环境化学教程

第1章 绪论1

1.1 环境问题1

1.1.1 人类活动和环境问题1

1.1.2 环境问题的产生与发展3

1.1.3 环境意识5

1.2 环境科学6

1.2.1 相关的概念6

1.2.2 环境科学的发展7

1.2.3 环境科学的作用和内容7

1.3 环境化学8

1.3.1 环境化学的发展8

1.3.2 环境化学的研究内容9

1.3.3 环境化学的特点和研究方法11

参考文献11

习题12

第一部分 大气环境化学

第2章 大气圈和大气化学13

2.1 大气圈14

2.1.1 大气圈层结构14

2.1.2 大气的组分16

2.2 大气能量传输18

2.2.1 太阳辐射光谱和太阳常数18

2.2.2 大气对太阳辐射的削弱作用19

2.2.3 地面辐射和大气逆辐射20

2.2.4 大气能量传输、气象学和气候20

2.2.5 逆温和空气污染22

2.3 大气污染物23

2.3.1 大气污染物组成分类23

2.3.2 大气污染物浓度表示法24

2.4 大气圈主要物质循环25

2.4.1 含硫化合物25

2.4.2 含氮化合物26

2.4.3 碳氧化物27

2.4.4 碳氢化合物29

2.4.5 卤素化合物29

2.4.6 光化学氧化剂（Ox）30

参考文献32

习题32

第3章 对流层化学33

3.1 基本光化学反应33

3.2 重要的自由基来源及转化34

3.2.1 OH自由基的来源34

3.2.2 HO2自由基的来源34

3.2.3 OH和HO2之间的转化和汇35

3.3 氮氧化合物的转化35

3.3.1 NO向NO2的转化——自由基反应35

3.3.2 NO2在空气中的光分解过程35

3.3.3 NOx向HNO3和HNO2的转化——汇36

3.4 碳氢化合物的转化37

3.4.1 烷烃37

3.4.2 烯烃37

3.4.3 炔烃38

3.4.4 含氧碳氢化合物38

3.5 光化学烟雾38

3.5.1 光化学烟雾的产生38

3.5.2 形成机理（Seinfeld链反应机理）39

3.5.3 光化学烟雾的危害40

3.5.4 光化学烟雾的主要污染源40

3.5.5 光化学烟雾的防治对策41

3.6 硫氧化合物的转化41

3.6.1 SO2的气相氧化41

3.6.2 SO2的液相氧化42

3.6.3 在固体表面的催化氧化44

3.6.4 硫酸型烟雾44

参考文献45

习题45

第4章 酸沉降46

4.1 酸雨发展及其研究46

4.2 降水的化学性质47

4.2.1 降水的pH值47

4.2.2 降水的化学组成49

4.2.3 影响降水酸度的因素49

4.3 降水的酸化过程50

4.3.1 云内清除过程（雨除）51

4.3.2 云下清除过程（冲刷）52

4.4 酸雨的环境影响及对策53

4.4.1 酸雨的危害53

4.4.2 控制酸雨对策54

参考文献55

习题56

第5章 大气颗粒物57

5.1 大气颗粒物概述57

5.2 大气颗粒物的粒径分布57

5.2.1 大气颗粒物的粒径57

5.2.2 大气颗粒物粒径分布58

5.2.3 大气颗粒物的三模态理论61

5.3 颗粒物的源和汇64

5.3.1 颗粒物的源64

5.3.2 颗粒物的汇65

5.4 颗粒物的化学组成66

5.4.1 无机颗粒物66

5.4.2 有机颗粒物67

5.4.3 生物颗粒物69

5.5 颗粒物的环境健康效应71

5.5.1 颗粒物对人体健康的危害71

5.5.2 颗粒物对大气能见度的影响73

5.5.3 颗粒物对植被影响74

参考文献74

习题75

第6章 平流层臭氧76

6.1 平流层臭氧76

6.2 平流层臭氧的形成和破坏76

6.2.1 平流层臭氧化学76

6.2.2 极地臭氧“空洞”及其形成机制78

6.2.3 臭氧耗损的后果80

6.3 臭氧层耗损物质81

6.3.1 氯氟烃类化合物81

6.3.2 哈龙类化合物82

6.3.3 其他化合物82

6.4 保护臭氧层国际公约82

6.5 替代化合物83

6.5.1 替代物的种类83

6.5.2 替代物对平流层臭氧的影响84

参考文献86

习题87

第7章 温室效应88

7.1 地球热平衡88

7.2 温室效应89

7.3 全球变暖89

7.4 辐射强迫90

7.5 温室气体92

7.5.1 二氧化碳93

7.5.2 甲烷93

7.5.3 氧化亚氮93

7.5.4 卤烃93

7.5.5 对流层臭氧94

7.6 全球变暖潜势（GWP）94

参考文献95

习题95

第8章 微环境空气污染96

8.1 微环境空气质量96

8.2 室内气态污染物97

8.2.1 二氧化碳97

8.2.2 一氧化碳97

8.2.3 氮氧化物98

8.2.4 二氧化硫99

8.2.5 臭氧99

8.2.6 多环芳烃99

8.2.7 苯并［a］芘100

8.2.8 甲醛100

8.2.9 挥发性有机化合物101

8.3 室内颗粒态污染物102

8.3.1 石棉102

8.3.2 尘和尘螨102

8.3.3 铅103

8.3.4 微生物103

8.3.5 霉菌103

8.3.6 总悬浮颗粒物104

8.4 室内放射性污染物104

8.5 室内空气质量控制106

8.5.1 室内空气质量控制途径106

8.5.2 室内空气质量控制模式107

8.6 绿色建筑和室内环境108

参考文献109

习题110

第二部分 水环境化学

第9章 水环境111

9.1 天然水系的组成和性质111

9.1.1 水分子的结构和化学特性111

9.1.2 海洋112

9.1.3 河流113

9.1.4 湖泊113

9.1.5 降水113

9.1.6 地面水的循环与水体污染114

9.1.7 地下水114

9.1.8 天然水体中的异相物质115

9.2 水体中主要离子成分的形成117

9.3 水体中的溶解氧等溶解性气体118

9.3.1 溶解氧118

9.3.2 二氧化碳121

9.4 天然水的水质指标121

9.4.1 水的纯净度121

9.4.2 水质指标122

9.4.3 水质标准122

参考文献125

习题126

第10章 水化学127

10.1 天然水中的酸碱化学平衡127

10.1.1 酸碱质子理论127

10.1.2 酸和碱的种类128

10.1.3 酸和碱的强度128

10.1.4 平衡计算129

10.1.5 酸碱缓冲容量130

10.1.6 碳酸平衡130

10.1.7 碱度和碳酸盐碱度132

10.1.8 酸碱化学原理在水处理技术中的应用134

10.2 水体中的沉淀和溶解基本原理134

10.2.1 溶解和沉淀的基本概念135

10.2.2 水体中物质的沉积过程135

10.3 络合平衡141

10.3.1 天然水体的螯合作用141

10.3.2 水体中常见的络合体和络合物类型141

10.3.3 羟基络合物与水处理过程中的混凝剂144

10.3.4 混凝沉淀应用实例144

10.3.5 天然螯合剂145

10.4 吸附平衡145

参考文献146

习题146

第11章 水污染及防治147

11.1 地表水体污染概述147

11.2 地表水体中有机污染物149

11.2.1 地表水体中天然有机物149

11.2.2 地表水体中需氧有机污染物149

11.2.3 地表水体中石油类污染物151

11.2.4 地表水体中内分泌干扰物152

11.2.5 地表水体中酚类污染物153

11.2.6 地表水体中持久性有机污染物154

11.3 地表水体中富营养污染物155

11.4 地表水体中合成洗涤剂污染物157

11.5 地表水体中放射性污染158

11.6 地表水污染防治技术158

11.6.1 污水处理及其再生利用158

11.6.2 受污染地表水体修复原理与技术163

11.6.3 受污染地表水源水净化原理与技术168

11.7 地下水污染及治理170

11.7.1 地下水中的有机污染及治理170

11.7.2 地下水中的氟污染及治理172

11.7.3 地下水中的砷污染及治理174

11.7.4 地下水中的铁、锰污染及净化176

11.7.5 地下水中的硝酸盐氮污染及净化177

参考文献181

习题183

第12章 膜化学原理在水处理中的应用185

12.1 概述185

12.2 反渗透和纳滤185

12.2.1 反渗透膜的主要特性参数186

12.2.2 主要的反渗透膜及其分离性能187

12.2.3 反渗透膜组件及反渗透系统流程187

12.2.4 反渗透系统的应用192

12.3 超滤193

12.3.1 超滤的基本理论193

12.3.2 超滤系统的设计193

12.4 微滤195

12.4.1 微滤系统的设计195

12.4.2 微滤系统膜组件的应用197

12.5 电渗析197

参考文献197

习题198

第13章 水处理中化学氧化技术

原理及应用199

13.1 概述199

13.2 常规化学氧化技术199

13.2.1 氯化199

13.2.2 过氧化氢氧化200

13.2.3 二氧化氯氧化201

13.2.4 臭氧氧化202

13.2.5 高锰酸钾氧化203

13.2.6 高铁酸钾氧化204

13.3 高级氧化技术204

13.3.1 光催化氧化204

13.3.2 催化湿式氧化206

13.3.3 超临界水氧化206

13.3.4 超声207

13.3.5 其他高级氧化技术209

参考文献209

习题211

第14章 水体中污染物的迁移转化212

14.1 水体中主要有机污染物的迁移转化212

14.1.1 有机污染物的迁移转化212

14.1.2 有机物的水解作用212

14.1.3 有机物生物氧化分解作用213

14.1.4 挥发213

14.2 天然水体中无机物的迁移转化213

14.2.1 水体中常见可溶性无机物在好氧条件下的基本存在形态213

14.2.2 水体中重金属污染物——镉的迁移转化214

14.2.3 水体中铅污染物的迁移转化214

14.2.4 汞的迁移转化215

14.3 重金属迁移转化原理215

14.3.1 配合作用与重金属的迁移216

14.3.2 其他化学作用对重金属迁移的影响217

14.4 污染物在水环境系统中的综合迁移转化217

14.4.1 污染物在水环境中的运动特征217

14.4.2 污染物的水体推流迁移过程217

14.4.3 分散作用218

14.4.4 污染物的衰减和转化218

参考文献219

习题220

第三部分 土壤环境化学

第15章 土壤的组成和性质221

15.1 土壤的组成222

15.1.1 土壤矿物质222

15.1.2 土壤有机质224

15.1.3 土壤生物224

15.1.4 土壤溶液225

15.1.5 土壤空气225

15.2 土壤的剖面构型226

15.3 土壤的粒级与质地226

15.3.1 土壤的粒级226

15.3.2 土壤的质地227

15.4 土壤的基本性质228

15.4.1 土壤的吸附性228

15.4.2 土壤的酸碱性230

15.4.3 土壤的氧化还原性231

参考文献232

习题232

第16章 土壤环境的污染及防治233

16.1 土壤污染的概念233

16.2 土壤的污染源234

16.2.1 天然源234

16.2.2 人为源234

16.3 土壤污染物234

16.4 固体废物235

16.4.1 固体废物的分类、来源及主要组成235

16.4.2 固体废物的排放状况及特点236

16.4.3 固体废物的处理、处置方法236

16.4.4 固体废物对土壤环境的影响237

16.5 土壤污染的防治238

16.5.1 弄清和控制土壤的污染源和污染途径238

16.5.2 污染土壤的治理239

参考文献241

习题241

第17章 土壤重金属污染化学242

17.1 土壤中重金属的存在形态242

17.2 土壤中重金属的迁移转化243

17.2.1 土壤胶体对重金属的吸附作用243

17.2.2 土壤中重金属的配合作用244

17.2.3 土壤中重金属的沉淀和溶解作用245

17.2.4 土壤中重金属的生物转化245

17.3 主要重金属在土壤中的行为246

17.3.1 汞（Hg）246

17.3.2 镉（Cd）247

17.3.3 铅（Pb）248

17.3.4 铬（Cr）249

17.3.5 砷（As）250

参考文献251

习题251

第18章 化学农药在土壤中的迁移转化252

18.1 化学农药在土壤中的行为及其影响因素253

18.2 化学农药在土壤中的吸附作用254

18.2.1 土壤中农药吸附作用的机理254

18.2.2 土壤中农药吸附作用的影响因素254

18.2.3 土壤中农药的吸附等温式255

18.3 化学农药在土壤中的迁移256

18.4 化学农药在土壤中的降解258

18.4.1 光化学降解258

18.4.2 化学降解259

18.4.3 微生物降解260

18.5 化学农药在土壤中的残留性及危害262

参考文献263

习题264

第19章 化学肥料在土壤环境中的行为265

19.1 化学肥料在土壤环境中的迁移转化266

19.1.1 土壤中氮肥的迁移转化266

19.1.2 土壤中磷肥的转化269

19.2 化学肥料对环境的影响270

19.2.1 对土壤环境的影响270

19.2.2 对水环境的影响270

19.2.3 对大气环境的影响271

19.2.4 对生物的危害271

参考文献271

习题272、

第四部分 环境化学其他专题

第20章 资源与能源273

20.1 能源273

20.1.1 能量和能量循环273

20.1.2 能源和能量转化274

20.1.3 能源利用及其问题275

20.2 常规能源277

20.2.1 煤炭277

20.2.2 石油278

20.2.3 天然气279

20.3 希望能源280

20.3.1 水能280

20.3.2 核能281

20.3.3 太阳能283

20.3.4 地热能283

20.3.5 风能284

20.3.6 生物能285

20.3.7 海洋能285

20.3.8 氢能286

20.4 资源287

20.4.1 物质和物质循环287

20.4.2 资源：利用和危机288

20.5 矿产资源288

20.5.1 金属矿产289

20.5.2 非金属矿产290

20.6 工业废物291

20.6.1 工业废物291

20.6.2 工业废物处理292

参考文献294

习题295

第21章 环境生物化学296

21.1 生物化学296

21.2 生物分子296

21.2.1 蛋白质296

21.2.2 糖类298

21.2.3 脂类299

21.2.4 核酸300

21.2.5 酶301

21.3 细胞302

21.3.1 细胞的主要特征302

21.3.2 细胞的组成302

21.4 代谢过程304

21.5 有毒物代谢305

21.5.1 有毒物305

21.5.2 有毒物代谢305

21.6 有毒物干扰酶功能的机制306

21.7 有毒物进入人体的途径308

参考文献309

习题309

第22章 有毒物化学310

22.1 有毒物剂量和相对毒性310

22.1.1 有毒物剂量310

22.1.2 相对毒性310

22.2 有毒物联合作用311

22.2.1 协同作用311

22.2.2 相加作用311

22.2.3 对抗作用311

22.3 严重毒作用机制312

22.3.1 致突变作用312

22.3.2 致癌作用313

22.3.3 致畸作用314

22.4 元素有毒物315

22.4.1 非金属有毒物315

22.4.2 金属有毒物315

22.5 有毒无机化合物316

22.5.1 氰化物316

22.5.2 一氧化碳316

22.5.3 氮氧化物316

22.5.4 卤代氢316

22.5.5 无机硅化合物317

22.5.6 石棉317

22.5.7 无机磷化合物317

22.5.8 无机硫化合物317

22.5.9 有机金属化合物318

22.6 有机化合物毒性318

22.6.1 烷烃318

22.6.2 烯烃和炔烃319

22.6.3 苯和芳香族碳氢319

22.6.4 含氧有机化合物320

22.6.5 有机氮化合物321

22.6.6 有机卤代化合物322

22.6.7 有机硫化合物323

22.6.8 有机磷化合物323

22.6.9 有机农药323

22.6.10 军事毒气325

参考文献325

习题325

《环境化学教程（第2版）》按照圈层、专题分类叙述，内容涉及大气环境化学、水环境化学、土壤环境化学、环境生物化学、各圈层元素循环、典型化学污染物和毒物在环境各介质中的行为和效应。以阐述化学物质在大气、水、土壤、生物各环境介质中迁移转化过程及其效应为主线，全面深入地论述这些过程的机制和规律，并注重反映环境化学及环境工程领域最新研究成果和进展。
《环境化学教程（第2版）》可作为各类院校环境科学、环境工程专业本科生和研究生教材使用，也可供环境领域的研究人员选用和参考。