1、第 5 章 化学与环境保护,5.1 环境质量评价的一般要求,环境质量评价的内容包括污染源评价、污染状况评价、环境自净能力评价、环境对人体健康与生态系统的影响评价和经济学的评价等。环境质量的分级以环境质量指数来表示，它是一种数学模型。,环境质量指数：,Cis为i污染物的评价标准，Ci为i污染物的实际测得浓度，n为受监测的污染物种类数，Ci/Cis为污染物的超标率。E越大，污染就愈严重。污染物评价标准Cis一般以国家规定的环境标准或污染物在环境中的本底值为依据。本底值指环境在未受污染情况下，化学元素的正常含量。对评价对象不同， Cis可以不同。,若需对某个区域进行整体环境质量的综合评价，可采用将各
2、个单项E值叠加的方法，求得环境质量综合指数。E综合 = E地面水 + E地下水 + E大气 + E土壤环境质量监测是环境质量评价的基础，首先要根据被测对象和评价目标确定监测项目。常规的大气环境质量评价中受监测的污染物种类一般有5种：颗粒飘尘、SOx、NOx、CO和氧化剂。,根据E值大小，可将大气环境质量分为6个级别。,级 别,环境质量指数E,污染程度,清 洁,微污染,轻污染,中度污染,较重污染,严重污染,0 0.01,0.01 0.1,0.1 1,1 4.5,4.5 10, 10, ,5.2 环境质量监测的主要手段,环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进的实验技术来鉴别和测定环境污染物及
3、有关物种的种类、成分与含量以及化学形态的科学。,特 点,a. 研究领域广、对象复杂。b. 被测组分含量低，特别是环境背景值含量极微。对含量极微的组分进行分析，通常采用微量分析或超微量分析的方法，并需采用高灵敏度的分析技术。,c. 样品组成复杂，不仅要测定元素的总量，还要做形态分析。形态分析是指分析某种元素物理化学形态，包括物理形态分析和化学形态分析。物理形态分析包括区分金属的物理性质；化学形态分析是指区分各种化学形态。不同形态的元素性质相差很大。d. 样品稳定性差。需要在现场做连续的动态分析。要求：仪器和方法测定速度快，自动化程度高。,5.3 三废处理,知识点,我国经济生产的特点：工业技术水平
4、整体不高，但工业生产的能源和资源消耗及污染物排放量却高，污染十分严重。中国环境保护方针是“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、造福人民。”,5.3.1 废气的处理,大气污染物绝大部分由化石燃料燃烧和工业生产产生。,防止和减少污染物排放的措施,a. 改革能源结构，积极开发无污染能源。b. 改进燃煤技术和能源供应办法。c. 采用无污染或低污染的工业生产工艺。d. 及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣，减少地面扬尘。,e. 加强企业管理，注意节约能源，减少事故性排放和逸散。f. 植树造林。这是治理大气污染和绿化环境的重要途径。,中华人民共和国大气污染防治法于198
5、8年6月开始实行，旨在推动我国的大气污染防治工作。,5.3.2 废水的处理,污水厂处理污水的方法有物理法、化学法、物理化学法和生物法。,废水处理程度可分为一级、二级和三级处理。,1）一级处理,由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成。目的：除去废水中粒径在0.1 mm以上的大颗粒物质。经一级处理后的废水，一般还达不到排放标准。,2）二级处理,采用生物处理方法和某些化学法。目的：除去水中可降解有机物和部分胶体污染物。生物法处理废水就是利用微生物的代谢作用，使废水中有机污染物氧化降解成无害物质的方法。化学法主要是化学絮凝法向水中投入絮凝剂，使细小悬浮颗粒的胶体聚集成较粗大的颗粒而沉淀与水分离。经二
6、级处理后的水一般可达到农田灌溉标准和废水排放标准。,3）三级处理,采用化学法和物理化学法等，它是一种除去某些特定污染的“深度处理”方法。化学法就是通过化学反应使废水中污染物以沉淀或其他形式从水中除去；化学沉淀法就是利用某些化学物质作沉淀剂，与废水中的污染物进行化学反应，生成难溶于水的物质沉淀析出，从而分离。,Cd2+ + Ca(OH)2 Cd(OH)2 + Ca2+ Hg2+ + Ca(OH)2 Hg(OH)2 + Ca2+,化学平衡态特点,a. 平衡建立时反应中各物质的浓度或分压不再随时间而改变。b. 化学平衡是动态平衡。c. 化学反应在一定条件下达到平衡态，可用相应的平衡常数描述反应进行的
7、限度。平衡常数是化学反应的一个特征常数，其数值大小与各物质的分压或浓度无关，但随反应温度而变，所以在写平衡常数时，一定要注明温度。,Cd(OH)2 (s) Cd2+ + 2OH- Ksp = Cd2+OH-2,溶解,沉淀,Cd2+、OH- 分别表示溶液中Cd2+、OH- 的平衡浓度。当温度一定时，难溶电解质的饱和溶液中，其离子浓度的乘积为一常数，这个常数叫溶度积，它是饱和溶液中各离子浓度幂的乘积。,平衡通式：AmBn(s) mAn+ + nBm-,Ksp = cAn+mcBm-n,对难溶电解质的溶解平衡，Ksp越小，其在相同温度下溶解度越小，反之，溶解度越大。金属硫化物的溶解度一般都比较小，因
8、此用Na2S或H2S作沉淀剂能更有效地处理含重金属离子的废水。,Cd(OH)2： Ksp = 310-14； CdS： Ksp = 3.610-29。,难溶电解质平衡是一个动态平衡，改变条件可以移动平衡。在实际中，可利用同离子效应，即加入过量沉淀剂，使沉淀反应趋于完全。“完全”并非指溶液中就不存在欲沉淀分离的离子，而是指溶液中该离子浓度不超过10-5 mol . L-1。,化学氧化法适宜处理难以生物降解的有机物。常用的氧化剂有氯类和氧类。用氯、次氯酸钠、漂白粉等可以氧化废水中的有机物、某些还原性无机物以及用来杀菌、除臭、脱色等。,氯氧化法处理含氰废水,CN- + 2OH- + Cl2 CNO-
9、 + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4OH- + 3Cl2 2CO2 + N2 +6Cl- + 2H2O,Hg：Fe(Zn，Cu) + Hg2+ Fe2+ (Zn2+，Cu2+) + HgCr：6Fe2+ + Cr2O72- +14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O2Cr3+ + 3Ca(OH)2 2Cr(OH)3 + 3Ca2+,H2O2可除去多种有毒有味化合物，如：含S、氰、苯酚等的废水；KMnO4可除去Mn、Fe和某些有机污染物。化学还原法处理含Hg、Cr等重金属离子的废水。,物理化学法是指运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。常用的有吸附、萃取、离子交换、电
10、解等。,5.3.3 废渣的处理,全球垃圾资源开发处理现状特点,a. 发达国家垃圾处理量远高于发展中国家。b. 垃圾处理技术在发达国家以卫生填埋为主，在发展中国家以堆肥为主。c. 垃圾资源开发处理系列化和垃圾资源综合利用多元化已成为全球垃圾处理和综合回收利用的新趋势。,垃圾的回收包括材料和能源的回收。材料回收主要是根据垃圾的物理性能，研究和发展机械化、自动化分选垃圾技术。,垃圾作为能源的三种利用途径,a. 作为辅助燃料代替低硫煤使用。b. 在焚化炉内焚化，利用其热能生产蒸汽并发电。 c. 高温干馏产生气体和残渣。优：可供利用的能源更多，回收的材料更多，不污染空气。,分选发酵法,城市生活垃圾,破
11、碎,气流分选,轻组分,重组分,塑料,回收,纸,回收,复合肥,烘干造粒,滚筒筛分,残剩动植物,铺路,炉灰,发酵池发酵,农家肥,沼气,残渣,残液,5.4 绿色工艺的设计,1）E-因子,每生产1 kg期望产品的同时，产生的废物的量。,是在综合考虑废物的排放量和在环境中的毒性行为的基础上，用以评价各种合成方法相对于环境好坏的量度。,E-因子=,废料质量,产品质量,2）环境商值EQ,E：E-因子 Q：根据废物在环境中的行为给出的对环境的不友好度。,EQ = E Q,环境商值愈大，废物对环境的污染愈严重。EQ的大小是化学工程师衡量和选择合理生产工艺的重要因素。,3）原子利用率,原子利用率=,期望产品的摩尔质量,化学方程式中按计量所得物质的摩尔质量,例：经典氯代乙醇法,总反应：C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O,摩尔质量/g . mol-1 44 111 18,原子利用率= = = 25%,44,44 + 111 + 18,44,173,现代石油化学工艺,原子利用率= 100%,习题： 课后 4.,联合国于1972年6月5日至16日在斯德哥尔摩召开了人类环境会议，通过了全球保护环境的行动计划和人类环境宣言，并将每年6月5日定为“世界环境日”，旨在通过宣传，强化公众的环境意识。,
