响;⑤需要外界向系统注入能量,这样才有可能推动其中物质流动或迁移。 当前,在对自然环境有了较深刻认识并经过痛苦反省后的人们逐渐认识 到,作为自然一部分的人不应作为与自然对立的事物而存在,从而应该改变 历来以自体为中心来审视客观事物的习惯。现在已有很多人认为:从终极意 义上说,“人定胜天”是不可能的,人与自然间只能和谐相处,即只能做到 天人合一”。而要达到这种“合一”,人类一方面要发现自身的智慧和能 力,另一方面又必须对自身的能动力和创造力有所抑制,在“自行其事”和 自我约束”之间行一条中庸之道
响；⑤需要外界向系统注入能量，这样才有可能推动其中物质流动或迁移。 当前，在对自然环境有了较深刻认识并经过痛苦反省后的人们逐渐认识 到，作为自然一部分的人不应作为与自然对立的事物而存在，从而应该改变 历来以自体为中心来审视客观事物的习惯。现在已有很多人认为：从终极意 义上说，“人定胜天”是不可能的，人与自然间只能和谐相处，即只能做到 “天人合一”。而要达到这种“合一”，人类一方面要发现自身的智慧和能 力，另一方面又必须对自身的能动力和创造力有所抑制，在“自行其事”和 “自我约束”之间行一条中庸之道
1.3环境化学的定义、内容和研究方法 环境化学能独树一帜,成为环境科学领域中的一门重要分支学科大约始 于本世纪70年代初。在此之前,大气化学、土壤化学、海洋化学、生物化学 等早已有了长足的发展,它们也都是以环境中的化学现象为其主要研究内容 的。这些学科似乎都可归入环境化学范畴之内,但实际上这些学科的研究对 象主要在于资源利用而不在于环境。而环境化学则主要着重于研究在资源利 用过程中产生危及环境质量的诸多化学污染物的化学行为。由此看来,两方 面所涉及的学科范围是不同的,但在它们之间无疑是有着密切联系的。 有关环境化学的初期研究工作大多由非化学专业人员作出,他们是对生 物化学、生态学、湖泊学等进行研究的专业人员。是生物学家首先发现和研 究了施用农药后产生的种种不良的生态效果;是卫生工程技术人员发现和研 究了污水处理工厂曝气池壁覆盖的厚层泡沫;也正是湖泊研究专家最早发现 正常湖水突然萌生大量蓝绿藻并发生恶臭的现象,如此等等。由此看来,环 境化学和环境生态、工程技术等方面也有着密切的联系。 目前,对环境化学下一确切定义并明确划定其研究范围还是很困难的。 一般似可将其定义为研究环境中危及环境质量的化学物质,特别是化学污染 物的来源、迁移、分布、反应、转化、效应、归宿以及人类活动对这些过程 可能发生的作用和影响。从实用观点来看,环境化学的主要任务是要研究环 境质量、其变化规律和改善环境质量的技术等方面的有关化学问题。由此, 我们可将环境化学的内容归纳为三个方面:环境污染物的分析监测;从分子 级水平研究环境污染的化学机理;应用化学方法、物理化学方法和生物化学 方法等防治污染的有关技术中所涉及的化学原理。在其研究领域中有时还旁 及化学污染物对生物体产生毒性的化学机理。以上几方面内容是互相联系而 又互相沟通的,并可借以阐明环境质量的变化规律、控制污染的发生和发展, 保持生态环境的良性循环。简而言之,环境化学是研究化学物质,特别是危 及环境质量的化学污染物在环境中所发生各种化学现象的科学。图1-2显示 了包括环境化学在内的环境科学的学科组成及其在自然科学中的地位。由此 图可看出,环境化学是一门综合性很强的学科,它与众多的其他学科相邻、 相关、相沟通。实际上,环境系统是一个有机整体,不是哪一门学科能够包 容环境全体和单独地解决问题的,包括环境化学在内的有关环境的研究课题 都需要各门基础自然科学(还包括社会科学)的合作和密切配合才能完成。 环境化学与许多理论性和实用性的化学学科及环境学科的其他分支学科 有着最密切的联系。大多数环境化学的研究工作还是袭用那些老学科的研究 方法。但应指岀,环境化学还有如下与其研究对象特性相关联的独特的研究 方法:①由于被研究对象(主要是化学污染物)在环境中微量、低浓、形态 多歧,又随时随地发生迁移和形态间的转化,所以需要以非常准确而又灵敏 的环境分析监测手段作为研究工作的先导。例如对许多结构不明的有机污染 物,经常需要用强有力的结构分析仪(如红外光谱仪、色质联用仪)予以分 析鉴定;对污染物在环境介质中的相间平衡或反应动力学机理研究常需用高 灵敏度的同位素示踪技术等。②实际的环境体系是自然体系,它所发生的 切过程都是自发进行的,不可逆的,体系中污染物与其所处介质间也往往处 于不平衡状态,所以单用化学热力学来处理这类体系的有关问题就有可能远 离实际情况。目前正在兴起的环境化学动态学针对热力学的不足,以研究化
1.3 环境化学的定义、内容和研究方法 环境化学能独树一帜，成为环境科学领域中的一门重要分支学科大约始 于本世纪 70 年代初。在此之前，大气化学、土壤化学、海洋化学、生物化学 等早已有了长足的发展，它们也都是以环境中的化学现象为其主要研究内容 的。这些学科似乎都可归入环境化学范畴之内，但实际上这些学科的研究对 象主要在于资源利用而不在于环境。而环境化学则主要着重于研究在资源利 用过程中产生危及环境质量的诸多化学污染物的化学行为。由此看来，两方 面所涉及的学科范围是不同的，但在它们之间无疑是有着密切联系的。 有关环境化学的初期研究工作大多由非化学专业人员作出，他们是对生 物化学、生态学、湖泊学等进行研究的专业人员。是生物学家首先发现和研 究了施用农药后产生的种种不良的生态效果；是卫生工程技术人员发现和研 究了污水处理工厂曝气池壁覆盖的厚层泡沫；也正是湖泊研究专家最早发现 正常湖水突然萌生大量蓝绿藻并发生恶臭的现象，如此等等。由此看来，环 境化学和环境生态、工程技术等方面也有着密切的联系。 目前，对环境化学下一确切定义并明确划定其研究范围还是很困难的。 一般似可将其定义为研究环境中危及环境质量的化学物质，特别是化学污染 物的来源、迁移、分布、反应、转化、效应、归宿以及人类活动对这些过程 可能发生的作用和影响。从实用观点来看，环境化学的主要任务是要研究环 境质量、其变化规律和改善环境质量的技术等方面的有关化学问题。由此， 我们可将环境化学的内容归纳为三个方面：环境污染物的分析监测；从分子 级水平研究环境污染的化学机理；应用化学方法、物理化学方法和生物化学 方法等防治污染的有关技术中所涉及的化学原理。在其研究领域中有时还旁 及化学污染物对生物体产生毒性的化学机理。以上几方面内容是互相联系而 又互相沟通的，并可借以阐明环境质量的变化规律、控制污染的发生和发展， 保持生态环境的良性循环。简而言之，环境化学是研究化学物质，特别是危 及环境质量的化学污染物在环境中所发生各种化学现象的科学。图 1-2 显示 了包括环境化学在内的环境科学的学科组成及其在自然科学中的地位。由此 图可看出，环境化学是一门综合性很强的学科，它与众多的其他学科相邻、 相关、相沟通。实际上，环境系统是一个有机整体，不是哪一门学科能够包 容环境全体和单独地解决问题的，包括环境化学在内的有关环境的研究课题 都需要各门基础自然科学（还包括社会科学）的合作和密切配合才能完成。 环境化学与许多理论性和实用性的化学学科及环境学科的其他分支学科 有着最密切的联系。大多数环境化学的研究工作还是袭用那些老学科的研究 方法。但应指出，环境化学还有如下与其研究对象特性相关联的独特的研究 方法：①由于被研究对象（主要是化学污染物）在环境中微量、低浓、形态 多歧，又随时随地发生迁移和形态间的转化，所以需要以非常准确而又灵敏 的环境分析监测手段作为研究工作的先导。例如对许多结构不明的有机污染 物，经常需要用强有力的结构分析仪（如红外光谱仪、色质联用仪）予以分 析鉴定；对污染物在环境介质中的相间平衡或反应动力学机理研究常需用高 灵敏度的同位素示踪技术等。②实际的环境体系是自然体系，它所发生的一 切过程都是自发进行的，不可逆的，体系中污染物与其所处介质间也往往处 于不平衡状态，所以单用化学热力学来处理这类体系的有关问题就有可能远 离实际情况。目前正在兴起的环境化学动态学针对热力学的不足，以研究化
学物质在环境流体中迁移、转化历程为目标,取得了许多有意义的成果,已 有很多专著发表。但还应指出,目前仍不能舍弃化学热力学方法,因为它是 我们研究动态问题的出发点。再则,在前人工作基础上,化学热力学具备着 充分的现成数据可资利用。③由于体系组成的复杂性,所发生的多种过程又 交互重叠,所以在研究问题时经常需要用简化手段,以单体系、单组分、单 过程作为研究问题的起点,尽可能地把影响环境质量的主要因素和次要因素 分开,以便找出最本质的东西。在此基础上,再进一步考虑环境的整体性和 相关性,使所得最后结果能与实际情况一致。④环境体系是宏大、多元的, 对化学物质造成环境污染的现象作综合的宏观研究,还需借助于物理和数学 的手段。一般是在掌握了体系的有关结构、功能和性能数据之后运用物理图 像作为模型,运用数学关系式作为模式,将化学污染物在环境中的种种宏观 行为分别作岀定性和定量的表述。在此基础上,再以模拟实验(实验室模拟 现场模拟、计算杋模拟〕来验证前所提岀的模型和模式。综上所述,在环境 化学研究方法中需运用多方结合的手段,即多种学科结合、宏观和微观结合、 静动结合、简繁结合,“软硬”结合等。 旧然史 然哲学 自然科学 生科学 非生物科学 檀物学微生物学动学地质学化学物理学天文勞 生理学 气象学 遗传学 古生物学地球化学物理化学 宇宙物理学 化学化学」 地球物理学 宇宙化学 生态学生物物理学 月球科学 空间科学 环竞科学 郾境用坏学 委龚餐 遵 薹 图1-2环境科学的学科组成及其在自然科学中的地位
学物质在环境流体中迁移、转化历程为目标，取得了许多有意义的成果，已 有很多专著发表。但还应指出，目前仍不能舍弃化学热力学方法，因为它是 我们研究动态问题的出发点。再则，在前人工作基础上，化学热力学具备着 充分的现成数据可资利用。③由于体系组成的复杂性，所发生的多种过程又 交互重叠，所以在研究问题时经常需要用简化手段，以单体系、单组分、单 过程作为研究问题的起点，尽可能地把影响环境质量的主要因素和次要因素 分开，以便找出最本质的东西。在此基础上，再进一步考虑环境的整体性和 相关性，使所得最后结果能与实际情况一致。④环境体系是宏大、多元的， 对化学物质造成环境污染的现象作综合的宏观研究，还需借助于物理和数学 的手段。一般是在掌握了体系的有关结构、功能和性能数据之后运用物理图 像作为模型，运用数学关系式作为模式，将化学污染物在环境中的种种宏观 行为分别作出定性和定量的表述。在此基础上，再以模拟实验（实验室模拟、 现场模拟、计算机模拟）来验证前所提出的模型和模式。综上所述，在环境 化学研究方法中需运用多方结合的手段，即多种学科结合、宏观和微观结合、 静动结合、简繁结合，“软硬”结合等
1.4环境污染和环境污染物 环境污染 对环境产生各种危害的问题可归结为两类。第一类是自然界各因素间相 互作用或自然界自身不断运动产生的那些危及人类生存的问题。如各种自然 灾害:火山爆发、地震、滑坡、洪水、风暴等。第二类是人类生产和生活活 动所引起的问题,对此又可归纳为四个方面:①在资源开发过程中过度地向 自然索取物质和能量(特别是化石燃料、矿物和木材等);②在物质生产和 日常生活过程中向环境释放出废物和废能(特别是化学污染物和辐射能) ③经济建设(如农村城市化、围湖造田、兴建水坝等)引起对环境干扰;④ 人口增殖引起单位时间和空间中人类活动频度增多。以上这些人类活动也都 将导致环境污染和自然生态的破坏。 近代,随着人类社会进步、生产发展和人们生活的不断提高,同时也造 成了严重的环境污染现象,如大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染、 噪声污染、农药污染和核污染等。特別在本世纪的50~60年代,污染已成为 世界范围的严重社会公害,许多人因患公害病而受苦难或死亡,许多人的健 康受到环境污染的损害,环境污染已对人们生活和经济发展造成了严重危 害。在这种情况下,人们逐渐对环境污染问题有了深刻的认识,在人们的思 想上也就形成了环境污染的新概念。就目前人们的认识水平来看,所谓环境 污染,指的是“由于自然的或人为的(生产、生活)原因,往原先处于正常 状况的环境中附加了物质、能量或生物体,其数量或强度超过了环境的自净 能力(自动调节能力),使环境质量变差,并对人们的健康或环境中某些有 价值物质产生有害影响者。”对于环境污染的概念可以用图1-3示意,也可 用类似数学的公式表示如下 (自然因素或人类活动的冲击破坏)-(包括自净机能在内的自然界动态 平衡恢复能力)=(环境污染造成的危害) 环 费者□ 污染物 不良类 响社会 图1-3环境污染慨念图 这里所说的自然原因即是指火山爆发、森林火灾、地震,有机物的腐烂 等。以火山爆发为例,活动性火山喷发出的气体中含有大量硫化氢、二氧化 硫、三氧化硫、硫酸盐等,严重污染了当地的区域环境;从一次大规模的火 山爆发中喷出的气溶胶(火山灰)有可能将其影响波及全球。首先,大量火
1.4 环境污染和环境污染物 1.4.1 环境污染 对环境产生各种危害的问题可归结为两类。第一类是自然界各因素间相 互作用或自然界自身不断运动产生的那些危及人类生存的问题。如各种自然 灾害：火山爆发、地震、滑坡、洪水、风暴等。第二类是人类生产和生活活 动所引起的问题，对此又可归纳为四个方面：①在资源开发过程中过度地向 自然索取物质和能量（特别是化石燃料、矿物和木材等）；②在物质生产和 日常生活过程中向环境释放出废物和废能（特别是化学污染物和辐射能）； ③经济建设（如农村城市化、围湖造田、兴建水坝等）引起对环境干扰；④ 人口增殖引起单位时间和空间中人类活动频度增多。以上这些人类活动也都 将导致环境污染和自然生态的破坏。 近代，随着人类社会进步、生产发展和人们生活的不断提高，同时也造 成了严重的环境污染现象，如大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染、 噪声污染、农药污染和核污染等。特别在本世纪的 50～60 年代，污染已成为 世界范围的严重社会公害，许多人因患公害病而受苦难或死亡，许多人的健 康受到环境污染的损害，环境污染已对人们生活和经济发展造成了严重危 害。在这种情况下，人们逐渐对环境污染问题有了深刻的认识，在人们的思 想上也就形成了环境污染的新概念。就目前人们的认识水平来看，所谓环境 污染，指的是“由于自然的或人为的（生产、生活）原因，往原先处于正常 状况的环境中附加了物质、能量或生物体，其数量或强度超过了环境的自净 能力（自动调节能力），使环境质量变差，并对人们的健康或环境中某些有 价值物质产生有害影响者。”对于环境污染的概念可以用图 1-3 示意，也可 用类似数学的公式表示如下： （自然因素或人类活动的冲击破坏）-（包括自净机能在内的自然界动态 平衡恢复能力）=（环境污染造成的危害） 这里所说的自然原因即是指火山爆发、森林火灾、地震，有机物的腐烂 等。以火山爆发为例，活动性火山喷发出的气体中含有大量硫化氢、二氧化 硫、三氧化硫、硫酸盐等，严重污染了当地的区域环境；从一次大规模的火 山爆发中喷出的气溶胶（火山灰）有可能将其影响波及全球。首先，大量火
山灰将遮蔽日光,使太阳光(能)反射,转回到宇宙空间,从而影响了那些 必需要阳光的地球生物类的生长。另一方面,火山灰在地球表层形成一层薄 膜,使地面上的各种形式能量无法散发,这如同二氧化碳造成的温室效应所 起的作用一样。再则,大气中到处散满了火山灰,成为水滴的凝结核心,使 雨云易于集结,造成某些地区降雨量“前所未有”地增多;由于地球表层进 行循环的水量是大体恒定的,局部地区大雨经久,则必然造成另一些地区发 生严重的干旱;有的地方大雨,有的地方大旱,这又扰乱了地球表层热能分 布平衡状态,造成局部地区热流,另一些地区则产生寒潮。以上这些现象结 合起来,就会严重影响人们正常生活,破坏农业生产,导致严重歉收。许多 环境污染问题如同上述火山爆发情况一样,对于环境的质量能起“牵一发而 动全身”的作用。 环境污染概念中所说的人为原因主要是指人类的生产活动,包括矿石开 采和冶炼,化石燃料燃烧、人工合成新物质(如农药、化学药品)等;有关 这方面的问题,将在后面的有关章节中陆续予以阐述 1.4.2环境污染物 由于环境发生污染,当然就要影响环境的质量。自然环境的质量包括物 理的、化学的和生物的三个方面。这三方面质量相应地受到三种环境污染因 素的影响,即化学污染物,物理污染因素和生物污染体。化学污染物是环境 化学主要研究对象。物理污染因素主要是一些能量性因素,如放射性、噪声、 振动、热能、电磁波等。生物污染体包括细圈、病毒、水体中反常生长的藻 类等。下面我们将对化学污染物及其危害作一提要性介绍。 水体中的主要化学污染物质有如下几类:①有害金属,如As、cd、Cr、 Cu、Hg、Pb、Zn等;②有害阴离子,如CN、F、c、Br、S2、S02等; ③营养物质,如N4、NO3、NO2、PO43等;④有机物,如酚、醛、农药 表面活性剂、多氯联苯、脂肪酸、有机卤化物等。1978年美国环境保护局 (EPA)曾提出水体中129种应予优先考虑的污染物,其中有机污染物占14 种;⑤放射性物质,如3H、32p、sr、131、14ce、232Th、23%等核素。 大气中的主要化学污染物来自于化石燃料的燃烧。燃烧的直接产物C0 和H0是无害的。污染物产生于这样一些过程:①燃料中含硫,燃烧后产生 污染气体S02;②燃烧过程中,大气中N2参与反应生成NO,再经过复杂过程 产生各种氮氧化物(以№o表示):③燃料粉末或石油细粒未及燃烧而散逸 ④燃烧不完全,产生￠0等中间产物;⑤燃料使用过程中加入添加剂,如汽油 中加入铅有机物,作为内燃机汽缸的抗震剂,经燃烧后,铅化合物进入大气。 土壤中的主要化学污染物是农药,肥料、重金属等。 化学工业在最近数十年来有了长足的发展,为人类文明和社会经济繁荣 作出了贡献。目前已知化学物质总数近1000万种,且这个数字还在不断增 大,其中6~7万种是人们日常使用的,而约7000种是工业上大量生产的。 到目前为止,在环境中已发现近10万不同种类的化合物。其中有很多对于各 种生物具有一定的危害性,或是立即发生作用,或是通过长期作用而在植物、 动物和人的生活中引起这样或那样不良的影响。进入环境的化学污染物数量 也是惊人的,例如仅由于烧煤,世界范围内每年约有3000吨汞进入大气。 上述环境污染概念中所说的附加物质一般都是指有害的化学物质,所以
山灰将遮蔽日光，使太阳光（能）反射，转回到宇宙空间，从而影响了那些 必需要阳光的地球生物类的生长。另一方面，火山灰在地球表层形成一层薄 膜，使地面上的各种形式能量无法散发，这如同二氧化碳造成的温室效应所 起的作用一样。再则，大气中到处散满了火山灰，成为水滴的凝结核心，使 雨云易于集结，造成某些地区降雨量“前所未有”地增多；由于地球表层进 行循环的水量是大体恒定的，局部地区大雨经久，则必然造成另一些地区发 生严重的干旱；有的地方大雨，有的地方大旱，这又扰乱了地球表层热能分 布平衡状态，造成局部地区热流，另一些地区则产生寒潮。以上这些现象结 合起来，就会严重影响人们正常生活，破坏农业生产，导致严重歉收。许多 环境污染问题如同上述火山爆发情况一样，对于环境的质量能起“牵一发而 动全身”的作用。 环境污染概念中所说的人为原因主要是指人类的生产活动，包括矿石开 采和冶炼，化石燃料燃烧、人工合成新物质（如农药、化学药品）等；有关 这方面的问题，将在后面的有关章节中陆续予以阐述。 1.4.2 环境污染物 由于环境发生污染，当然就要影响环境的质量。自然环境的质量包括物 理的、化学的和生物的三个方面。这三方面质量相应地受到三种环境污染因 素的影响，即化学污染物，物理污染因素和生物污染体。化学污染物是环境 化学主要研究对象。物理污染因素主要是一些能量性因素，如放射性、噪声、 振动、热能、电磁波等。生物污染体包括细圈、病毒、水体中反常生长的藻 类等。下面我们将对化学污染物及其危害作一提要性介绍。 水体中的主要化学污染物质有如下几类：①有害金属，如 As、Cd、Cr、 Cu、Hg、Pb、Zn 等；②有害阴离子，如 CN-、F -、Cl-、Br-、S 2-、SO4 2-等； ③营养物质，如 NH4 +、NO3 -、NO2 -、PO4 3-等；④有机物，如酚、醛、农药、 表面活性剂、多氯联苯、脂肪酸、有机卤化物等。1978 年美国环境保护局 （EPA）曾提出水体中 129 种应予优先考虑的污染物，其中有机污染物占 114 种；⑤放射性物质，如 3 H、32P、90Sr、131I、144Ce、232Th、238U 等核素。 大气中的主要化学污染物来自于化石燃料的燃烧。燃烧的直接产物 CO2 和 H 2 O 是无害的。污染物产生于这样一些过程：①燃料中含硫，燃烧后产生 污染气体 SO2；②燃烧过程中，大气中 N 2参与反应生成 NO，再经过复杂过程 产生各种氮氧化物（以 NO x表示）：③燃料粉末或石油细粒未及燃烧而散逸； ④燃烧不完全，产生 CO 等中间产物；⑤燃料使用过程中加入添加剂，如汽油 中加入铅有机物，作为内燃机汽缸的抗震剂，经燃烧后，铅化合物进入大气。 土壤中的主要化学污染物是农药，肥料、重金属等。 化学工业在最近数十年来有了长足的发展，为人类文明和社会经济繁荣 作出了贡献。目前已知化学物质总数近 1000 万种，且这个数字还在不断增 大，其中 6～7 万种是人们日常使用的，而约 7000 种是工业上大量生产的。 到目前为止，在环境中已发现近 10 万不同种类的化合物。其中有很多对于各 种生物具有一定的危害性，或是立即发生作用，或是通过长期作用而在植物、 动物和人的生活中引起这样或那样不良的影响。进入环境的化学污染物数量 也是惊人的，例如仅由于烧煤，世界范围内每年约有 3000 吨汞进入大气。 上述环境污染概念中所说的附加物质一般都是指有害的化学物质，所以