大面积枯死，一场PH为3.9的酸雨，使一个张乡损失稻谷40万公斤。统计我国有260万公顷农田受害，损失20亿／年。欧洲，森林每年损失300亿美元，法国740万公顷有34％枯死病。 • （4）对建筑材料的腐蚀。酸雨是超级腐蚀剂，对建筑物、文物古迹、织物及金属材料造成腐蚀。重庆比南京路灯等更换频率快1－5倍，嘉陵江大桥钢梁每年锈蚀0.16mm。

40. 酸雨腐蚀建筑材料、文物

41. 酸雨腐蚀文物像

42. （5）对人体健康的影响。 • 酸雨导致呼吸道疾病增加；酸雨溶解重金属离子，通过饮水进入人体，这是一种潜在的威胁。 • 因酸雨而死亡：法国2000－4000人／年，英国1500－5000人／年，美国1980年有5万人，占死亡总数5％。 • 3、对策。控制SO2和NO在大气中的排放量。 • 控制SO2的排放量：（1）燃料脱硫；（2）烟气脱硫。 • 控制NO的排放量：改变燃料燃烧的条件如降低燃烧温度，减少空气－燃料比、缩短烟气在炉膛中的滞留时间等。配用排烟脱NO的技术和装置。 • 对于已经酸化的河流、湖泊等，目前国内采取投加石灰或石灰石的办法来中和水体的酸度。

43. 世界酸雨情况 • 世界酸雨主要集中在北美、北欧和中国西南地区

44. 中国酸雨控制区规划图

45. 2.4 光化学烟雾 • 光化学烟雾是以汽车作动力燃料之后出现的一种新型空气污染现象。1940年首次出现在美国洛杉矶市，因此，也称洛杉矶烟雾。 • 1、光化学烟雾的特征及危害 • 特征：烟雾呈蓝色，具有强氧化性，其高峰出现在有强阳光照射的中午及稍后，傍晚消失。 • 危害：（1）对人体健康的影响。明显的危害是对人体的眼睛的刺激作用。（在美国加利福尼亚洲，曾使该州3／4的人发生红眼病，日本东京1970年，有2万人患了红眼病）光化学烟雾对鼻、咽喉、气管等呼吸器官也有明显的刺激作用，并有头痛，使呼吸道疾病恶化。1952年洛杉矶死亡400人。 • （2）对植物的危害。植物受害是判断光化学烟雾污染程度的最敏感的指标之一。光化学烟雾对植物的损害十分严重，仅1959年加利福尼亚洲农作物减产损失800万美元。 • （3）降低大气的能见度。导致交通事故增多。 • （4）其它：加速橡胶制品老化和龟裂，腐蚀建筑物等。

46. 2、光化学烟雾的形成机制 • 1、汽车－－空气污染的一种特殊情形 • 汽车废气污染物由三个主要渠道进入大气：A、排出废气；B、曲轴箱漏气（气体从活塞环周围逸出）；C、油箱和汽化器的蒸发。 • 主要污染物：碳氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化物、铅化合物、苯并芘等。其中的NO、NO2和烯烃、芳烃对光化学烟雾起主要作用。 • 若平均每辆车每天燃烧5kg汽油，则生成2.1kgCO，0.62kgCxHy，0.11kgNOx。那么一个拥有10万辆汽车的城市，每天空气中增加210吨CO、62吨CxHy，11吨NOx。美国洛杉矶近2 万吨，占该市空气污染物的70％。 • 汽车废气的复杂性和毒性主要决定于汽油的组成，内燃机的结构和燃烧过程，以及尾气的后处理。汽油其辛烷值越高越好，汽油中含有许多燃料添加剂如四乙基铅（抗爆剂）、1，2－二溴乙烷、1，2－二氯乙烷和三甲苯酚磷酸酯等，内燃机反应时间短，导致不完全燃烧。

47. 2、光化学烟雾形成的简化机理 • NO、HC的氧化，NO2的分解，O3和PAN等的生成是光化学形成过程的基本化学特征，其反机理可表述如下：光化学烟雾是由链式反应形成的。它以NO2光分解生成原子氧的反应为引发，原子氧的产生导致了O3的形成。由于烃类参与链式反应产生多种自由基，造成了NO向NO2的迅速转化。在此转化中HO.和HO2.自由基起了主要作用，以致不消耗臭氧就能使大气中NO转化为NO2 。 NO2又继续光解产生O并导致O3的生成，从而使O3浓度不断升高。同时产生的醛类和新的自由基又继续和烃类反应，生成PAN（过氧乙酰硝酸酯）和更多的自由基。如此继续不断，循环往复地进行链式反应，直至烃类耗成，NO全部氧化为NO2 。 • NO2 + hν(392nm) →NO+O O2 + O+ M → O3 +M. NO+ O3 → NO2 + O2 CxHy+ O →R+RCO. CxHy+ O3 →RO.+RCO. +RCHO R.+ O2 →ROO. RCO. + O2 →ROOO. ROO. + NO → NO2 + RO. ROOO. + NO2 →ROOONO2(PAN)

48. 3、光化学烟雾的控制对策 • （1）控制污染源。如何控制NOX、HC、O3使之符合大气质量标准要求。除控制工业污染源外，主要是改善汽车发动机的结构与工作状态和安装尾气催化转化器。另外在汽油中加入10－20％的甲醇，或加入10－15％的酒精，形成甲醇汽油或酒精汽油，可减少有害气体的排放。 • （2）采用无污染运输。利用清洁能源进行无污染运输。如用氢作为发动机燃料，利用氢氧燃料电池供电来驱动运输工具，利用电磁感应的方法推动火车等。 • （3）使用化学抑制剂。目的是消除自由基，以抑制链式反应的进行，从而控制光化学烟雾的形成。如二乙基羟氨、苯胺、二苯胺、酚等对HO有不同程度的抑制作用。

49. 第六节 水体污染及防治 • 地球表面上水的覆盖面积约占3／4，水是宝贵的自然资源，是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质。水是人体中含量最多的物质，约占体重的2／3，每人每天约需5L水，加上卫生方面上的需要，共需40－50L，没有水就没有生命。 • 地球上的地面和地下淡水总和占总水量的0.63 ％，人类年用水量已近4万亿米3，人类发展受淡水资源的制约日益严重，全球有60％的陆地面积淡水供应不足，近100多个国家、20亿人饮用水短缺，1977年联合国《水会议》已发出警告：“水不久将成为一个深刻的社会危机，继石油危机后的下一个危机便是水。” • 我国的水资源特点：（1）水资源总量丰富，人均数量小，总量26380亿米3，列世界第六，人均2600亿米3，约为世界人均的1／4，列世界88位；（2）水资源空间分布不平衡，东部西南部土地64％，水量＞95％，长江及以南土地占33％，水量80％；（3）水资源在时间上分配不均匀。70％左右雨水集中在夏、秋季。

50. 生命与水 • 水是生命之源，同时也是万病之因。 • 人体内70～80％为水，如： • 血液中的水：83％ 肌肉中的水：76％ • 肺与心脏中的水:80％ 大脑中的水：75％ • 骨头中的水 22％