第五章化学与环境保护。
教学目的：掌握环境质量评价的内容以及环境质量的分级；掌握对废气、废水和废渣进行处理的方法；熟悉催化作用及其催化理论；了解绿色工艺的设计相关知识及认识发展绿色工艺设计的前景。
教学重点：废气、废水和废渣进行处理的方法。
教学难点：废水的处理方法：化学还原法、化学氧化法。
第一节环境质量评价的一般要求。
一、环境质量评价。
1. 环境质量评价的内容。
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环境经济学的评价等。
2. 环境质量的分级。
环境质量的分级是以环境质量指数来表示的。这是一种数学模型，不同国家、不同地区，不同部门采用的计算方法不尽相同。评价对象和评价方法不同，数学模型也不同。
常用的一种表示方法为环境质量指数e(或eqi，即environment quality index)的表述是。
式中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实际上是污染物的超标率。这是一种比值法评价。显然e值愈大，污染就愈严重。
如对水质进行评价时，水质标准可有三种：人体直接接触的(如饮用水)水质标准；人体间接接触的(如农田用水)水质标准；人体不接触的(如工业用水)水质标准。
若需要对某个区域进行整体环境质量的综合评价，可采用将各个单项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。
二、环境质量监测。
环境质量监测是环境质量评价(分级)的基础，首先要根据被测对象和评价目标确定监测项目。
如对水体质量进行评价时一般需要测定的项目有三类：①无机物，包括硝酸盐、铵态氮、磷酸盐、氯化物、水中总固体浓度、硬度、ph值等；②有机物，包括生化需氧量、化学耗氧量、有机酸、氰化物、洗涤剂等的含量；③重金属，铬、镉、铅、汞、砷等含量。此外还有色度、臭度、透明度、温度、放射性物质浓度、细菌总数、藻类含量及水文条件等许多项目供各种评价目标选择。
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(pm)，sox，nox，co，氧化剂(以o3为代表)。测定目标确定后，通过具体监测，将各污染物的实际测得值和标准值代入公式进行计算，并根据e值大小，将大气环境质量分为6个级别，见下表。
第二节环境质量监测的主要手段。
一、环境分析的主要特点。
环境分析化学是研究如何运用现代科学理论和先进实验技术来鉴别和测定环境污染物及有关物种的种类、成分与含量以及化学形态的科学，是环境化学的一个重要分支学科，也是环境科学和环境保护的重要基础学科。
环境分析的主要特点如下：
1)研究领域广、对象复杂。要针对各种污染源(工业、农业、交通、生活等)和各类环境要素(大气、水体、土壤、动物、植物、食品及人体组织等生物材料)中成千上万种的化学物质进行定性或定量的测定。
2)被测组分含量低，特别是环境背景值含量极微(10-6g～10-12g)。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，并需要采用高灵敏度的分析技术。
3)样品组成复杂，不仅测定元素的总量，还要做形态分析。
(4)样品稳定性差。有些污染物在环境介质中可能发生溶解、沉淀、吸附、氧化、还原、光解、水解、生物降解等变化，因此样品的采集时间、地点、气象条件的影响、贮存条件(容器性质、温度、避光条件)等会影响样品的组成和浓度。这需要在现场进行连续的动态分析，要求仪器和方法测定速度快，自动化程度尽可能高。
第三节三废处理。
一、废气的处理。
通过下列措施防止或减少污染物的排放。
改革能源结构，积极开发无污染能源(太阳能、地热能、海洋能、风能等)，或采用相对低污染能源(天然气、沼气等)；
改进燃煤技术和能源**办法，逐步采取区域采暖、集中供热的方法，这样既能提高燃烧效率，又能降低有害气体排放量；
采用无污染或低污染的工业生产工艺；
及时清理和合理处置工业、生活和建筑废渣，减少地面扬尘；
加强企业管理，注意节约能源和开展资源综合利用，并要减少事故性排放和逸散；
植树造林，这是治理大气污染、绿化环境的重要途径。
即使采取上述措施，仍会有污染物排入大气，因此，对各种污染源要进行治理，控制其排放浓度和排放总量，使其不致超过该地区的环境容量。
二、废水的处理。
1. 废水的处理方法。
排污水及工业废水可利用多种分离和转化进行无害化处理，其基本方法可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法。
各种方法的简要基本原理和单元技术列入表5-1。
表5-1 污水处理方法分类。
废水按水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度。废水处理程度可分为一级、二级和**处理。
一级处理由筛滤、重力沉淀和浮选等物理方法串联组成，主要是用以除去废水中大部分粒径在0.1mm以上的大颗粒物质(固体悬浮物)，且减轻废水的腐化程度。经一级处理后的废水一般还达不到排放标准，故通常作为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。
二级处理是采用生物处理方法(又称微生物法)及某些化学法，用以去除水中的可降解有机物和部分胶体污染物。
二级处理中采用的化学法主要是化学絮凝法(或称混凝法)。废水中的某些污染物常以细小悬浮颗粒或胶体颗粒的形式存在，很难用自然沉降法除去。向废水中投加凝聚剂(混凝剂)，使细小悬浮颗粒的胶体颗粒聚集成较粗大的颗粒而沉淀，与水分离。
常用的凝聚剂有硫酸铝( al2(so4)3)，明矾(硫酸铝钾)，硫酸亚铁(feso4)，硫酸铁(fe2(so4)3)，三氯化铁(fecl3)等无机凝聚剂和多种有机聚合物(高分子)凝聚剂。
**处理可采用化学法(化学沉淀法、氧化还原法等)、物理化学法(吸附、离子交换、萃取、电渗析、反渗透法等)，这是以除去某些特定污染的一种“深度处理”方法。化学法就是通过化学反应改变废水中污染物的化学性质或物理性质，使之发生化学或物理状态的变化，进而将其从水中除去。
化学沉淀法处理废水，一般有投药、混合、反应、沉淀等过程。其工艺流程如图5-1所示。
2. 化学氧化法。
化学氧化法常用来处理工业废水，特别适宜处理难以生物降解的有机物，如大部分农药、染料、酚、氰化物，以及引起色度、臭味的物质。常用的氧化剂有氯类(液态氯、次氯酸钠、漂白粉等)和氧类(空气、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等)。
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是废水处理的一个典型实例。在碱性条件下(ph=8.
5～11)，液氯可将氰化物氧化成氰酸盐：
cn-+2oh-+cl2→cno-+2cl-+h2o
氰酸盐的毒性仅为氰化物的千分之一。若投加过量氧化剂，可将氰酸盐进一步氧化为二氧化碳和氮：
2cno-+4oh-+3cl2→2co2↑+n2↑+6cl-+2h2o
使水质得以进一步净化。
2. 化学还原法。
化学还原法主要用于处理含有汞、铬等重金属离子的废水。例如用废铁屑、废铜屑、废锌粒等较汞活泼的金属作还原剂处理含汞废水，将上述金属放在过滤装置中，当废水流过金属滤层时，废水中的hg2+即被还原为金属汞：
fe(zn，cu)+hg2+→fe2+(zn2+，cu2+)+hg↓
生成的铁(锌、铜)汞渣经焙烧炉加热，可以**金属汞。
对于含铬废水，可先用硫酸酸化(ph=3～4)，然后加入5％～10％的硫酸亚铁，使废水中的六价铬还原为三价铬：
然后再加入石灰，降低酸度，调至ph为8～9，三价铬离子形成难溶于水的氢氧化铬沉淀，即自然沉降而与水分离。
2cr3++3ca(oh)2→2cr(oh)3+3ca2+
物理化学处理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。常用的有吹脱、吸附、萃取、离子交换、电解等方法，有时也归类于化学方法。常用化学方法处理废水的原理和处理对象见表5-2。
表5-2 常用处理废水的化学方法。
三、废渣的处理。
1.当前全球垃圾资源开发处理现状主要特点。
发达国家垃圾资源开发处理量远高于发展中国家；
垃圾处理技术在发达国家以卫生填埋为主，而在发展中国家以堆肥为主； 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**利用的新趋势。
2. 垃圾的**。
对垃圾的**包括材料和能源的**。其中材料**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。
分选发酵法，其处理工艺路线如图5-2所示。
自学）煤的气化、煤的焦化和煤的液化。
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