第三章 第三节-水中有机污染物的迁移转化

第三节水中有机污染物的迁移转化(TransportandTransformationoforganicPollutants)

第三章水环境化学

(WaterEnvironmentalChemistry)1有机污染物在水环境中的迁移转化取决于有机污染物的自身性质和水体的环境条件。迁移转化主要方式：吸附、挥发、水解、光解、生物富集、生物降解等。第三节水中有机污染物的迁移转化(TransportandTransformationoforganicPollutants)

2一、分配作用

(Partition)1、分配理论(PartitionTheory)吸着（sorption）指有化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在，可以用二种机理来描述有机污染物和土壤质点表面间物理化学作用的范围。分配作用（partition）吸附作用（adsorption)3（一）吸附作用（adsorption）在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，或干土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。前者靠范德华力，后者是化学键力，如氢键、离子偶极键、配位键、π键等。

45（二）分配作用（partition）分配理论认为，土壤（或沉积物）对有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程（溶解），即有机化合物通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡。

颗粒物从水中吸着有机物的量，与颗粒物中有机质的含量密切相关，而有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数(Kp)。6非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡。在溶质的整个溶解范围内，吸附等温线都是线性的，与表面吸附位无关，与土壤有机质的含量有关。水-土的分配系数与溶质（有机化合物）的溶解度成反比。（二）分配作用（partition）782．标化分配系数(Koc)

有机物在沉积物(土壤)与水之间的分配系数Kp

Cs、Cw表示有机物在沉积物和水中的平衡浓度9为了引入悬浮物的浓度，有机物在沉积物和水之间平衡时的总浓度为CT(µg/Kg)可表示为：CT——单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总合(µg/L)Cs——有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，(µg/Kg)Cp——单位溶液体积上颗粒物的浓度(Kg/L)Cw——有机毒物在水中的平衡浓度(µg/L)10水中有机物浓度为11标化分配系数(Koc)在类型各异、组分复杂的土壤或沉积物之间找到表征吸着的常数，即标化的分配系数Koc，以有机碳为基础的分配系数

Xoc表示沉积物中有机碳的质量分数12f表示细颗粒(d<50μm)质量分数，Xsoc——粗细颗粒组分有机碳的含量Xfoc——细颗粒组分有机碳的含量考虑颗粒物大小影响:13辛醇—水分配系数KowKow—化学物质在平衡状态时在辛醇中的浓度和水中浓度之比。g/ml）Kow=CO/Cw

KOW值是描述一种有机化合物在水和沉积物中，有机质之间或水生生物脂肪之间分配的一个很有用的指标。分配系数的数值越大，有机物在有机相中溶解度也越大，即在水中的溶解度越小。

14Koc与辛醇—水分配系数Kow广泛地研究了化学物质包括脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机磷农药等的辛醇－水分配系数Kow和Koc以及有机物在水中的溶解度Sw的关系Koc=0.63Kow

lgKow=5.00-0.670lg(Sw×103/M)15163、生物浓缩因子(BCF)有机毒物在生物群-水之间的分配称为生物浓缩或生物积累。生物浓缩因子（KB）定义:

有机物在生物体某一器官内的浓度与水中该有机物浓度之比，用BCF或KB表示。BCF=Cb/CeCb—某种元素或者难降解的物质在有机体中的浓度Ce

—某种元素或者难降解的物质在有机体周围环境中的浓度17二、挥发作用(Volatilization)挥发作用是指有机物质从溶解态转向气态的过程,挥发速率与有毒物的性质和水体特征有关.有机物的挥发速率和挥发速率常数的关系：

C——溶解相中有机物的浓度18三、水解作用(Hydrolysis)有机毒物与水的反应是X-基团与OH-基团交换的过程：

1、一个或者多个中间体的形成

2、有机物通过水解反应而改变了原来化合物的化学结构，水解产物的毒性、挥发性和生物或化学降解性均可能发生变化。在水体环境条件下，可能发生水解的官能团有烷基卤、酰胺、胺、氨基甲酸酯、羧酸酯、环氧化物、腈、磷酸酯、磺酸酯、硫酸酯等。19化学反应的速率方程（补充）速率方程又称动力学方程，它表明了反应速率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间的关系。速率方程可表示为微分式或积分式。积分式微分式20质量作用定律（lawofmassaction）实验发现许多反应aA＋bB＋……＝gG＋hH＋……其反应速率r具有以下形式：

r=K·[A]·[B]……、：

反应的分级数，称反应对物质A为级，对物质B为级n=++……：

反应的级数。K：反应速率常数，是温度与压力的函数。K为温度T的函数。21一级反应（firstorderreaction）反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。常见的一级反应有放射性元素的蜕变、分子重排、五氧化二氮的分解等。22一级反应的微分速率方程---differentialrateequationoffirstorderreaction）反应：微分式积分式23一级反应的半衰期：半衰期是指反应发生后，达到剩余反应物浓度占起始反应物浓度一半所需的时间。记为t1/2一级反应的半衰期（half－lifetime）方程24水解速率水环境中有机物水解通常为一级反应，RX的消失速率正比于[RX]，即半衰期：半衰期与物质的初始浓度无关25零级反应(Zerothorderreaction)反应速率方程中，反应物浓度项不出现，即反应速率与反应物浓度无关，这种反应称为零级反应。常见的零级反应有表面催化反应和酶催化反应，这时反应物总是过量的，反应速率决定于固体催化剂的有效表面活性位或酶的浓度。A→P r=k026零级反应的微分和积分式(DifferentialandIntegralequationofZerothorderreaction)27二级反应(secondorderreaction)反应速率方程中，浓度项的指数和等于2的反应称为二级反应。常见的二级反应有乙烯、丙烯的二聚作用，乙酸乙酯的皂化，碘化氢的热分解反应等。例如，有基元反应：28三级反应(thirdorderreaction)反应速率方程中，浓度项的指数和等于3的反应称为三级反应。三级反应数量较少，可能的基元反应的类型有：29四、光解作用(Photolysis)光解作用是真正意义上的有机物分解过程，它不可逆的改变了有机物的分子结构。直接光解敏化光解氧化反应301、直接光解化合物直接吸收太阳能进行分解反应2、敏化光解（间接光解）水体中存在的天然物质被阳光激发，又将其激发态的能量转移给其他化合物而导致的分解反应例：2，5-二甲基呋喃在水中暴露于阳光中无反应，而在含有天然腐殖质的水中快速降解。（腐殖质吸收〈500nm的光，被激发，同时将能量转移给它)。313、氧化反应（游离基反应）天然物质被辐照而产生自由基或纯态氧等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成的产物。天然水环境中的氧化剂：单重态氧烷基过氧自由基RO2

烷氧自由基羟基自由基OH•它们是光化学的产物，也是强氧化剂。

32五、生物降解作用(Biodegradation)1、生长代谢(Growthmetabolism)有毒有机物作为微生物培养的唯一碳源，使有毒有机物进行彻底的降解或矿化。33Monod方程式来描述当化合物为唯一碳源时，化合物的降解速率：

C——污染物浓度

B——细菌含量

Y——消耗一个单位碳所产生的生物量

umax——最大的比生长速率

Ks——半饱和常数，即在最大比生长速率umax一半时的基质浓度。当微生物种群及量确定后，通常可以用简单的一级动力学方程表示降解速率为：342、共代谢(Com