环境化学知识问答【正版新书】

环境化学是研究有毒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化学原理和方法的科学。不论是全球性或是区域性环境问题的产生，化学污染因子几乎占80％以上，因而，要揭示环境问题的本质、阐明其产生的原因、研究与提出有效的防治途径，必须学习环境化学，它已成为环境科学与工程学科教学计划中一门重要的课程。

本书是在笔者多年为本科生和研究生讲授“环境化学”相关课程的基础上编写而成的，与环境化学教材相互补充，既能使学生系统地学“深”，又能使学生联系实际学“活”，巩固基础，开拓视野。

笔者在讲授环境化学时，积极采用问题教学法、案例教学法等开展研究型教学，引导学生灵活运用所学过的化学、生物等知识，解释环境中有害化学物质的污染特性及其控制的原理和方法，并针对身边的污染事件、化学品和食品安全等问题，开展深入讨论。本书是在归纳总结了多年课堂讨论内容的基础上编写而成的，由于环境化学涉及的面很广、新的环境化学问题也不断出现，本书所涉及的面有限，仅作为《环境化学》教材的补充，可供本科生、研究生自学参考，也可供从事环境科学与工程的相关管理人员、科研人员及技术人员参考。

本书由高明、宋娜、汪群慧任主编。全书共六章，其中章（大气环境化学）由高明、刘硕撰写；第二章（水环境化学）由高明、李媛撰写；第三章（土壤环境化学）由高明、徐明月撰写；第四章（固体废物污染控制化学）由汪群慧、马晓宇撰写；第五章（生态环境化学）由宋娜、汪群慧撰写；第六章（化学品与食品安全）由宋娜、任媛媛撰写。全书由北京科技大学能源与环境工程学院高明和汪群慧、北京科技大学天津学院宋娜负责统稿和定稿。笔者衷心感谢所有参与课堂讨论的学生的辛苦付出，同时感谢北京科技大学校级规划教材建设项目和北京科技大学天津学院第五批面上教改项目的资助。

由于时间仓促和笔者水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，切望各位同仁赐教，作者感激不尽。

编者

2021年3月

本书采用问答的形式，介绍了涉及大气、水、土壤、固体废物、生态、化学品与食品安全等方面的环境化学知识。全书共六章，章为大气环境化学，第二章为水环境化学，第三章为土壤环境化学，第四章为固体废物污染控制化学，第五章为生态环境化学，第六章为化学品与食品安全。

本书具有较强的系统性、知识性，可作为环境科学与工程及相关专业的本科生、研究生的教材或专业参考书，也可作为从事环境管理和污染治理的科研人员和管理人员的参考资料。

汪群慧，北京科技大学，教授、博导，本科和硕士分别毕业于哈尔滨工业大学的电化学工程及环境工程专业，博士毕业于日本九州工业大学物质工学学科，现兼任中国环境科学学会固体废物分会委员，全国注册工程师环保专业管理委员会专家委员，中国环境保护产业协会固体废物处理利用委员会专家委员。主要从事固体废物的资源化与能源化、环境生物技术、污水处理等领域的研究。已主持和参与完成重大项目10余项、省部级项目近10项。获省部级奖3项；发表SCI论文110余篇（含第1作者或通讯作者80余篇）；以发明人获授权发明专利40余项。主编教材1部，编著3部。

章大气环境化学001

节汽车尾气污染及治理001

1.汽车尾气中一氧化碳是如何产生的？001

2.汽车尾气中氮氧化物（NOx）是如何产生的？001

3.汽车尾气净化器（三效催化剂）的工作原理是什么？002

4.机动车的排气量并不是一个定数，如何判断还原剂NH3的投加量？整个反应需不需要催化剂？002

5.生活中一般觉得汽油机比柴油机要好，为什么又说柴油机有较大的发展潜力？002

6.有关机动车尾气排放法规的美国体系和欧洲体系有什么不同？为什么要选择欧洲体系为主的SCR还原NOx技术？003

7.汽油和柴油中硫含量各是多少？003

8.何为稀薄燃烧技术？004

9.为什么在稀薄燃烧工况下，传统的三效催化剂（TWC）不能有效消除NOx？004

10.稀薄燃烧发动机尾气中NOx、烃类化合物、CO之间如何相互反应？004

11.稀薄燃烧技术可否用于柴油机？简述一下柴油机的尾气净化技术。004

12.稀薄燃烧是否认为燃烧单位质量的燃料产生的污染物降低了？005

13.稀薄燃烧对NOx去除有什么影响？005

14.Cu-ZSM-5/堇青石整体式催化器处理NOx的合适温度为300～400℃，对烃类化合物、CO的处理效果却不好，怎样排除烃类化合物、CO对环境的影响？005

15.具体说明催化器各影响因素对NOx去除的影响。005

16.吸附-还原型催化剂除了贵金属型的还有哪些？性能如何？005

17.针对催化剂的硫中毒问题如何避免与改进？006

18.吸附还原NOx的反应公式有哪些？006

19.关于催化转化器的介绍中，机内净化措施指的是什么？006

20.发动机工作温度为85～90℃，尾气净化反应温度为200～500℃，温度的差异是否会影响两者的反应？006

21.什么是空燃比？006

22.降低燃油含量对汽车运行的影响？007

23.吸附还原型技术中存储器的作用是什么？制作材料是什么？007

第二节烟气脱硫脱硝007

一、脱硫技术007

24.传统脱硫方法主要有哪些？007

25.烟气脱硫副产物重金属对环境有哪些影响？007

26.湿法与半干法钙硫比一般范围都在多少？008

27.在石灰消化系统已经加水为何还要在增湿器加水？008

28.NID半干法与钙法的关系是怎样的？008

29.镁法和钙法经济性的比较。008

30.pH值对镁法脱硫工艺过程的影响是怎样的？009

31.镁法脱硫工艺产物硫酸镁的应用情况是怎样的？009

32.Shell-Paques生物脱硫法有何不足？010

33.Shell-Paques生物脱硫法工艺中生物硫黄是如何从反应器中分离提取出的？010

34.脱硫系统中含有Hg的石膏该如何利用？010

35.石膏中的汞会不会迁移到自然环境中？010

36.克劳斯硫回收装置是什么？010

37.与干法相比，湿法的优势在哪里？011

38.硫液中副盐的存在会对反应造成什么影响？011

39.什么叫循环流化床锅炉？011

40.循环流化床脱硫是烟气再循环还是吸收剂再循环？012

41.循环流化床（CFB）处理后的烟气需要加热后再排放吗？012

42.何为密相干塔半干法脱硫技术？013

43.密相干塔工艺脱硫的优缺点是什么？013

44.密相干塔工艺脱硫过程中NOx会不会影响脱硫？013

45.烟气与脱硫剂并行操作的优点是什么？014

46.脱硫系统中能够实现脱硫灰的循环，为什么还要继续加入脱硫剂？014

47.为什么脱硫剂要经过加湿器加湿？014

48.锰矿法处理硫化氢的反应机理是什么？014

49.低浓度硫化氢废气的液相催化氧化法净化原理是什么？014

二、脱硝技术015

50.传统脱硝方法主要有哪些？015

51.SCR工艺原理是什么？015

52.在SCR工艺运行时，氨气怎么投加进去？015

53.飞灰脱除重金属的SCR工艺是什么原理？016

54.什么是催化剂中毒？016

55.SCR技术中为什么NH3只与NOx反应而不与O2反应？016

56.低温SCR系统反应器内催化剂填装的2 1设计模式具体是怎么样的？017

57.比较一下SCR与其他一些脱硝技术，它们都有哪些优缺点？017

58.各种低温SCR催化剂的优缺点有哪些？017

59.低温SCR催化剂以及稀土催化剂有哪些应用实例？017

60.低温SCR的机理所提到的ER和LH机理具体是什么？018

61.氮氧化物的去除率是怎样计算的？018

62.氮氧化物废气生物法处理效率可以达到多少？其中NO不易溶于水，它处理的实质过程是怎样的？018

63.在工业上应用选择性催化还原（SCR）脱硝时怎么确定氨气的用量？018

64.选择性非催化还原（SNCR）脱硝效率比较低，有什么方法可以提高它的效率？目前工业上应用情况如何？019

65.快速SCR反应中，NO转化为NO2的过程有什么途径？应用如何？前景如何？019

三、同时脱硫脱硝技术019

66.火电厂燃煤锅炉烟气处理系统，除尘与脱硫脱硝的顺序是怎样的？019

67.联合脱硫脱硝技术与同时脱硫脱硝技术分别指什么？020

68.脱硫脱硝一体化技术中，多余的NH3排入大气后会污染空气，怎么处理这一问题？020

69.有没有能同时脱硫脱硝的吸附剂？020

70.SNRB工艺与传统脱硫脱硝工艺相比有哪些技术优势？020

71.SNRB工艺与SNOX工艺脱除污染物的顺序不同，在工艺的选择上哪个更有优势？021

72.双流化床锅炉如何实现脱硝又脱硫？021

第三节烟气除汞及有毒有机物去除022

73.常用的脱汞技术有哪些？022

74.目前在工业上已经被应用的脱汞技术有哪些？023

75.燃煤烟气脱汞技术的脱汞效率和应用条件如何？023

76.氧化后的Hg2 回到脱硫系统如何保证S不被氧化？024

第四节VOCs类污染及去除024

77.什么叫VOCs？024

78.生物法处理VOCs有哪些应用实例？025

79.活性炭吸附VOCs较常规吸附剂的优点是什么？026

80.室内空气污染物来源有哪些？026

81.有无专门的仪器用来去除甲醛？026

82.各种VOCs的净化周期大约是多长时间？026

83.低温等离子体协同催化降解VOCs作用机理是什么？026

84.二英的物理、化学性质是什么？027

85.二英的降解标准是什么？027

86.POPs的致病机理是什么？027

87.如何控制POPs污染？028

88.大气PAHs光化学降解和转化机理是什么？028

89.室内甲醛的浓度限值是多少？活性炭吸附甲醛是物理吸附还是化学吸附？吸附后的活性炭如何处理？活性炭是否可以重复使用？028

第五节颗粒物污染及控制029

90.现有仪器可以监测出PM1.0吗？029

91.PM2.5和PM10哪个危害更大？029

92.室内空气净化器有哪几类？工作原理是什么？029

第六节CO2固定及资源化030

93.气体CO2可用作气体肥料是怎么回事？030

94.固定CO2的目的都有哪些？030

95.固定CO2的藻种有哪些？030

96.固定CO2以后的藻类如何利用？030

97.微藻晚上的呼吸作用会不会把已经固定的CO2释放出来？031

98.咪唑盐型离子液体吸附CO2的反应是可逆的，而CO2又是一种可利用的资源，目前有没有通过咪唑盐型离子液体吸附CO2的逆反应来反复回收CO2加以资源化利用？031

第七节催化剂及气态污染物去除031

99.稀土元素做催化剂的优势是什么？其又有哪些缺点？031

100.铈基催化剂有哪些优点？031

101.催化剂在使用过程中活性为什么会降低？032

102.如何恢复催化剂的催化活性？032

103.目前，使用过的废催化剂的再生方法有哪些？工业上应用哪个？033

104.贵金属催化剂的载体和金属氧化物催化剂的载体有什么不同？033

105.什么是光催化技术？光催化技术的反应机理是什么？033

106.纳米材料TiO2会不会失活？会不会产生二次污染？034

107.TiO2降解有机物的机理是什么？034

108.制备TiO2过程中的主要影响因素有哪些？035

109.TiO2光催化作用主要应用在哪些方面？035

110.影响TiO2光催化降解有机污染物的因素有哪些？036

111.半导体材料有很多种，为什么选择二氧化钛作为光催化材料？036

112.半导体光催化技术在降解有机污染物方面具有哪些缺点？036

113.影响半导体光催化反应速率的外部因素有哪些？037

114.半导体改性中半导体复合是如何提高效率的？037

115.纳米TiO2光催化氧化对无机有害气体NOx、SO2、NH3、H2S处理的氧化机理及应用是什么？037

116.TiO2光催化还原CO2的反应机理是什么？039

第八节多孔介质及气态污染物去除039

117.哪些物质可以改变活性炭的表面化学性质？039

118.活性炭脱硫脱硝技术的工艺原理是什么？040

119.活性炭处理烧结烟气要满足怎样的条件？040

120.活性双分子层是如何形成的？如何实现催化效率的提高？040

第九节低温等离子体及气态污染物去除041

121.低温等离子体与高温等离子体有什么区别？041

122.与常规技术相比，低温等离子体技术有何优点？041

123.等离子体对催化剂有什么影响？042

124.为什么要研究低温等离子体，而不是高温等离子体？042

125.使用等离子体法脱硝耗能较多，为什么还要研究使用等离子体方法？042

126.等离子体技术的缺点中CO2的选择性差是什么意思？042

127.等离子体在大气污染治理中的应用现状如何？042

128.等离子体有什么缺点？工艺该如何改进？043

129.低温等离子体在脱硫脱硝两个处理工艺中都产生了铵盐副产物，在工艺流程中它是如何进行收集处理的？043

130.在脉冲等离子体脱硫脱硝工艺流程图中，为什么经过电除尘器的锅炉烟气的节点位置有一个管道直接排向烟囱？043

131.低温等离子体脱硫脱硝过程，等离子体起什么作用（氧化、还原、催化）？043

第二章水环境化学044

节水体污染及水资源危机044

1.什么是水体富营养化？044

2.赤潮与色潮是什么关系？044

3.矿山酸性废水是如何形成的？044

4.什么样的矿山环境会更容易产生矿山酸性废水？045

5.尾矿水的循环利用处理方法是什么？045

6.水环境中药品和个人护理用品的种类、来源及迁移转化的过程是怎样的？045

第二节化学法045

一、水解法045

7.水解作用有时可改变物质自身的性质，那么哪些有机物的水解可以提高或降低自身的挥发性？045

8.哪些有机物的水解可以提高或降低自身的毒性？046

9.木质素与NH3发生碱水解的化学反应是什么？047

10.半纤维素与NH3发生碱水解的化学反应是什么？047

二、混凝法048

11.高分子混凝剂和无机盐混凝剂该如何选择？048

12.为什么说混凝可以节约用地？048

13.什么是微生物絮凝剂？与传统絮凝剂相比其优势是什么？048

14.影响微生物絮凝剂絮凝效果的因素有哪些？048

15.如何制备微生物絮凝剂？为什么微生物絮凝剂的制备成本高？049

16.微生物絮凝剂的种类有哪些？微生物絮凝剂去除水中重金属的机理是什么？049

17.生物吸附和生物絮凝是什么关系？049

18.将重金属絮凝后的微生物絮凝剂应如何处理？050

19.什么是电凝聚？050

三、氧化还原法050

20.用高硫煤燃烧产生的SO2处理含铬废水，其处理的基本原理是什么？050

21.什么是铁氧体？用铁氧体处理含铬废水的原理是什么？050

22.间氨基苯磺酸的生产工艺第二步中，铁粉是怎么把间硝基苯磺酸还原的？051

23.什么是纳米零价铁？能否应用于地下水处理过程中？051

24.纳米零价铁可以有效处理水中的硝酸盐，其反应的具体机理是什么？去除效率为多少？051

25.电化学氧化技术的基本原理是什么？051

26.电化学氧化处理有机废水时，直接电氧化作用与间接电氧化作用哪个占主要地位？052

27.电化学氧化技术处理废水时，阳极的副反应对整个工艺有什么副作用？052

28.电化学氧化技术处理废水时，产物是否有毒性？052

29.电化学氧化技术在水处理中的应用情况？053

30.电化学实验中总氮去除率差别很大的原因是什么？053

31.电化学可否用于生活污水的处理？053

32.电化学方法单独去除抗生素和重金属试验的条件不同，两种污染物同时处理时条件是什么？053

33.养殖废水应该有较高的SS，电化学法反应器怎么解决这个问题？053

34.尿液电化学处理有什么好处？053

35.什么是芬顿试剂？处理污水时如何确定添加量？054

36.芬顿氧化法的作用机理是什么？054

37.什么是光-芬顿法？054

38.利用芬顿法处理难降解的有机废水之后为何COD反而会偏高？055

39.pH值会影响芬顿氧化法的处理效果吗？055

40.在芬顿反应中，为什么当pH值大于4，即处于酸性条件下时，羟基就容易和金属离子形成氢氧化物沉淀？055

41.如何克服pH值限制芬顿反应这个问题？055

42.芬顿氧化法适用于哪些污水的处理？055

43.芬顿氧化法处理废水的优缺点是什么？什么样的污水水质适合芬顿氧化技术？055

44.高级氧化技术是如何处理高盐分有机废水？056

45.高级氧化法成本是否较高？对于大水量的污水处理效果是否较好？057

46.采用UV/H2O2/TiO2联合工艺，与单独使用UV或H2O2相比，其优势在哪里？057

47.什么是湿式催化氧化法？057

48.湿式催化氧化法的反应机理是什么？057

49.用湿式催化氧化法处理有机废水时如何选择催化剂？058

50.湿式催化氧化Fenton作催化剂、Fenton法，这两个是同一个方法吗？不是的话，区别在哪里？058

51.光激发氧化法、光催化氧化法、湿式催化氧化法的优缺点是什么？分别适用于哪种条件？如何选择？058

52.什么是超临界水氧化技术？059

53.超临界水氧化的技术原理是什么？059

54.超临界水氧化工艺中的高温高压条件是如何实现的？059

55.在超临界水氧化工艺中重金属是如何变化的？059

56.依照图2-1，简述超临界水氧化工艺的工作流程。059

57.有机废水在什么样的温度和压力条件下会进入超临界状态？060

58.超临界水氧化工艺中，对于设备的选择有哪些要求？060

59.超临界水氧化工艺主要去除哪类有机物？061

60.在污水处理中，超临界水氧化工艺与生物处理工艺的区别是什么？061

61.超临界水氧化技术的应用实例有哪些？此工艺的处理成本如何？061

62.光催化处理无机废水中重金属是如何去除的？061

63.光催化处理印染废水时废水不透光行吗？不行应该怎么做？062

64.TiO2作光催化剂处理染料废水的实际应用中怎么回收有机物和重金属？062

65.TiO2光催化剂能否再生？062

第三节物理化学法063

一、离子交换法063

66.离子交换工艺在水处理中的应用实质是什么？基本原理又是什么？063

67.用离子交换工艺处理水时，离子交换的阴柱和阳柱如何排序？064

68.在离子交换技术中，离子交换的顺序是如何确定的？064

二、吸附法064

69.什么是臭氧生物活性炭吸附？064

70.生物吸附法去除废水中的重金属的机理是什么？怎样回收被微生物吸附的重金属？065

71.用于去除废水中重金属的生物吸附剂有哪些？生物吸附剂未来的发展方向如何？065

72.什么是吸附-电解氧化法？066

三、膜蒸馏技术066

73.膜蒸馏技术的原理是什么？为什么要用疏水性的膜？066

74.膜蒸馏技术与其他膜分离过程（如超滤、微滤等）相比，区别有哪些？优点有哪些？066

75.膜蒸馏技术对处理的水质有要求吗？是否会造成膜污染？066

76.膜蒸馏技术所用的膜材料有哪些？067

77.膜蒸馏技术中如何提高膜通量？067

78.膜蒸馏技术有哪些不足？067

79.什么是渗透汽化？膜蒸馏与渗透汽化在用膜上有什么不同？067

第四节生物法068

80.微生物燃料电池中金属去除率和产电量的关系如何？068

81.用微生物燃料电池处理重金属废水为什么仍处于实验阶段？068

82.对微生物燃料电池中的菌种选择有什么特殊要求？068

83.工业上应用微生物电池，电流稳定性是否有一定要