第5章 典型污染物转归与效应

1、 Department of Environmental Science and Engineering 第五第五章章典型污染物的转归与效应典型污染物的转归与效应主要介绍了以重金属、持久性有机污染物为代表主要介绍了以重金属、持久性有机污染物为代表的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈层中的的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈层中的转归与效应。要求了解这些典型污染物的来源、转归与效应。要求了解这些典型污染物的来源、用途和基本性质掌握它们在环境中的基本转化、用途和基本性质掌握它们在环境中的基本转化、归趋规律与效应。归趋规律与效应。3有毒重金属是指非人体必需又有害的重金属元素和化合物，有毒重金属是指非

2、人体必需又有害的重金属元素和化合物，在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。 有毒重金属来自于矿物冶炼，材料加工和制成品应用等发有毒重金属来自于矿物冶炼，材料加工和制成品应用等发生源，通过各种渠道散入环境。生源，通过各种渠道散入环境。第一节第一节 重金属元素重金属元素 重金属毒物对人体的毒害程度与其种类、存在的化重金属毒物对人体的毒害程度与其种类、存在的化学形态、进入人体的途径及受害人体的情况不同。学形态、进入人体的途径及受害人体的情况不同。一般一般以单质形式存在，通过饮食进入人体呈低毒性，以阳离以单质形式存在，通过饮食进入人

3、体呈低毒性，以阳离子或有机态形式存在具有高毒性子或有机态形式存在具有高毒性。 重金属中毒机理：重金属中毒机理： 含巯基（含巯基（-SH）的酶与外来重金属的反应：）的酶与外来重金属的反应： 2R-S-H + M R-S-M-S-R （酶分子）（酶分子） (金属配合物）金属配合物） 破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发中破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发中毒，这一过程与实验室里向含有重金属离子的水毒，这一过程与实验室里向含有重金属离子的水溶液中通溶液中通H2S，产生金属硫化物沉淀相似。，产生金属硫化物沉淀相似。 根据这一中毒机理，人们提出了一种药物根据这一中毒机理，人们提出了一种药物解毒的方法。

4、例如，解毒的方法。例如，EDTA（乙二胺四乙酸）、（乙二胺四乙酸）、二巯基丙醇二巯基丙醇CH2(OH)CH(SH)CH2(SH)等对重等对重金属有强烈亲合力，并与之形成溶解度较大的金属有强烈亲合力，并与之形成溶解度较大的化合物后排除体外。化合物后排除体外。61汞汞环境中汞的来源、分布与迁移环境中汞的来源、分布与迁移来源：来源： 汞在自然环境中的本底值不高。全世界每年开汞在自然环境中的本底值不高。全世界每年开采应用的汞量约在采应用的汞量约在1万吨以上，绝大部分最终以万吨以上，绝大部分最终以“三三废废”的形式进入环境。的形式进入环境。7 挥发性挥发性 汞及其化合物汞及其化合物挥发程度与化合物的形态

5、及在水中的溶挥发程度与化合物的形态及在水中的溶解度、表面吸附、大气的相对湿度等密切相关。解度、表面吸附、大气的相对湿度等密切相关。有机汞挥发性大于无机汞，其中甲基汞有机汞挥发性大于无机汞，其中甲基汞和苯基汞的挥发性最大。无机汞以碘化和苯基汞的挥发性最大。无机汞以碘化汞挥发性最大，硫化汞最小。汞挥发性最大，硫化汞最小。8无机汞无机汞 形成稳定的络合物。形成稳定的络合物。 Cl-00.001mol/l1mol/lHg(OH)20.039mg/l44倍105倍HgS0.039mg/l408倍107倍重金属难溶盐可以和无机配位体形成可溶性状态。因为高浓度的Cl-离子与Hg2+离子发生强和络合作用。河流

6、中悬浮物和沉积物中的汞，进入海洋后会发生解吸，使河口沉积物中汞含量显著减少。10 水俣病和汞的甲基化水俣病和汞的甲基化 1953年在日本熊本县水俣湾附近的渔村，发现一年在日本熊本县水俣湾附近的渔村，发现一种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。这是世界种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。这是世界历史上首次出现的重金属污染重大事件。历史上首次出现的重金属污染重大事件。11日本水俣病日本水俣病12日本水俣病日本水俣病13OHHCoB123+CoB12+FADH2FAD + 2HCH3CoB123+THFA-CH3Hg2+CH3HgCH3和CH3Hg+厌氧条件下，主厌氧条件下，主要转化为二甲基要转化

7、为二甲基汞。好氧条件下，汞。好氧条件下，主要转化为一甲主要转化为一甲基汞基汞。辅酶辅酶甲基四氢叶酸甲基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离将正离子子CH3+转移给钴，并转移给钴，并从钴上取得二个电子，从钴上取得二个电子，以以CH3-与钴结合，完与钴结合，完成了甲基钴氨素的再成了甲基钴氨素的再生生H2OCoB12被辅被辅酶酶FADH2还原，还原，钴由三价降为钴由三价降为一价一价甲基钴氨素是金属甲基化甲基基团甲基钴氨素是金属甲基化甲基基团的重要生物来源。的重要生物来源。CH3CoB12 + Hg2+ + H2O H2OCoB12 CH3Hg+ 14在在H2S存在下，一甲基汞容易转化为二甲基汞：存在下

8、，一甲基汞容易转化为二甲基汞：2CH3HgCl + H2S (CH3Hg)2S + 2HCl(CH3Hg)2S (CH3)2Hg HgS 易挥发、易挥发、光解光解一甲基汞可形成氯化甲基汞或氢氧化甲基汞：一甲基汞可形成氯化甲基汞或氢氧化甲基汞：CH3Hg+ + Cl- CH3HgClCH3HgCl + H2O CH3HgOH + Cl- + H+ pH8，Cl- 脂肪族烯烃脂肪族烯烃脂肪族芳烃脂肪族芳烃芳芳香烃香烃带弱亲水基团的烃基。带弱亲水基团的烃基。 疏水基中带弱亲水基的表面活性剂，起泡能力弱。疏水基中带弱亲水基的表面活性剂，起泡能力弱。49表面活性剂的来源、迁移与转化表面活性剂的来源、迁移

9、与转化 表面活性剂具有显著改变表面性质的能力，而表面活性剂具有显著改变表面性质的能力，而被广泛用于各行各业，它主要以各种废水进入水体，被广泛用于各行各业，它主要以各种废水进入水体，是造成水污染的最普遍最大量的污染物之一。是造成水污染的最普遍最大量的污染物之一。 表面活性剂可长期分散于水中，而随水流迁移。表面活性剂可长期分散于水中，而随水流迁移。只有当它与水体悬浮物结合凝聚时才沉人水底。只有当它与水体悬浮物结合凝聚时才沉人水底。50 表面活性剂的降解（微生物降解）表面活性剂的降解（微生物降解）表面活性剂的结构对生物降解的影响表面活性剂的结构对生物降解的影响 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂 疏水

10、基结构不同的烷基苯磺酸钠降解顺序：疏水基结构不同的烷基苯磺酸钠降解顺序： .直链烷烃直链烷烃端基有支链取代的端基有支链取代的三甲基的三甲基的 .对于直链烷基苯磺酸钠对于直链烷基苯磺酸钠(LAS)，链长为，链长为C6-C12烷基链长的比烷基链短的降解速度快。烷基链长的比烷基链短的降解速度快。 .苯基在未端，磺酸基位置在对位的降解速度快。苯基在未端，磺酸基位置在对位的降解速度快。51非离子表面活性剂：非离子表面活性剂： 生物降解试验表明生物降解试验表明：直链伯、仲醇乙氧基化合物：直链伯、仲醇乙氧基化合物在活性污泥中的微生物作用下能有效地进行代谢。在活性污泥中的微生物作用下能有效地进行代谢。阳离子和

11、两性表面活性剂：阳离子和两性表面活性剂： 由于阳离子表面活性剂具有杀菌能力，所以在研由于阳离子表面活性剂具有杀菌能力，所以在研究这类表面活性剂的微生物降解时必须注意负荷量和究这类表面活性剂的微生物降解时必须注意负荷量和微生物的驯化。微生物的驯化。52表面活性剂的生物降解机理表面活性剂的生物降解机理甲基氧化（甲基氧化（氧化）氧化）： 疏水基团未端的甲基氧化为羧基的过程：疏水基团未端的甲基氧化为羧基的过程： RCH3 RCH2OH R-CHO R-COOH 氧化氧化： 分子中的羧酸在分子中的羧酸在HSCoA作用下被氧化，使未作用下被氧化，使未端第二个碳键断裂的过程：端第二个碳键断裂的过程：5354

12、芳香族化合物的氧化芳香族化合物的氧化： 一般是苯酚、水杨酸等化合物的开环反应。其机一般是苯酚、水杨酸等化合物的开环反应。其机理可以认为是首先生成儿茶酚，然后在两个羟基中开理可以认为是首先生成儿茶酚，然后在两个羟基中开裂，经过二羧酸，最后降解消失：裂，经过二羧酸，最后降解消失：COOHO2OHOHO2CC OHOOHOH2CHCH2CCH2CC OHOOOH2CCH2CCH2CC OHOOOOH55脱磺化过程脱磺化过程： 带磺酸基的表面活性剂，都可在烷基链氧化过带磺酸基的表面活性剂，都可在烷基链氧化过程中伴随着脱磺酸基的反应：程中伴随着脱磺酸基的反应：SO3NaC-C-CC-C-C氧化,氧化-S

13、O3NaCOOH或CH2-COOH56表面活性剂对环境的污染与效应表面活性剂对环境的污染与效应洗涤剂浓度在洗涤剂浓度在0.7-1mg/L时就可能出现持久性泡沫。时就可能出现持久性泡沫。洗涤剂中含有大量的聚磷酸盐作为增净剂，是造成洗涤剂中含有大量的聚磷酸盐作为增净剂，是造成水体富营养化的重要原因。水体富营养化的重要原因。表面活性剂可以促进水体中石油和多氯联苯等不溶表面活性剂可以促进水体中石油和多氯联苯等不溶性有机物的乳化、分散，增加废水处理的困难。性有机物的乳化、分散，增加废水处理的困难。由于阳离子表面活性剂具有一定的杀菌能力，在浓由于阳离子表面活性剂具有一定的杀菌能力，在浓度高时，可能破坏水体微生物的群落。度高时，可能破坏水体微生物的群落。对人和动物有毒性。对