| 单词 | 环境水化学 |
| 释义 | 【环境水化学】 拼译：environmental aquatiic chemistry 又称环境水质学，是研究人类生存和发展有关的水质及其转化过程的规律。水质具有双重含义：一为水的性质；即水与其中所含物质构成的综合特性：另一为水的质量；即人类生活及生产对水质特性提出的需求。环境水化学的研究范畴包括自然环境和工程处理两方面的水质转化过程，二者外界条件不同但基本原理是统一的。 人类对水的需求成为突出的矛盾，在水量方面是产生于城市出现后，水质方面则是在工业革命和出现污染以后。对水质的研究沿着两个方面发展：一方面是对自然环境的水量和水质过程研究，综合为地球化学和水文化学；另一方面是对水质处理工程中的转化过程研究，综合为卫生工程化学和用水废水化学。环境水化学这一学科的实际奠基人当首推W．Stumm，他在此领域中的广泛研究结果综合为《水化学－天然水体化学平衡导论》(1970，第2版1981)一书，成为代表性著作，该书以物理化学原理深入阐述了天然水体和工程处理中的环境水质过程。此后，水化学著作陆续出版许多种。W．Stumm又主编了《水质界面化学》(1987)和《水质化学动力学》(1990)等书，集合与深化了许多研究者的新近成果。目前，环境水化学已经建立起广大的学派和学术活动网，中国也有许多学者在此学科从事科技和教学工作。其中环境水化学中有独立特色的理论专题有：1．表面络合吸附。吸附现象广泛存在于环境胶体界面上，特别是各种痕量污染物大多趋向于吸附在水体颗粒物表面并随之迁移，但前期对吸附规律的运用多是以实验数据归纳为各类吸附等温式。1970年前后，W．Stumm，P．W．Shindler等首先在水化学中提出金属在氧化物和氢氧化物的表面络合吸附理论，认为吸附机理是表面配位及相应的电荷作用；并建立了恒定容量模式的定量计算方法，其后，J．A．Davis等又提出3层模式方法D．A．Dzombak又改进了扩散层模式方法。这3种模式的主要区别是对吸附物质在界面双电层的分布结构有不同考虑，目前都在应用和论证，也有一些其他模式提出。表面络合吸附的概念已得到公认，并推广应用于黏土矿物和有机物及其他离子的吸附。表面络合模式在环境水化学中提出，对一般吸附理论也是重要贡献。2．水体酸化矿化。70年代以来，酸雨成为世界环境问题，酸雨水化学也成为研究的焦点。酸雨的形成、危害和控制，土壤和水体的酸化容量及预报模式等，都涉及水化学的基本规律，大量研究结果形成一个独立的概念和计算体系。此外，矿物风化和酸性矿水生成的理论历来以固液化学平衡及动力学为基础。W．Stumm在一系列研究的基础上于1986年提出矿物溶解动力学由表面配位反应控制，并且此风化过程决定天然水体矿化和水质的形成。3．化学形态与生物毒性。化学品对生物的毒性历来是以总量为指标的，后来发现不同的化合态具有不同的毒性，例如重金属在自由离子形态时毒性最强，有机化学品的某些降解中间产物比原来的毒性还强。因此，近年来水化学中污染与毒性的研究是围绕着化学形态展开的。化学形态除化合态、价态、结构态外，还包括结合态。一方面，水质分析方法集中于无机物和有机物的形态系统分析，另一方面，生物毒性与化学结构及形态的研究已进入量子化学和生物大分子层次。由于问题的复杂性，目前尚未能达到形态与毒性定量相关或以化合态定毒性指标的阶段。4．凝聚与絮凝。胶体化学中的双层模型和DLVO凝聚物理理论都未能完满解决水质处理中的凝聚絮凝原理，60年代初在此领域进行了一次激烈争论。A．P．Black等引入显微电泳观测技术强调电中和作用，V．K．LaMer等对有机絮凝剂提出粘结架桥模型，而W．Stumm、J．J．Morgan、C．R．O’Melia等先后综合提出化学计量理论。70～80年代，随着新技术的发展，陆续发表许多文献，又有R．D．Letterman等试图以表面络合与表面沉淀模型建立定量计算模式。同时，天然水体中的凝聚絮凝研究也有了许多成果。5．生物氧化与降解。自然环境中有机物向无机物的转化是通过微生物实现的。城市污水和工业废水的生物处理是人工强化的仿生过程。各类处理方法如活性污泥、生物膜、厌氧发酵、氧化塘等，从环境水化学的观点看，都是不同条件下的生物氧化与降解过程。由于水质及人工强化条件的复杂性，经大量研究已建立了独立的体系。它以生物化学工程及反应器理论为依托而有本身特色，正向运用酶化学和遗传工程原理提高效能的方向发展。6．水质模式与动态学。运用计算机程序描述和计算水质迁移转化过程并加以图象化，是当前环境水质学的趋势。水质化学平衡模式始于60年代，较早推广应用的有地球化学方面的WATEQ系列和水化学方面的REDEQ系列，后者陆续发展出MINEQL，MICROQL，SURFQL等版本。目前发表的水质化学平衡模式已有60余种。1987年美国环保局推出把MINEQL和WATEQ相结合的MINTEQ程序，现已逐步改进到MINTEQA2的2．2版。计算水质扩散迁移的动态模式则有更多种类，目前的问题是如何把它与计算形态分布的平衡模式及水质转化动力学更有机地结合起来。在此方向上产生的新学科即为环境水质动态学。当前环境水化学的发展趋势可以归纳为“三微”和“三模”，即：微量(痕量污染物质)，微观(分子形态层次)，微粒(胶体界面行为)；模拟(仿真实验研究)，模型(定性机理图像)，模式(定量计算软件)；而目标是实现微观过程与宏观模式的综合，对环境水质能够全面定量地反映其转化规律。【参考文献】：1 Stumm W，Morgan J J．Aquatic Chemistry，2nd ed．，New York：John Wiley，Sons，1981，1～780．中译本：汤鸿霄，等．水化学．北京：科学出版社，1987．1～5542 Morel F M M．Principles of Aquatic Chemistry，New York：John Witey，Sons，1983，1～4463 汤鸿霄．环境科学丛刊，1988，4∶1～744 Stumm W ed．Aquatic Chemical Kinetics，New York：John Wiley，Sons，1990，1～5455 汤鸿霄．环境化学，1993，12(5)∶325～333(中国科学院生态环境研究中心汤鸿霄院士撰) |
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