典型污染物在环境各圈层中的迁移转化-PPT

1、第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应本章主要内容持久性有毒污染物:(persistent toxic substances9 PTS) 重金属:heavy metal持久性有机污染物:(persistent organic pollution, POPs) 了解典型污染物的来源、用途、基本性质； 掌握它们在环境中的基本转化、归趋规律与效 应。污染物在多介质多界面环境中的传输第一节污染物在多介质多界面环境中的传输:水/气界面的物质传输：挥发、大气复氧、在 水体表面微层的富集:土壤/大气界面的物质传输：挥发、干湿沉降、:水/沉积物界面的物质传输：沉降与溶解、吸 附与解吸、化学反应、扩散等。:

2、迁移转化、在各环境介质（相）之间的动态 平衡挥发大气干、湿尘降, 降水挥发蒸腾灌溉水、水中生物匕土壤、植物溶解吸附、沉淀径流沉积物人体内毒物被吸收、分布和排泄的主要途径第二节玉金属元素(Element of Heavy Metal)重金属是具有潜在危害的重要污染物O环境污染领域中重金属元素一般是指对生 物有显著毒性的元素。如Hg、Cd、Pb、Cr> Zn、Cu、Co、Ni、Sn、Ba、TiAs、Be、Li> Se、B、Al问题：水俣病、骨痛病分别是由什么引起 的？重金属的污染特点(Pollution Characteristic):1、形态多变；（有机态与无机态、不同 价态、溶解态

3、、沉淀2、金属有机态的毒性大于金属无机态;3、价态不同毒性不同；4、金属拨基化合物常常剧毒；5、迁移转化形式多;重金属的污染特点:6、重金属的物理化学行为多具有可逆性;7、在水体中的迁移以悬浮物和沉积物为主 要载体；8、产生毒性效应的浓度范围低；9、生物的不可降解性与可积累性的;10、对人体的毒害是积累性的。童金属中毒机理生物机体中含毓基（-SH）的酶与外来重 金属的反应：2R-S-H+MR-S-M-S-R（酶分子）（金属配合物）破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发 中毒。重金属中毒的药物解毒的方法 例如:EDTA、二蔬基丙醇CH2(OH)CH(SH)CH2(SH)等对重金属有强烈亲合力，并与

4、之形成 溶解度较大的化合物后排除体外O、汞（Mercury）1、环境中汞的来源、分布与迁移2、水俣病和汞的甲基化3、甲基汞脱甲基化与汞离子还原4、汞的生物效应1、环境中汞的来源、分布与迁移2环境背景值岩石圈：0.03 mg/kg森林土壤：0.029010 mg/kg 耕作土壤：0030.07 mg/kg 黏质土壤：0.030 0.034 mg/kg河水：1.0 jig/L海水:0>3pg/L大气（05 5） X10-3fig/m3齊染源年开采量应用量：X104t自然与人为向环境排放量大约为5000t/年。 自然过程：岩石风化、火山喷发、海洋中汞的 挥发。承汞的形态：HgOHg22+厂无机

5、态:Hg2+Y治机态1.2EO0.80.60 0.2> 0.4 伺0.2SHg22 S g H-0.4-0.6一0.8024681012 14PH16-1各种形态汞在水中稳定范围:汞及其化合物的挥发性：元素汞的挥发性较大，不同形态的汞的化合物 都有一定程度的挥发性。挥发性：有机汞无机汞有机汞中：甲基汞、苯基汞的挥发性最大 无机汞中：Hg-的挥发性最大，HgS的挥发性 最小。空气中的汞主要来自于汞及其化合物的挥发。 汞化合物的挥发性见表612氷俣病和汞的甲基化 水俣病：1953年，日本熊本县水俣湾，中枢神经疾病；1963年从水俣湾鱼类、贝类中分离中 CH3HgCI结晶，用猫作试验，出现同样

6、症状；1968年确定附近化工厂生产乙醛排放的汞和甲 基汞造成。症状：皮肤灼痛、肌肉运动失调、感知障碍、 震颤、听力损失、行走困难、死亡。汞的甲基CH3CoB12 + Hg2+ + H2O > H2OCoB12 + CHHg+甲基钻氨素H H水合钻氨素 辅酶（黄素腺嚓吟二核昔酸）OJ Ct Bfadh2FAD+2H+FAFA一甲基汞的形成速率大于二甲基汞，但有 H2S存在时，容易向二甲基汞转化2CH3HgCl + H2S (CH3Hg)2S + 2HC1(CH3Hg)2S (CH3)2Hg + HgS这一过程可使不饱和的甲基全属完全甲基化一甲基汞可因氯化物浓度和pH值不同而 形成氯化甲基汞

7、或氢氧化甲基汞：CH3Hg+ + C1 CH3HgClCH3HgCl + H2O CH3HgOH + C1 + H+在中性和酸性条件下，CH3HgCl为主；pH=8,CI-小于400mg/L时，CHysOH为主;pH=8,CI-大于18000mg/L时（正常海水）,CH3HgCl 为主。1=烷基汞中，甲基汞、乙基汞、丙基汞为水 俣病的致病性物质。它们的主要存在形态 为氯化物，其次是漠化物、碘化物；四 个碳以上的烷基汞没有发现具在致病性O厌氧和好氧条件下都可以产生甲基汞，但 在厌氧条件下，甲基汞进一步转化为二甲 基汞。问题2、CH3HgCI与Hg(CH3b比较哪个水 溶性强，哪个挥发性强，哪个更

8、容易被生 物吸收？3、甲基汞脱甲基化与汞喜子还原CH3Hg+ + 2H Hg + CH4 + H+HgCl2 + 2H Hg + 2HC14、汞的生物效应甲基汞能与许多有机配住体基团结 合，如一COOH、NH2. -SH、OH 等糖呼束缚到碱基上外,还能直接接所以甲基汞非常容易和蛋白质、基酸类物质发 生作用。:烷基汞:脂溶性高、在生物体内分解速度慢、毒性大、 易在水生生物中富集。甲基汞作用的靶器官:离子态汞作用的靶器官： 元素汞作用的靶器官：大脑和肾。f小结：:汞的存在形态及相互转化:汞的生物循环:汞的甲基化:汞的毒性及作用原理含汞废水的处理可采用哪些方法?碑(Arsenic)碑在元素周期表中

9、与磷同族，化学性质与磷 相似。1、碑在环境中的来源与分布天然源 以无机碑形态存在于许多矿物中: 黄铁矿FeAsS、雄黄矿AS4S4、雌黄矿AS2S3煤中含量较高:碑的本底值初地壳152mg/kg :土壤：0.2 40mg/kg （污染土壤可达550mg/kg）:海水 0.001 0.008mg/kg :淡水：f人为源农药：神酸铅、乙酰亚碑酸铜、有机碑酸盐；甲月申酸、碑的开釆与冶炼:矿山废水、工厂废水化石燃料燃烧:、亚碑酸钠、神酸钙和 二次甲肿酸贅 神在环境中的迁移与转化神的存在形态：五价碑：碑酸与碑酸盐H3AsO4 H2AsO4- HAsO42-AsO43-三价碑：亚碑酸及其盐H3AsO3 H

10、2AsO3 HAsO32 AsO33呵|13 |12| f02468101214pH节土壤中的碑：在土壤中碑主要与铁、铝的水合氧化物 胶体结合在一起，碑酸根和亚碑酸根容易被 带正电荷的土壤胶体吸附。也容易与Fe3+、 AS、Ca2+形成沉淀。Fe(OH)3吸附碑的能 力是AI(0H)3的两倍。土壤氧化还原电位与pH对碑的形态的影响: Eh降低、As(V逐渐被还原为AsCV， 溶解度增大pH升高，胶体所带正电荷减少，对碑的吸附能 力降低，碑的溶解度增大。i=M :碑在环境中的转化模式H4h2a：(CH3)2AsH还原(CHQ2 AsO(OH)+ 旦+ H+CHsAsH?(CH3)3As1 )2生

11、物还原+迈()2(CH3)3AsOH(CH3)2As0"o冲的甲基化(Methylation of Arsenic)H3AsO4 -H3AsO3 CHt >CH3AsO(OH)2 CH3As(OH)2 CH； >(CH3)2AsO(OH) -(CH3 )2 As(OH) CH； >(CH3 AsO -(CH3)3A57 3、碑的毒性与生物效应>三价无机冲崇性富于五价冲.嫁解冲比不嫁性.冲拿性孰可能是因为前者较易吸收。 据报這，摄AAs2O3剂量为70180mg时, 可使人致死。无机碑可抑制酶的活性，三价无机碑还可与蛋白质的疏基反应。三价碑对线粒体呼吸作用有明显

12、的抑制作用，已经证明，亚 碑酸盐可减弱线粒体氧化磷酸化反应，或 使之不能偶联。长期接触无机碑会对人和动物体内的许多 器官产生影响，如造成肝功能异常等。体内与） 体外两方面的研究都表明，无机碑影响人的染 色体。在服药接触碑（主要是三价碑）的人群中 发现染色体畸变率增加。可靠的流行病学证据 表明，在含碑杀虫剂的生产工业中，呼吸系统t 的癌症主要与接触无机确有关。还有一些研究 指出，无机碑影响DNA的修复机制。神的三种主要生物化学效应(1)蛋白质的凝固(2)与辅酶的络合(3)对ATP合成的抑制概述芳有机污染(Organic Pollutant)有机污染物的种类:1、按毒性有机无毒物（需氧有机污染物）

13、 有机有毒物2、生物降解性易降解有机物难降解有机物（持久性有机污染物）3、按性质桂类：甲烷、乙烷、乙烯、丁烷、丁二烯、芳桂：甲苯、乙苯、多环芳坯卤代桂：氯代烷桂、卤代烯桂、对氯二苯（防 虫訶）、衣氯験苯类醛、酮类：甲醛、乙醛、丙酮醇类、酚类、酸其它：一、持久性有机污染物Persistent organic pollutants, POPs主要参考文献)1、戴树桂主编：环境化学进展，化学工 业出版社，2005.|=2、国家自然科学基金委员会化学学科部 组编，叶常明等编，21世纪的环境化学, 科学出版社，2004o3、http:/www.china-D3）能长距离迁移到达偏远的极地地区;l.POP

14、s的特点i）在所释放和传输的环境中持久性存在； 2）能蓄积在食物链中，并对上一营养等级的生物生成影响;4）在相应的环境浓度下会对接触该物质的生 物造成有害或有謹效应。“全球蒸馆效应”“蚱猛跳效应”） 一般具有毒性，包括致癌性、生殖毒性、神经毒 性、内分泌干就等。2001年5月23日过了持久性有机污染物的斯德 哥尔摩公约（简称POPs公约）,2004年5月17日正 式生效。有151个国家签署，83个国家批准，是一个 有强制性减排要求的国际化公约。我国已于2001年5月签署了这一公约。并对对其中的4种POPs （氯丹、灭蚁灵、六氯苯、滴滴涕）的 八种用途申请了5年的特定豁免，以延长其生产和使 用期

15、限。2、POPs的种类首批被列入POPs公约的控制名单的POPs 有12种， 它们是: 艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、滴滴涕、氯丹、毒杀芬、六氯苯、灭蚁灵、七氯、名氯联苯PCBs、名氯代二茏并二噁英PCDDs、 多氯化苯并咲喃PCDFs等。辭）际青黯六六六丙体3、POPs物质的结构简称 （俗称）化学名称结构艾氏剂六氯一六氢一二 亚甲基蔡C12H8CI6CH2N4 Xci1狄氏剂和异 狄氏剂（二者互为异构体）六氯一环氧八氢 二亚甲基蔡C12H8CI6O滴滴涕二对氯苯基三氯乙烷（C14H9CI5）Cl4”XI a4、POPs的毒性1）对免疫系统的毒性2）对内分泌系统的影响3）对生殖发育的影响4）致癌作

16、用 5）其他毒性5、环境中的POPs目前，自然环境和生物体都受到POPs的污染.1）大气及大气颗粒物中的POPs: 存在形式：气态、颗粒物吸附态。 德国：颗粒物吸附状态PCDDs:5-36pgTEQ/m3, 般城市高于农村。希腊北部：颗粒物吸附状态PCDDs平均值为0. 52pgTEQ/m3, PCBs平均值0. 59pgTEQ/m3.城市地区PCBs可达242pgTEQ/m3,而半农业地区 为74pgTEQ/m3o世界各地区大气中有机氯农药的污染水平地 区DDT (ng/m3)a 0001o.0160. 00840. 0110. 07652. 80. 0040. 1160. 014土 60.

17、 002 L 30. 2160. 9921 1* 50. 11 a 23北极 欧洲 地中海非洲撒哈拉印度洋 中亚和东北亚 东南亚和南太平洋 太平洋岛中美洲和加勒比海 南美东部和西部 南极洲HCH (ng/m3)0. 002 0. 34740. 003770. 00050. 11810 7800. 1201200. 030. 271 1. 5T）水体及其沉积物中POPs 当前，世界绝大多数江、河 湖水体都受到不同程度的POPs污染。浓度 /(ng/L)0.01 1 100 10000 10000001234567a9101112nrvz. / va#、w小"yu、a-; ; 图12-1

18、 全球12个区域淡水中DDT的浓度范围（nr指未报道）DI1 一北极；2北美；3欧洲$ 4地中海；5非洲撒哈拉地区；6印度洋；7中亚和东北亚；8东南亚和南太平洋；9-太平洋岛鈞；10中美和加勒比海；11南美东部和西部；12南极洲3) 土壤中的POPsIt壤是植物和一些生物的营养来源，土壤中的 POPs会导致POPs在食物链中的传递和放大。 世界各地的土壤中都发现了不同浓度的POPs)地区土眾翅监劇物质DDT鹅浓度 /(ng/g,dw)文K非洲西部Sene-Gambian2001isDDT、HCH、耕71.4166南板东郦海2001DDT.HCH.HCB0JH1.22167罗马肛南部2001农村

19、、工业区DDT、HCH、HCB、-tX 林丹<20-460168Redon,比利牛斯山胎Ladove,塔特拉山侏2002KidHCH.DDT.HCB1.7-131694ffis>Nspops进 2 一 7 ills奠5ddts*(b.gs2273600一 30023旦4400635000MOTgocosl Rica-727250016774320(8)270065002600 laoo(s)S3340"6、我国需要开展的POPs研究:控制对象控制策略二、有机卤代物(Organohalogenated Compounds)卤代姪(Halogenated Hydrocarbo

20、n)主要对大气污染有贡献。大气中的转化引起温室效应和大气臭氧层的 破坏。代表性的卤代蛭:一氯甲烷(CH3C1)天然源主要来自海洋，人为源主要来 自城市汽车尾气和聚氯乙烯塑料、农作物 等废物的燃烧。代表性的卤代蛭:氟里昂:11(CC13F), 12-(CC12F2), 22-(CHF2Cl) 除火山爆发有少量释放外，主要是制冷剂、飞 机推动剂、塑料发泡剂等，它们已在大气对流 层中大量积累。如，类国化工学会根据总产董计算岀它们每年 的排放中量为2.7X10%和3.9X10%。它们农对 流层中不被分解，进入平流层后对臭氧层产生 玻坏作用。代表性的卤代蛭：四氯化碳(CC14)人为排放，工业溶剂、灭火剂

21、、干洗 剂、氟里昂的主要原料。二、多环芳B(pah)(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons)(1)结构和性质 (2)来源和分布 (3)在环境中的迁移和转化结构和性质:具有稠合多苯结构，呈直线排列的 多环芳坯化学性质活泼，成角状的多 环芳坯，反应活性较小。(2)来源(1)天然来源：陆地和水生植物、微生物 的生物合成、森林、草原的天然火灾、火 山活动等释放的PAH构成天然本底值。本底值：土壤 100-1000pg/kgz地下水 0.001-0.01 pg/L淡水湖泊0.01-0.025 pg/L大气中的 BaP0.l-0.5ng/rn3庆为来源:矿物燃料（石油、煤、天然气）的燃烧；:木材、纸以及其他含碳氢化合物的物质不完 全燃烧或在还原气氛下热解形成。 (3) PAH在环境中的迁移和转释放到大气中的PAH存在于固体颗粒物和气 溶胶中；随石油污染物进入水体或