高等环境化学-微生物学原理及应用.pdf

上 篇　　高等环 境 化 学 原理 与应 用 污染物结构与环境科学和工程的关系 环境科学和工程 的工作都是 以污染物质为 中心的。环境科学侧重 于污染物质在环境 中的各种迁移转化过程及其对环境系统产生 的各种 效应；而环境工程则侧重于各种技术降解处理污染物质 的过程 。两者 都是 以污染物质的性质为基础 的。污染物质 的性质是多种多样 的。有 的污染物质是容易降解的，例如食品和养殖行业 的污染物 ；有 的是难 降解的，持久性的，例如稠环芳烃、染料、农药等 。后者 由于对环境 的影响深远而受到广泛关注 。各种污染物质在环境介质 中往往是混合 性的，在环境 中的过程或行为也是各种各样 的，包括污染物质本身的 形态和性质 ，传质迁移过程，例如在各种介质和生物体 内部的扩散和 吸附，各种化学降解反应 ，各种生物 降解过程，毒理学效应，以及对 复杂的生态系统的影响等均各不相同。 尽管污染物质多样性的行为和过程分属于不同专业领域 的研究范 畴，但都是与分子结构密切相关的。因而在分子结构水平上有可能对 其多样性的环境行为进行关联和统一，并进而促进环境科学和工程 中 各个专业的综合和交叉渗透。 污染物质在环境 中的行为是 由各种各样 的参数和数据信息进行定 量描述 的。这些数据可 以反映污染物 的数量 ，污染物质 的性质 ，污染 物质在环境 中产生 的各种效应 ，以及各种技术对污染物质 的降解过程 等等。总结起来，环境科学与工程常用 的参数或数据分为两个大类 ： 结构性参数或数据与动力学参数或数据。 所谓结构性参数或数据是指对状态 的定量描述 ，例如，污染物数 量、浓度 、性质、剂量等 。现在使用 的各种参数例如 和 等是表示混合性污染物质浓度 的综合性参数 ，各 自具有不 同的 含义，代表 了污染物结构信息的不同侧面 。但是，综合性参数有其局 限性，即难 以分析其含有的各种层次的结构信息和相互之间的影响。 而单一物质参数 ，例如纯物质浓度，其局限性是仅仅 限于某种物质 ， 难 以描述 由各种各样的混合性的污染物质组成的系统。 动力学参数或数据是指对过程或行为动态变化 的定量描述 ，例 如，过程的平衡常数 ，传质系数 ，反应速率系数等。在实际过程 中， 由于环境介质和过程条件千变万化，测定各种动态系数困难重重。另 外，由于污染物质成千上万，从经济上也无法测定每一种或者不同组 合 的污染物系统的动力学参数。 无论结构性参数还是动力学参数都与污染物质 的结构密切相关， 因此，利用污染物质 的结构理论 ，借助 已有的数据，对未知的参数直 接进行计算，将能够节省大量的人力、物力和时间。 以水处理为例 ，废水处理、饮用水处理或者地下水处理，一般采 用综合性指标表示水 中有机物的浓度或者数量 。综合性参数 以所有污 染物含有的共 同元素例如 “碳”为计量基础，或者 以所有污染物质能 够换算 的元素例如 “氧 ”为计量基础 。以 “碳 ”表示 的指标分为总有 机碳 （ 、溶解性有机碳 、可生物 降解有机碳 （ 等 。以 “氧 ”表示 的指标有化学需氧量 （ 、生物化学 需氧量 ）和 总 需氧量 （ 。如果水中含有毒性的有机物例如农药， 则 以该有毒物质 的浓度表示。 总有机碳是在高温条件下进行燃烧，使有机碳转化为 ，通 过 测量所释放 的 ，得到总有机碳 ，以 表示 ，单位为 采用专用仪器完成测量 。在描述有机污染物质 的转化 降解过程 时， 仅仅表示 了有机污染物转化为最终产物二氧化碳 的过程特征， 不能够反映复杂的有机物转化为 比较简单 的有机性的中间产物的过程 特征，因为在 中间产物 的转化过程 中，没有二氧化碳释放 。以苯 甲酸 的化学氧化过程为例，如图 所示 。 在化学氧化过程 中，苯 甲酸被顺序分解为羟基苯 甲酸、苯酚、丁 烯二酸、丙二酸、草酸、乙酸、甲酸 ，以及最终产物二氧化碳等 。在