上海交通大學(xué)環(huán)境化學(xué)習(xí)題課

1、習(xí)習(xí) 題題 課課 上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 程金平程金平 例例 1 ： 吳涇某化工廠的含汞廢水經(jīng)化學(xué)處理后排入黃吳涇某化工廠的含汞廢水經(jīng)化學(xué)處理后排入黃浦江中，排污口附近水中汞的含量為浦江中，排污口附近水中汞的含量為0.40.5 mg/L，而在下流，而在下流500 m處汞的含量只有處汞的含量只有34g/L，試分析原因？，試分析原因？ (1) (1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散； （2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用 ： 無(wú)機(jī)膠體：無(wú)機(jī)膠體： 次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；次生黏土礦物；鐵、鋁、

2、硅、錳等水合氧化物； 有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。 （3 3）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化； （4 4）溶解和沉淀反應(yīng)）溶解和沉淀反應(yīng) ： 汞與水中的陰離子生成汞與水中的陰離子生成HgCOHgCO3 3、HgSOHgSO4 4、Hg(OH)Hg(OH)2 2等難溶物；等難溶物； (5) (5)配合反應(yīng)配合反應(yīng) :無(wú)機(jī)配體：OH- Cl- CO32- HCO3- F- S2- 有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸 生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA 、農(nóng)藥等 (6)(6)生物甲基化作用生物甲基化作用 . . （7 7）生物富集

3、作用）生物富集作用n所以自工廠排放出來(lái)的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。所以自工廠排放出來(lái)的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。n原原 因：因： (1) (1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；n橫向n縱向（2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用吸附作用 ：無(wú)機(jī)膠體n黏土礦物對(duì)重金屬的吸附黏土礦物對(duì)重金屬的吸附nA A：（2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用吸附作用 ：無(wú)機(jī)膠體n黏土礦物對(duì)重金屬的吸附黏土礦物對(duì)重金屬的吸附nB 另一種機(jī)理是另一種機(jī)理是重金屬重金屬離子離子先水解先水解，然

4、，然 后后奪取奪取黏土礦物微粒表面的黏土礦物微粒表面的羥基羥基，形成，形成羥基配羥基配合物合物而被吸附：而被吸附： Me2+ + n H2O = Me(OH)n(2-n)+ n H+ AOH + Me(OH)n(2-n)+= AMe(OH)n+1(1-n)+ （2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用吸附作用 ：無(wú)機(jī)膠體n水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附n 一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的一般認(rèn)為，水合金屬氧化物對(duì)重金屬離子的吸附過(guò)程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生吸附過(guò)程是重金屬離子在這些顆粒表面發(fā)生配位化合過(guò)程配位化合過(guò)程，可用

5、下式表示：，可用下式表示： nAOHnAOH + Me + Men+n+= (= (AO)AO)n n Me + n H Me + n H+ + 式中式中代表代表微粒表面微粒表面，A A代表微粒表面的代表微粒表面的鐵、鋁、硅或錳鐵、鋁、硅或錳，MeMen+n+為重金屬離子，箭頭代為重金屬離子，箭頭代表表配位鍵配位鍵。 （2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用吸附作用 ：有機(jī)膠體n腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)(Hum)微粒對(duì)重金屬離微粒對(duì)重金屬離子的吸附，主要是通過(guò)它對(duì)金子的吸附，主要是通過(guò)它對(duì)金屬離子的螯合作用和離子交換屬離子的螯合作用和離子交換作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。n腐殖質(zhì)分子

6、中含有羧基腐殖質(zhì)分子中含有羧基(-COOH)、羥基、羥基(-OH)、羰基、羰基(C=O)及氨基及氨基(NH2)。在一定條。在一定條件下這些基團(tuán)可以質(zhì)子化，故件下這些基團(tuán)可以質(zhì)子化，故能與重金屬起交換吸附作用。能與重金屬起交換吸附作用。腐殖質(zhì)的離子交換機(jī)理可用右腐殖質(zhì)的離子交換機(jī)理可用右式表示：式表示：腐殖質(zhì)對(duì)重金屬離子的吸附腐殖質(zhì)對(duì)重金屬離子的吸附（3 3）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；間的相互轉(zhuǎn)化；汞形態(tài)分為：金屬汞 無(wú)機(jī)結(jié)合汞 有機(jī)結(jié)合汞無(wú)機(jī)汞：HgS HgO HgCO3 HgSO4 HgCl2 Hg(NO3)2 有機(jī)汞：甲基汞 腐殖酸結(jié)合態(tài)汞 有機(jī)汞農(nóng)藥 醋

7、酸苯汞 水環(huán)境的Eh PH 決定著汞的存在形態(tài)，三價(jià)態(tài)相互之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為： 氧化作用：Hg0-Hg22+Hg2+ 還原作用： Hg22+Hg2+Hg0 微生物作用：Hg2+Hg0（4 4）溶解和沉淀反應(yīng)）溶解和沉淀反應(yīng) ：n天然水體中的主要天然水體中的主要陰離子陰離子有有HCOHCO3 3- -、ClCl- -、SOSO4 42-2-及少量及少量NONO- -離子，在離子，在厭氧厭氧條件下還可條件下還可能有能有H H2 2S S、HSHS- -、S S2-2-存在。存在。n汞與水中的陰離子生成汞與水中的陰離子生成HgCOHgCO3 3、HgSOHgSO4 4、HgSHgS、Hg(OH)Hg(

8、OH)2 2等難溶物；等難溶物；(5)(5)配合反應(yīng)配合反應(yīng) :n天然水體中無(wú)機(jī)配體：OH- Cl- CO32- HCO3- F- S2- n有機(jī)配體：動(dòng)植物組織的天然降解產(chǎn)物，如氨基酸、糖、腐殖酸 生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA 、農(nóng)藥等。Hg2+-OH-配離子的形態(tài)分布配離子的形態(tài)分布(6)(6)生物甲基化作用生物甲基化作用 .（7 7）生物富集）生物富集n水體中的甲基汞可通過(guò)食物鏈而富集于生物體內(nèi)。n例如，藻類(lèi)對(duì)甲基汞的富集系數(shù)可高達(dá)500010000倍。在甲基汞為ng/mL級(jí)的水中，水生生物能直接吸收甲基汞。 (1) (1)含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散；含汞廢水的稀釋、擴(kuò)散； （

9、2 2）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用）水體中膠體物質(zhì)對(duì)重金屬的吸附作用 ： 無(wú)機(jī)膠體：無(wú)機(jī)膠體： 次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物；次生黏土礦物；鐵、鋁、硅、錳等水合氧化物； 有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。有機(jī)膠體：蛋白質(zhì)、腐殖質(zhì)。 （3 3）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化；）氧化還原轉(zhuǎn)化：各價(jià)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化； （4 4）溶解和沉淀反應(yīng)）溶解和沉淀反應(yīng) ： 汞與水中的陰離子生成汞與水中的陰離子生成HgCOHgCO3 3、HgSOHgSO4 4、Hg(OH)Hg(OH)2 2等難溶物；等難溶物； (5) (5)配合反應(yīng)配合反應(yīng) :無(wú)機(jī)配體：OH- Cl- CO32- HCO3- F

10、- S2- 有機(jī)配體:氨基酸、糖、腐殖酸 生活廢水中的洗滌劑、清潔劑、NTA、EDTA 、農(nóng)藥等 (6)(6)生物甲基化作用生物甲基化作用 . . （7 7）生物富集作用）生物富集作用n所以自工廠排放出來(lái)的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。所以自工廠排放出來(lái)的汞主要集中在排污口附近的底泥中，有可能成為次生污染源。n原原 因：因：n20052005年年1111月月1313日位于吉林省吉林市的中石油吉日位于吉林省吉林市的中石油吉化公司雙苯廠爆炸后造成松花江水體污染。為化公司雙苯廠爆炸后造成松花江水體污染。為了確保哈爾濱市生產(chǎn)、生活用水安全，哈爾濱了確保哈爾濱市生產(chǎn)、生活用水安全

11、，哈爾濱市政府決定于市政府決定于20052005年年1111月月2323日零時(shí)起，關(guān)閉松日零時(shí)起，關(guān)閉松花江哈爾濱段取水口，停止向市區(qū)供水，（該花江哈爾濱段取水口，停止向市區(qū)供水，（該取水口位于爆炸現(xiàn)場(chǎng)下游）。取水口位于爆炸現(xiàn)場(chǎng)下游）。1111月月2424日國(guó)家環(huán)日國(guó)家環(huán)?？偩中荚撍w污染物主要為苯、苯胺和硝?？偩中荚撍w污染物主要為苯、苯胺和硝基苯，并確定為重大環(huán)境污染事件。試分析苯、基苯，并確定為重大環(huán)境污染事件。試分析苯、苯胺和硝基苯在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化途徑？苯胺和硝基苯在水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化途徑？例例2 途途 徑：徑：1 1 機(jī)械遷移機(jī)械遷移2 2 分配作用分配作用 分配作用；吸附作用分

12、配作用；吸附作用3 3 化學(xué)降解化學(xué)降解 氧化、水解、還原氧化、水解、還原4 4 光化學(xué)降解光化學(xué)降解 直接光解；敏化光解；氧化反應(yīng)直接光解；敏化光解；氧化反應(yīng)5 5 生物降解生物降解 6 6 揮發(fā)作用揮發(fā)作用7 7 生物富集生物富集例例 3n下圖是洛杉磯市下圖是洛杉磯市19651965年年7 7月月1919日一天之內(nèi)，某日一天之內(nèi)，某些污染物的實(shí)測(cè)含量變化情況，該天是晴朗天些污染物的實(shí)測(cè)含量變化情況，該天是晴朗天氣，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是污染物的濃度。氣，橫坐標(biāo)是時(shí)間，縱坐標(biāo)是污染物的濃度。依據(jù)下圖分析改日發(fā)生的環(huán)境化學(xué)現(xiàn)象？并分依據(jù)下圖分析改日發(fā)生的環(huán)境化學(xué)現(xiàn)象？并分析其機(jī)制。析其機(jī)制。

13、解解 答：答：1 1 光化學(xué)煙霧事件；定義光化學(xué)煙霧事件；定義2 2污染物特征污染物特征3 3機(jī)制（機(jī)制（1212）1 光化學(xué)煙霧事件；定義n光化學(xué)煙霧：汽車(chē)、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在陽(yáng)光中紫外線照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成一些氧化性很強(qiáng)的O3、醛類(lèi)、PAN、HNO3等二次污染物。人們把參與光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一次污染物和二次污染物的混合物(其中有氣體和顆粒物)所形成的煙霧，稱(chēng)為光化學(xué)煙霧。2 污染物特征n污染物的濃度變化與交通量和日照等氣象條件有密切聯(lián)系。CO和NO的濃度最大值出現(xiàn)在上午7時(shí)左右，即一天中車(chē)輛來(lái)往最頻繁時(shí)刻，碳?xì)浠衔锏臐舛纫灿蓄?lèi)似的

14、變化。n值得指出的是NO2的峰值要比NO、CO的峰值推遲3 h，而O3峰值推遲5 h出現(xiàn)，同時(shí)NO和CO的濃度隨之相應(yīng)降低。說(shuō)明 NO2和O3并非一次污染物，而是日光照射下光化學(xué)作用產(chǎn)生的二次污染物。傍晚車(chē)輛雖然也較頻繁，但由于陽(yáng)光太弱，NO2和O3值不出現(xiàn)明顯峰值，不足以發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成煙霧。3 3 機(jī)機(jī) 制制n引發(fā)反應(yīng)：引發(fā)反應(yīng)： NONO2 2 + + hh NO+ONO+O O + O O + O2 2 + M + M O O3 3 + M + M NO + ONO + O3 3 NONO2 2 + O + O2 2 鏈傳遞反應(yīng)：鏈傳遞反應(yīng)： RH +RH +OH OH RORO2

15、 2+ H+ H2 2O O RCHO + RCHO +OH OH RC(O)ORC(O)O2 2+ H+ H2 2O O RCHO + RCHO + hh RORO2 2+ HO+ HO2 2+ CO+ CO HO HO2 2+ NO + NO NONO2 2 + + OHOH RO RO2 2+ NO + NO NONO2 2 + RCHO + HO + RCHO + HO2 2 RC(O)ORC(O)O2 2+ NO + NO NONO2 2 + RO + RO2 2 + CO + CO2 2 終止反應(yīng)：終止反應(yīng)： OH + NOOH + NO2 2 HNOHNO3 3 RC(O)O R

16、C(O)O2 2+ NO+ NO2 2 RC(O)ORC(O)O2 2NONO2 2 RC(O)ORC(O)O2 2NONO2 2 RC(O)ORC(O)O2 2+ NO+ NO2 2例例 題題4 4 n從地球與大氣能量平衡方面分析溫室效從地球與大氣能量平衡方面分析溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因。應(yīng)產(chǎn)生的原因。 解 答：n1 1 溫室效應(yīng)定義溫室效應(yīng)定義n2 2 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射n3 3 大氣成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收大氣成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收n4 4 地球與大氣的能量平衡地球與大氣的能量平衡 地球輻射；大氣逆輻射地球輻射；大氣逆輻射例例 5 n優(yōu)先污染物：在眾多污染物中篩選出潛優(yōu)先污染物：在眾多污染物中篩選出潛在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先研究和控制的對(duì)象，在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先研究和控制的對(duì)象，稱(chēng)為優(yōu)先污染物。稱(chēng)為優(yōu)先污染物。例如例如 汞汞n溫室氣體：溫室氣體：引起