目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 環(huán)境化學的形成 1
1.2 環(huán)境化學的特點 2
1.3 環(huán)境化學的研究對象、任務(wù)和范圍 2
1.4 環(huán)境化學發(fā)展動向 3
1.4.1 環(huán)境分析化學 3
1.4.2 水環(huán)境化學 5
1.4.3 大氣污染化學 6
1.4.4 土壤-有機污染物的界面反應(yīng)及生物可利用性 7
1.4.5 有害化學物質(zhì)的生態(tài)風險和早期診斷 8
本章基本要求 10
思考與練習 10
第1篇 水環(huán)境化學
第2章 天然水的組成和性質(zhì) 12
2.1 水質(zhì)概況 12
2.2 天然水的組成 13
2.2.1 天然水中的主要離子組成 13
2.2.2 水中的金屬離子 13
2.2.3 溶解在水中的氣體 14
2.2.4 水中的營養(yǎng)元素 17
2.2.5 水生生物 17
2.3 天然水的性質(zhì) 18
2.3.1 碳酸平衡 18
2.3.2 天然水的堿度和酸度 21
2.3.3 天然水體的緩沖能力 26
2.3.4 天然水的硬度 27
本章基本要求 27
思考與練習 27
第3章 水環(huán)境中無機污染物遷移轉(zhuǎn)化的基本原理 29
3.1 水環(huán)境中的溶解和沉淀作用 29
3.1.1 天然水中各類固體的溶解度 29
3.1.2 水溶液的穩(wěn)定性 37
3.2 水環(huán)境中的配合作用 40
3.2.1 天然水體中的配合作用 40
3.2.2 羥基對重金屬離子的配合作用 41
3.2.3 螯合劑NTA的配合作用 43
3.2.4 腐殖質(zhì)的配合作用 49
3.2.5 有機配位體對重金屬遷移的影響 50
3.3 天然水中的氧化還原平衡 52
3.3.1 天然水中氧化還原平衡的意義 52
3.3.2 電子活度和氧化還原電位 53
3.3.3 天然水體的pe-pH圖 57
3.3.4 天然水中污染物的氧化還原轉(zhuǎn)化 62
3.3.5 水中有機物的氧化 68
3.4 水環(huán)境中固-液界面的相互作用 68
3.4.1 天然水體中的膠體物質(zhì) 68
3.4.2 膠體顆粒的性質(zhì) 70
3.4.3 顆粒物在水環(huán)境中的吸附過程 73
3.4.4 沉積物——探索天然水體重金屬污染的工具 75
本章基本要求 77
思考與練習 77
第4章 水環(huán)境中有機污染物遷移轉(zhuǎn)化的基本原理 80
4.1 分配作用 80
4.1.1 線性分配理論 80
4.1.2 標化分配系數(shù) 81
4.1.3 生物濃縮因子 83
4.2 揮發(fā)作用 85
4.2.1 亨利定律 85
4.2.2 揮發(fā)作用的雙膜理論 86
4.3 水解作用 89
4.4 光解作用 91
4.4.1 直接光解 91
4.4.2 敏化光解(間接光解) 95
4.4.3 氧化反應(yīng) 96
4.5 生物降解作用 97
4.5.1 生長代謝 97
4.5.2 共代謝 98
4.5.3 影響生物降解的因素 99
本章基本要求 101
思考與練習 101
第5章 水環(huán)境中污染物環(huán)境行為和歸趨模式 102
5.1 有毒有機污染物的環(huán)境行為 103
5.1.1 農(nóng)藥 103
5.1.2 多環(huán)芳烴類 104
5.1.3 多氯聯(lián)苯 104
5.1.4 鹵代脂肪烴 105
5.1.5 醚類 105
5.1.6 單環(huán)芳香族化合物 105
5.1.7 苯酚類和甲酚類 105
5.1.8 酞酸酯類 106
5.1.9 亞硝胺和其他化合物 106
5.1.10 新型有機污染物 106
5.2 有機污染物的歸趨模式 111
5.2.1 有機污染物在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程 112
5.2.2 歸趨模式簡介 113
5.2.3 歸趨模式應(yīng)用舉例 116
5.3 無機污染物的環(huán)境行為和歸趨模型 119
5.3.1 水環(huán)境中無機污染物的存在形態(tài)和生物可利用性 119
5.3.2 水體富營養(yǎng)化 122
5.3.3 水環(huán)境中重金屬的化學平衡模型 124
本章基本要求 127
思考與練習 127
第2篇 大氣環(huán)境化學
第6章 天然大氣和重要污染物 129
6.1 大氣的組成和停留時間 129
6.1.1 大氣的組成 129
6.1.2 大氣組分的停留時間 130
6.1.3 大氣組分濃度表示方法 131
6.2 大氣的主要層次 132
6.2.1 對流層 133
6.2.2 平流層 133
6.2.3 中間層 134
6.2.4 熱層 134
6.3 大氣中的離子及自由基 134
6.3.1 大氣中的離子 134
6.3.2 大氣中的自由基 135
6.4 大氣中的重要污染物 137
6.4.1 含硫化合物 138
6.4.2 含氮化合物 140
6.4.3 含碳化合物 142
6.4.4 含鹵素化合物 146
6.5 溫室氣體和溫室效應(yīng) 147
6.5.1 地球的熱平衡 147
6.5.2 溫室氣體和溫室效應(yīng) 148
6.5.3 輻射強迫 149
本章基本要求 151
思考與練習 151
第7章 氣相大氣化學 152
7.1 大氣光化學反應(yīng)基礎(chǔ) 152
7.1.1 光化學反應(yīng)定律 152
7.1.2 光化學反應(yīng)過程 153
7.2 氮氧化物的氣相反應(yīng) 153
7.2.1 氮氧化物的基本反應(yīng) 153
7.2.2 NO、NO2和O3的基本光化學循環(huán) 154
7.2.3 氮氧化物氣相反應(yīng)動力學 156
7.3 二氧化硫的氣相反應(yīng) 156
7.3.1 SO2與氧原子的反應(yīng) 157
7.3.2 SO2與其他自由基的反應(yīng) 157
7.4 有機物的氣相反應(yīng) 158
7.4.1 碳氫化合物的一些重要反應(yīng) 159
7.4.2 HO·與烯烴類、烴類、醛類、鹵代烴、芳香烴的反應(yīng) 159
7.4.3 烯烴與臭氧、原子氧和氮氧化物的反應(yīng) 161
7.4.4 天然有機物的轉(zhuǎn)化 163
7.5 光化學煙霧 163
7.5.1 光化學煙霧的特征 163
7.5.2 光化學煙霧的形成機制與臭氧生成機制 165
7.5.3 光化學煙霧的化學動力學機理 169
7.6 平流層化學 170
7.6.1 平流層的化學反應(yīng) 171
7.6.2 南極“臭氧洞”現(xiàn)象及解釋 174
7.6.3 北極上空的臭氧損耗 177
本章基本要求 178
思考與練習 178
第8章 液相大氣化學 180
8.1 二氧化硫的液相反應(yīng) 180
8.1.1 SO2的液相平衡 180
8.1.2 SO2的液相反應(yīng)動力學 182
8.2 氮氧化物的液相反應(yīng) 185
8.2.1 NOx的液相平衡 185
8.2.2 NH3和HNO3的液相平衡 187
8.2.3 NOx的液相反應(yīng)動力學 188
8.3 酸沉降化學 188
8.3.1 酸雨的形成和危害 188
8.3.2 酸雨的化學組成 190
8.3.3 酸雨中的關(guān)鍵性離子組分 191
8.3.4 影響酸雨形成的因素 192
8.3.5 酸雨的來源及近年變化趨勢 194
8.4 降水化學組分和pH的背景值 196
8.4.1 降水化學組分的背景值 196
8.4.2 降水pH的背景值 196
8.5 酸沉降臨界負荷 197
8.5.1 臨界負荷基本含義與臨界化學標準 197
8.5.2 臨界負荷計算方法 198
本章基本要求 200
思考與練習 200
第9章 大氣顆粒物 202
9.1 大氣顆粒物的分類 202
9.2 大氣顆粒物的源和匯 203
9.2.1 大氣顆粒物的來源 203
9.2.2 大氣顆粒物的匯 203
9.3 大氣顆粒物的粒度分布及表面性質(zhì) 204
9.3.1 大氣顆粒物的粒度分布 204
9.3.2 大氣顆粒物的表面性質(zhì) 206
9.4 大氣顆粒物中的無機物 208
9.4.1 無機顆粒物的來源 208
9.4.2 無機顆粒物的組成 209
9.5 大氣顆粒物中的有機物 211
9.5.1 大氣顆粒物中有機物的類型及來源 211
9.5.2 多環(huán)芳烴 212
9.5.3 持久性有機污染物的大氣傳輸 213
9.6 大氣顆粒物對人體健康的影響 214
9.6.1 大氣顆粒物對健康的影響 214
9.6.2 人體吸入量的估算 214
9.7 大氣顆粒物的源解析 215
9.7.1 擴散模型法 215
9.7.2 受體模型法 216
9.8 大氣顆粒物的區(qū)域污染 219
9.8.1 大氣顆粒物濃度的時空變化 219
9.8.2 大氣顆粒物污染特征 220
9.8.3 區(qū)域復(fù)合污染控制 220
9.8.4 灰霾 223
本章基本要求 225
思考與練習 225
第3篇 土壤環(huán)境化學
第10章 土壤的組成和性質(zhì) 228
10.1 土壤的分層 228
10.2 土壤的組成 229
10.2.1 土壤礦物質(zhì) 229
10.2.2 土壤有機質(zhì) 235
10.2.3 土壤水分 238
10.2.4 土壤空氣 239
10.3 土壤的主要理化性質(zhì) 240
10.3.1 土壤的質(zhì)地 240
10.3.2 土壤的膠體性質(zhì) 241
10.4 土壤的離子交換與吸附 245
10.4.1 離子交換與吸附反應(yīng) 245
10.4.2 表面配合模型 250
10.5 土壤的酸堿度 254
10.5.1 土壤的酸度 254
10.5.2 土壤的堿度 256
10.5.3 土壤的緩沖作用 257
10.5.4 土壤酸堿性的環(huán)境意義 259
10.6 土壤的氧化還原作用 260
10.6.1 土壤的氧化還原電位 260
10.6.2 土壤中主要的氧化還原體系 260
10.6.3 土壤中氧化還原反應(yīng)的環(huán)境意義 262
本章基本要求 263
思考與練習 263
第11章 氮、磷及重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 264
11.1 氮在土壤中的遷移 264
11.1.1 土壤中氮的來源 264
11.1.2 土壤中氮的形態(tài) 264
11.1.3 氮在土壤中轉(zhuǎn)化的重要過程 265
11.1.4 氮的流失 266
11.1.5 氮污染 267
11.2 磷在土壤中的遷移 268
11.2.1 土壤中磷的來源 268
11.2.2 土壤中磷的形態(tài) 268
11.2.3 土壤的固磷作用 270
11.2.4 磷肥的污染 270
11.3 土壤重金屬污染 272
11.3.1 土壤元素背景值和土壤環(huán)境容量 272
11.3.2 控制重金屬在土壤中歸趨的主要反應(yīng) 275
11.4 土壤-植物系統(tǒng)中重金屬的歸趨 277
11.4.1 重金屬在土壤-植物體系中的累積和遷移 278
11.4.2 植物對重金屬污染的耐受機制 281
11.4.3 重金屬的植物修復(fù) 281
11.4.4 典型重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的主要歸趨 283
本章基本要求 288
思考與練習 288
第12章 有機污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 289
12.1 土壤中的典型有機污染物 289
12.1.1 農(nóng)藥 289
12.1.2 多環(huán)芳烴類 289
12.1.3 多氯聯(lián)苯 290
12.1.4 二英 290
12.1.5 石油類 290
12.1.6 其他 291
12.2 有機污染物在土壤中的吸附與遷移 292
12.2.1 有機污染物在土壤中的吸附 292
12.2.2 離子型有機物在土壤上的吸附 294
12.2.3 非離子型有機物在土壤有機質(zhì)上的吸附 300
12.2.4 非離子型有機物在礦物表面上的吸附 304
12.2.5 有機污染物在土壤中的揮發(fā)、擴散和遷移 308
12.3 有機污染物在土壤中的降解 309
12.3.1 非生物降解 309
12.3.2 生物降解 313
12.4 土壤中有機污染物的修復(fù)方法 314
12.4.1 原位微生物催化降解 315
12.4.2 原位化學氧化 316
本章基本要求 318
思考與練習 318
第4篇 化學物質(zhì)的生物效應(yīng)和生態(tài)風險
第13章 污染物的存在形態(tài)及生物可利用性 320
13.1 環(huán)境介質(zhì)中的金屬形態(tài) 320
13.1.1 水體中金屬形態(tài) 320
13.1.2 土壤中金屬形態(tài) 320
13.1.3 大氣中金屬形態(tài) 322
13.2 金屬形態(tài)的分析技術(shù)及應(yīng)用 323
13.2.1 天然水中溶解態(tài)金屬形態(tài)分析 323
13.2.2 沉積物/土壤中的重金屬或類金屬形態(tài)分析 325
13.3 金屬形態(tài)的生物可利用性與形態(tài)調(diào)控 332
13.3.1 生物可利用性概念 332
13.3.2 溶解態(tài)金屬的生物可利用性 333
13.3.3 土壤沉積物金屬的生物可利用性 334
13.3.4 金屬生物可利用性的調(diào)控 336
13.4 有機污染物的形態(tài)及生物可利用性 338
13.4.1 土壤中有機污染物的形態(tài) 338
13.4.2 土壤中有機污染物的生物可利用性 339
本章基本要求 341
思考與練習 342
第14章 化學物質(zhì)的生物吸收和生物濃縮 343
14.1 化學物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)化 343
14.1.1 生物膜的結(jié)構(gòu) 343
14.1.2 化學物質(zhì)通過生物膜的方式 343
14.1.3 化學物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)運 345
14.1.4 污染物的生物轉(zhuǎn)化 349
14.2 生物富集、生物積累和生物放大作用 351
14.2.1 生物富集 352
14.2.2 生物積累 354
14.2.3 生物放大 355
14.3 生物組織中物質(zhì)的濃縮機理 356
14.3.1 生物體某組織生物濃縮的機理模型 356
14.3.2 生物濃縮模型 357
本章基本要求 359
思考與練習 359
第15章 微生物對環(huán)境中化學物質(zhì)的作用 360
15.1 微生物在環(huán)境中的重要性 360
15.1.1 微生物在環(huán)境中的作用 360
15.1.2 微生物酶催化的氧化還原反應(yīng) 361
15.2 碳、氮、硫的微生物轉(zhuǎn)化 362
15.2.1 碳的微生物轉(zhuǎn)化 362
15.2.2 氮的微生物轉(zhuǎn)化 364
15.2.3 硫的微生物轉(zhuǎn)化 368
15.3 金屬及類金屬的微生物轉(zhuǎn)化 370
15.3.1 鐵的微生物轉(zhuǎn)化 370
15.3.2 汞的微生物轉(zhuǎn)化 371
15.3.3 砷的微生物轉(zhuǎn)化 373
15.4 有機污染物的微生物降解 374
15.4.1 烴類的微生物降解 374
15.4.2 農(nóng)藥的微生物降解 376
本章基本要求 379
思考與練習 380
第16章 污染物的環(huán)境生態(tài)風險 381
16.1 污染物對生物的毒性作用 381
16.1.1 毒性作用 381
16.1.2 遺傳毒理學的“三致”效應(yīng) 384
16.1.3 污染物的聯(lián)合作用 388
16.2 生物標志物和早期預(yù)警 390
16.2.1 生物標志物 390
16.2.2 生物的氧化損傷機制 393
16.2.3 生態(tài)風險的早期預(yù)警 396
16.3 有機物的定量構(gòu)效關(guān)系 397
16.3.1 概述 398
16.3.2 量子化學參數(shù)在QSAR研究中的應(yīng)用 401
16.3.3 3D-QSAR方法簡介 406
16.4 生態(tài)風險表征方法 407
16.4.1 生態(tài)風險及其特點 407
16.4.2 生態(tài)風險評價 408
本章基本要求 410
思考與練習 411
部分課后習題參考答案 412
參考文獻 414