第五章_化学与环境

第五章化学与环境§5-1环境污染与人类的关系§5-2大气污染与防治§5-3水污染与防治§5-4土壤污染与防治§5-5新型环保问题§5-6可持续发展的化学§5-1环境污染与人类的关系5.1.1环境污染与社会公害5.1.2环境污染与人体健康5.1.3环境污染与化学工业环境环境问题是当今世界所面临的重大问题之一，环境污染和生态破坏不仅给社会经济发展与人民正常生活带来损失，更严重危害人类健康、贻害子孙后代。无论是保护环境，还是发展经济，其最终目的都是为了使人们过上健康快乐的生活，维护人与社会、人与自然的和谐。因此联合国把人口、资源、粮食、环境与发展并列为当今国际社会的五大问题。环境由自然环境和社会环境两部分组成。自然环境；是指环绕人类周围的自然界，是人类和其他生命体赖以生存和发展的物质基础。具体包括地质（矿藏、温泉、自然遗迹等）、大气、水体、土壤和生物（森林、草原、野生动植物等）等环境。社会环境又称人工环境；具体包括工农业生产、交通（机场、港口、公路铁路）、居住（村落、城市）、商业、文教（学校、医院、疗养区）、旅游（文物古迹、风景名胜）等区域的建设。环境问题概述为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的的发展，逐步创造和建立起来的人工环境，其质量是人类物质文明和精神文明建设的标志之一。那么什么是环境问题呢？环境问题本质上是人与自然的关系问题。由于人类的活动或自然原因，环境条件发生了变化，引起了环境的破坏和污染，以致影响人类的生产和生活，给人类带来了灾害，这就是环境问题。环境污染，就是指由于人类或自然（风暴、火山喷发）的因素，向自然界排入了一些有害物质，使自然界的组成和性质发生了变化，给人类的生存和发展带来不利的因素和危害。环境污染不同的分类标准有不同的划分，1.按照环境要素分，有大气、水体和土壤污染等；2.按污染物的性质分，有生物、物理和化学污染等；3.按污染物的形态分，有废气、废水、固体废弃物、光和辐射污染等；4.按污染产生的原因有生活、工业、农业和交通污染源等；5.按影响的范围分则有全球性、区域性和局部性污染等。在自然界里不论大气、水、岩石、土壤、生物都是由化学物质组成的，且经久不息地进行着千变万化的各种化学反应，在整个历史进程中，人与环境相互依存，相互作用。5.1.1环境污染与社会公害环境污染的公害首先出现的是大气污染，随后是水污染最后是土壤污染，随着高科技的发展，近年来出现的还有核污染。20世纪40年代以来，世界上发生的八大著名公害事件。公害事件公害污染物公害发生时间地点致害原因及中毒症状公害成因马斯河谷烟雾事件二氧化硫烟尘1930年12月比利时马斯河谷由SO2氧化为SO3，然后进入肺部深处引咳嗽、呼吸短促、流泪、喉痛、恶心、呕吐、胸中窒闷（1）山谷中化工工厂多，工业污染物积聚；（2）遇雾日和逆温天气多诺拉烟雾事件1948年10月在美国多诺拉SO2同烟尘作用生成硫酸及盐，吸入肺部（1）工厂多；（2）遇雾日和逆温天气伦敦烟雾事件1952年12月在英国伦敦SO2同烟尘作用生成硫酸及盐，吸入肺部，引起胸闷、咳嗽、喉痛、呕吐（1）燃烧硫含量高的烟煤，排气粉尘含量高（2）遇雾天洛山矶光化学烟雾事件光化学烟雾1943年5月到12月在美国洛杉矶石油工业和汽车废气在紫外线作用下生成光化学烟雾，刺激眼、喉、鼻，引起眼病、喉头炎大量汽车尾气产生的氮氧化物、碳氢化物进入大气水俣事件甲基汞1953年在日本九洲口齿不清，面部痴呆，耳聋眼瞎，最后神经失常，甲基汞被鱼吃后，人吃含甲基汞的鱼所致氮肥生产中，采用汞化物作催化剂，含甲基汞废水、废渣排入水体。富山事件（骨痛病）镉1972年3月发生在日本富山等地关节、神经和全身骨痛，骨骼萎缩。吃含镉的米，喝含镉毒的水炼锌厂未经处理净化的含镉废水排入河中四日事件（哮喘病）SO2、煤尘、重金属粉尘1955年左右在日本四日内重金属微粒及SO2进入肺部。支气管炎，支气管哮喘，肺气肿含有钴、锰、钛等重金属粉尘和SO2米糠油多氯联苯1968年在日本九洲爱知县等23个府县食用含多氯联苯的米糠油，使全身起红疙瘩，呕吐恶心，肌肉痛在生产中，多氯联苯进入米糠油联合国规定，6月5日为世界环境日，以此激发全人类的环境保护意识。5.1.2环境污染与人体健康环境污染对人体健康的危害，取决于污染物的理化性质、进入人体的剂量、作用时间、个体敏感性等因素。大气污染物中的SO2、NOx、Cl2等有毒气体对人体的呼吸道有强烈的刺激作用，造成急性缺氧危害，严重者引起心脏恶化而死亡等；重金属在人的机体内持续作用而引起慢性危害，慢性毒作用对人体的危害比急性毒作用的危害更加深远和严重，如有甲基汞引起的水俣yu病和镉引起的骨痛病；有机污染物对人类产生远期危害，在母体内影响胚胎器官分化、发育，引起生物体细胞遗传物质的遗传信息突变，以及诱发肿瘤致癌等。人类从胚胎到死亡，始终处于化学污染等有害物质的危害之中。因此，保护环境是我们每个公民应尽的义务。5.1.3环境污染与化学工业化工产品的生产过程中排放出许多三废（废渣、废水、废气），威胁人们的健康，危害性最大。如硫酸厂、硝酸厂、染料厂、石化厂、化纤厂、氯碱厂、发电厂、氮肥厂等各类化工厂。搞清洁生产，采用无公害工艺，同时废物减量、变废为宝，这是解决环境污染问题的重点，也是化工生产的发展方向。§5-2大气污染与防治5.2.1大气中化学污染物及危害5.2.2综合性的大气污染5.2.3大气污染的防治5.2.1大气中化学污染物及危害1、硫氧化物（SO2和SO3）的污染及危害来源：硫化物矿石的焙烧、煤燃烧和金属的冶炼中。危害：SO2具有刺激性气味，对眼、鼻、咽喉、肺等器官有强刺激性作用。能引起黏膜炎、嗅觉和味觉障碍、倦怠无力等疾患。空气中SOx的安全浓度约为(百万分之五)。5ppm即5cm3/m32、氮氧化物（NO和NO2）的污染及危害来源：矿物的燃烧，生产或使用硝酸的工厂排放的尾气，氮肥厂、有机中间体厂等。危害：NOx高浓度会引起头晕、头疼、咳嗽、心悸等；低浓度长时间能诱发儿童支气管炎疾病。植物、棉织物、尼龙、金属材料都会受到腐蚀。对人体的安全浓度也约为5ppm。3、碳氧化物（CO和CO2）的污染及危害来源：CO2是大气中的正常成分，是温室效应产生的原因。CO是在燃料不完全燃烧时产生的。危害：对人体的危害是因为它与血红蛋白亲和力约为氧的230-270倍，最终导致组织低氧，甚至心肌坏死。4.其他污染物及危害有机污染物：来自石油烃类和人工合成的卤代烃类制品。如：大气中的多环芳香烃是引起癌症的主要物质；多氯联苯，通过呼吸道或通过食物链进入人体，蓄积在人体各种组织，造成病变，严重者可以死亡。重金属元素：如来自汽车尾气排放的铅尘，铅中毒表现为肠胃效应，出现厌食、消化不良和便秘，还会影响小孩的脑部发育。汞蒸气有高度的扩散性和较大的脂溶性，侵入呼吸道后，可被肺泡完全吸收并经血液送至全身，造成严重病变。5.2.2综合性的大气污染二十一世纪影响到全球人类生存的环境危机问题是：酸雨、臭氧层的破坏和温室效应。另外，共存于大气中的各种物质会发生相互作用，有的可能相互抵消，有的则可能使危害加剧。一、酸雨酸雨被定义为pH小于5.6的降水，包括雾、雨、雪。1、产生：分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸、硝酸和氯气、HCl造成的，它们占总酸度的90%以上，其余为H2S等一些弱酸。矿石燃料的使用大大增加了SOx的排放量；机动车交通造成的NOx排放，在工业化国家占其总NOx排放量的30-50%。2、危害：酸雨对河湖生态系统造成严重危害。酸雨造成湖泊酸化，引起鱼类、水生生物大量死亡，对河湖生态系统造成严重危害；酸雨还会毁灭森林，损害农作物；对金属、涂料、纤维、皮革、石雕、岩石壁画、古建筑、建筑材料等，都有不同程度的加快腐蚀和破坏的作用。酸雨还会祸及人体健康，引发气喘、心脏病等。3、防治根本措施是要减少SOx和NOx的排放。还积极采取治理措施，如在已酸化的土壤和湖泊中加入熟石灰，中和其中的酸性物质，在短期内可取得较好的效果。二、臭氧层破坏和臭氧空洞1、臭氧的性质和臭氧层的作用臭氧是大气中的微量气体之一，主要浓集在平流层中20-25km的高空。它可吸收掉一部分由太阳光产生的紫外线辐射，（波长：240-320nm，可穿透动植物的表皮细胞，使其细胞变异或变性），臭氧层为地球提供了一个防止紫外辐射屏障。2、臭氧遭破坏的原因：人类活动产生的一些痕量气体如NOx和氯氟烃CFCl3（氟利昂-11）、CF2Cl2（氟利昂-12）等进入平流层，与O3发生反应，导致大气中O3的减少。CF2Cl2CF2Cl+ClCFCl3CFCl2+Cl产生的Cl与O3反应，使O3消失超过了O3的生成，而使O3层破坏。O3+ClClO+O2ClO+OCl+O2反应的实质是，在Cl催化作用下加速了O3与O反应O3+O2O23、臭氧层破坏的危害性：大量紫外线辐射将直接达到地面，对地球生命系统产生极大的危害，还将导致地球气候出现异常。随着平流层中臭氧的减少，愈来愈多的紫外线直接照射到地面上。研究表明，臭氧层中臭氧总量减少1%，到达地面的有害紫外线约增加2%，由此导致皮肤癌的发病率增加2%-5%，白内障患者增加0.6%-0.8%。另外，还会引起晒斑、雪盲症、视力损害、皮肤老化等疾病，对人体免疫系统功能产生抑制作用，降低抵御艾滋病病毒的能力。强紫外线还会杀害海洋浮游生物，使鱼类因食物链遭到破坏而面临生存危机。此外，还会影响植物光合作用，使农作物减产等等。4、拯救臭氧层联合国1990年规定，全球于2010年完全停止氟氯烃的生产和排放。1994年联合国大会将每年9月16日定为“国际保护臭氧层日”。最近，国外已找到用空气和水在一定的装置和条件下完全替代空调器和电冰箱制冷系统中使用的氟立昂的办法，相信随着科学技术的发展，破坏臭氧层化学物质的替代物将会不断出现。2000年10月，南极上空的臭氧空洞面积达2900万km2，是迄今为止观测到的臭氧空洞的最大面积。南极臭氧空洞是指南极地区上空受特殊的热力和动力条件，出现大气臭氧总含量季节性大幅度下降的一种现象，通常于8月中旬开始逐渐形成，1月底或12月初臭氧空洞消失。、三、温室效应1、产生：大气中某些痕量气体如CH4，N2O，CF2Cl2，CFCl3，O3，尤其是CO2等的含量增加对长波（红外线）辐射有强烈的吸收作用，而引起的地球平均气温上升的现象。温室效应在地球环境的演化过程中，起到了极其重要的作用，如果没有大气层的保温作用，全球的平均气温将不是现在的15℃，而是-40℃，地球上的各种生物就难以生存和繁衍。但是，全球气候不断变暖，也给人类带来很大的害处。2、温室效应带来的危害：主要是气候变暖，使极地或高山上的冰川融化，导致海平面上升。经专家研究预测到21世纪末，地球平均气温上升1-3.5℃，海平面升高15-95cm，沿海地区某些大城市将被淹没，还将导致人类食用水减少，传染病流行。其次是气候变化，亚热带可能会比现在更干，而热带可能变得更湿。由此海洋产生更多的热量和水分，气流更强，台风和飓风将更加频繁。温室效应对生态环境的变化，可能导致物种的灭绝和农作物减产。3、对策：全球气候变暖是错综复杂的环境问题。但就二氧化碳等温室气体增加造成气温升高而言，人们都认识到，要控制全球变暖必须控制大气中二氧化碳的含量。因此，首先要提高煤、石油等能源的利用率，其次是使用清洁能源，如：用太阳能、水能、风能、海洋能、地热能等代替煤、石油等矿物燃料。此外，应大力植树造林，减少对森林的滥砍滥伐。绿色能源：使用过程中无任何有害排放物的能源；清洁能源：便于运输、燃烧充分，无废渣和烟尘排放，但有少量无色有害排放物的能源。四、光化学烟雾大气中的烃类和氮氧化物，在阳光下发生光化学反应造成的烟雾污染现象。光化学烟雾诱发的流泪、眼红或呼吸紧张病症：夏季的晴天，在强烈日光的照射下，在汽车废气或工厂废气排放量较多的地方，有可能使人诱发得病。5.2.3大气污染的防治大气污染源：包括有工业（冶金、水泥、化工）污染源、农业（化肥、农药）污染源、交通污染源和生活污染源。主要由为这些行业提供的燃料燃烧而