课程概述

环境化学是环境科学的核心组成部分,也是化学科学的重要分支,是环境学专业的重要基础课程之一。课程适用对象为环境科学(专业核心课)和环境工程(专业基础课)专业本科生。教材选用目前国内最权威的环境化学课程教材——戴树桂主编《环境化学》(高等教育出版社,第二版)

本课程分为绪论、大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学、生物体内污染物质的转运过程及毒性、典型污染物在环境各圈层中的转归与效应和受污染环境的修复七个章节。首先使学生了解环境问题的发展及分类,熟悉环境化学的研究内容、研究方法及研究进展并掌握环境化学的性质与任务。其次系统讲授环境三大圈层(大气、水和土壤)的化学组成与性质,以及化学物质在不同圈层的来源、化学特性、迁移转化规律和环境效应。再次介绍污染物质与生物机体之间的相互作用,涉及机体对污染物质的吸收、分布、转化、排泄等过程和污染物质对机体毒性两方面。最后,对以重金属及有机化合物为例典型污染物在各圈层中的转归与效应,以及受污染环境的修复方法加以简要介绍。

通过对本课程的学习,使学生掌握环境化学的基本概念、基本原理和控制、治理环境污染的基本方法,从而培养学生认识、分析和解决实际环境问题的能力。


证书要求

单元测验20%+单元作业30%+期末考试30%+讨论20%

预备知识

无机化学、有机化学、分析化学、生物化学和仪器分析基础知识。

授课大纲

绪论

了解环境问题的发展及分类;熟悉环境化学的研究内容、研究方法及研究进展;掌握环境化学的性质、任务及特点。

课时

  • 1.1 绪论


大气环境化学

了解地球表面的能量平衡,大气污染物分类,沙尘暴和雾霾的概念、成因、危害及其防治措施,室内空气污染及其控制途径。熟悉大气的结构与组成,大气垂直递减率、干绝热直减率的概念及与大气稳定度的关系(判断依据),大气中重要污染物(含硫化合物、含氮化合物、碳氧化物、碳氢化合物、卤素化合物、光化学氧化剂等)的主要源和汇,光化学反应的一般过程及大气中重要吸光物质的光离解过程,NOx 和SO2的气相、液相转化及碳氢化合物的转化规律;大气颗粒物的主要源和汇。掌握大气污染物浓度表示方法及换算,自由基及自由基反应的概念,对流层中的重要自由基及来源,光化学烟雾和硫酸型烟雾、酸雨、温室效应及臭氧层破坏、雾霾等全球性环境问题的形成机理、影响因素、环境危害及控制途径。

课时

  • 2.1 大气的结构与组成
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  • 2.2 影响大气污染物迁移的因素
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  • 2.3 主要大气污染物及其源和汇
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  • 2.4 光化学反应
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  • 2.5 自由基反应
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  • 2.6 重要大气污染物的化学转化
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  • 2.7 光化学烟雾
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  • 2.8 硫酸烟雾
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  • 2.9 酸性降水
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  • 2.10 温室效应
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  • 2.11 臭氧层损耗
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  • 2.12 大气颗粒物
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  • 2.13 PM2.5
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  • 2.14 大气颗粒物来源解析
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  • 2.15 沙尘暴与雾霾
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  • 2.16 室内空气污染
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水环境化学

了解水环境化学的任务及研究特点,天然水中主要污染物的来源、分布及生态效应,水体的缓冲能力,天然水体颗粒物的主要类别和性质。熟悉天然水的基本组成和基本性质,颗粒物在水环境中聚集和吸附-解吸污染物的基本原理,水体硬度的概念及单位换算,我国水体中优先污染物黑名单,水体颗粒物吸附作用的分类及机理,影响沉积物中重金属重新释放的主要因素,水体富营养化的形成原因、评价指标环境效应及控制方法。掌握以重金属为代表的无机物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原,配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉降等迁移转化过程的基本原理及有关计算(水体中金属存在形态,确定各类化合物溶解度,以及天然水中各类污染物的pE计算及pE-pH图的制作);有机污染物在水体中迁移转化过程和分配系数、挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的计算。

课时

  • 3.1 天然水的组成
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  • 3.2 水的碳酸平衡
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  • 3.3 水的酸碱度及缓冲能力
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  • 3.4 水的硬度 编辑
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  • 3.5 水体污染概论
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  • 3.6 水中颗粒物对无机物的吸附与解吸
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  • 3.7 水中无机物的沉淀与溶解
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  • 3.8 水中无机物的氧化还原作用
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  • 3.9 水中无机物的配合作用
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  • 3.10 水中有机物的分配作用
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  • 3.11 水中有机物的挥发作用和水解作用
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  • 3.12 水中有机物的光解作用
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  • 3.13 生物降解、生物富集、生物放大和生物积累
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  • 3.14 水体富营养化
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  • 3.15 水质模型


土壤环境化学

了解土壤的环境意义,土壤的组成与性质,土壤的粒级与质地分组特性;重金属和农药在土壤中的源和汇,土壤氮素、磷素和硫素的来源及环境效应;熟悉污染物在土壤-植物体系中迁转特点、作用机制及影响因素;掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性,重金属在土壤中的存在形态及迁移转化原理和主要影响因素,以及主要农药在土壤中的转归规律。

课时

  • 4.1 土壤的组成与剖面结构
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  • 4.2 土壤的粒级与质地
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  • 4.3 土壤胶体特性及吸附性
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  • 4.4 土壤的酸碱性
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  • 4.5 土壤的氧化还原性
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  • 4.6 土壤污染
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  • 4.7 土壤中重金属的来源及赋存形态
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  • 4.8 重金属在土壤-植物体系中迁移及其机制
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  • 4.9 农药概述
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  • 4.10 土壤中农药的迁移
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  • 4.11 土壤对非离子型农药的吸附作用
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  • 4.12 土壤中农药的降解机制
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  • 4.13 土壤中的氮素与环境质量
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  • 4.14 土壤中的磷素与环境质量
  • ,
  • 4.15 土壤中的硫素与环境质量


生物体内污染物质的转运过程及毒性

了解生物膜的结构,酶的结构和类型,生化反应类型的典型反应,有毒有机污染物生物转化的类型,微生物对污染物质的转化速率,有机物的定量结构与活性相关。熟悉物质通过膜的五种方式,污染物质的生物富集、放大和积累的概念,生物转化中的重要辅酶的功能和氢传递过程和意义,有机物的降解途径,若干元素的微生物转化,毒物作用过程;掌握耗氧和有毒有机污染物质的微生物降解过程,毒物的毒性、联合作用和致突变、致癌及抑制酶活性等作用机制。

课时

  • 5.1 物质透过生物膜的方式及在机体内的转运
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  • 5.2 生物转化中的酶及重要辅酶
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  • 5.3 生物氧化中的氢传递过程
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  • 5.4 有机物的微生物降解
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  • 5.5 无机元素的微生物转化
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  • 5.6 污染物质的生物转化速率
  • ,
  • 5.7 污染物质的毒性
  • ,
  • 5.8 有机物的定量结构与活性关系


典型污染物在环境各圈层中的转归与效应

了解典型污染物的来源、用途和基本性质;熟悉持久性有机污染物概念特点,多环芳烃、有机氯代物、表面活性剂和抗生素在环境中的环境化学行为;掌握典型重金属镉、砷、汞、铬和铅在环境中的存在形态、迁移转化和生物效应,尤其是砷和汞甲基化过程及生物效应。

课时

  • 6.1 镉在环境中的环境化学行为
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  • 6.2 砷在环境中的环境化学行为
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  • 6.3 汞在环境中的环境化学行为
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  • 6.4 铬在环境中的环境化学行为
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  • 6.5 铅在环境中的环境化学行为
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  • 6.6 土壤中重金属来源解析研究进展
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  • 6.7 持久性有机污染物概述
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  • 6.8 多环芳烃在环境中的环境化学行为
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  • 6.9 有机氯代物在环境中的环境化学行为
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  • 6.10 表面活性剂在环境中的环境化学行为
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  • 6.11 抗生素在环境中的环境化学行为


受污染环境的修复

了解地下水修复的可渗透反应格栅技术和表面活性剂及其共溶剂淋洗技术;熟悉电动力学修复技术;掌握植物修复技术,微生物修复技术和化学氧化技术。

课时

  • 7.1 植物修复技术
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  • 7.2 微生物修复技术
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  • 7.3 化学氧化技术
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  • 7.4 电动力学修复技术
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  • 7.5 地下水修复的可渗透反应格栅技术
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  • 7.6 表面活性剂及其共溶剂淋洗技术

参考资料

1.       戴树桂. 环境化学(第二版). 高等教育出版社,2007

2.       王晓蓉. 环境化学. 科学出版社,2018

3.        Chemistry for Environmental EngineeringMcGraw-Hill, 清华大学出版社,2003年