环境毒理学 第七章

1、环境毒理学的分支科学环境毒理学的分支科学 大气污染的环境毒理学大气污染的环境毒理学 土壤污染的环境毒理学土壤污染的环境毒理学 水污染的环境毒理学水污染的环境毒理学 大气污染的环境毒理学大气污染的环境毒理学n大气由气体、液体、固体组成n各种固体或液体微粒均匀地分散在空气中形成的一个庞大的分散体系，称为气溶胶气溶胶体系。气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物。 大气污染：大气污染：大气中污染物或其二次污染物污染物或其二次污染物的浓度 达到有害程度。 大气污染的形式：大气污染的形式： 气体，90% 颗粒物 ：液体 固体 大气颗粒物按其粒径可分为大气颗粒物按其粒径可分为 （环境保护分类）：（环境保护

2、分类）：n总悬浮颗粒物（总悬浮颗粒物（TSP）：）：用标准大容量颗粒采用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，常样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，常称为总悬浮颗粒物。其粒径多在称为总悬浮颗粒物。其粒径多在100m以下，以下，小于小于10m的最多。的最多。n飘尘：可在大气中长期飘浮的悬浮物。其粒径飘尘：可在大气中长期飘浮的悬浮物。其粒径主要是小于主要是小于10m的悬浮物。的悬浮物。n降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。多指降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。多指大于大于10m的粒子。的粒子。n可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒

3、子。的粒子。ISO建议建议DP10 m大气污染物的来源大气污染物的来源 天然源：火山爆发、森林着火 人为源：固体污染源（工业企业 、生活炉灶、采暖锅炉） 流动污染源（火车、飞机、轮船、汽车等交通工具）影响因素影响因素 大气污染物的种类、理化性质、生物学作用、浓度、持续时间； 人体暴露于大气污染物的时间、进入人体内有害物质的量、滞留在呼吸道的部位和个体的敏感性及抵抗力。 1 1 飘飘 尘尘【理化性质】【理化性质】 成分复杂，包括细小的粉尘、煤烟、烟气和雾，吸附有水蒸气和各种有害气体形成的烟雾，还含有SiO2 、石棉等无机物以及各种金属，如： Pb、Hg、Cr、Cd、V、Fe及其氧化物等；具有催化

4、作用，能促进其吸附的SO2 NO2 等气体变成硫酸雾和硝酸雾。飘尘还能吸附致癌性很强的多环芳烃类物质。天然源天然源： 风沙尘土、火山爆发、森林着火等飘尘人为源：人为源： 火力发电、钢铁、有色金属、水泥和石油化工企业的生产过程、垃圾焚烧、锅炉采暖烟囱和家庭炉灶等排出的煤层和粉尘。来源来源 体内代谢过程体内代谢过程nd5um: 95%被鼻腔阻留、气管粘附和被纤毛细胞清扫出来n1umd5um: 在下呼吸道，由于支气管逐级分支、分流速度减慢和方向改变，增加了在支气管各部沉降的可能 飘尘 粘在气管、支气管壁 纤毛上皮摆动推出咳嗽 90（1h) 咽部咳出 咽部胃部 飘尘 肺泡 肺泡和支气管表面液体流动 排

5、出体外 d1um: 肺泡，沉积在终末支气管壁和肺泡壁终末支气管壁和肺泡壁 。 飘尘 肺泡 吞噬细胞吞噬 排出 支气管 肺泡壁 肺间质 随淋巴流动 淋巴结 吞噬细胞吞噬 （80d8,主动脉和颈动脉的化学感受器的刺激随之增强，出现呼吸急促症状； CO-Hb10,出现明显中毒现象； CO-Hb达到4050，中毒症状加重， CO-Hb50，深度昏迷或去大脑皮层状态等，死亡率高对对心血管心血管系统的影响系统的影响 CO-Hb 2.5,出现心血管功能改变； CO-Hb5,心冠血流增加20； CO-Hb50, 心脏扩大和心肌增厚等。 对对代谢功能代谢功能的影响的影响 CO细胞色素P-450结合 降低微粒体混

6、合功能氧化酶的活力； CO细胞色素a3 影响在细胞呼吸链上的正常传递过程； 对对胚胎胚胎的影响的影响 吸烟孕妇的胎儿出生时出现体重偏低和智力迟缓。【环境标准【环境标准】 CO日标准最高容许浓度1mg/m3 一次最高容许浓度3mg/m34 大气中的含氮化合物大气中的含氮化合物 【氮氧化合物（氮氧化合物（ NO NOX X ） 】 N N2 2O O、NONO、NONO2 2、NHNH3 3、HNOHNO2 2、HNOHNO3 3、NONO3 3、N N2 2O O5 5 【 NOx (NO和和NO2 ) 】 主要人为源是矿物燃料高温燃烧产生。主要人为源是矿物燃料高温燃烧产生。 NOx最终转化为最

7、终转化为硝酸（硝酸（HNO3）和硝酸盐微和硝酸盐微粒粒，经，经湿沉降和干沉降湿沉降和干沉降从大气中除去从大气中除去1980 年代全球 NOx的排放量 源 Tg(N)/a 说明 矿物燃料燃烧 土壤排放 （天然和人为） 生物体燃烧 闪电 NH3的氧化 飞机 从平流层输送 24 12 8 5 3 0.5 0.6 地面源，北半球占 95% 大陆地面源 热带地面源 自由大气源 对流层源 6-2km 源，北半球占 95% 自由大气源 【毒作用及其机理毒作用及其机理】nNO 吸入高浓度的NO可导致麻痹和痉挛麻痹和痉挛等，脱离接触后可很快恢复正常。 吸入NO13.50mg/m3 ， NO与Hb(血红蛋白)的结

8、合力比CO更强，能在血液中形成NO-Hb，然后大部分被氧化成NO-2 、 NO-3 ，并以NO-3形式从尿中排出体外。NO2 NO2的毒性比NO高4-5倍，对肺部的损害肺部的损害最大。在深部呼吸道 NO2 +H2O HNO2 /HNO3 +血红蛋白 高铁血红蛋白结果结果 HNO2 /HNO3强烈刺激和腐蚀肺组织细胞强烈刺激和腐蚀肺组织细胞，导致肺泡及毛细管损害、通透性增加，产生肺充血、出血和水肿。 高铁血红蛋白的形成导致组织缺氧 肺功能降低肺功能降低HNO2 /HNO3强烈刺激和腐蚀肺组织细胞导致肺组织细胞的脂质过氧化、饱和脂肪脂质过氧化、饱和脂肪酸比例下降、肺胶原纤维变形酸比例下降、肺胶原纤

9、维变形。NO2造成下列影响造成下列影响 呼吸器官形态改变呼吸器官形态改变 肺形态学改变 纤毛脱落，粘膜上皮细胞变性、坏死、脱落，细支器官及肺泡上皮细胞增加，分泌亢进，肺泡壁肿胀、泡壁扩大与肺气肿变损 呼吸频率、潮气量、免疫学和生物化学参数的明显改变 人吸入NO2 20mg/m3 ， 6分钟出现呼吸道刺激症状和胸痛； 100mg/m3 ，急性肺损伤、细支器官炎； 200mg/m3 ，肺气肿生化指标异常生化指标异常n不同剂量的NO2 导致GSH-Px活性增高 引起谷胱甘肽还原酶、还原性辅酶 、葡萄糖6硝酸脱氢酶活性明显升高 肺细胞脂质过氧化 肺、肝、肾等中的乳酸脱氢酶和醛缩酶活性增加对全身的危害对

10、全身的危害n致死作用致死作用n免疫抑制作用免疫抑制作用 对肺炎杆菌、肺炎球菌和流感病毒抵抗力降低n血液性状改变血液性状改变 白细胞数、血清胆红素、高铁血红蛋白增加【环境标准环境标准】nNO2大气最高一次排放浓度的容许标准： 0.15mg/m3 nWHO短期NO2（1h)暴露的容许浓度： 0.19 0.32 mg/m3 土壤污染的环境毒理学土壤污染的环境毒理学 土壤自然净化作用土壤自然净化作用 自净化作用 在自然界，当出现污染物质时，在一定限度下（容量与时间），自然界有一定的消除或降低污染程度的自净化能力，这就是自然净化作用。水体、大气、土壤均有此功能。 土壤净化 是指土壤本身通过吸附、分解、迁

11、移、转化而使土壤污染物的浓度降低直至消失的过程。 土壤净化表现在三个方面：土壤净化表现在三个方面： 1、土壤中有各种各样的微生物和土壤动物，能分解转化外界进入土壤的各种物质。 2、土壤中存在复杂的有机和无机胶体体系，通过吸附、解吸、代换等过程，对外界进入土壤中的各种物质起着“蓄积作用”，使污染物发生形态变化。 3、土壤是绿色植物生长的基地，通过植物的吸收作用，土壤中的污染物被转化。 土壤中吸附作用较强的矿物：土壤中吸附作用较强的矿物： 氢氧化铁Fe(OH)3nH2O 氢氧化亚铁Fe(OH)2nH2O 氢氧化铝Al(OH)3nH2O 二氧化锰MnO2H2O 沸石类矿物（钠沸石、方沸石、菱沸石）

12、蛭石、蒙脱石、高岭石、云母类 含水针铁矿FeO2nH2O 、针铁矿Fe2O3H2O土壤净化：土壤净化： a、土壤净化是自然界生态平衡的一种自发调节方式，有其自然能力与自然规律。 b、土壤自净化作用是有限度的，只要污染物浓度未超过土壤的自净容量，是不会造成污染。 c、土壤中污染物的积累与净化是同时进行的，是两种相反作用的对立统一过程，两者处于一定的相对平衡状态。当污染物的累积速度超过了自净化速度，土壤正常功能就失调，土壤质量就下降。n土壤污染：土壤污染：人类活动产生的污染物进入土壤并人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。 特

13、点：特点：难消除、强屏蔽性难消除、强屏蔽性 来源：来源：化学农药、重金属、放射性物质，病原化学农药、重金属、放射性物质，病原菌等。菌等。岩土污染源岩土污染源 1 1、特殊地质体、特殊地质体: :有害元素富集有害元素富集 火山喷发物火山喷发物 矿床地表风化矿床地表风化 2 2、工业污染、工业污染:“:“三废三废”不合适的处理不合适的处理 3 3、农业污染、农业污染: :化学农药化学农药 化肥化肥 除草剂除草剂 4 4、生活污染、生活污染: :排泄物排泄物 生活垃圾生活垃圾污染物在土壤中的迁移、转化和残留污染物在土壤中的迁移、转化和残留重金属在土壤中的迁移、转化和残留重金属在土壤中的迁移、转化和残

14、留农药在土壤中的转化和残留农药在土壤中的转化和残留重金属在土壤中的迁移、转化和残留重金属在土壤中的迁移、转化和残留n土壤中重金属元素的背景值土壤中重金属元素的背景值 ：指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量。土壤中重金属元素的来源：土壤中重金属元素的来源：地质、工业、农业、大气、固体废弃物等n重金属元素在土壤中不能被微生物分解，而极易与土壤中重金属元素在土壤中不能被微生物分解，而极易与土壤中有机物、无机物生成稳定的络合物或螯合物，残留在土壤有机物、无机物生成稳定的络合物或螯合物，残留在土壤中。中。n 影响重金属在土壤植物体系中的迁移因素：影响重金属在土壤植物体系中的

15、迁移因素： 土壤的理化性质 土壤对重金属的容纳量 土壤土壤pH、土壤胶体的吸附作用、土壤还原状态、重土壤胶体的吸附作用、土壤还原状态、重金属的络合或螯合作用金属的络合或螯合作用。1、土壤、土壤pH 重金属一般以氢氧化物、离子和盐类的形式存在。重金属一般以氢氧化物、离子和盐类的形式存在。 酸性土壤，重金属以离子和盐类的形式；酸性土壤，重金属以离子和盐类的形式； 碱性土壤，难溶氢氧化物碱性土壤，难溶氢氧化物 重金属溶解度随重金属溶解度随pH降低而升高，易于迁移和被作物降低而升高，易于迁移和被作物吸收。吸收。 土壤的理化性质土壤的理化性质2、土壤胶体的吸附作用、土壤胶体的吸附作用 取决于粘土矿物的种

16、类、腐殖质的含量及金取决于粘土矿物的种类、腐殖质的含量及金属的种类等属的种类等 粘土矿物对金属离子吸附程度的顺序：粘土矿物对金属离子吸附程度的顺序：Cu2+ Pb2+ Ni2+ Co2+ Zn2+ Ba2+ Rb2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+ Na1+ Li1+3、土壤的氧化还原状态、土壤的氧化还原状态土壤的氧化还原条件控制重金属的转化状态和存在形式。水田：还原状态，亚砷酸盐（ As3+ ）毒性大；旱田：氧化状态，砷酸盐（ As5+ ） 。4、重金属的络合和螯合作用、重金属的络合和螯合作用 羟基与重金属的络合作用可以大大提高重金属氢氧化物的溶解度。 Pb2+ 、Cr2+ 、 Hg2+ 重金

17、属与腐殖酸作用生成稳定的可溶性螯合物。Fe、Al、V、Ti螯合物易溶于中性、酸性、弱碱性土壤溶液中而迁移。土壤环境容量土壤环境容量 土壤所允许承纳污染物质的最大数量称土壤所允许承纳污染物质的最大数量称为土壤环境容量为土壤环境容量; ; 或不使土壤生态系统的或不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所结构和功能受到损害的条件下，土壤中所能承纳污染物的最大数量。能承纳污染物的最大数量。 土壤临界容量是确定土壤环境容量的一土壤临界容量是确定土壤环境容量的一个很重要的因素，决定土壤的容纳能力。个很重要的因素，决定土壤的容纳能力。 土壤环境容量的确定土壤环境容量的确定 土壤静容量土壤静容量

18、从静止的观点度量土壤的容纳能力，由下式表示，从静止的观点度量土壤的容纳能力，由下式表示， C Cs s = M = M（C Ci i-C-CB1B1） M : M : 每亩耕地土壤重，每亩耕地土壤重，kgkg； C Ci i : : 为为i i元素的土壤临界含量，元素的土壤临界含量，mg/kgmg/kg； C CBiBi : : 为为i i元素的土壤背景值，元素的土壤背景值，mg/kgmg/kg。 现存容量：现存容量： C CSPSP = M = M（C Ci i-C-CB1B1- C- CP P） C CP P是土壤中人为污染而增加的量。是土壤中人为污染而增加的量。 土壤环境容量粗略估计公式

19、： Q =Q =（C CX X - B - B） 150 150 Q: 土壤环境容量，g/亩； CX :为土壤环境标准值，mg/kg； B :为区域土壤背景值，mg/kg。影响因素： 土壤性质、重金属的物化性质、种植作物种类。农药在土壤中的转化和残留农药在土壤中的转化和残留 农药污染土壤的主要途径：农药污染土壤的主要途径： 施用于田间的各种农药大部分落入土壤中，附着于植物体上的部分农药，也因风吹雨淋落入土壤中，这就是造成土壤污染的主要原因。 使用浸种、拌种、毒谷等施药方式，或是将农药直接撒至土壤中，造成污染的累积。 喷射方法，大量农药撒在或蒸发到空气中，它们粘附在飘尘上，随气流扩散 ，最后沉降

20、进入土壤。农药在土壤中的残留量农药在土壤中的残留量n农药在土壤中的存留时间常用两种概念来表示：即半衰期和残留期.n半衰期：半衰期：指施入土壤中的农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间；n残留量：残留量：指土壤中的农药因降解等原因含量减少而残留在土壤中的数量，单位是mgkg土壤，残留量R可用下式表示：R=c-kt影响农药在土壤中的残留的因素影响农药在土壤中的残留的因素n化学农药性质：如挥发性、溶解性、n土壤性质： 粘粒和有机胶体的影响，pH 水分 农药在土壤中的吸附农药在土壤中的吸附n土壤对化学农药的吸附作用土壤对化学农药的吸附作用 ： 农药通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配价键结合等形

21、式吸附在土壤颗粒表面 。n物理吸附：物理吸附：土壤胶体上扩散层的阳离子通过“水桥”吸附极性农药分子，如n物理化学吸附物理化学吸附：因土壤胶体带有电荷，能吸附呈离子态的农药，凡是带R3H+、OH、CONH2、NH2COR、NHR、OCOR官能团的农药，都能增强被土壤吸附的能力，特别是带NH2的农药被土壤吸附能力更为强烈。 n氢键作用 农作物对农药的吸收农作物对农药的吸收 农作物吸收农药，经过体内转移、转化和再分配，一些分解为其他物质；还有一些部分或全部以残留形式蓄积在植物体的各个部分； 不同种植物对同一种农药的吸收量不同不同种植物对同一种农药的吸收量不同 有机氯农药的艾氏剂和狄氏剂的吸收量： 洋

22、葱 莴苣 黄瓜 萝卜 茎叶 壳皮 耔实 金字塔型急剧变小化学农药在土壤中的挥发和扩散化学农药在土壤中的挥发和扩散 n大量资料证明，不仅非常易挥发的农药，而且不易挥发的农药（如有机氯），都可以从土壤、水及植物表面大量挥发。对于低水溶性和持久性的化学农药来说，挥发是农药进入大气中的重要途径，资料表明，在空气中的农药是以气态为主的。n影响化学农药在土壤中的挥发速度的因素：影响化学农药在土壤中的挥发速度的因素： 农药本身的溶解度、蒸气压农药本身的溶解度、蒸气压 近地表空气层的扩散速度近地表空气层的扩散速度 温度、农药在地表的浓度、吸附强度、农药温度、农药在地表的浓度、吸附强度、农药剂型、移动到地表一空

23、气间农药的转移率、蒸剂型、移动到地表一空气间农药的转移率、蒸发潜热的供给，地表上方空气流动速度等。发潜热的供给，地表上方空气流动速度等。 n影响农药在土壤中扩散的因素影响农药在土壤中扩散的因素 土壤含水量、吸附、孔隙度等。土壤含水量、吸附、孔隙度等。 n农药随水的迁移形式有两种：农药随水的迁移形式有两种： 在水中溶解度大的农药可直接随水迁移； 难溶性农药附着于土壤颗粒表面进行水的机械迁移农药在土壤中的降解农药在土壤中的降解 n光化学降解：土壤表面接受太阳辐射能和紫外线光谱等能流而引起农药的分解作用。n化学降解：以水解和氧化最为重要，水解是最重要的反应过程之一。 n微生物降解：土壤中的微生物（包

24、括细菌、霉菌、放线菌等各种微生物），能够通过各种生物化学作用参与分解土壤中的有机农药。主要有：脱氯作用、氧化还原作用，脱烷基作用、水解作用、环裂解作用等 。主要农药类型的降解主要农药类型的降解 n有机氯农药的降解：DDT是比较难降解的农药，但在土壤中仍能被某些微生物分解。许多微生物能使DDT脱氢、脱氯变成DDE，也可使DDT变成DDD。在环境中持久性最强的有机氯类农药，在土壤中也可以发生脱氯、水解、还原和羟基化作用，经微生物作用主要产生环氧化作用，七氯和艾氏剂的环氧化合物仍为杀虫剂，它们在土壤中生物活性很长。土壤微生物可以把艾氏剂氧化为狄氏剂。 n有机磷类农药的降解：有机磷类农药的降解： 有机

25、磷类农药除了少数为除草剂（如地散磷）以外，大部分都是对胆碱酯酶有抑制作用的杀虫剂。它们在土壤中降解较快，其降解速度随土壤湿度、温度和酸度的增高而加快。这些因素通过化学降解、挥发作用以及微生物的作用而使有机磷农药损失。如3911（甲拌磷）在土壤中直接被氧化，同时主要受到细菌、萤光杆菌、氧化硫杆菌等微生物的氧化作用而形成甲拌磷亚砜、甲拌磷砜以及其他的代谢产物。 n氨基甲酸酯类农药的降解：氨基甲酸酯类农药的降解： 此类农药是有机农药中用途最广的一种农药。其中有除草剂、杀菌剂、杀虫剂，杀线虫剂、杀螨虫剂和杀螺剂在土壤中残留时间短，易被多种微生物分解。n农药在土壤中经生物降解和非生物降解作用的结果，化学

26、结构发生明显地改变，有些剧毒农药，一经降解就失去了毒性；而另一些农药，虽然自身的毒性不大，但它的分解产物可能增加毒性；还有些农药，其本身和代谢产物都有较大的毒性。所以，在评价一种农药是否对环境有污染作用时，不仅要看药剂本身的毒性，而且还要注意降解产物是否有潜在危害性。农药在土壤中的行农药在土壤中的行为为迁移迁移 扩散扩散：以汽态发生或以非汽态发生（于溶液中，汽液或汽固界面上）：以汽态发生或以非汽态发生（于溶液中，汽液或汽固界面上） 质流：由水或土壤微粒或两者共同作用引进农药流动质流：由水或土壤微粒或两者共同作用引进农药流动吸附吸附：主要吸附于粘土矿物和有机质表面：主要吸附于粘土矿物和有机质表面

27、植物吸收植物吸收：吸收后积累于植物体内，或被植物体代谢：吸收后积累于植物体内，或被植物体代谢 光化学降解光化学降解降解降解 化学降解化学降解 生物化学降解生物化学降解 农药在土壤中行为的影响因素农药在土壤中行为的影响因素农药自身理化性质农药自身理化性质结构及化学性质，影响吸附、移动及化学反应性能结构及化学性质，影响吸附、移动及化学反应性能物理性质物理性质蒸气压，影响挥发性蒸气压，影响挥发性水溶解度，影响吸附性，移动性与富集性水溶解度，影响吸附性，移动性与富集性分配系数，影响水相与有机相间分配和在生物分配系数，影响水相与有机相间分配和在生物 体内蓄积能力体内蓄积能力土壤结构，影响扩散、挥发土壤结

28、构，影响扩散、挥发粘土含量，影响吸附粘土含量，影响吸附金属离子含量，影响非生化反应速率金属离子含量，影响非生化反应速率影响吸附影响吸附影响微生物种类与数量影响微生物种类与数量间接影响生化降解间接影响生化降解pH值，影响化学降解速度和微生物降解值，影响化学降解速度和微生物降解离子交换容量离子交换容量 ，影响淋溶过程，影响淋溶过程微生物种类、数量，影响微生物降解微生物种类、数量，影响微生物降解有机质含量有机质含量土土壤壤性性质质环环境境性性质质温度、湿度，影响化学降解和生物降解温度、湿度，影响化学降解和生物降解日照情况，影响光化学分解日照情况，影响光化学分解耕作方式，影响土壤结构，间接影响挥发、扩

29、散等物理变化耕作方式，影响土壤结构，间接影响挥发、扩散等物理变化作物种植，影响因植物吸收造成的消失速度作物种植，影响因植物吸收造成的消失速度灌水情况，影响光分解与生物降解灌水情况，影响光分解与生物降解土壤污染对人体的危害土壤污染对人体的危害污染物 土壤 植物 人体；污染物 土壤 水 人体。 土壤中残留农药对人体健康的影响土壤中残留农药对人体健康的影响 农药在土壤中 易分解 难分解 植物残毒性大 土壤质地影响植物对农药的吸收 植物从砂质土壤中吸收农药 粘土 农药溶解度大，植物吸收多土壤重金属污染对人体健康的影响土壤重金属污染对人体健康的影响 土壤中有机质、粘土矿物含量越多，盐基代换量越大；土壤的

30、pH越高，则金属在土壤中活动性越弱，重金属对植物的有效性越低，即植物对重金属的吸收量越小。 农作物主要是通过根部从被污染的土壤中吸收重金属。土壤放射性物质污染对对人体健康的影土壤放射性物质污染对对人体健康的影响响土壤放射性物质 土壤 植物食物链 消化道 人体 内照射 呼吸道 人体 90 Sr、137Cs 病原体污染对人体健康的影响病原体污染对人体健康的影响带菌者 粪便 土壤直接接触病人 衣物、器皿洗涤的污水 土壤 蔬菜 地下水、地表水 人体水污染的环境毒理学水污染的环境毒理学第一节第一节 水体污染物与水体污染源水体污染物与水体污染源 水体是指河流、湖泊、池塘、水库、沼泽、海洋以及地下水等水的聚

31、集体。水体不仅包括水本身，还包括了水中的悬浮物、溶解物质、胶体物质、底质(泥)和水生生物等。 水体污染源水体污染源 天然源：天然源： 岩石或矿物的风化和水解 火山爆发 水流冲蚀地表 大气降尘的降水淋洗 生物（主要是绿色植物）在地球化学循环中释放物质人为源人为源工业污染源 工业废水 A 冶金工业所产生的废水主要有冷却水、洗涤水和冲洗水等。 B 矿山工业所产生的废水主要是开采矿山和选矿废水。 C在炼焦厂和城市煤气厂等的炼焦与煤气发生过程酚、氨、硫化物、氰化物、焦油、吡啶等废水。 D 轻工业所加工的原料硫化物和重金属(如汞、镉、砷等)。 E化学工业的产品。 F在电力工业中，电厂冷却水。 G在石油工业

32、中石油开采废水、炼油废水和石油化工废水等。 H造纸工业在生产过程中木质素糖类、纤维素、挥发有机酸等。 I 纺织工业排出的含天然杂质、脂以及淀粉等有机物的废水。 J 食品工业所排出含有机物的废水。 固体废物和废气 n工厂除了排出的废水直接进入水体引起污染外，固体废物和废气也会污染水体，如加工过的残渣和废料直接投弃到河流中，或者将它们在厂区露天堆放被雨水淋溶冲刷，一部分物质进入河流，尤其是食品工业等有机残渣多的工厂，这种情况更为严重。 n从工厂烟囱排放的含有毒有害成分和粉尘废气降落和被雨水冲刷也会进入水体，特别是微量有毒成分，虽然量小，但危害很大。 n此外，工厂的突发事故，如设备的损坏、原材料的泄

33、漏、大量吸取地下水引起水位下降，使沿海地区的地下水盐水化等都会引起水体污染。 农业污染源 主要是农村污水和灌溉水。可分为化学污染物和生物性污染物。 化学污染物化学污染物 重金属及其化合物、油类污染物、有机污染物、无机污染物、放射性污染物 固体废物和废气固体废物和废气 生物污染物、病原微生物、病毒、寄生虫n城市污染源 生活污水中的污染物，按其形态可分为： 不溶物质 这部分约占污染物的40，它们或沉积到水底，或悬浮在水中。 胶态物质 约占污染物总量的10。 溶解质 约占污染物总量的50。这些物质多为无毒，为含无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸和钠、钾、钙、镁等重碳酸盐。有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂

34、肪、蛋白质和尿素等。其中含氮、磷和硫较高。此外，还含有各种微量金属和各种洗涤剂、微生物等，其中一些病原体，如病菌、病毒、寄生虫等，都对人的健康有较大危害。一般家庭污水相当混浊，其中有机物约占60%，pH值多大于7，BOD5为100700mg/L。 一、水体的自净作用一、水体的自净作用 n当水体中排入污染物后，通过一系列的物理、化学和生物变化，水中污染物的浓度逐渐会降低，这种过程称为水体的自净作用。n水体的自净作用需要一定的时间，一定范围的水域以及适当的水文条件。另一方面，还决定于污染物的性质、浓度以及排放方式等。n按作用方式，水体的自净过程可分为 物理自净、化学自净和生物自净第二节第二节 水体

35、污染的自净和污染物的转归水体污染的自净和污染物的转归n物理自净物理自净l 指污染物进入水体后，只改变其物理性状、空间位置，而不改变其化学性质、不参与其生物作用 l 包括水体中所发生的混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等过程l 物理自净作用取决于 水体的物理条件如温度、流速、流量等 污染物物理性质如密度、形态、粒度等。l物理自净对海洋和容量大的河段等水体的自净起着重要作用。 n化学自净化学自净l 指污染物在水体中以简单或复杂的离子或分子状态迁移，并发生了化学性质或形态、价态上的转化，使水质亦发生了化学性质上的变化，但未参与生物作用。l 包括酸碱中和、氧化还原、分解化合、吸附解吸、胶溶凝聚等过程，这些过

36、程能改变污染物在水体中的迁移能力和毒性大小，亦能改变水环境化学反应条件。l 影响的环境条件 酸碱度、氧化还原电位、温度、化学组分等， 污染物自身的形态和化学性质n生物自净生物自净l 指水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程。如污染物的生物分解、生物转化和生物富集等作用。l 水体生物自净作用也被称为狭义的自净作用。主要指悬浮和溶解于水体中的有机污染物在微生物作用下，发生氧化分解的过程。在水体自净中，生物化学过程占主要地位。l生物自净与生物的种类、环境的水热条件和供氧状况等因素有关。 二二 水体中污染物的迁移和转化水体中污染物的迁移和转化 n(1) 分散在水体中，逐渐稀释；n

37、(2) 分解和转化为其它物质；n(3) 沉淀在底泥中；n(4) 消耗水中的溶解氧，使水质恶化；n(5) 富营养化 1 1、碳氢化合物的降解、碳氢化合物的降解 n石油是水体中分布广、危害较大的污染物。石油中含有烷烃、烯烃和芳香烃等。石油进入水体后，就浮于水面，在水面扩散、漂流。其中一部分挥发在大气中，另一部分则随海浪激荡形成乳化油滴。这些油滴附着在水体中的颗粒物或水生生物上下沉或扩散，逐步扩展污染范围。n烃类在水中的变化主要有两个： 光照下氧化，这种方式作用缓慢； 依靠微生物降解。通过微生物的作用将其转化为酸类、醇类以及其它较易分解的化合物，然后再进一步降解。 2 2、重金属的迁移转化、重金属的

38、迁移转化 n重金属在水体中的转化方式重金属在水体中的转化方式 水解、络合和沉淀反应 胶体化学反应 无机胶体的吸附 ；有机高分子的螯合 ；矿物微粒吸附 ；沉淀和重新溶入水中 重金属的氧化还原反应 n汞在环境中的迁移循环汞在环境中的迁移循环 汞进入水体后，经过物理化学、化学、生物等作用，或沉于底泥，或溶于水中，或富集于生物体，或挥发到大气中，从而构成汞在环境中的循环。 n随着工农业生产的迅猛发展，人类向水体排放过量的有机污染物及随着工农业生产的迅猛发展，人类向水体排放过量的有机污染物及含有氮、磷等营养物质的污水和废水，尤其是农业径流所携带的大含有氮、磷等营养物质的污水和废水，尤其是农业径流所携带的

39、大量营养物质导致了量营养物质导致了藻类急剧和过量的生长藻类急剧和过量的生长。藻类死亡后，其分解作。藻类死亡后，其分解作用就降低了水中用就降低了水中溶解氧的含量溶解氧的含量而形成贫氧条件。水体富营养化作用而形成贫氧条件。水体富营养化作用的结果使水质质量下降，鱼类生产受到严重影响。的结果使水质质量下降，鱼类生产受到严重影响。n有机质在水体中降解需要有机质在水体中降解需要消耗大量溶解氧消耗大量溶解氧，其结果是释放出氮、磷，其结果是释放出氮、磷等营养物质，促使藻类丛生，引起水质恶化，鱼类大量死亡。等营养物质，促使藻类丛生，引起水质恶化，鱼类大量死亡。 营养物质不同来源的输出率(g/m2a) 3 3、水

40、体富营养化作用、水体富营养化作用 n营养化是一种营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象所引起的水质污染现象。n在湖泊水体中磷的循环，大体上可以看作是一个动态的稳定体系，其中在各个不同部分中磷含量的变化在稳定环境条件下是很小的，并且是很缓慢的，它影响到湖泊水体中磷的有效状态。 Pi 为无机溶解磷；Po为有机溶解磷 湖泊水体中磷的循环与转化过程示意图 n美国托马斯等人对水体的富营养化程度进行了划分n一般来说，水域总磷20mg/m3，无机氮300mg/m3，就可以认为水体处于富营养化状态。 n水体富营养化的结果，破坏了水体生态系统原有的平衡。若水体中

41、光合生成有机物生成有机物的速度用P表示，呼吸消耗有机物消耗有机物的速度用R表示，二者应保持近似的平衡PR。这时藻类繁盛藻类繁盛将形成PR的状态，亦即在水体中有机物的生长远大于其消耗，使有机物积蓄起来，表现在：n 促进细菌类微生物的繁殖，一系列异养生物的食物链都会有所发展，水体中耗氧量将大大增加；n 藻类只是在水体表层能接收阳光的范围内生长，并排出氧气，在深层的水中就无法进行光合作用而出现耗氧，在夜间或阴天也出现耗氧。藻类的死亡和沉淀都把有机物转入深层或底层的水中，那里将聚集大量待分解的有机物，但却没有足够的溶解氧供应，而变为厌氧分解状态，使大量的厌氧细菌发展起来；n 有机氮的富集，开始是使硝化

42、细菌繁殖，大量消耗溶解氧，在缺氧状态下，又会转为反消耗过程。这样在底层建立起RP的腐化污染状态，并逐步向表层发展。在严重时可使一部分水域区域完全变为腐化区。n富营养化使水体中有机物大量增加的结果，会引起水质污染、藻类、植物及水生生物鱼类衰亡甚至绝迹。这些现象可能周期性地交替出现，破坏水域生态平衡，并加速湖泊水域的衰亡过程。4 4、农药的降解、农药的降解 n1非生物降解非生物降解 水解作用 有机磷和有机氯，在水体中易水解,是农药一个重要降解过程。 光化作用 有机氯，有机磷及有机氮等农药发生光化学反应。某些化学键断裂，形成自由基，与水中物质作用，发生异构化、代换和氧化等作用。 触媒作用 农药在环境

43、中有机和无机化合物触媒作用下，发生氧化、还原、水解和异构化等作用。 例如，在水体下层，腐殖质可引起农药中某些官能团发生还原作用；基性氨基酸和还原性铁卟啉能促使有机磷发生水解作用，DDT发生脱氢氯作用；铁、锰和钴的硫化物能催化农药发生氧化和还原反应；铜离子能引起某些有机磷农药水解。 n2生物降解生物降解 微生物对农药在环境中的降解起极重要的作用 5 5、水体中有机物污染、水体中有机物污染n水环境中含有的有机物种类繁多，到目前为止，在饮用水中已发现的有机物质已达1000种以上。这些有机物是由污染源直接排放的，有些有机物则是在水体中相互反应形成的。它们含量虽然微量，但很多有致癌作用。n水环境中还含有

44、多种结构复杂的有机物质，其中较为稳定的是腐殖酸，含有几个至几十个ppm，腐殖酸是不同分子量的高分子有机混合物，对于确切的分子组成和结构至今尚未搞清。一般认为天然水系及沉积物提取的腐殖酸是含有多种弱酸性官能团(如羟基、苯酚基等) 高分子的有机物的混合物。 n腐殖酸对金属离子有很强的结合能力，主要以两种络合位即-COOH和-OH与金属键结合.n在淡水中对于汞来说，它与腐殖酸的络合作用较强，形成某些配位化合物或螯合物。又因为腐殖酸物质主要是由在分子的三维空间方向上带有很多活性基团的芳烃所组成，因此具有特别强的吸附表面。在河流表层沉积物中，腐殖酸盐为细菌繁殖提供了营养基质，沉积物中某些微生物通过生物化学作用导致了汞的甲基化。如果在肥力高的底泥的河道中排放汞的化合物，则很容易被结合为腐殖酸汞而转化为甲基汞。6、水体中污染物的生物放大作用、水体中污染物的生物放大作用 水体中的污染物可通过食物链使处于高位营养级的别种生物受到损害而威胁人类健康。 污染物在生物体内的增加的三种方式： 生物蓄积、生物浓缩和生物放大。 各种生物对不同物质的生物放大作用不同。生物放大可通过食物链使有毒物质的量增大到中毒或致死剂量而危害人类。第三节第三节 水体污染对水