化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)

1.海洋一人類未來的財(cái)富

海洋是人類可持續(xù)開展的重要根底。浩瀚的海洋中，蘊(yùn)藏著極其豐富的礦物資源、生

物資源和藥物資源，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀，開發(fā)前景十分誘人。

開發(fā)利用海洋是解決當(dāng)前人類社會(huì)面臨的人口膨脹、資源短缺和環(huán)境惡化等一系列難

題的重要途徑。在陸地資源日漸枯竭的今天，海洋正成為人類繁衍開展的生命線。

(1)海洋石油和天然氣

12)海洋金屬礦藏

海水中溶解有8()多種化學(xué)元素,被譽(yù)為“液體礦山〃.海水中可提取鎂、鉀、鈾、鍥

等各類礦物達(dá)5億億噸。

海底有大量鋸結(jié)核，也稱多金屬結(jié)核。鐳結(jié)核是20世紀(jì)70年代才大量發(fā)現(xiàn)的深海礦

產(chǎn)。褐色的錦結(jié)核，外觀象土豆，切片來看，一層層的又象蔥頭。這種結(jié)核體往往是以貝殼、

珊瑚、魚牙、魚骨為核心，把其他物質(zhì)聚集在周圍。生長(zhǎng)速度很緩慢，大約1000年生長(zhǎng)1

亳米，有的100萬年才生長(zhǎng)4亳米。缽結(jié)核含有缽、鐵、銀、鉆等20多種元素。其經(jīng)濟(jì)價(jià)

值很高，廣泛分布于水深4000~6000米的海底，總儲(chǔ)量估計(jì)約為3萬億噸。

現(xiàn)在?般利用采礦船來開采鋪團(tuán)塊。裝有深海電視的采礦機(jī)在海底收集鐳團(tuán)塊，通過

軟管抽氣像吸塵器一樣，毛銹團(tuán)塊經(jīng)軟管連續(xù)地吸到水面上的采礦船中，每天采礦量可達(dá)3

000噸。

(3)海洋生物

(4)海洋能源

除石油、天然氣外，海洋蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)力能源。據(jù)估算，可供開發(fā)利用的總量在1500

億千瓦以上，相當(dāng)于目前全世界發(fā)電總量的十幾倍。其中，波浪能為700億千瓦，潮汐能為

27億千瓦，海流能為1億千瓦，溫差能為500億千瓦，鹽度差能為300億千瓦。海洋能具

有平安、無污染和可永久利用等優(yōu)點(diǎn)，具備良好的開發(fā)前景。

2.海水化學(xué)資源概況和海水利用

海洋化學(xué)也稱化學(xué)海洋學(xué)，它是海洋科學(xué)的四大根底學(xué)科之一。海洋化學(xué)研究海洋環(huán)

境中化學(xué)物質(zhì)的分布、轉(zhuǎn)移、循環(huán)的規(guī)律及其在開發(fā)利用中的化學(xué)問題。海水的成分非常復(fù)

雜，全球海洋的含鹽量就達(dá)5億億噸，還含有大量非常稀有的元素，是地球上最大的礦產(chǎn)資

源庫(kù)。海洋資源的持續(xù)利用是人類生存開展的重要前提，目前，全世界每年從海洋中提取淡

水20多億噸、食鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溟20萬噸，總產(chǎn)值達(dá)6億多美元。

水是生命之源，世界上缺水的地區(qū)越來越多，海水淡化已成為獲得淡水資源重要的途徑，所

有這些都是海洋化學(xué)要研究的，海洋化學(xué)的研究和海洋開發(fā)正方興未艾，必將越來越多的造

福人類。

水荒目前已成為世界性的問題，是制約社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)開展的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球用

水總量每15年就翻一番，到2030年地球上將有1/3的人口面臨淡水資源危機(jī)。地球的外表

雖然有71%被水覆蓋，但其中96.5%是海水，還有15%是咸水，在余下的2.5%的淡水中，乂

有69舟是人類難以利用的兩極冰蓋。人類可利用的淡水只占全球水總量的0.77%。有人比喻

在地球這個(gè)大水缸里可用的淡水只有?湯匙。合理節(jié)約用水是可持續(xù)開展的重要課題，然而，

節(jié)水井不能增加淡水的總量。大量地利用海水自然而然地就成為21世紀(jì)解決淡水缺乏的主

要途徑。

海水利用包括海水直接利用、海水淡化和海水綜合利用，以及海水農(nóng)業(yè)等。

海水直接利用是川海水代替淡水作為工業(yè)用水和生活用水。到21世紀(jì)上半葉，隨著海

洋生物污損防治技術(shù)的提高和耐腐蝕材料的進(jìn)?步開展,沿海城市的絕大局部工業(yè)冷卻水都

將采用海水。海水沖廁會(huì)得到大面積推廣。

海水淡化是海水利用的重點(diǎn)，到了21世紀(jì)中葉，也許我們會(huì)看到這樣一個(gè)景象，每個(gè)

島嶼或缺水的沿海城市都建有海水淡化工廠。這些工廠里大多采用蒸儲(chǔ)法和反滲透技術(shù)來制

取淡水。到時(shí)候全世界使用的水資源中有1/5以上來自海洋。反滲透法是利用孔徑比納米還

細(xì)小的半透膜漉去鹽分來制取淡水的。另外，還有人設(shè)想由于反滲透法制取淡水是在一定的

壓力下實(shí)現(xiàn)的，假設(shè)把海水淡化裝置放在海底，就可以利用海水自身的壓力來獲取淡水，對(duì)

海上城市或石油鉆井平臺(tái)非常實(shí)用。出海遠(yuǎn)洋只要帶一臺(tái)海水淡化設(shè)備就可以滿足船上的淡

水供應(yīng)。采用蒸儲(chǔ)法制取淡水，主要是利用熱能來實(shí)現(xiàn)的，在有核電站和熱電廠的條件下采

用這種技術(shù)可以充分利用電廠余熱大大減少能耗。

3.海水淡化技術(shù)

淡水危機(jī)甚至比糧食危機(jī)、石油危機(jī)還要來勢(shì)洶洶，解決淡水資源問題早已提到了人

類的議事H程。在這種背景下，把海水、苦咸水等含高鹽量的水轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)、生活用水的海

水淡化技術(shù)得到空前迅猛的開展。目前，淡化海水的方法已有十種之多，下面介紹的是其中

最為主要的幾種。

①蒸儲(chǔ)法蒸儲(chǔ)法雖然是一種古老的方法，但由于技術(shù)不斷地改良與開展，該法至今

仍占統(tǒng)治地位。蒸儲(chǔ)淡化過程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過程，其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成

云，云在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據(jù)設(shè)備可分為蒸儲(chǔ)法、蒸汽壓縮蒸

儲(chǔ)法、多級(jí)閃急蒸儲(chǔ)法等，此外，以上方法的組合也口益受到重視。

②電滲析法亦稱換膜電滲析法該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換

膜是0.5mm?1.()mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過性區(qū)分為正離子交換膜(陽(yáng)膜)與

負(fù)離子交換膜(陰膜)?？跐B析法是將具有選擇透過性的陽(yáng)膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相

互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以別離。電滲析法不僅可

以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利目作出奉獻(xiàn)。此外，這種方法也越來

越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、別離與提純。

③反滲透法通常乂稱超過濾法，是1953年才開始采用的一種膜別離淡化法。該法

是利用半透膜只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的特點(diǎn)，將海水與淡水分隔開的。在通常情

況下，淡水通過半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度

才停止，這個(gè)過程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施

加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是

節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的"2,蒸餛法的1/40。因此，從1974年起，美、日等興旺

國(guó)家先后把開展重又轉(zhuǎn)向反滲透法。

4.我國(guó)的海水淡化事業(yè)

我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)掌握海水淡化先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家之一。自20世紀(jì)50年代以來，

我國(guó)開始研究海水淡化技術(shù)，連續(xù)幾個(gè)五年方案都將此項(xiàng)研究列入國(guó)家科技攻關(guān)工程，并將

其列入當(dāng)前優(yōu)先開展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化聿點(diǎn)領(lǐng)域指南。經(jīng)過4()余年的開展，我國(guó)不但建立

了海水淡化科研基地，培養(yǎng)和鍛煉了專門人才，而且在海水淡化領(lǐng)域取得了令人矚目的成績(jī),

奠定了我國(guó)在海水淡化領(lǐng)域的世界強(qiáng)國(guó)地位。

目前我國(guó)在海水淡化技術(shù)上的成就大致有：國(guó)內(nèi)相關(guān)單位對(duì)多級(jí)閃蒸的設(shè)計(jì)和模擬進(jìn)

行了廣泛的研究，積累了多級(jí)閃蒸設(shè)備運(yùn)行和管理的豐富經(jīng)驗(yàn)；低溫壓汽蒸儲(chǔ)經(jīng)過了三代小

型樣機(jī)的研制，積累了豐富的設(shè)計(jì)和加工運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。特別是經(jīng)過“九五〃科技攻關(guān)，解決了

壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，開發(fā)的蒸汽壓縮機(jī)已經(jīng)到達(dá)國(guó)外同等容量產(chǎn)品的先進(jìn)水平；成功

地開發(fā)了蒸發(fā)管與管板的彈性密封連接裝置；開發(fā)了高效低阻力的液體分布裝置。

我國(guó)的反滲透海水淡化技術(shù)進(jìn)一步得到完善。目前已經(jīng)比較完整的掌握了海水淡化工

程設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，并開發(fā)了較為豐富的工程化技術(shù)，具備了相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)化根底。

此外，在海水淡化上我國(guó)還擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，攻克了膜

法反滲透水處理技術(shù)、三元扭曲葉輪制造技術(shù)、高性能蒸汽壓縮機(jī)等海水淡化重要技術(shù)和設(shè)

備，已經(jīng)擁有50多項(xiàng)技術(shù)專利?？梢赃@樣說，歷經(jīng)幾十年的研究探索，我國(guó)已培養(yǎng)和造就

了一大批海水淡化專門人才，組建了一些專門科研機(jī)構(gòu)。如以蒸儲(chǔ)淡化研究為主的國(guó)家海洋

局天津海水淡化與綜合利用研究所、天津大學(xué)以及以反滲透技術(shù)為主的國(guó)家海洋局杭州水處

理技術(shù)研究開發(fā)中心等單位。這些單位完成的一批海水淡化工程推動(dòng)了國(guó)內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)的

開展。淡水資源匱乏是一個(gè)世界性的問題，我國(guó)也一樣，特別是沿海地區(qū)和海島，淡水的供

需矛盾非常突出。我國(guó)的綠水淡化事業(yè)的長(zhǎng)足開展使我們深信：有海洋，我們就有水喝！

5.石油的成分

在石油中由碳、氫兩種元素組成的化合物的成分很復(fù)雜。按其結(jié)構(gòu)可分為烷煌(包括

直鏈和支鏈烷燒)、環(huán)烷烽(多數(shù)為烷基環(huán)戊烷和烷基環(huán)己烷)和芳香燒［多數(shù)是烷基苯)。

在石油中i般不含烯烽。

在石油中含硫的化合物主要有硫醇(RSH)、硫醒(RSR)、二硫化物(RSSR)和曜吩

等。

在石油中含氧的化合物主要有環(huán)烷酸和酚(以苯酚為主)，此外還含有少量的脂肪酸。

環(huán)烷酸是指分子中含有一個(gè)或多個(gè)駢合脂環(huán)、碳原子數(shù)為11?30個(gè)的按酸?？⒒瓤梢栽?/p>

脂環(huán)上，也可以在側(cè)鏈匕在煉油生產(chǎn)中，常將環(huán)烷酸和酚統(tǒng)稱為石油酸。

在石油中含氮的化合物主要有毗咤、毗咯、喳咻和胺類(RNH2)等。因毗咯在空氣中容

易被氧化，顏色逐漸變深，這與汽油久存后顏色變深有關(guān)。

石油的化學(xué)組成不是固定的，而是隨產(chǎn)地的不同而不同。根據(jù)石油中所含燒的成分的

不同，一般將石油分為烷燃基石油、環(huán)烷基石油、混合基石油和芳煌基石油等幾大類。但各

產(chǎn)油國(guó)常根據(jù)本國(guó)資源的情況有不同的分類。

6.我國(guó)的石油資源

在我國(guó)960X10'kn?的土地上，經(jīng)過地質(zhì)普查，發(fā)現(xiàn)有300多個(gè)可供勘探石油的沉積

盆地，沉積巖面積達(dá)450X10*km2,約占國(guó)土總面積的44%。其中面積大于10X10*ki廠的沉

積盆地有10個(gè)，總面積超過254X10,km%

此外，還有大量的中小盆地油氣資源也很豐富，有些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油田或工業(yè)油流。如

酒泉盆地、蘇北盆地和百色盆地等。

除了陸上石油外，我國(guó)還擁有18000km的海岸線，其大陸架的面積約占世界大陸架

總面積的1/20。根據(jù)近幾年的勘查結(jié)果，先后在渤海、黃海南部、東海、臺(tái)灣淺灘、珠江

口、鶯歌海、北部灣等海域發(fā)現(xiàn)了7個(gè)油氣盆地，總面積約為100X10,kn/。從開展遠(yuǎn)景來

看，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量不亞于陸上石油的儲(chǔ)量。我國(guó)專家估計(jì)，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為

200X109?500X1()9t,國(guó)外人士估計(jì)我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為2我X近9?900X1()93

7.石油分館的工藝過程

(1)原油加工前的預(yù)處理

在原油中含有一定量的石油氣、水、鹽類和泥沙等雜質(zhì)，如不除去這些雜質(zhì)，將會(huì)給

以后的工序帶來困難。預(yù)處理的步驟是先通過油氣別離器，將石油氣別離出去。再進(jìn)入沉降

池中除去泥沙及局部水和鹽類。最后，在15?25kV的高壓電場(chǎng)下脫鹽、脫水。

(2)初儲(chǔ)

將預(yù)處理后的原油在初儲(chǔ)塔中加熱到220?250從塔頂蒸出輕汽油和殘留的水分。

(3)常壓分儲(chǔ)

用泵將從初儲(chǔ)塔底得到的拔頂油送入加熱爐中加熱到360?370℃后，再送入常壓分儲(chǔ)

塔中。經(jīng)分緇，在塔頂可得到低沸點(diǎn)汽油儲(chǔ)分，經(jīng)冷凝和冷卻到30?40C時(shí)，一局部作為

塔頂回流液，另一局部作為汽油產(chǎn)品。此外，還設(shè)有1?2個(gè)中段回流。在常壓塔中一股有

3?4個(gè)側(cè)線，分別儲(chǔ)出煤油、輕柴油。側(cè)線產(chǎn)品是按人們的不同需要而取的不同沸點(diǎn)范圍

的產(chǎn)品，在不同的流程中并不相同。有的側(cè)線產(chǎn)品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產(chǎn)品；

有的側(cè)線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底產(chǎn)品為常壓渣油。

(4)減壓分儲(chǔ)

原油在常壓分餛塔中只能分偏出沸點(diǎn)較低的偏分。要分餛出沸點(diǎn)約在500C以上的裂

化原料和潤(rùn)滑油原料，就會(huì)出現(xiàn)一定的問題。因?yàn)檫@些惘分所含有的大分子燒類在450℃

以上就會(huì)發(fā)生裂解反響，使儲(chǔ)出的油品變質(zhì)，并生成焦炭，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了解決

這個(gè)問題,就必須在減壓下進(jìn)行蒸儲(chǔ)。因此，將從常壓塔底出來的重油經(jīng)加熱爐加熱到410°C

左右后,送入減壓分偏塔中。為了使塔頂殘壓保持在2.7kPa?10.7kPa,需要用真空設(shè)備

抽出不凝性氣體。同時(shí)在減壓塔底吹入過熱蒸氣以降低塔內(nèi)的油氣分壓，增加儲(chǔ)分的拔出率。

在減壓蒸儲(chǔ)塔的塔頂?shù)玫降氖侵夭裼?；在?cè)線分別得到輕潤(rùn)滑油、中潤(rùn)滑油、重潤(rùn)滑油；經(jīng)

汽提塔汽提后，在塔底得渣油。

g汽油

汽油是一種重要燃料，主要用于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)。如汽車、摩托車等。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，

汽油應(yīng)在燃燒沖程燃燒。但有的汽油在壓縮過程就燃燒爆炸，不僅影響氣缸的正常運(yùn)行，而

且由于強(qiáng)烈地震動(dòng)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。這種汽油在氣缸中的不正常的燃燒現(xiàn)象，稱為汽油

的爆震性。

汽油的爆震性與汽油的成分有密切的關(guān)系，以芳燒的抗震性最好（即爆震性最?。?/p>

環(huán)烷炫和異構(gòu)烷燃次之，烯燃再次之，烷危中正構(gòu)（直鏈）烷煌的抗震性小。汽油的抗震性

能用辛烷值來表示。

提高汽油辛烷值的方法之一，是增加汽油中的芳烽的含量，減少正構(gòu)烷燒的含量；另

一種方法是參加少量的四乙基鉛（Pb（GH5）Jo一般來說，只要在汽油中加0.2%?0.5%（質(zhì)

量分?jǐn)?shù)）的四乙基鉛就可以顯著地提高汽油的抗震性。但是，在汽油中使用四乙基鉛存在著

許多的問題。一方面是四乙基鉛有毒，只需少量就可以使人體中毒。因此，參加四乙基鉛的

汽油通常被染成紅色或藍(lán)色。另一方面是四乙基鉛在氣缸中燃燒后，其中的鉛會(huì)變成氧化鉛

沉積下來，增加積炭量，引起氣缸過熱，增大發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常

在四乙基鉛中參加一種導(dǎo)出劑，使鉛成為揮發(fā)性物質(zhì)從氣缸中排出?？墒牵U化合物的排

放，造成了一定程度的環(huán)境污染。目前，我國(guó)的一些城市，如北京、廣州已經(jīng)禁止汽車使用

含鉛汽油，以減少對(duì)大氣的污染和對(duì)人體健康的危害。

9.催化裂化

催化裂化就是將原油（常用的馀分是重質(zhì)油，如減壓儲(chǔ)分、焦化柴油及石蠟等，也可

使用常壓重油）在催化劑的存在下，在460衛(wèi)?520c及100kPa?200kPa的壓強(qiáng)下進(jìn)行

裂解反響。與熱裂化相比較，催化裂化的條件，如溫度和壓強(qiáng)要低一些，但對(duì)原料的要求卻

相對(duì)高一些。如果在原料中含有銀、鐵、銅、帆等重金屬，就會(huì)影響催化劑的催化效率，使

其選擇性顯著降低，從而會(huì)降低汽油的產(chǎn)量，增加氣體和焦炭的產(chǎn)量。所以，催化裂化所用

的原料油中重金屬的含量必須要有一定限制。

在催化裂化中常用的催化劑是硅酸鋁，它的主要成分是SiO?和AI2O3。按照硅酸鋁分子

的結(jié)構(gòu)，又可以分為無定形（叫做普通硅酸鋁催化劑）和結(jié)晶形（叫做分子篩催化劑）兩種。

目前最常用的是分子篩催化劑，它的催化活性和選擇性都比較好，汽油的產(chǎn)率較高。

催化裂化所發(fā)生的化學(xué)反響與熱裂化的反響沒有本質(zhì)上的區(qū)別。除了發(fā)生分解反響，

使碳鏈較長(zhǎng)的炫發(fā)生碳碳混斷裂而生成碳鏈較短的煌以外，由于有催化劑的存在，使得異構(gòu)

化和芳構(gòu)化的反響加速。例如，十四烷在催化裂化的條件下，首先分解為庚烷和庚烯：

CIMHULC7H16+C7HH

生成的庚烷和庚烯可以進(jìn)一步發(fā)生異構(gòu)化、芳構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移等反響。

異構(gòu)化反響是指正構(gòu)烷煌變成異構(gòu)烷燒，如帶側(cè)鏈的環(huán)戊烷變成環(huán)己烷，使產(chǎn)品中異

構(gòu)煌的含量增加。

芳構(gòu)化反響是指開鏈烷烽變成環(huán)狀化合物、環(huán)狀化合物脫氫生成芳燒等，使產(chǎn)品中的

芳元含量增加。例如，

氫轉(zhuǎn)移反響是指煌類在反響中產(chǎn)生的氫與烯慌反響而生成飽和短。例如，

除了上述反響外，分解反響的產(chǎn)物還可以進(jìn)一步發(fā)生碳碳鍵的斷裂，生成分子中碳原

子數(shù)較少的裂化氣。

10.石油的重整

重整常用伯或銖作催化劑，所以，又叫做伯銖重整。重整的目的有兩個(gè)，一是提高汽

油的辛烷值；二是制取芳香燒。重整用的原料要視目的的不同而定，如果重整的目的是為了

提高汽油的辛烷值，一般選用沸點(diǎn)范圍為60?200℃的直儲(chǔ)汽油偏分（或經(jīng)過加氫的裂化

汽油儲(chǔ)分）。如果重整的目的是為了生產(chǎn)芳否煌，那么需選用沸點(diǎn)范圍為60c?130C的

直儲(chǔ)汽油儲(chǔ)分（或經(jīng)過加氫的裂化汽油儲(chǔ)分），因?yàn)檫@一儲(chǔ)分中含a?媒的環(huán)烷垃較多，經(jīng)

重整后有利于轉(zhuǎn)化為芳香燒。

伯催化劑主要是將佐分散在氧化鋁載體上，通常伯含量在0.3%?0.7%的范圍內(nèi)。自1968

年以來，出現(xiàn)了伯-銖雙金屬催化劑和鉗-銖-鉞等多金屬催化劑，從而大大提高了芳香煌的

轉(zhuǎn)化率和汽油的辛烷值，并延長(zhǎng)了重整裝置的操作周期。

伯催化劑對(duì)珅、銅、汞等重金屬的化合物特別敏感，尤其是神能與船形成合金，造成

催化劑中毒并使其失去活性。為了保證催化劑的使用壽命，對(duì)原料中的有害物質(zhì)必須加以去

除。

經(jīng)過除碎、鉛、硫、氮等雜質(zhì)的原料油進(jìn)入重整反響器中，在溫度為400c?50。C,

2500-3000kPa的壓強(qiáng)下，通過伯催化劑進(jìn)行重整反響。

11.煤的組成

煤基由植物轉(zhuǎn)變而成的。由高等植物變成的煤稱為腐植煤，這種煤的儲(chǔ)量多，用途廣。

由低等植物變成的煤稱為腐泥煤。自然界中的各種煤盡管種類不同，但都是由有機(jī)物質(zhì)、無

機(jī)物質(zhì)和水分三局部組成3

(1)碳碳是煤中的主要成分。煤中的含碳量隨著煤變質(zhì)的程度而有規(guī)律地增加。

所以，含碳量的多少可以表示煤的變質(zhì)程度。

(2)氫氫是煤中有機(jī)質(zhì)的主要元素。煤中的含氫量隨煤變質(zhì)程度的加深而減少。

(3)氧煤中的氧在燃燒過程中并不放出熱量，含氧多的煤熱值較低。

(4)硫煤中的硫以有機(jī)硫和無機(jī)硫的形式存在，是煤中的有害成分。在煤的儲(chǔ)存

過程中，因黃鐵礦氧化放熱而加速了煤的氧化變質(zhì)。在煉焦過程中產(chǎn)生的硫化物氣體對(duì)設(shè)備

有一定的腐蝕作用，殘留在焦炭中的硫使焦炭的質(zhì)量降低。

(5)磷煤中的磷存在于礦物質(zhì)中，一般含量較低，最高不超過1%。煤中的磷雖然

不多，但危害極大。在用煤煉焦時(shí)，磷全部轉(zhuǎn)入焦炭中，在用焦炭煉鐵時(shí)又轉(zhuǎn)入到生鐵中，

使生鐵變脆。

(6)氮氮是組成煤中有機(jī)物的次要元素，含量較少，且變化不大。煤中的氮在煤

燃燒時(shí)常以游離狀態(tài)分解出來，煉焦時(shí)因溫度較高，氮也會(huì)轉(zhuǎn)化為氨或其他氮的化合物。

(7)水分煤中的水分有內(nèi)在水分和外在水分的區(qū)別。煤中的內(nèi)在水分指在煤風(fēng)干

后，將煤加熱到102°C?105℃時(shí)逸出的水分。這局部水分是依靠吸附力而保持在煤粒氣

孔中的水分。外在水分是俁持在煤粒外表和煤顆粒之間的水滴，這局部水在風(fēng)干時(shí)即可除去。

內(nèi)在水和外在水之和就是煤的總水分。

(8)礦物質(zhì)煤中的礦物質(zhì)組分非常復(fù)雜，含量的變化也很大，主要是由鐵、鋁、

鈣、鎂等以碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和硫化物等形式存在。煤中礦物質(zhì)的含量和成分與煤的

形成過程有關(guān)。煤在燃燒過程中，礦物質(zhì)發(fā)生一系列的變化，煤燃燒后的殘留物叫做灰分。

一般來說，灰分的含量可以反映出煤中礦物質(zhì)的大致含量，因此，有時(shí)也籠統(tǒng)地將礦物質(zhì)叫

做灰分。對(duì)于工業(yè)用煤來說，灰分是非常有害的。在煉焦的過程中，灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭，不

但降低了焦炭的強(qiáng)度，也降低了焦炭的含碳量?；曳指叩拿喊l(fā)熱量較低。因此，灰分是影響

煤質(zhì)的重要指標(biāo)。

上述煤的組成是元素分析的結(jié)果。但由于元素的測(cè)定手續(xù)繁雜，在工業(yè)上很少應(yīng)用。

目前，工業(yè)評(píng)定煤的品質(zhì)，大多采用工業(yè)分析來測(cè)定煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、固定碳、水分和

灰分等工程。

12.煤的結(jié)構(gòu)

煤的主要組成局部是有機(jī)物質(zhì)，所以煤的分子結(jié)構(gòu)具有明顯的有機(jī)化合物的特有結(jié)構(gòu)。

不同的煤種、不同地區(qū)的同種煤、同一地區(qū)的不同煤層，煤的結(jié)構(gòu)都有很大的差異。對(duì)于燥

的分子結(jié)構(gòu)，通過分析和測(cè)定，說明煤的結(jié)構(gòu)的根本單元是以縮合芳環(huán)為主體的周圍連接很

多煌類的側(cè)鏈、鍵和各種官能團(tuán)的高分子?？s合芳環(huán)類似于石墨的結(jié)構(gòu)，碳原子都

處在同一個(gè)平面上，形成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈和鍵又將碳網(wǎng)在空間以不同的角度

互相連接起來，構(gòu)成煤的復(fù)雜的、不規(guī)那么的空間結(jié)構(gòu)?？s合芳環(huán)主要由碳構(gòu)成，氯、硫、

氮、氫等元素主要在側(cè)鏈上。隨著煤變質(zhì)程度的加深，煤的根本單元結(jié)構(gòu)一六碳環(huán)平面網(wǎng)

變大，排列逐步規(guī)那么化，側(cè)鏈逐漸減少、變短。圖4T是煤的結(jié)構(gòu)模型。

圖4-1煤的結(jié)構(gòu)模型

13.煤的氣化和液化

現(xiàn)在，還有相當(dāng)一局部鍋爐直接燒煤，這樣做不僅對(duì)熱的利用率低，煤燃燒時(shí)生成的

煙和燃燒后剩余的灰分也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。為了更有效地和更充分地利用煤燃燒時(shí)所放出

的熱，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境造成的破壞，我國(guó)和世界上的一些興旺國(guó)家都在研究燥的氣化和液化

問題。雖然在煤的氣化或液化過程中，會(huì)有一局部煤的潛在的能量受到損失，但由于加工后

得到的氣態(tài)或液態(tài)燃料的熱利用率高，而且比較清潔，因此從總體來看，將煤氣化或液化后

再使用，還是比較合理的，

(1)氣化

目前，煤的氣化主要是碳和水蒸汽的反響。

C+H20=C0+H2

這是個(gè)吸熱反響，反響所需的能量般是由間歇進(jìn)行的碳的燃燒來提供。

C+02=C02

對(duì)于這兩個(gè)反響來說，如果使用空氣必然會(huì)引入大量的氮?dú)?，使煤氣的熱值降低，?/p>

為低熱值煤氣。如果使用氧氣，就能得到中熱值煤氣。如果要得到高熱值的煤氣，就需要將

中熱值煤氣中的co和乩，在催化的條件下合成甲烷。

C0+3H2孫+映

利用焦?fàn)t煤氣，在目前仍然是最廉價(jià)的產(chǎn)生煤氣的方法。利用褐煤在魯奇爐加壓氣化,

生成中熱值煤氣供居民使用是比較成熟的方法。

(2)液化

煤的液化有多種方法，教材中提到的煤的干儲(chǔ)和使煤與氫氣在一定條件下反響，都是

將煤液化的方法。

煤的液化可以分為直接液化和間接液化兩個(gè)途徑。直接液化大致有氫化法和溶劑精制

①氫化法

將煤粉和煤液化過程中產(chǎn)生的油跟氫氣混合，在高溫條件卜.經(jīng)催化進(jìn)行加氫解聚反響，

同時(shí)脫去硫、氮、氧等，生成固態(tài)-液態(tài)混合的油、液化的煤，以及含有未液化的煤和炭等

固體物質(zhì)。經(jīng)過別離后，就可以得到低氫、低硫的重質(zhì)液體燃料。

14.環(huán)境、環(huán)境問題

環(huán)境是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，本章所涉及的主要是人類的生存環(huán)境。人類生存的環(huán)境

分為自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境，自然環(huán)境是指非人類創(chuàng)造的物質(zhì)所構(gòu)成的地理空間。陽(yáng)光、空氣、

水、土壤、野生動(dòng)植物等自然物質(zhì)與一定的地理?xiàng)l件結(jié)合，就形成了一定的自然環(huán)境。社會(huì)

環(huán)境是指人類通過生產(chǎn)活動(dòng)所建造的人為環(huán)境，如城市'農(nóng)村、工礦區(qū)等。

研究環(huán)境問題涉及地學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)

濟(jì)學(xué)、美學(xué)、倫理學(xué)等多種學(xué)科?；瘜W(xué)與環(huán)境有密切的關(guān)系，在某些情況下，環(huán)境污染主要

是由化學(xué)污染物造成的，但是我們更應(yīng)該看到，很多環(huán)境問題的解決，要依靠化學(xué)的方法。

生存與開展是人類社會(huì)最根本的主題。千百年來，在人類與環(huán)境不斷地相互影響和作

用中，環(huán)境問題一直是伴隨著人類的活動(dòng)而產(chǎn)生的。

我們通常所說的環(huán)境問題，一般可以分為兩大類，一類是由于人類不合理地開發(fā)和利

用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境的破壞：另?類那么是工農(nóng)'業(yè)生產(chǎn)的開展和人類的活動(dòng)造成的

污染，也就是環(huán)境污染問題。

人類的生產(chǎn)活動(dòng)是圍繞著資源的開發(fā)和利用而進(jìn)行的，礦藏的開采，各種金屬的冶煉,

都是取其中一局部加以利用，其余局部作為廢物拋棄。石過去的幾千年里，由于世界人口數(shù)

量不多，生產(chǎn)規(guī)模不大，人類拋向自然界的廢物畢竟數(shù)量較少，大自然有足夠的時(shí)間和容量

將其分解、稀釋、凈化。那時(shí)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響并不太大，在環(huán)境自凈能力范圍之內(nèi)，

即使發(fā)生污染問題也是局部性的。

但是，自工業(yè)革命以來，特別是近兒十年來，由于科學(xué)技術(shù)飛躍進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅

猛開展，人類每年都有數(shù)以幾十億噸計(jì)的廢物拋棄到環(huán)境中，日積月累，終于到達(dá)大自然再

也消化吸收不了的程度。全世界每年消耗掉的化石燃料，20世紀(jì)初缺乏15億噸，到70年

代已增至70?80億噸。人類每年都在實(shí)驗(yàn)室制造出成千上萬種新化學(xué)品，并投入工業(yè)生產(chǎn)、

使用。這些化學(xué)品中，有毒化學(xué)物質(zhì)年產(chǎn)已達(dá)400萬噸，它們進(jìn)入環(huán)境后，在環(huán)境中擴(kuò)散、

遷移、積累和轉(zhuǎn)化。南極大陸冰原覆蓋，但從生息在那里的企鵝體內(nèi)也檢測(cè)出滴滴涕；在北

極附近格陵蘭的冰蓋層中，近幾卜年來，錯(cuò)和汞的含量不斷上升。因此可以說，污染無所不

在，世界上幾無凈土。

由于原生環(huán)境的消失、人類的捕殺和環(huán)境污染，世界上的植物和動(dòng)物遺傳資源急劇減

少，成千上萬的物種已經(jīng)滅絕或?yàn)l臨滅絕的危險(xiǎn)。在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的物種一旦滅絕，將無

法再生，無法彌補(bǔ)。

近些年，震驚世界的嚴(yán)重污染事件屢屢發(fā)生。如1984年12月，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司

設(shè)在印度博帕爾市的農(nóng)藥廠的毒氣泄漏事件，造成2000人死亡，受害人數(shù)達(dá)10余萬人，

其中一些人雙目失明，終身殘廢。1986年4月，烏克蘭基輔北部的切爾諾貝利核電站的4

號(hào)反響堆爆炸起火，放射性物質(zhì)大最外池，造成31人死亡，237人受放射性傷害，13萬居

民緊急疏散。

從20世紀(jì)8()年代開始，酸雨、臭氧層損耗和氣候變暖這三大全球環(huán)境問題，使人類

面臨著新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并延重威脅著人類的生存。

環(huán)境問題既是在人類社會(huì)開展的進(jìn)程中產(chǎn)生的，也必將在同一進(jìn)程中得到解決。隨著

社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的開展，老的環(huán)境問題解決了，新的環(huán)境問題又會(huì)出現(xiàn)。人類與環(huán)境的矛盾，處

于不斷運(yùn)動(dòng)和變化之中，永無止境。

我國(guó)十分重視環(huán)境保護(hù)工作，制訂了一系列保護(hù)環(huán)境、防治污染的法律、法規(guī)。并從

方案生育、保護(hù)資源、合理規(guī)劃建設(shè)、治理污染、加強(qiáng)科學(xué)研究、開展宣傳教育等各方面做

了大量的工作。我們相信，在現(xiàn)代化建設(shè)蓬勃開展的同時(shí)，我們?定會(huì)把環(huán)境問題解決好，

以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)開展，使我國(guó)人民的生活水平和生活環(huán)境質(zhì)量同時(shí)提高。

15.生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡

人類的生存環(huán)境又可以分為非生物環(huán)境(如空氣、水、土壤、光、熱等)和生物環(huán)境

(如植物、動(dòng)物、微牛.物等)，二者不是孤立存在的。自然界某一范圍內(nèi)，由相互依存的一

定種類的動(dòng)物、植物、微生物等組成了生物群落。生物群落同其生存環(huán)境之間，以及生物群

落內(nèi)不同種群生物之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)交換和能量交換，構(gòu)成了大小不一、多種多樣的生態(tài)

系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)開展到成熟階段，它的生物種類的組成，各個(gè)種群的數(shù)量及比率以及能量和

物質(zhì)的輸入、輸出等，都處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)叫做生態(tài)平衡。

生態(tài)系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)并維持自己的正常功能。但是，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)能力和代替補(bǔ)償功

能是有一定限度的。當(dāng)干擾因素的影響超過其調(diào)節(jié)能力時(shí)，就會(huì)破壞生態(tài)平衡，造成生態(tài)失

調(diào)。影響生態(tài)平衡的因素有自然因素和人為因素。自然因素包括火山噴發(fā)、地震、海嘯、泥

石流、雷擊火災(zāi)等。自然因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞在地域上說是有一定局限性的，而且出現(xiàn)頻

率一般不高。而人為因素對(duì)生態(tài)平衡的破壞卻是大量的、長(zhǎng)期的，甚至是多方面的。

人體從環(huán)境中攝取空氣、水和食物，經(jīng)過消化、吸收、合成，組成人體的細(xì)胞和組織

的各種成分，并產(chǎn)生能量，維持著人體的生命活動(dòng)。同時(shí)，人體內(nèi)的不需要的代謝產(chǎn)物通過

各種途徑排出體外，進(jìn)入環(huán)境。環(huán)境和人之間不斷地進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換。

食物鏈?zhǔn)侨祟愅車h(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的重要途徑。和人類有關(guān)的食物鏈主要

有兩條：一條是陸生生物食物鏈；另一條是水生生物食物鏈。因此，如果大氣、水或土壤受

到某種污染，那么污染物均有可能沿食物鏈逐級(jí)傳遞，最終影響到居于食物鏈頂端的人類。

應(yīng)引起高度重視的問題是污染物能沿食物鏈富集，使本來濃度很低的污染物富集到危險(xiǎn)的高

濃度水平。如有機(jī)氯農(nóng)藥滴滴涕在水中濃度很低，但從水到魚類、鳥類的富集可達(dá)幾千萬倍。

由此引起的有機(jī)氯農(nóng)藥在人體內(nèi)的蓄枳是世界性的問題，這與食物鏈有密切關(guān)系。為此，我

國(guó)和其他許多國(guó)家已停止生產(chǎn)像滴滴涕這類農(nóng)用藥品。

16.環(huán)境的污染

人類的活動(dòng)不斷向環(huán)境排放污染物質(zhì)，但由于大氣、水、土壤等的擴(kuò)散、稀釋、氧化

復(fù)原、生物降解等的作用，污染物質(zhì)的毒性和濃度會(huì)自然降低，這種現(xiàn)象叫做環(huán)境自凈。如

果排放的物質(zhì)超過了環(huán)境的自凈能力，環(huán)境質(zhì)量就發(fā)生不良變化，危害了人類健康和生存，

這就是發(fā)生了環(huán)境污染。

嚴(yán)重的環(huán)境污染會(huì)導(dǎo)致生態(tài)破壞。人類的有些開發(fā)活動(dòng)，盡管不排放污染物質(zhì)，也可

能產(chǎn)生不良的生態(tài)影響，其至引起生態(tài)破壞，如沙漠化、森林破壞、草場(chǎng)退化等。這種變化

也不利于人及其他生物的生存，并浪費(fèi)、惡化自然資源，這種潛在性的危害也常被稱為環(huán)境

污染。

環(huán)境污染有各種類型：

按環(huán)境要素：分大氣污染、水體污染、土壤污染

按人類活動(dòng)分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染

17.土壤的污染及防治

(1)城市污水、工業(yè)廢水的污染及危害

城市污水、工業(yè)廢水中含有氮、磷、鉀及其他植物的營(yíng)養(yǎng)成分，不少地區(qū)用污水灌溉

農(nóng)田，可使農(nóng)作物增產(chǎn)。通過污水灌溉，氮、磷及生物能降解的有機(jī)物可去除90%以上，

些有毒、有害物質(zhì)也可以被氧化分解。因此，合理適度的污水灌溉可節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，充分利

用污水中的營(yíng)養(yǎng)元素，是i種經(jīng)濟(jì)的、節(jié)省能源的污水處理方法。

但是，城市污水和工業(yè)廢水中也含有汞、鉛、鎘、神、酚、氧化物、三氯乙醛、苯并

花等有害污染物，有些污染物不能降解，會(huì)在土壤中積累，造成嚴(yán)重后果。土壤污染使農(nóng)作

物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，土壤鹽堿化、環(huán)境衛(wèi)生惡化等。因此，利用污水灌溉，特別是用工業(yè)廢

水灌溉時(shí)，必須要做預(yù)處理，以除去其中的有毒、有害物質(zhì)。

(2)垃圾及工礦企業(yè)固體廢棄物的污染及危害

隨著生產(chǎn)的開展和消費(fèi)的增加，堆放垃圾和工礦企業(yè)固體廢棄物占用了大量土地。這

些廢棄物不僅占用土地，損傷地表，而且會(huì)污染土壤、水體、大氣。固體廢棄物經(jīng)口曬雨淋,

它們的滲出液中所含有毒物質(zhì)滲入土壤后，會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤中微生物的活動(dòng)，阻

礙植物根系生長(zhǎng)或在植物機(jī)體內(nèi)積累。垃圾堆放地往往乜是蚊、蠅孳生地和老鼠猖狂活動(dòng)地

區(qū)，這與很多傳染病的發(fā)生.有關(guān)。

(3)化肥、農(nóng)藥的污染及危害

農(nóng)田所施用的任何化肥都不可能全部被植物吸收利用，流失的化肥會(huì)隨土壤水分向F

滲透，被轉(zhuǎn)移到植物根系以下或沖入江河湖泊，造成污染,磷礦石中含有鎘、鉛等雜質(zhì)，也

會(huì)造成土壤污染。

農(nóng)藥也會(huì)造成土壤污染。目前農(nóng)藥污染主要是有機(jī)氯、有機(jī)磷和有機(jī)氮農(nóng)藥。有機(jī)氮

農(nóng)藥在土壤中殘留時(shí)間不長(zhǎng)，但有些有致癌、致畸作用。有機(jī)磷農(nóng)藥容易降解。農(nóng)藥污染危

害人體健康，主要是通過食用含有農(nóng)藥的動(dòng)、植物食品造成的。此外，大氣沉降物、牲畜排

池物、生物殘?bào)w也是土壤的重要污染源。

土壤污染的防治要與綜合利用相結(jié)合，目前主要有以下一些方法。

工礦企業(yè)固體廢棄物中含有各種資源，主要利用途徑為：

(1)利用礦物廢料作建筑材料、道路工程材料、填墊材料及冶金、化工、輕工等工業(yè)

原料。

(2)利用含碳、油類或其他有機(jī)物質(zhì)的廢物，從中回收燃料。

(3)利用含有土壤、植物所需元素的廢物，作土壤改良劑和肥料。

由于城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口迅速向城市集中，使得垃圾排出的數(shù)量劇增。城市垃圾

成分主要有煤灰、建筑渣土、果皮、菜葉、紙張、塑料、金屬、玻璃等。處理城市垃圾，應(yīng)

首先回收其中可利用的廢舊物資，如廢紙、廢金屬、舊織物、玻璃等，然后再進(jìn)行以下處理:

(1)垃圾填埋利用坑洼地填埋垃圾，是一種既可處置廢棄物又可復(fù)土造地的保護(hù)

環(huán)境措施。但應(yīng)防止垃圾液滲出對(duì)土壤、水源的污染。

(2)垃圾焚化垃圾在現(xiàn)代焚化爐內(nèi)燃燒后，乘.余物的體枳比原體積大大縮小，便

于填埋。同時(shí)消滅了各種病原體，把?些有毒、有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。通過燃燒還可以

回收熱能，可供熱水和發(fā)電等。

(3)垃圾壓縮處理垃圾經(jīng)壓縮可以減小體積，便于運(yùn)輸和填埋。近年來，日本采

用高壓壓縮垃圾，制成垃圾塊，用作填海造地材料。

防止土壤污染還應(yīng)包括土壤保護(hù)、植樹造林等生物措施以及對(duì)已污染土壤的治理等。

18.水污染及防治

水的污染有兩類。一類是自然因素造成的，如地下水流動(dòng)把地層中某些礦物溶解，使

某些地區(qū)水中鹽分、某些元素含量偏高或因動(dòng)植物腐爛產(chǎn)生的毒物而影響了當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)等。

另一類是人為因素造成的，土要是工業(yè)排放的廢水。此外，還包括生活污水、農(nóng)田排水、降

雨淋洗大氣中的污染物以及堆積在大地上的垃圾經(jīng)降雨淋洗流入水體的污染物。

水體污染物種類繁多，依據(jù)污染物質(zhì)所造成的環(huán)境問題，主要有以下類型：

(1)酸、堿、鹽等無機(jī)物污染及危害

水體中酸、堿、鹽等無機(jī)物的污染，主要來自冶金、化學(xué)纖維、造紙、印染、煉油、

農(nóng)藥等工業(yè)廢水及酸雨。水體的pH小于6.5或大于8.5時(shí)，都會(huì)使水生生物受到不良影響，

嚴(yán)重時(shí)造成魚蝦絕跡。水體含鹽量增高，影響工農(nóng)業(yè)及生活用水的水質(zhì)，用其灌溉農(nóng)田會(huì)使

土地鹽堿化。

(2)重金屬污染及危害

污染水體的重金屬有汞、鎘、鉛、輅、鈕、鉆、翎等。其中汞的毒性最大，鎘、鉛、

銘也有較大危害，的由丁?毒性與重金屈相似，經(jīng)常與重金屬列在起。重金屬在工廠、礦山

生產(chǎn)過程中隨廢水排出，進(jìn)入水體后不能被微生物降解，經(jīng)食物鏈的富集作用，能逐級(jí)在較

高級(jí)生物體內(nèi)千百倍地增加含量，最終進(jìn)入人體。例如，20世紀(jì)50年代發(fā)生在日本的水俁

［音yu)病，就是因水俁市一家化工廠排出的廢水中含有甲基汞，廢水排入港灣，經(jīng)食物

鏈富集到魚、貝體中，人吃了魚、貝而中毒。水俁病患者語(yǔ)言不清，走路不穩(wěn)，四肢麻木，

嚴(yán)重的眼睛失明，吞咽困難，甚至死亡。

(3)耗氧物質(zhì)污染及危害

生活污水、食品加工和造紙等工業(yè)廢水，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、木質(zhì)素等

有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)懸浮或溶解于污水中，經(jīng)微生物的生物化學(xué)作用而分解。在分解過程中

要消耗氧氣，因而被稱為耗氧污染物。這類污染物造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水

生生物的生長(zhǎng)。水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物將進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生HB、NIh和一些有難聞氣

味的有機(jī)物，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

(4)植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染及危害

生活污水和某些工業(yè)廢水中，經(jīng)常含有一定量的氮和磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：施用磷肥、

氮肥的農(nóng)田水中，常含有磷和氮；含洗滌劑的污水中也有不少的磷。水體中過量的磷和氮,

成為水中微生物和藻類的營(yíng)養(yǎng)，使得藍(lán)綠藻和紅藻迅速生長(zhǎng)，它們的繁殖、生長(zhǎng)、腐敗，引

起水中氧氣大量減少，導(dǎo)致魚蝦等水生生物死亡，使水質(zhì)惡化。這種由于水體中植物營(yíng)養(yǎng)物

質(zhì)過多蓄積而引起的污染，叫做水體的“富營(yíng)養(yǎng)化〃。這種現(xiàn)象在海灣出現(xiàn)叫做“赤潮”。

我國(guó)南方的?些湖泊已經(jīng)出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。

合成洗滌劑由外表活性劑、增凈劑等組成。外表活性劑在環(huán)境中存留時(shí)間較長(zhǎng)，消耗

水體中的溶解氧，對(duì)水生生物有毒性，能造成魚類畸形。增凈劑如磷酸.鹽，可使水體富營(yíng)養(yǎng)

化。洗滌劑污水有大量泡沫，給污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來困難。

(5)石油污染及危害

在石油的開采、貯運(yùn)、煉制及使用過程中，由于原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成

污染。當(dāng)前，石油對(duì)海洋的污染，已成為世界性的嚴(yán)重問題。近年來，一般每年排入海洋的

石油及其制品高達(dá)1000萬噸左右。

石油污染會(huì)帶來嚴(yán)重后果。因?yàn)槭偷母鞣N成分都有一定毒性，同時(shí)它還會(huì)破壞生物

的正常生活環(huán)境，造成牛?物機(jī)能障礙。石油在海水中形成油膜，影響海洋綠色植物的光合作

用，使海獸、海鳥失去游泳和飛行的能力。黏度大的石油能堵塞水生動(dòng)物的呼吸和進(jìn)水系統(tǒng),

使之窒息死亡。石油污染還會(huì)破壞海濱風(fēng)景區(qū)和海濱浴場(chǎng)。

(6)難降解有機(jī)物污染及危害

隨著石油化學(xué)工業(yè)的開展，生產(chǎn)出很多自然界沒有的、難分解和有毒的有機(jī)化合物。

污染水體的主要是有機(jī)氯農(nóng)藥、多環(huán)有機(jī)化合物、有機(jī)氮化合物、有機(jī)重金屬化合物、合成

洗滌劑等。

此外，對(duì)水體造成污染的還有氧化物、酚等無機(jī)、有機(jī)污染物。其他類型的還有病原

體污染、放射性污染、懸浮固體物污染、熱污染等。

19.大氣污染的危害

人必須依靠呼吸新鮮空氣來維持生命，一個(gè)成年人，平均每天呼吸20000次，平均吸

入15kg空氣，其質(zhì)量大約相當(dāng)于每天所需食物及飲水質(zhì)量的10倍。有報(bào)道指出，人可以

幾天不喝水，不吃東西，但不能幾分鐘不呼吸。

大氣污染物主要通過呼吸道進(jìn)入人體，也有少最通過接觸和刺激體表進(jìn)入人體。人體

吸入的空氣經(jīng)過鼻腔、咽部、喉頭、氣管、支氣管后進(jìn)入肺泡，并在肺泡上進(jìn)行氣體交換。

當(dāng)血液通過肺泡毛細(xì)管時(shí)，放出二氧化碳，吸收氯氣。含氧的血液被輸送到人體各局部，供

人體組織和細(xì)胞新陳代謝用。如果生活在煙霧迷漫的環(huán)境中，空氣中的有毒、有害污染物就

會(huì)溶于體液或沉枳在肺泡上，輕者會(huì)使上呼吸道受到刺激而有不適感，重者會(huì)引起疾病，使

呼吸道和肺功能損害，引起病變。

大氣污染對(duì)人體健康的危害大致可分為急性中毒、慢性中毒和致畸致癌作用等三種。

急性中毒發(fā)生在某些特殊條件下。例如，工廠在生產(chǎn)過程中發(fā)生事故，造成大量有害

氣體泄漏；外界氣候條件突然變化等，都會(huì)引起人群的急性中毒。例如，震驚世界的倫敦?zé)?/p>

霧事件、美國(guó)聯(lián)合碳化物公司印度博帕爾市農(nóng)藥廠劇毒氣體泄漏事件等。

慢性中毒主要表現(xiàn)在人體長(zhǎng)期連續(xù)地吸入低濃度的污染物導(dǎo)致患病率上升。二氧化硫、

飄塵、氮氧化物等即使?jié)舛群艿鸵材艽碳ず粑到y(tǒng)，誘發(fā)呼吸道的各種炎癥。日本“四日市

哮喘病"是慢性中毒的典型例子。

致畸致癌作用指的是隨著空氣污染的加劇，空氣中致畸致癌物質(zhì)的含量日益增多，造

成嬰兒畸形和癌癥的發(fā)病率增高。城市中肺癌發(fā)病率、死亡率往往高于農(nóng)村，就是一個(gè)典型

的例子。

除硫氧化物、氮氧化物、飄塵等對(duì)人體健康有很大危害外，氟化物、有毒重金屬如鉛、

鎘、鋅、鈦、鎰、帆、鋼、汞等，以及種等，都可能引起人體慢性中毒，有的可引起癌癥。

20.酸雨及其危害

目前，一般把陰小于5.6的雨水稱為酸雨，它包括雨、雪、霧、直等降水過程。

一般地說，天然降水都偏酸性，川約在6左右。這是由于大氣中的C02溶解在潔凈的

雨水里形成碳酸的緣故，降水的微弱酸性可以促進(jìn)土壤里養(yǎng)分的溶解，便于植物吸收，因此

是有益的。但是，當(dāng)降水的酸度增大，pH小于5.6時(shí)，對(duì)生態(tài)就會(huì)產(chǎn)生不良影響。

酸雨的危害大致有以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)人體健康的直接危害，硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入

肺的深部組織，引起肺水腫等疾病而使人致死。

(2)引起河流、湖泊的水體酸化，嚴(yán)重影響水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)。

(3)破壞土壤、植被、森林。

(4)腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料等。

(5)滲入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下

水中高很多倍。

酸雨是怎樣形成的呢

分析說明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它們占總酸度的90%以上，其余

為一些弱酸。從我國(guó)的情況來看:酸雨中含硫酸一般比硝酸多，主要是硫酸型酸雨。酸雨的

形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過程，目前世界各國(guó)對(duì)酸雨的形成機(jī)理還不很清楚。

一般認(rèn)為，酸雨是由于人為排放的二氧化硫等酸性氣體進(jìn)入大氣后，造成局部地區(qū)大氣中的

二氧化硫富集，在水凝結(jié)過程中溶解于水形成亞硫酸，然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化

劑的氧化作用生成硫酸，隨雨水降下形成酸雨。形成酸雨還要有一定的環(huán)境氣候條件，如濕

度高、雨量大、無風(fēng)，以及一定的地理因素等。

煤和石油中往往含有硫，在燃燒時(shí)，絕大局部硫轉(zhuǎn)變成二氧化硫隨煙氣排到空中，在

一定條件下形成酸雨。

我國(guó)的酸雨問題有以下特點(diǎn)：

(1)酸雨分布面廣，據(jù)23個(gè)省、市、自治區(qū)調(diào)查情況說明，有20個(gè)出現(xiàn)酸雨。

(2)酸雨分布存在著明顯的區(qū)域性，主要集中在西南、中南和華東地區(qū)，并且有從北

到南逐漸加重的趨勢(shì)。

(3)不少地區(qū)的酸雨已相當(dāng)嚴(yán)重，而且逐年加重。

(4)酸雨的開展速度很快。

(5)酸雨主要是由琉酸及硫酸鹽引起的。

如何防治酸雨呢

要防治酸雨的污染，最根本的途徑是減少人為的污染物排放。人為排放的二氧化硫主

要是由于燃燒高硫煤(煤中一般含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%?5%)造成的，因此，研究煤炭中

硫資源的綜合開發(fā)與利用，是防治酸雨的有效途徑。具體做法是大力進(jìn)行煤炭洗選加工，綜

合開發(fā)煤、硫資源；對(duì)于高硫煤和低硫煤實(shí)行分產(chǎn)分運(yùn)，合理使用；在煤炭燃燒過程中，采

取排煙脫硫技術(shù)，回收二氧化硫，生產(chǎn)硫酸；開展脫硫煤、成型燥供民用；有方案地進(jìn)行城

市煤氣化等。

21.綠色化學(xué)

(1)綠色化學(xué)的含義

綠色化學(xué)〔GreenChemistry)又稱環(huán)境無害化學(xué)(EnvironmentallyBenignChemistry)>

環(huán)境友好化學(xué)(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清潔化學(xué)(CleanChemistry)?

20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家提出與傳統(tǒng)的“治理污染”觀念不同的“綠色化學(xué)”的觀

念，它要求任何個(gè)化學(xué)有關(guān)的活動(dòng)(包括化學(xué)原料的使用、化學(xué)和化學(xué)工程以及最終產(chǎn)品)

對(duì)人類的健康和環(huán)境都應(yīng)該是友好的。綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不

再產(chǎn)生廢物。從科學(xué)觀點(diǎn)看，綠色化學(xué)是化學(xué)科學(xué)根底內(nèi)容的更新：從環(huán)境觀點(diǎn)看，它強(qiáng)調(diào)

從源頭上消除污染；從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，它提倡合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)本錢，這是符合

可持續(xù)開展要求的。

綠色化學(xué)的根本原那么：

①防治污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染；

②原了?經(jīng)濟(jì)性（設(shè)計(jì)的合成方法應(yīng)將反響過程中所用的材料，盡可能全部地轉(zhuǎn)化到最

終產(chǎn)品中）；

③只要‘可行，應(yīng)盡量采用對(duì)人類和環(huán)境低毒或無毒的合成路線；

④設(shè)計(jì)的化學(xué)品應(yīng)能保存其成效，降低其毒性；

⑤應(yīng)盡可能防止使用輔助物質(zhì)（如溶劑、別離試劑等），如使用也應(yīng)是無毒的；

⑥應(yīng)考慮到能源消耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，并應(yīng)盡量少地使用能源（在常溫、常壓下

進(jìn)行）；

⑦只要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行，原料應(yīng)是可再生的，而不是即將耗竭的；

⑧盡最防止不必要的衍生步驟（阻斷基團(tuán)、保護(hù)和脫保護(hù)等）；

⑨催化劑（盡可能好的選擇性）優(yōu)于化學(xué)計(jì)量性試劑；

⑩化工產(chǎn)品在完成其使命后，應(yīng)能降解為無害的物質(zhì)，而不應(yīng)殘留在環(huán)境中；

Q應(yīng)進(jìn)一步開展分析方法，使有害物質(zhì)在生成前能夠進(jìn)行即時(shí)在線跟蹤和控制；

?在化學(xué)轉(zhuǎn)換過程口，所選用的物質(zhì)和物質(zhì)的形態(tài)盡可能地降低發(fā)生化學(xué)事故的可能

性（包括泄漏、爆炸、火災(zāi)等）.

上述12項(xiàng)綠色化學(xué)的原那么，反映了近年來在綠色化學(xué)領(lǐng)域中所開展的多方面的研究

工作內(nèi)容，也指明了未來開展綠色化學(xué)的方向，目前逐漸為國(guó)際化學(xué)界所接受。

化學(xué)反響的“原子經(jīng)濟(jì)性”（Atomeconomy）概念是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容之一，最早

由美國(guó)斯坦福大學(xué)的B.M.Trost教授提出，他針對(duì)傳統(tǒng)上一般僅用經(jīng)濟(jì)性來衡量化學(xué)工藝是

否可行的做法，明確指出應(yīng)該用一種新的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估化學(xué)工藝過程，即選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性,

原子經(jīng)濟(jì)性考慮的是在化學(xué)反響中究竟有多少原料的原子進(jìn)入到了產(chǎn)品之中，這一標(biāo)準(zhǔn)既要

求盡可能地節(jié)約不可再生資源，又要求最大限度地減少?gòu)U棄物排放。理想的原子經(jīng)濟(jì)反響是

原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放〃

（Zeroemission）,“原子經(jīng)濟(jì)性”的概念目前也被普遍成認(rèn)。B.M.Trost獲得1998年美

國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。

（2）綠色化學(xué)在行動(dòng)

綠色化學(xué)作為未來化學(xué)工業(yè)開展的方向和根底，越來越受到各國(guó)政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界

的關(guān)注。例如，1995年在美國(guó)設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)"，旨在獎(jiǎng)勵(lì)在創(chuàng)造性研究、

開發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)根本原理方面取得杰出成就的個(gè)人、集體或組織。它共包括5個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)：

學(xué)術(shù)獎(jiǎng)、中小企業(yè)獎(jiǎng)、新合成路線獎(jiǎng)、新工藝獎(jiǎng)和平安化學(xué)品設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

在1998年出版的綠色化學(xué)的理論與實(shí)踐一書是綠色化學(xué)的經(jīng)典之作，其中詳細(xì)闡述

了綠色化學(xué)的定義、原那么、評(píng)估方法及開展趨勢(shì)。由英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)主辦的國(guó)際性雜志綠

色化學(xué)于1999年創(chuàng)刊，其內(nèi)容涉及清潔化工生產(chǎn)技術(shù)的多方面研究成果、綜述和其他信息,

并涵蓋了國(guó)際上通過化學(xué)品的應(yīng)用或加工來減輕對(duì)環(huán)境影響的學(xué)術(shù)研究活動(dòng)。

沿著一些美國(guó)綠色化學(xué)獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)軌跡，我們可以看出目前綠色化學(xué)工藝與技術(shù)研究的

主要成果和趨勢(shì)：

①開發(fā)“原子經(jīng)濟(jì)性"反響

近年來，開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性反響已成為綠色化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。例如，環(huán)氧丙烷是生

產(chǎn)聚氨酯塑料的重要原料，傳統(tǒng)上主要采用二步反響的氯醇法，不僅使用可能帶來危險(xiǎn)的氯

氣，而月.還產(chǎn)生大量污染環(huán)境的含氯化鈣廢水，國(guó)內(nèi)外均在開發(fā)催化氧化丙烯制環(huán)氯丙烷的

原子經(jīng)濟(jì)反響新方法。再如，EniChem公司采用鈦硅分子篩催化劑，將環(huán)己酮、氨、過氧化

氫反響，可直接合成環(huán)己酮后。對(duì)于已在工業(yè)上應(yīng)用的原子經(jīng)濟(jì)反響，也還需要從環(huán)境保護(hù)

和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面繼續(xù)研究和改良。實(shí)現(xiàn)反響的高原子經(jīng)濟(jì)性，就要通過開發(fā)新的反響途徑、

用催化反響代替化學(xué)計(jì)量反響等手段，1997年的新合成路線獎(jiǎng)的獲得者BCI1公司的工作即

是一個(gè)很好的例證。該公司開發(fā)了一種合成布洛芬的新二藝（布洛芬是一種廣泛使用的非類

固醇類的鎮(zhèn)靜、止痛藥物1，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝包括6步化學(xué)計(jì)量反響，原子的有效利用率低于

40%,新工藝采用3步催化反響，原子的有效利用率達(dá)80樂如果再考慮副產(chǎn)物乙酸的回收

利用，那么原子利用率到達(dá)99%。

②采用無毒、無害的原料

為了人類健康和環(huán)境平安，需要用無毒無害的原料代替有毒有害的原料生產(chǎn)所需的化

工產(chǎn)品。例如，Monsanto公