化学化工学院 仇毅翔 yxqiu@sjtu.edu.cn 化学A楼317，13764337094 通识教育核心课程 化学视角下的公共危机事件 及危机管理 (2) 环境与生态 化学化工学院 仇毅翔 yxqiu@sjtu.edu.cn 化学A楼317，13764337094

环境污染 按环境要素区分 —— 大气污染、土壤污染、水体污染。 按照污染来源区分 —— 物理因素：噪声、放射线等 化学因素：化学制剂 生物因素：细菌，病毒等

化学污染物的类别 无机物：氰化物、一氧化碳、氮氧化物、ClO2、无机磷化物、无机硫化物； 有机化合物：芳烃、多环芳烃、酮、醛、有机酸、酚等； 金属有机化合物：四乙基铅、羰基镍、二苯铬、三丁基锡等；

化学污染物的类别 有机氮化合物：胺、腈、硝基甲烷、硝基苯、… 有机卤化物：四氯化碳、氯代苯、氯代苯酚、… 有机硫化合物：烷基硫化物、硫醇、巯基甲烷、… 有机磷化合物：磷酸酯、有机磷农药、… 双对氯苯基三氯乙烷

污染物的迁移 污染物的迁移：污染物在环境中所发生的空间位移及其引起的富集、分散和消失的过程。 机械性迁移：大气、水、重力等的输运 物理-化学迁移：污染物以简单离子或可溶性分子的形式发生溶解-沉淀、吸附-解吸附、降解等作用。 生物迁移：污染物通过生物体的吸附、吸收、代谢、死亡等过程而发生的迁移。

污染物发生物理-化学迁移的实例 当含有Hg2+的河水流入海洋时，水中Cl-浓度逐渐增高，河口水体中的Hg2+逐次形成Hg(OH)2→ Hg(OH)Cl → HgCl2 → HgCl3- → HgCl42-。 其中的Hg(OH)Cl与水体中的悬浮态黏土矿物和氧化物吸附力最强，而HgCl2的吸附力最差。故Hg(OH)Cl部分的汞大量转移到悬浮态固相或沉积物中，而部分的汞仍留在水体中。

污染物的转化 污染物的转化：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。 物理过程: 蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射元素蜕变等。 化学过程 大气：光化学氧化、催化反应； 水体：氧化-还原反应、配位水解反应； 土壤：农药水解、金属离子发生价态改变。 生物过程：污染物通过酶系统的催化作用所发生的变化。

受污染环境的修复 借助外界的作用力,使环境的某个受损的特定对象的部分或全部恢复成为原来初始的状态. 修复技术包括物理方法、化学方法和生物方法等三类。 以“水体修复”为例：引水稀释、底泥疏浚、加生石灰治理酸化、加CuSO4抑制藻类大量繁殖、加螯合剂去除重金属离子、加铁盐去除磷化物、加投微生物、加投微生物营养物、…

大气污染案例：伦敦烟雾事件 1952年12月5日开始，逆温层笼罩伦敦，城市处于高气压中心位置，垂直和水平的空气流动均停止，连续数日空气寂静无风。 当时伦敦正在举办一场牛展览会，参展的牛首先对烟雾产生了反应，不久伦敦市民也对毒雾产生了反应。许多人感到呼吸困难、眼睛刺痛，发生哮喘、咳嗽等呼吸道症状的病人明显增多，进而死亡率陡增。

大气污染案例：伦敦烟雾事件 12月9日之后，由于天气变化，毒雾逐渐消散。 此后的1956年、1957年和1962年又连续发生了多达十二次严重的烟雾事件。直到1965年后，有毒烟雾才从伦敦销声匿迹。 当时伦敦冬季多使用燃煤采暖，市区内还分布有许多以煤为主要能源的火力发电站。由于逆温层的作用，煤炭燃烧产生的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、粉尘等气体与污染物在城市上空蓄积，引发了连续数日的大雾天气。

大气污染案例：洛杉矶光化学烟雾 从1943年开始，洛杉矶每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。 这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。 这种烟雾一般发生在湿度低、气温在24－32℃度的夏季晴天的中午或午后。 1943年以后，烟雾更加肆虐！

大气污染案例：洛杉矶光化学烟雾 这种烟雾是由于汽车尾气和工业废气排放造成的。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。

两种污染事件有何不同？ 环境状况？ —— 季节、温度、湿度、日光、一天中的出现时间 污染物种类？ 致害机理？

伦敦型烟雾和洛杉矶烟雾的比较 伦敦型 洛杉矶型 项目 污染物 颗粒物、SO2、硫酸雾等 碳氢化合物、NOx、O3、PAN、醛类 燃料 煤 汽油、煤气、石油 季节 冬 夏秋 气温 低(4℃以下) 高(24 ℃以上) 湿度 高 低 日光 弱 强 臭氧浓度 低 高 出现时间 白天、夜间连续 白天 毒性 对呼吸道有刺激作用，严重时导致死亡 对眼和呼吸道有强刺激作用，有强氧化破坏作用，严重时可导致死亡

大气结构 热　层 中间层 平流层 对流层

大气组分的更新 产生 消耗 大气 等转化为 化学反应 生物活动 水的活动 放射性衰变 工业活动 输入速度 组分的停留时间 在大气中的储量 输出速度 等转化为 其它物质 产生 消耗 大气

大气污染物 含硫化合物 氮的氧化物 碳的氧化物 碳氢化合物 含卤素化合物

大气污染类型 按污染物的性质分 还原型(煤炭型)、氧化型(汽车尾气型) 按燃料性质和大气污染物的组成划分 煤炭型：产生粉尘、二氧化硫、烟气等 石油型：产生氮氧化物、烯烃等碳氢化合物 混合型：有煤和石油的 特殊型：…

影响大气污染物迁移的因素 风、湍流、浓度梯度 海-陆、城-郊、山-谷

大气污染物的转化——光化学反应

对于化学反应的认识 化学键 破坏化学键的方式： 热反应、 过渡态、活化能、 催化剂

对于光化学反应的认识 电子分布状态及其对应的能量 光化学反应脉络 —— 光的能量、物质对光的吸收(光物理过程)、吸收选择性、光化学过程

自由基与自由基反应 自由基、自由基反应

对于光化学反应的认识 光化学反应的实例：氧气-臭氧循环 你对臭氧了解多少？ 臭氧的来源、 臭氧的损耗、 意外的发生: 光反应 ＋ 自由基反应

光化学烟雾形成机制的定性描述 清晨大量的碳氢化合物和NO由汽车尾气及其他源排入大气； 由于晚间NO氧化的结果，已有少量NO2存在。当日出时，NO2光解离提供原子态氧； 受原子态氧的作用，一系列次级反应发生，·OH基开始氧化碳氢化合物，并生成一批自由基； 自由基有效地将NO转化为NO2，使 NO2浓度上升，碳氢化合物及NO浓度下降；… …

光化学反应的产物 O3 PAN(过氧乙酰硝酸酯) —— 光化学烟雾中刺激眼的主要有害物 高活性自由基(HO2•、RO2•、RCO•) 醛、酮、有机酸

光化学反应的产物 O3 PAN(过氧乙酰硝酸酯) —— 光化学烟雾中刺激眼的主要有害物 高活性自由基(HO2•、RO2•、RCO•) 醛、酮、有机酸

光化学反应的产物 O3 PAN(过氧乙酰硝酸酯) —— 光化学烟雾中刺激眼的主要有害物 高活性自由基(HO2•、RO2•、RCO•) 醛、酮、有机酸 如何控制“光化学烟雾”？

有关伦敦型烟雾的说明 核心过程：SO2 → SO3/… 谁干的？ —— 光、 自由基 金属颗粒(催化剂) 如何控制“伦敦烟雾”？

大气颗粒物来源识别 根据测量源和大气环境样品的物理、化学性质，定性识别对大气污染有贡献的污染源，并定量地计算各污染源的分担率。 两种简单的方法： 显微法：外部形态识别 化学元素平衡法：燃油(溴)、钢铁(锰)、水泥(钙)、…

水体的环境问题 天然水体中有什么？ 离子、气体、水生生物 水中污染物的分类： 耗氧污染物(一些能够较快被微生物降解的有机物)、致病污染物(病原微生物和细菌)、合成有机物、植物营养物、无机物和矿物质、由土壤岩石冲刷出来的沉积物、放射性物质、热污染。

需要讨论的问题 水体富营养化 —— 太湖水污染、… 金属污染物 —— 水俣病、… 难降解有机物 —— 有机氯杀虫剂、…

富营养化的含义 “由于人类活动，水体中营养物质增加，引起浮游生物过量生长和整个水体生态平衡的改变，因而造成危害的一种污染现象”。 淡水——水华 咸水/海洋——赤潮 相关的指标：N、P元素含量，需氧量，

水体富营养化的危害 透明度降低，阳光难以穿透水层，影响水中植物光合作用，同时浮游生物大量繁殖，消耗水中大量的氧，使水中溶解氧严重不足，造成鱼类大量死亡。 富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用，会中毒致病等。 导致水生生态系统紊乱，水生生物种类减少，多样性受到破坏。

营养物质的来源 点源：特定单位的排放 面源： 内源：水体中沉积物的再释放 一个具体的例子：从“硬水软化”到“水体富营养化”

水体富营养化的治理 除藻：化学药物，杀灭！ 除磷：加入沉淀剂除磷，改变氮磷比例，防治水华发生 更好的方法 ：污染物往往是放错地方的资源。