环境科学复习提纲要点

环境科学主要任务 ：第一，探索全球范围内环境演化的规律。 第二，揭示人类活动同自然生态之间的关系。 第三，探索环境变化对人类生存的影响。 第四，研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施。 大气的垂直分层： a. 对流层：大气圈的最低一层，厚度随纬度和季节而变体，平均为12km。

① 一般情况下，温度随高度增加而递减，平均上升100m降温0.65℃（即气温直减率）；

② 大气对流运动强烈,云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层；

③ 受地面状况和人为活动影响最为显著，大气的温度、湿度等气象要素水平分布差异大, 从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象。

b. 平流层：从对流层顶到55km左右这一层称为平流层。主要特征有：

① 温度先随高度升高缓慢升高,从30－35km起,温度随高度增加升温迅速；

② 大气多为平流运动, 整个大气层比较平稳；

③ 水汽和尘埃的含量很少，云也很少。在对流层顶以上臭氧量开始增加，至22－25km附近臭氧浓度达极大值，然后减少，到50km处臭氧量就极微了，因此主要的臭氧带包含在平流层内。

c. 中间层：自 50Km 到 85km 左右这一层称为中间层。中间层的温度随高度迅速降低，顶界温度下降至约-100℃附近时 , 再次出现空气的对流运动。

d.电离层：从中间层顶至 800km 高度这一层称为电离层。此层的温度随高度迅速升高，大气处于高度电离状态，具有反射无线电波的能力 ，故有电离层之称。

e. 逸散层：高度 800km 以上的大气层，统称为逸散层。它是大气向星际空间的过渡带。此层空气极其稀薄，气温很高，并随高度增加而继续升高。地球引力作用小，空气质点经常散逸至星际空间。

电离层和逸散层也称为非均质层 ， 在此以外就是宇宙空间。

大气污染 是指由于人类活动和自然过程引起某种进入大气层的污染物的含量超过环境所能允许的极限, 使大气 质量恶化, 从而危害生物的生活环境, 影响人类健康 , 给正常的工农业生产带来不良后果的现象。

2）分类：a. 根据大气污染影响所及的范围可分为四类：局部性污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染； b. 根据能源性质和大气污染的组成和反应分：煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染；

c. 根据污染物的化学性质及其存在的大气状况分：还原型和氧化型污染。

▲ 大气污染分类：

（1）煤烟型污染（烟尘、SO2、CO、氮氧化物）（2）石油型污染（CO、碳氢化合物、氮氧化合物、 颗粒物、铅）（3）混合型污染（介于煤烟型和石油型污染之间）（4）氮氧型污染（尾气）（5）沙尘型污染（风沙） 大气污染源：

1）自然源：火山喷发、森林火灾、土壤风华等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等；

2）人工源：指任何向大气排放一次污染物的工厂、设备、车辆或行为等。

空间：点源、线源、面源；

时间：连续源、间断源、瞬间源；.........

3 大气污染物：

1）大气污染物：以各种形式进入大气层, 并有可能对人类、生物、材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质称为大气污染物。

2）大气污染物的物理状态：大气污染物以气体形式和气溶胶形式存在，其中气体形式约占 90%（体积分数），气溶胶形式约占10%（体积分数）。（1）气体形式污染物：气体形式污染物是指在常温常压下以气体形式分散在大气中的污染物质。一氧化碳、氮氧化物、氯气、氯化氢、氟化氢、臭氧等。它们的运动速度较快 , 扩散快、易受气流影响。

（2）气溶胶形式污染物：任何固态或液态物质当以小的颗粒物形式分散在气流或大气中时都叫做气溶胶。雾、烟、粉尘和烟雾，便是不同形式的气溶胶。

大气二次污染物：由进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分经过一系列的化学反应生成的, 以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物。

常见的有：臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、硫酸及硫酸盐气溶胶（硫酸烟雾）、硝酸及硝酸盐气溶胶等 。 （见下表）

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几种主要的气体这状态污染物（P14）（1）硫氧化合物：（2氮氧化合物：（3碳氧化合物：（4碳氢化合物：（5） 含卤素化合物：

干绝热直减率：干气团绝热上升或下降单位高度( 通常100m) 的温度变化量称为干绝热直减率，用γd 表示，单位K/100m 。

逆温：是大气温度随高度增加而升高的现象，逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。

1、辐射逆温：

在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加，称为辐射逆温。

辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐渐消失，一般在上午完全消失。

辐射逆温的生消过程

3．城市热岛环流

（二） 水质指标： 物理性水质指标（1）感观指标（2）其他物理性状指标 化学性水质指标（1）一般化学性水质指标（2）有毒的化学性水质指标（3）有关氧平衡的水质指标 BOD、COD、DO、TOD生物学水质指标 大肠菌群数

（三） 水污染防治工作中常用的水质指标（1）PH（2）悬浮固体物（3）COD和BOD

需氧污染物

1、生化需氧量（BOD）—Biochemical Oxygen Demand

（1）生化需氧量表示水中有机物经微生物分解时所消耗的溶解氧的数量，以mg/L作单位。

2、化学需氧量(COD)——Chemical Oxygen Demand

化学需氧量是指用化学氧化剂氧化水中有机物时，所需氧化剂的数量，用O2mg/L表示。

（四）需氧污染物的概念

生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物、脂肪、蛋白质、木质素等有机化合物，可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2、H2O等。这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧，因而称为需氧污染物。 ① BOD 生化需氧量：在有氧条件下利用微生物分解水中有机物达到稳定状态所需要的氧量。

② COD 化学需氧量：在一定条件下，用强氧化剂处理水中各种有机物所消耗的氧化剂的量。

（4）DO溶解氧 指溶解于水中的游离氧。

（5）细菌污染指数 毫升水中所含细菌总数。 水体只要含大肠菌群，无论多少，都表示水体被污染。

第二节 水体污染

概念：水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和自净能力即水体的环境容量，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在人类生活和生产中的作用，降低了水体的使用价值和功能的现象。水体污染的最主要的原因是工业废水的大量排放。

一 水体污染源

水体污染源水体污染源分为自然污染源和人为污染源两大类型。

1 自然污染源指自然界本身的地球化学异常释放有害物质或造成有害影响的场所。

2 人为污染源指由于人类活动产生的污染物对水体造成的污染。人为污染源包括工业污染源、生活污染源和农业污染源。

（1）工业污染源

由于不同企业、不同产品、不同工艺、不同原料、不同管理方式，排放的废水水质、水量差异很大。工业废水是水体最重要的污染源。它具有量大、面广、成分复杂、毒性大，不易净化、难处理等特点。

（2）生活污染源

主要是生活中各种洗涤水，一般固体物质小于1％，并多为无毒的无机盐类、需氧有机物类、病原微生物类及洗涤剂。生活污水的最大特点是含氮、磷、硫多，细菌多，用水量具有季节变化规律。

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（3）农业污染源

包括牲畜粪便、农药、化肥等。农村污水具有两个显著特点：一是有机质、植物营养素及病原微生物含量高；二是农药、化肥含量高。

二 水体污染物

造成水体水质、水中生物群落以及水体底泥质量恶化的各种有害物质（或能量）都可叫做水体污染物。水体污染物从化学角度四大类：

1 、无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质；

2 、无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟化物等；

3 、有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白质等；

4 、有机有毒物：苯酚、多环芳烃、PCB 、有机氯农药等。

三 主要水体水体污染物分类

1 硫化物、无机酸碱盐（如氯化物、硫酸盐、酸、碱）的无机有害物；

2 氟化物、氰化物的无机有毒化学物质及汞、砷、铬、铝、镉等重金属元素；

3 氨基酸、蛋白质、碳水化物、油类、脂类等耗氧有机物；

4 钾、铵盐、磷、磷酸盐等植物营养源；

5 苯类、酚类、有机磷农药、有机氯农药、 多环芳烃等有毒有机物；

6 寄生虫、、细菌、病菌等微生物污染；

7 铯、钚、锶、铀等放射性污染物。

四 不同水体污染的特征

1 河流污染的特征（1）污染程度随径流量变化（2）污染扩散快（3）污染影响大

2 湖泊（水库）污染（1）污染来源广、途径多、种类复杂（2）污染稀释和搬运能力弱（3）生物降解和累积能力强

3 地下水污染的特征（1）污染来源广泛（2）污染难于治理（3）污染危害严重

4 海洋污染特征（1）污染源多而复杂（2）污染持续性强（3）污染扩散范围大

五 水体污染的危害（一）对人体健康的危害（二）对工业的危害（三）对农业的危害（四）对渔业的危害 水体污染的危害

（一）含色、臭、味的废水 色度高的废水，除影响水体外观外，还影响色泽，影响产品质量，在工业产品中会使印染、造纸产品的质量明显下降。鱼贝类的质量下降，甚至使之无法食用。

（二）有机物污染 有机物质排入水体后，即成为微生物的营养源，使有机物分解而被消化。分解过程中消耗水中大量的溶解氧，引起有机物的嫌气发酵，分解出甲烷、氢、硫化氢、硫醇及氨等腐臭气体，散发出恶臭，污染环境，毒害水生生物。

（三）无机物污染 酸、碱和无机盐类，使水体PH值发生变化，消灭或抑制细菌及微生物的生长，阻碍水体自净作用，增加水中无机盐类和水的硬度，给工业和生活用水带来不利因素，灌溉农田会引起土壤盐渍化。

（四）有毒物质的污染 有毒物质成分复杂，当废水中含有多量的有毒物质如酚类、氰化物及汞、镉、铅、砷等金属元素、有机农药、杀虫剂等，排入天然水体后，毒害生物，可在生物体中富集。

（五）富营养化污染 植物营养物质的废水进入天然水体，造成水体富营养化，藻类大量繁殖，耗去水中溶解氧，造成水中鱼类窒息而无法生存、水产资源遭到破坏。

（六）油的污染 沿海及河口石油的开发、油轮运输、炼油工业废水的排放等，会使水受到油的污染。水的利用、油膜影响氧气的进入，对生物造成危害，风景区被破坏，鸟类生活也遭到危害。

（七）热污染 热电厂等的冷却水是热污染的主要来源，直接排入天然水体，可引起水温上升。造成水中溶解氧的减少，使水体中某些毒物的毒性升高。引起鱼的死亡或水生物种群的改变。

（八）病原微生物污水 生活污水、医院污水、屠宰肉类食品加工污水，含有各种病菌、病毒、寄生虫等病原微生物，流入天然水体会传播各种疾病。

水环境容量： 一定水体所能容纳污染物的最大负荷量被称为水环境容量。

2、水环境容量大小的影响因素（1）水体所处的自净条件（流量、流速等）（2）水体中的生物组成

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（3）污染物本身的性质（4）水体的用途与功能

第三节 污染物在水体中的扩散与转化

一.污染物在水体中的扩散

污染物在水体的运动形式有三种：① 推流迁移；② 扩散运动；③ 污染物的衰减和转化。

三种运动的作用使污染物浓度降低，称水体“自净作用”。

1.推流迁移

推流迁移是指污染物在水流作用下产生的迁移作用。特点：只改变污染物位置，而不降低其浓度。模式：

2.扩散作用 ① 分子扩散：由分子随机运动引起的质点分散现象。② 湍流扩散：由湍流物质点状态瞬时值相对平均值的随机脉动引起。③ 弥散：由横断面流速不均引起，即由湍流时平均值与时均值的空间平均值的系统差列所产生的分散现象。

3.污染物的衰减和转化

进入水体污染物有两大类：保守物质和非保守物质

保守物质：随水流运动而不断变换所处的空间位置，不断向周围扩散而降低其初始浓度，但不改变总量。重金属，高分子有机化合物

非保守物质：不断扩散而降低浓度外，因污染物自身衰减而加速浓度的下降。衰减：自身运动变化规律决定的，在水环境里由于化学的或生物的反应不断衰减。有机物在水体微生物作用下的氧化分解过程。 综上所述可知：

① 推移作用：总量不变，分布状态也不变；

② 推移+分散：总量不变，分布状态发生变化；

③ 推移+分散+衰减：总量变化，分布状态变化。

三 水体富营养化

1、水体富营养化概念

水体中N、P等营养元素大量增加，远远超过正常的含量，导致原有的生态系统破坏，使藻类和某些细菌的数量激增，其它生物种类减少的现象。

2、指标：

N>0.2~0.3mg/L, P>0.01~0.02mg/L，生化需氧量>10mg/L，细菌总数>105 个，叶绿素a>10?g/L。

水体富营养化：是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。

4、富营养化的危害

（1）水体外观呈色、变浊、影响景观：内陆湖：水华;海洋：赤潮（红潮 Red tide)

（2）水体散发不良气味：土腥素，硫醇、吲哚、胺类、酮类等；

（3）溶解氧下降：分解有机物及藻类残体造成细菌的大量繁殖，消耗掉水中的氧气。

（4）水生生物大量死亡。

（5）有些产生毒素：甲藻产生石房毒素、进入食物链。

5、富营养化的检测与防治

监测：N、P元素的含量，水体中N>0.3mg/L、P>0.03mg/L时，藻类生长加快。

日本学者提出，按下式计算：

耗O2量 × 无机N(?g/L) ×无机P(?g/L)

1500

若结果? 1，富营养化将出现。

评价水体富营养化的方法与AGP

评价水体富营养化的方法是：①观察蓝藻等指示生物；②测定生物的现存量；③测定原初生产力；④测定透明度；⑤测定氮和磷等导致富营养化的物质。

四 重金属在水体中的迁移转化

水体中重金属形态分布特征 重金属在水环境中的迁移能力和生物效应与其含量和化学形态有关:

(1) 水体中的重金属可以通过溶解态随水流动或通过吸附于悬浮物而迁移

4

(2) 最后悬浮物沉积于水底将重金属带入沉积物中

1 重金属元素在水环境中的污染特征

（1）在自然界中的分布: 分布广，含量低，危害明显

（2）属于过渡性元素: 化学性质由电子层结构决定，价态，变化较多，配位络合能力强

（3）在水环境中的迁移转化: 机械迁移，物理化学迁移，生物迁移

（4）毒性效应: 易与蛋白质和酶高分子化物质结合,产生不可逆变性,使生理或代谢过程障碍,或与脱氧核糖核酸等相互作用而致突变

重金属污染的特点：

(1) 天然水中的微量重金属就可产生毒性效应。

(2) 微生物不仅不能降解重金属，而且有增强毒性作用。

(3) 生物体对重金属有富集作用。

(4) 重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体

2.重金属在水体中的迁移转化

（1）重金属化合物的沉淀-溶解作用

水作为一种溶剂对许多物质都有很强的溶解能力。重金属化合物在水中的溶解度可以直观地表示其在水体中的迁移能力，溶解度大者迁移能力大，溶解度小者迁移能力小。

① 对离子键化合物来说，溶解度随着离子半径的增大和电价的减少而增加。

② 相互结合的离子的半径差别愈小，其离子化合物愈牢固，即越难溶解。

③ 重金属的所有氯化物与硫酸盐都是易溶的，其碳酸盐、氢氧化物和硫化物是难溶的。

（2）重金属的氧化还原转化

重金属的迁移转化趋势和污染效应均与此有密切关系

天然水体氧化——还原电位 ：

氧化——还原电位（Eh）表示元素的氧化还原能力的测量单位。在一个氧化还原反应系统中，既含有氧化剂也含有还原剂的情况下，存在着放出电子与取得电子的趋势，而产生一个可以测量的电位，即氧化还原电位。电位值愈大，表明该体系内氧化剂的强度愈大。

（3）重金属元素络合作用

在水环境中存在着多种多样的天然和人工合成的配位体，它们能与重金属离子形成稳定度不同的络合物或螯合物，对重金属元素在水环境中的迁移在很大影响。

重金属离子的水解过程实际上是它们与羟基的络合过程。近年来，在水环境金属元素化学的研究中人们特别重视羟基络合作用及氯离子的络合作用，认为这两者是影响一些重金属难溶盐类溶解度的重要因素，尤其是Cl-离子被认为是天然水中重金属的最稳定的络合剂。

（4）重金属的胶体化学吸附迁移转化

水体中重金属的迁移

重金属迁移： 指的是重金属在自然环境中随着时间的改变而发生的空间位置的改变。

重金属的转化： 指的是随着介质条件的改变而使重金属的存在状态发生变化。

按照物质的运动形式，重金属在水环境中的迁移可分为机械迁移、物理化学迁移和生物迁移 。

胶体的吸附作用对水环境中重金属的过程转化及生物生态效应有重要影响：

①由于胶体具有巨大的比表面、表面能和带电荷，能够强烈地吸附各种分子和离子，对重金属离子在水体中的迁移有重大影响。

②胶体的吸附作用是使重金属从水中转入固相的主要途径。

③在天然水体中，重金属在水相中含量极微，而主要富集于固相中，在很大程度上与胶体的吸附作用有关。 （５）某些重金属的甲基化作用：

汞的环境污染问题所以特别为人们所重视，不仅是因为无机汞的毒性，而且还因为无机汞在水环境中，由于在微生物的作用下，可转化为毒性更强的甲基汞。甲基汞脂溶性强，可以通过食物链在生物体内逐渐浓集，最后进入人体。

① 在淡水水体淤泥中的厌氧细菌能够使无机汞甲基化，形成甲基汞和二甲基汞

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