环境化学水环境化学第三节

环境化学水环境化学第三节第1页，共29页，2023年，2月20日，星期日水中有机物主要迁移转化方式吸附作用挥发作用水解作用光解作用生物富集作用生物降解作用第2页，共29页，2023年，2月20日，星期日一、分配作用1、分配理论

Lambert（兰伯特）：当土壤有机质含量在0.5%—40%范围内，分配系数与有机质含量成正比。Karickhoff:当各种沉积物的颗粒大小一致时，其分配系数与沉积物中有机碳含量成正比。颗粒物(沉积物或土壤)从水中吸着憎水有机物的量与颗粒物中有机质含量密切相关。第3页，共29页，2023年，2月20日，星期日土壤—水体系中土壤对非离子性有机化合物的吸着主要是溶质的分配过程（溶解），也就是说非离子性有机物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一段时间达到分配平衡，此时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。有机毒物在沉积物（或土壤）与水之间的分配可用分配系数（Kp）表示：

Kp=Cs/Cw

Cs、Cw—分别为有机毒物在沉积物和水中的平衡浓度。有机物在土壤上的吸附等温线是线性的，在非有机相上的吸附是高度非线性的第4页，共29页，2023年，2月20日，星期日有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着两种主要机理：分配作用：有机化合物在水相和土壤有机质间的分配，等温线是线性的，只与有机化合物溶解度有关，放出的吸附热小吸附作用：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，等温线是非线性的，并存在竞争吸附，同时在吸附过程中往往要放出大量热。第5页，共29页，2023年，2月20日，星期日2、标化分配系数为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数，引入了标化的分配系数(Koc)：

Koc=Kp/Xoc式中：Koc——标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数；

Xoc——沉积物中有机碳的质量分数。对于每一种有机物可得到与沉积物特征无关的一个Koc。第6页，共29页，2023年，2月20日，星期日若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp

表示为：Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf]

式中：f——细颗粒的质量分数（d<50μm）；

Xocs——粗沉积物组分的有机碳含量；

Xocf——细沉积物组分的有机碳含量。

由于颗粒物对憎水有机物的吸着是分配机制，当Kp不易得到时，可通过下式预测：

Koc=0.63Kow

式中：Kow——辛醇－水分配系数。Kow(辛醇—水分配系数)与溶解度Sw符合以下关系：

lgKow=5.00-0.670lg(Sw×103/M)

式中：Sw——有机物在水中的溶解度，mg/LM——有机物的分子量。第7页，共29页，2023年，2月20日，星期日例：某有机分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体中，若悬浮物种85%为细颗粒，有机碳含量为5%，其余粗颗粒有机碳含量为1%，已知该有机物在水中溶解度为0.05mg/L，那么其分配系数（Kp）如何计算？lgKow=5.00-0.670×lg(0.05×103/192)

Kow=2.46×105由公式Koc=0.63KowKoc=0.63×2.46×105=1.55×105由公式Kp=Koc[0.2(1-f)Xocs+fXocf]Kp=1.55×105[0.2(1-0.85)×0.01

+0.85×0.05

]Kp=6.63×103第8页，共29页，2023年，2月20日，星期日二、挥发作用（自学）第9页，共29页，2023年，2月20日，星期日三、水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应。在反应中，化合物的官能团X-与水中的OH-发生交换：RX+H2OROH+HX第10页，共29页，2023年，2月20日，星期日几类有机物可能的水解反应

水解作用可以改变反应分子，但并不能总是生成低毒产物。例如2,4-D酯类的水解就生成毒性更大的2,4-D酸。2－溴化丁烷苯甲酸脂苯甲酸醇磷酸双脂磷酸单脂醇氨基甲酸脂醇苯胺环氧乙烷乙二醇苯乙腈苯乙酸第11页，共29页，2023年，2月20日，星期日四、光解作用光解作用是有机污染物真正的分解过程，因为它不可逆的改变了反应分子，强烈的影响水环境中某些污染物的归趋。光解过程可分为三类：1、直接光解：化合物本身直接吸收了光能而进行分解反应。2、敏化光解：水体中存在的天然物质被阳光激发后，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应。3、氧化反应：天然物质被辐照而产生自由基获纯态氧等中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产物。第12页，共29页，2023年，2月20日，星期日五、生物降解作用水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分解有机物。当微生物代谢时，一些有机污染物作为食物源提供能量和提供细胞生长所需的碳；另一些有机物，不能作为微生物的唯一碳源和能源，必须由另外的化合物提供。由此有机物生物降解存在两种代谢模式：生长代谢，共代谢。第13页，共29页，2023年，2月20日，星期日生长代谢许多有机毒物可以像天然有机化合物那样作为微生物的生长基质。只要用这些有毒物质作为微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属于生长代谢。在这种代谢过程中微生物对这些有毒物质可以进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒生长基质。第14页，共29页，2023年，2月20日，星期日共代谢某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须与另外的化合物存在提供微生物碳源或能源时，有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。这种方式在那些难降解的化合物代谢过程中其重要作用。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期日水体中典型的有机污染物类型碳水化合物(糖、淀粉、纤维素和木质素等)蛋白质脂肪和油类(乙醇或甘油与脂肪酸形成的化合物)酚(根据羟基分为一元酚、二元酚和多元酚，还可划分为挥发酚和不挥发酚)有机酸(短链的脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸)有机碱(人造橡胶、合成树脂等工业废水含有有机碱)表面活性剂(烷基苯磺酸盐ABS，含磷并易产生泡沫、难降解；烷基芳基磺酸盐LAS，含磷，泡沫减少，可生物降解)有机农药（有机氯农药DDT、六六六等毒性大，难分解，禁用，有机磷农药含杀虫剂与除草剂，毒性大，难降解）取代苯类化合物(苯环上的氢被硝基、胺基取代后生成的芳香族卤化物，主要来自染料、炸药、电器、塑料、制药、合成橡胶等工业)。第16页，共29页，2023年，2月20日，星期日水体污染：由于人类活动或者天然过程排入水体的污染物超过了水体的自净能力而引起的水体的水质、生物质、底质质量恶化，称为水体的污染。水体污染表现在水体的感官性状、生物组成、物理化学性质、水体组成和底质的变化。六、水体的污染小结第17页，共29页，2023年，2月20日，星期日水体的自净定义一：进入水体的外来物质经过水体自身功能而减少或降低的过程称为水体的自净。定义二：广义上是指受污染的水体经过物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态；狭义上是指水中微生物氧化分解有机污染物而使水质净化的作用。第18页，共29页，2023年，2月20日，星期日水体净化的过程及影响水体净化过程：物理净化：如混合、稀释、扩散、沉淀、挥发等作用化学净化：酸碱中和、氧化还原、分解化合、吸附解吸等过程生物净化：生物质对有机物的分解、转化和富集等各种过程可同时发生、相互影响。影响水体净化的因素有很多，主要由河流、湖泊、海洋等水体的地形和水文条件，水中微生物的种类和数量，水温和复氧情况，污染物的性质和浓度等。第19页，共29页，2023年，2月20日，星期日一般来说，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。对于有机物来说生物自净是最重要的。水体自净可以再同一介质中进行，也可以在不同的介质中进行。河水自净的大致过程：当污水进入河流之后，首先是混合稀释、扩散、以及反应生成沉淀物质和吸附有机物的固体沉入水底，使水中污染物浓度下降。水的最终净化主要靠微生物的作用。此外，各类水生生物摄入较大的固体食物或其他生物，如细菌、植物，这在河水自净中也起重要的作用。藻类和其他绿色植物的光合作用，也有助于水的净化。第20页，共29页，2023年，2月20日，星期日污染物的具体种类及其环境效应1、病原体污染物：生活污水、禽兽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫。水体受到病原体的污染会传播疾病，如血吸虫病、霍乱、伤寒、痢疾、病毒性肝炎等。历史上流行的水媒型传染病：1848年和1854年英国两次霍乱流行，死亡万余人。1892年德国汉堡霍乱流行，死亡750余人，均是水污染引起的。2003年，香港陶氏花园事件等。第21页，共29页，2023年，2月20日，星期日血吸虫病第22页，共29页，2023年，2月20日，星期日血吸虫病症状人们自身在大量感染血吸虫尾蚴后，血吸虫病患者经过平均40天左右的潜伏期，可出现以下五个方面血吸虫病的主要症状：(1)尾蚴性皮炎：大部分病人在接触疫水后1～4天内，接触疫水部位的皮肤上出现以点状红色丘疹、奇痒、数日后自行消退。(2)发热：所有病人皆有不同程度的发热、头昏、头痛。轻型病人，低热;中型病人，385℃到40℃;重型病人，高热可达40℃以上，常大量出汗，如不及时治疗，发热时间延续回～2个月。(3)肝肿大：95%以上的急性血吸虫病人均有肝肿大，并有明显压痛。(4)腹痛腹泻：病人一般每天腹泻2～5次，大便初为水样。后则出现脓、血、粘液便等。(5)咳嗽：大多数病人为干咳或伴有少量粘液痰。重症病人可以出现神志迟钝、精神萎靡、贫血。腹水、黄渲、休克、甚至昏迷、衰竭而危及生命。第23页，共29页，2023年，2月20日，星期日第24页，共29页，2023年，2月20日，星期日第25页，共29页，2023年，2月20日，星期日感染人的血吸虫主要有6种：埃及血吸虫、曼氏血吸虫、日本血吸虫、湄公血吸虫、间插血吸虫和马来血吸虫，以前三种为流行最广。我国为日本血吸虫病流行区，是日本血吸虫病4个流行国中最严重的国家，也是全球血吸虫病危害最严重的4个国家之一。我国的血吸虫病流行于长江流域及其南部的12个省（市、自治区），受威胁的人群达1亿。第26页，共29页，2023年，2月20日，星期日第27页，共29页，2023年，2月20日，星期日病原体污染的特点数量大分布广存活时间长繁殖速