趙華榮，代俊峰，郭純青

(桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林541004)

隨著學(xué)科之間的相互滲透，水環(huán)境化學(xué)課程在很多專業(yè)都相繼開(kāi)設(shè)，盡管有很多專業(yè)并不直接將課程命名為水環(huán)境化學(xué)，但其內(nèi)容主要來(lái)源于水環(huán)境化學(xué)。水環(huán)境化學(xué)所涉及的內(nèi)容十分廣泛，水是地球上十分重要的物質(zhì)之一，也是最重要的溶劑，地球上的各種物理、化學(xué)和生物等過(guò)程均離不開(kāi)水的作用。水環(huán)境化學(xué)屬于應(yīng)用化學(xué)范疇，主要是將物理化學(xué)的基本原理應(yīng)用于研究天然水體系［1］。

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)水環(huán)境化學(xué)的研究也面臨著新問(wèn)題，一些新研究?jī)?nèi)容開(kāi)始顯現(xiàn)。高等學(xué)校在進(jìn)行水環(huán)境化學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)適時(shí)增加相關(guān)的內(nèi)容。

一 水環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生

對(duì)于天然水化學(xué)的研究，至少有百余年歷史。對(duì)水環(huán)境化學(xué)的產(chǎn)生有重要影響的學(xué)科至少有:湖泊沼澤學(xué)、地球化學(xué)、工程衛(wèi)生學(xué)和環(huán)境工程學(xué)等4門學(xué)科。

在19世紀(jì)，人們開(kāi)始關(guān)注湖泊和其它淡水水體的化學(xué)成份。許多學(xué)者研究了湖泊等水體的化學(xué)組成，如水中的溶解氣體，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要和次要離子和水中的有機(jī)物等。早在1911年Birge，Juday及其合作者研究了威斯康星湖泊中的溶解氣體［2］。1957年Hutchinson發(fā)表了湖沼學(xué)方面的專著，綜述了20世紀(jì)上半葉全世界范圍內(nèi)對(duì)湖泊水化學(xué)方面的研究。對(duì)海水化學(xué)成份的研究最早可追溯到1670年Robert Boyle利用硝酸銀檢測(cè)海水的鹽度［3］。

地球化學(xué)專家對(duì)水環(huán)境化學(xué)也十分感興趣。1911年美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的報(bào)告對(duì)堪薩斯州地表水和地下水的成份組成進(jìn)行了報(bào)告［4］。前蘇聯(lián)科學(xué)院院士維爾納斯基在1927年對(duì)水文地球化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了較詳細(xì)闡述［5］。

水環(huán)境化學(xué)在衛(wèi)生工程學(xué)和環(huán)境工程學(xué)中占有十分重要的地位。飲用水的處理過(guò)程需要水環(huán)境化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)。

二 水環(huán)境化學(xué)的發(fā)展

水環(huán)境化學(xué)所關(guān)心的并不是水自身的特性，而是水中所存在的物質(zhì)以及水作為一種溶劑會(huì)對(duì)水中的物質(zhì)和反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的影響。水環(huán)境化學(xué)主要關(guān)注水溫在0～40℃、pH在5～9的水體［3］。水環(huán)境化學(xué)自產(chǎn)生以來(lái)其研究?jī)?nèi)容不斷地發(fā)展著。推動(dòng)水環(huán)境化學(xué)發(fā)展的因素主要有:水污染的加劇;科學(xué)技術(shù)和研究方法的發(fā)展以及新的研究領(lǐng)域融合到水環(huán)境化學(xué)的研究中來(lái)［3］。

水污染問(wèn)題決定了水環(huán)境化學(xué)的研究方向。在20世紀(jì)60到70年代，主要研究水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題;20世紀(jì)70年代中期到90年代早期，主要研究酸雨問(wèn)題;20世紀(jì)80年代晚期到現(xiàn)在，汞的遷移及其生物地球化學(xué)過(guò)程一直是研究的熱點(diǎn)。自水體中有毒有機(jī)氯化物發(fā)現(xiàn)以來(lái)，有機(jī)污染逐漸成為研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)60年代到70年代主要研究水體中各種殺蟲(chóng)劑的污染問(wèn)題;20世紀(jì)70年代到90年代的研究重點(diǎn)為多氯聯(lián)苯(PCBs)和多環(huán)芳烴(PAHs)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了水環(huán)境化學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)60年代，人類還只能檢測(cè)水體中的大量元素，主要采用滴定法和比色法等方法。隨著技術(shù)的發(fā)展檢測(cè)水平由20世紀(jì)60年代的μg/L水平發(fā)展到現(xiàn)在的ng/L水平。各種先進(jìn)的檢測(cè)手段發(fā)展起來(lái)，如 ICP-ES，ICP-MS，GCIRMS，LC-MS，F(xiàn)T-ICR-MS，EXAFS，XANES 等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)水環(huán)境化學(xué)的發(fā)展也起到了推動(dòng)作用。自20世紀(jì)70年代Morel和Morgan開(kāi)發(fā)出REDEQL計(jì)算軟件以來(lái)［6］，各種化學(xué)計(jì)算軟件包陸續(xù)開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前主要的化學(xué)軟件包有:MINEQL+，MINTEQ，PHREEQC，WHAM，F(xiàn)ITEQL，Acuchem，GCSOLAR，ChembioDraw，Gaussian and Jagur，SPARC 等。

新的發(fā)現(xiàn)可以開(kāi)啟水環(huán)境化學(xué)新的研究領(lǐng)域。如20世紀(jì)70年代水體中單線體氧的發(fā)現(xiàn)，從而使水中的光化學(xué)反應(yīng)研究逐漸發(fā)展起來(lái)。水體中的金屬元素能被一些氫氧化物吸附的發(fā)現(xiàn)，從而開(kāi)始了水環(huán)境中表面絡(luò)合的研究。自從《寂靜的春天》一書(shū)出版以來(lái)，對(duì)于水環(huán)境中的有機(jī)污染更開(kāi)始受到關(guān)注，并逐漸成為研究的熱點(diǎn)［3］。

三 水環(huán)境化學(xué)的主要教材

水環(huán)境化學(xué)形成獨(dú)立的一門學(xué)科之前，沒(méi)有一本完整的教材。大多數(shù)內(nèi)容都是借鑒其他學(xué)科的理論，如物理化學(xué)、分析化學(xué)等。隨著研究的深入，陸續(xù)有相關(guān)的教材出版。

在國(guó)外，最經(jīng)典的水環(huán)境化學(xué)教材是Stumm和Morgan于1970年編寫的《Aquatic Chemistry》。到1996年該書(shū)出版了3版，內(nèi)容上更加完善和通俗易懂，并成為水環(huán)境化學(xué)方面的權(quán)威教材。在近30年還有一些與《Aquatic Chemistry》類似的著作如:Snoeyink和 Jenkins編寫的《Water Chemistry》;Pankow 編寫的《Aquatic Chemistry Concepts》;Morel和Hering編寫的《Principle and Applications of Aquatic Chemistry》;Benjamin編寫的《Water Chemistry》;Jensen編寫的《Problem-Solving Approach to Aquatic Chemistry》以及Brezonik和 Aronold編寫的《Water Chemistry.An Introduction to the Chemistry of Nature and Engineered Aquatic Systems》。與水文地球化學(xué)相關(guān)的專著有Drever編寫的《Geochemistry of Nature Water》，Langmuir編寫的《Aqueous Environmental Geochemistry》。將水環(huán)境化學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合的著作有Sawyer等編寫的《Chemistry for Environmental Engineering and Science》;Essington編寫的《Soil and Water Chemistry:An integrative Approach》以及 Weiner編寫的《Applications of Environmental Aquatic Chemistry:A Practical Guide》。與有機(jī)物污染有關(guān)的水環(huán)境化學(xué)專著有:Schwarzenbach等編寫的《Environmental Organic Chemistry》;Larson和 Weber編寫的《Reaction Mechanisms in Environmental Organic Chemistry》;Tinsley編寫的《Chemical Concepts in Pollution Behavior》以及 Thibodeux編寫的《Environmental Chemodynamics:Movement of Chemical in Air，Water and Soil》。

國(guó)內(nèi)水環(huán)境化學(xué)方面的教材主要有:陳靜生編寫的《水環(huán)境化學(xué)》［7］，湯鴻宵等人根據(jù)《Aquatic Chemistry》第二版翻譯的《水化學(xué)》，戴樹(shù)桂編寫的《環(huán)境化學(xué)》;錢會(huì)主編的《水文地球化學(xué)》和吳吉春等編寫的《水環(huán)境化學(xué)》?？傮w而言，國(guó)內(nèi)的水環(huán)境化學(xué)方面的教材滯后于國(guó)外的教材，國(guó)內(nèi)教材的內(nèi)容大多取材于國(guó)外的教材。

四 水環(huán)境化學(xué)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水污染問(wèn)題越來(lái)越突出。為了解水環(huán)境問(wèn)題，水環(huán)境化學(xué)將在水污染控制和治理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，水環(huán)境化學(xué)將迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期。另外水污染問(wèn)題多種多樣，有許多新污染問(wèn)題出現(xiàn)，單純依靠以前的理論體系很難解決新的污染問(wèn)題。比如，近年來(lái)納米技術(shù)在工程中的大量應(yīng)用，納米材料的水污染問(wèn)題開(kāi)始為人們所關(guān)注。納米材料在水環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、歸趨及納米材料的生物毒性等問(wèn)題逐漸成為水環(huán)境化學(xué)研究的前沿課題。水環(huán)境化學(xué)在充分利用和借鑒相關(guān)學(xué)科的研究成果的基礎(chǔ)上，必須在研究方法、研究理論等方面要有新的發(fā)展和突破，逐步形成自己的理論體系。

［1］斯塔姆，摩 根.水化學(xué)［M］.湯鴻霄，等譯.北京:科學(xué)出版社，1987.

［2］Birge E A，Juday C.The inland lakes of Wisconsin.The dissolved gases and their biological significance［J］.Bull.Wis.Geol.Nat.Hist.Surv，1911，22:259.

［3］Brezonik P L，Arnold W A.Water Chemistry:Fifty Years of Change and Progress［J］.Environmental Science ＆Technology，2012，46(11):5650-5657.

［4］Parker H N.Quality of the water supplies of Kansas:US Geol.Survey［J］.Water-Supply Paper，1911，273:1-375.

［5］錢 會(huì)，馬致遠(yuǎn).水文地球化學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005.

［6］Morel F，Morgan J.Numerical method for computing equilibriums in aqueous chemical systems［J］.Environmental Science＆ Technology，1972，6(1):58-67.

［7］閆志為.《水環(huán)境化學(xué)》課程建設(shè)淺談［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007(1):15-16.