环境化学是随着因人类活动相继出现的环境问题而发展起来的新兴学科。环境化学是环境科学的核心组成部分，它以环境问题为研究对象，以解决环境问题为目标，是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的学科。环境化学研究的是一个多组分、多介质的复杂体系，污染物在环境中分布广泛、含量很低且存在动态变化。为了弄清污染物对环境的危害程度，不仅要对污染物进行定量检测，还要阐明污染物在环境中迁移、转化和归趋的规律，以及可能产生的生态效应和风险，提出相应的防控措施，这就需要应用化学、生物学、生态学、地学、毒理学、医学和计算机科学等多学科的理论和方法开展研究，使得环境化学与其他学科相互交叉、相互渗透。

环境化学的形成

在历史发展的进程中，人类为了自身的生存和发展不断地开发和利用自然资源，导致环境污染问题时有发生。

20世纪30年代，一些国家只注重经济发展而缺乏环境保护的意识，使污染事件和危害人体健康的事件时有发生，最著名的是“世界八大公害”，其中马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件和四日哮喘事件这五个公害是排放大量污染气体和粉尘引起的，另外三个公害(水俣病事件、痛痛病事件和米糠油事件)是由于污染而最终引起食物中毒的事件。

目  录

前言
第1章 绪论 1
1.1 环境化学的形成 1
1.2 环境化学的特点 2
1.3 环境化学的研究对象、任务和范围 2
1.4 环境化学发展动向 3
1.4.1 环境分析化学 3
1.4.2 水环境化学 5
1.4.3 大气污染化学 6
1.4.4 土壤-有机污染物的界面反应及生物可利用性 7
1.4.5 有害化学物质的生态风险和早期诊断 8
本章基本要求 10
思考与练习 10
第1篇 水环境化学
第2章 天然水的组成和性质 12
2.1 水质概况 12
2.2 天然水的组成 13
2.2.1 天然水中的主要离子组成 13
2.2.2 水中的金属离子 13
2.2.3 溶解在水中的气体 14
2.2.4 水中的营养元素 17
2.2.5 水生生物 17
2.3 天然水的性质 18
2.3.1 碳酸平衡 18
2.3.2 天然水的碱度和酸度 21
2.3.3 天然水体的缓冲能力 26
2.3.4 天然水的硬度 27
本章基本要求 27
思考与练习 27
第3章 水环境中无机污染物迁移转化的基本原理 29
3.1 水环境中的溶解和沉淀作用 29
3.1.1 天然水中各类固体的溶解度 29
3.1.2 水溶液的稳定性 37
3.2 水环境中的配合作用 40
3.2.1 天然水体中的配合作用 40
3.2.2 羟基对重金属离子的配合作用 41
3.2.3 螯合剂NTA的配合作用 43
3.2.4 腐殖质的配合作用 49
3.2.5 有机配位体对重金属迁移的影响 50
3.3 天然水中的氧化还原平衡 52
3.3.1 天然水中氧化还原平衡的意义 52
3.3.2 电子活度和氧化还原电位 53
3.3.3 天然水体的pe-pH图 57
3.3.4 天然水中污染物的氧化还原转化 62
3.3.5 水中有机物的氧化 68
3.4 水环境中固-液界面的相互作用 68
3.4.1 天然水体中的胶体物质 68
3.4.2 胶体颗粒的性质 70
3.4.3 颗粒物在水环境中的吸附过程 73
3.4.4 沉积物——探索天然水体重金属污染的工具 75
本章基本要求 77
思考与练习 77
第4章 水环境中有机污染物迁移转化的基本原理 80
4.1 分配作用 80
4.1.1 线性分配理论 80
4.1.2 标化分配系数 81
4.1.3 生物浓缩因子 83
4.2 挥发作用 85
4.2.1 亨利定律 85
4.2.2 挥发作用的双膜理论 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(间接光解) 95
4.4.3 氧化反应 96
4.5 生物降解作用 97
4.5.1 生长代谢 97
4.5.2 共代谢 98
4.5.3 影响生物降解的因素 99
本章基本要求 101
思考与练习 101
第5章 水环境中污染物环境行为和归趋模式 102
5.1 有毒有机污染物的环境行为 103
5.1.1 农药 103
5.1.2 多环芳烃类 104
5.1.3 多氯联苯 104
5.1.4 卤代脂肪烃 105
5.1.5 醚类 105
5.1.6 单环芳香族化合物 105
5.1.7 苯酚类和甲酚类 105
5.1.8 酞酸酯类 106
5.1.9 亚硝胺和其他化合物 106
5.1.10 新型有机污染物 106
5.2 有机污染物的归趋模式 111
5.2.1 有机污染物在水环境中的迁移转化过程 112
5.2.2 归趋模式简介 113
5.2.3 归趋模式应用举例 116
5.3 无机污染物的环境行为和归趋模型 119
5.3.1 水环境中无机污染物的存在形态和生物可利用性 119
5.3.2 水体富营养化 122
5.3.3 水环境中重金属的化学平衡模型 124
本章基本要求 127
思考与练习 127
第2篇 大气环境化学
第6章 天然大气和重要污染物 129
6.1 大气的组成和停留时间 129
6.1.1 大气的组成 129
6.1.2 大气组分的停留时间 130
6.1.3 大气组分浓度表示方法 131
6.2 大气的主要层次 132
6.2.1 对流层 133
6.2.2 平流层 133
6.2.3 中间层 134
6.2.4 热层 134
6.3 大气中的离子及自由基 134
6.3.1 大气中的离子 134
6.3.2 大气中的自由基 135
6.4 大气中的重要污染物 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 含卤素化合物 146
6.5 温室气体和温室效应 147
6.5.1 地球的热平衡 147
6.5.2 温室气体和温室效应 148
6.5.3 辐射强迫 149
本章基本要求 151
思考与练习 151
第7章 气相大气化学 152
7.1 大气光化学反应基础 152
7.1.1 光化学反应定律 152
7.1.2 光化学反应过程 153
7.2 氮氧化物的气相反应 153
7.2.1 氮氧化物的基本反应 153
7.2.2 NO、NO2和O3的基本光化学循环 154
7.2.3 氮氧化物气相反应动力学 156
7.3 二氧化硫的气相反应 156
7.3.1 SO2与氧原子的反应 157
7.3.2 SO2与其他自由基的反应 157
7.4 有机物的气相反应 158
7.4.1 碳氢化合物的一些重要反应 159
7.4.2 HO·与烯烃类、烃类、醛类、卤代烃、芳香烃的反应 159
7.4.3 烯烃与臭氧、原子氧和氮氧化物的反应 161
7.4.4 天然有机物的转化 163
7.5 光化学烟雾 163
7.5.1 光化学烟雾的特征 163
7.5.2 光化学烟雾的形成机制与臭氧生成机制 165
7.5.3 光化学烟雾的化学动力学机理 169
7.6 平流层化学 170
7.6.1 平流层的化学反应 171
7.6.2 南极“臭氧洞”现象及解释 174
7.6.3 北极上空的臭氧损耗 177
本章基本要求 178
思考与练习 178
第8章 液相大气化学 180
8.1 二氧化硫的液相反应 180
8.1.1 SO2的液相平衡 180
8.1.2 SO2的液相反应动力学 182
8.2 氮氧化物的液相反应 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的液相反应动力学 188
8.3 酸沉降化学 188
8.3.1 酸雨的形成和危害 188
8.3.2 酸雨的化学组成 190
8.3.3 酸雨中的关键性离子组分 191
8.3.4 影响酸雨形成的因素 192
8.3.5 酸雨的来源及近年变化趋势 194
8.4 降水化学组分和pH的背景值 196
8.4.1 降水化学组分的背景值 196
8.4.2 降水pH的背景值 196
8.5 酸沉降临界负荷 197
8.5.1 临界负荷基本含义与临界化学标准 197
8.5.2 临界负荷计算方法 198
本章基本要求 200
思考与练习 200
第9章 大气颗粒物 202
9.1 大气颗粒物的分类 202
9.2 大气颗粒物的源和汇 203
9.2.1 大气颗粒物的来源 203
9.2.2 大气颗粒物的汇 203
9.3 大气颗粒物的粒度分布及表面性质 204
9.3.1 大气颗粒物的粒度分布 204
9.3.2 大气颗粒物的表面性质 206
9.4 大气颗粒物中的无机物 208
9.4.1 无机颗粒物的来源 208
9.4.2 无机颗粒物的组成 209
9.5 大气颗粒物中的有机物 211
9.5.1 大气颗粒物中有机物的类型及来源 211
9.5.2 多环芳烃 212
9.5.3 持久性有机污染物的大气传输 213
9.6 大气颗粒物对人体健康的影响 214
9.6.1 大气颗粒物对健康的影响 214
9.6.2 人体吸入量的估算 214
9.7 大气颗粒物的源解析 215
9.7.1 扩散模型法 215
9.7.2 受体模型法 216
9.8 大气颗粒物的区域污染 219
9.8.1 大气颗粒物浓度的时空变化 219
9.8.2 大气颗粒物污染特征 220
9.8.3 区域复合污染控制 220
9.8.4 灰霾 223
本章基本要求 225
思考与练习 225
第3篇 土壤环境化学
第10章 土壤的组成和性质 228
10.1 土壤的分层 228
10.2 土壤的组成 229
10.2.1 土壤矿物质 229
10.2.2 土壤有机质 235
10.2.3 土壤水分 238
10.2.4 土壤空气 239
10.3 土壤的主要理化性质 240
10.3.1 土壤的质地 240
10.3.2 土壤的胶体性质 241
10.4 土壤的离子交换与吸附 245
10.4.1 离子交换与吸附反应 245
10.4.2 表面配合模型 250
10.5 土壤的酸碱度 254
10.5.1 土壤的酸度 254
10.5.2 土壤的碱度 256
10.5.3 土壤的缓冲作用 257
10.5.4 土壤酸碱性的环境意义 259
10.6 土壤的氧化还原作用 260
10.6.1 土壤的氧化还原电位 260
10.6.2 土壤中主要的氧化还原体系 260
10.6.3 土壤中氧化还原反应的环境意义 262
本章基本要求 263
思考与练习 263
第11章 氮、磷及重金属在土壤中的迁移转化 264
11.1 氮在土壤中的迁移 264
11.1.1 土壤中氮的来源 264
11.1.2 土壤中氮的形态 264
11.1.3 氮在土壤中转化的重要过程 265
11.1.4 氮的流失 266
11.1.5 氮污染 267
11.2 磷在土壤中的迁移 268
11.2.1 土壤中磷的来源 268
11.2.2 土壤中磷的形态 268
11.2.3 土壤的固磷作用 270
11.2.4 磷肥的污染 270
11.3 土壤重金属污染 272
11.3.1 土壤元素背景值和土壤环境容量 272
11.3.2 控制重金属在土壤中归趋的主要反应 275
11.4 土壤-植物系统中重金属的归趋 277
11.4.1 重金属在土壤-植物体系中的累积和迁移 278
11.4.2 植物对重金属污染的耐受机制 281
11.4.3 重金属的植物修复 281
11.4.4 典型重金属在土壤-植物系统中的主要归趋 283
本章基本要求 288
思考与练习 288
第12章 有机污染物在土壤中的迁移转化 289
12.1 土壤中的典型有机污染物 289
12.1.1 农药 289
12.1.2 多环芳烃类 289
12.1.3 多氯联苯 290
12.1.4 二英 290
12.1.5 石油类 290
12.1.6 其他 291
12.2 有机污染物在土壤中的吸附与迁移 292
12.2.1 有机污染物在土壤中的吸附 292
12.2.2 离子型有机物在土壤上的吸附 294
12.2.3 非离子型有机物在土壤有机质上的吸附 300
12.2.4 非离子型有机物在矿物表面上的吸附 304
12.2.5 有机污染物在土壤中的挥发、扩散和迁移 308
12.3 有机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 土壤中有机污染物的修复方法 314
12.4.1 原位微生物催化降解 315
12.4.2 原位化学氧化 316
本章基本要求 318
思考与练习 318
第4篇 化学物质的生物效应和生态风险
第13章 污染物的存在形态及生物可利用性 320
13.1 环境介质中的金属形态 320
13.1.1 水体中金属形态 320
13.1.2 土壤中金属形态 320
13.1.3 大气中金属形态 322
13.2 金属形态的分析技术及应用 323
13.2.1 天然水中溶解态金属形态分析 323
13.2.2 沉积物/土壤中的重金属或类金属形态分析 325
13.3 金属形态的生物可利用性与形态调控 332
13.3.1 生物可利用性概念 332
13.3.2 溶解态金属的生物可利用性 333
13.3.3 土壤沉积物金属的生物可利用性 334
13.3.4 金属生物可利用性的调控 336
13.4 有机污染物的形态及生物可利用性 338
13.4.1 土壤中有机污染物的形态 338
13.4.2 土壤中有机污染物的生物可利用性 339
本章基本要求 341
思考与练习 342
第14章 化学物质的生物吸收和生物浓缩 343
14.1 化学物质的吸收和转化 343
14.1.1 生物膜的结构 343
14.1.2 化学物质通过生物膜的方式 343
14.1.3 化学物质的生物转运 345
14.1.4 污染物的生物转化 349
14.2 生物富集、生物积累和生物放大作用 351
14.2.1 生物富集 352
14.2.2 生物积累 354
14.2.3 生物放大 355
14.3 生物组织中物质的浓缩机理 356
14.3.1 生物体某组织生物浓缩的机理模型 356
14.3.2 生物浓缩模型 357
本章基本要求 359
思考与练习 359
第15章 微生物对环境中化学物质的作用 360
15.1 微生物在环境中的重要性 360
15.1.1 微生物在环境中的作用 360
15.1.2 微生物酶催化的氧化还原反应 361
15.2 碳、氮、硫的微生物转化 362
15.2.1 碳的微生物转化 362
15.2.2 氮的微生物转化 364
15.2.3 硫的微生物转化 368
15.3 金属及类金属的微生物转化 370
15.3.1 铁的微生物转化 370
15.3.2 汞的微生物转化 371
15.3.3 砷的微生物转化 373
15.4 有机污染物的微生物降解 374
15.4.1 烃类的微生物降解 374
15.4.2 农药的微生物降解 376
本章基本要求 379
思考与练习 380
第16章 污染物的环境生态风险 381
16.1 污染物对生物的毒性作用 381
16.1.1 毒性作用 381
16.1.2 遗传毒理学的“三致”效应 384
16.1.3 污染物的联合作用 388
16.2 生物标志物和早期预警 390
16.2.1 生物标志物 390
16.2.2 生物的氧化损伤机制 393
16.2.3 生态风险的早期预警 396
16.3 有机物的定量构效关系 397
16.3.1 概述 398
16.3.2 量子化学参数在QSAR研究中的应用 401
16.3.3 3D-QSAR方法简介 406
16.4 生态风险表征方法 407
16.4.1 生态风险及其特点 407
16.4.2 生态风险评价 408
本章基本要求 410
思考与练习 411
部分课后习题参考答案 412
参考文献 414