试谈污染物在水体中的行为

《试谈污染物在水体中的行为》由会员分享，可在线阅读，更多相关《试谈污染物在水体中的行为（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 环境化学 应用化学刘亚 3.4 污染物在水体中的行为 重金属污染物重金属污染物1 难降解有机物难降解有机物 2 石油类石油类 3 4富营养化污染物富营养化污染物 目 录 1 1 污染物的物化性质污染物的物化性质污染物的物化性质污染物的物化性质 2 2毒性及对环境的危害毒性及对环境的危害毒性及对环境的危害毒性及对环境的危害 3 3污染物的来源污染物的来源污染物的来源污染物的来源 4 4物理、化学行为物理、化学行为物理、化学行为物理、化学行为 5 5 生物转化生物转化生物转化生物转化 污染 物在 水体 中的 行为 污染 物在 水体 中的 行为 3.4.1 重金属污染 （一）概述 重金属这一概念

2、在环境科学中没有明确定义，一 般是指对生物有显著毒性的元素。目前最引人关 注的是汞、砷、铜、铅、铬汞、砷、铜、铅、铬等。 （二）汞的物理化学性质和毒性 1.物化性质 ? 挥发性 汞及其化合物特别容易挥发。 挥发性：有机汞无机汞 有机汞中的甲基汞和苯基汞挥发性最大。 无机汞中典化汞挥发性最大，硫化汞最小。 2 ? 0价态 能以0价态形式存在于大气、土壤和天然水中。因 为其具有很高的电离势，转化为离子的倾向较小。 2. 汞的毒性 无机汞：一般容易排泄，与生物体内的-SH结合， 使蛋白质和酶失去活性。 有机汞：例如甲基汞，具有很强的脂溶性，能穿透 血脑屏障，具有高的神经毒性。 例如：日本水俣病 甲基

3、汞 能与许多有机配体结合，非常容易和蛋白 质、氨基酸类物质起作用。 （三）汞的来源 ? 相关工业的“三废” 氯碱工业：每生产1吨氯，流失汞100200 g。 乙醛生产：每生产1吨乙醛，需要100300 g汞，损 耗5%。 （四）汞在水体中的物理、化学行为 ? 汞主要存在于底泥和悬浮物中（why?） 腐殖质对汞的吸附能力最强，且不受氯离子的影响。 汞在天然水体中的含量极低，本底值一般不超过 1.0 g.L-1。 ? 物理化学转化和存在形态 主要形态：Hg(0)和Hg() 在较宽的pH和电位条件下， 单质Hg、Hg2+、Hg(OH)2 能稳定存在。 如果存在亲和力更强或者 浓度很大的配位体，重金属

4、 难溶盐就会发生转化 HgS22-的生成：地壳中常有熔岩热水存在，由 于硅酸盐的水解，加上环境中缺氧(即环境电位很 低)，就有可能发生如下： 3 河流入海口附近沉积物 中汞含量显著减少， 为什么？为什么？ 与Cl-形成配合物：在Hg(OH)2与HgS溶液中，Hg 的质量浓度仅为0.039 mg.L-1，但当环境中Cl-离 子含量为0.001mol.L-1时，Hg(OH)2和HgS的溶解 度可以分别增加44和408倍；如果C1-离子浓度为 mol.L-1时，则它们的溶解度分别增加105和107倍。 这是因为高浓度的Cl-离子与Hg2+离子发生强的络 合作用。 河流中悬浮物和沉积物中的汞，进入海洋

5、后会发 生解吸。 （五）生物转化 ? 水俣病事件 1953年在日本熊本县水侯湾附近的渔村，发现一 种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。经过 十年研究，于1963年从水俣湾的鱼、贝中分离出 CH3HgCl结晶，并用纯CH3HgCl结晶喂猫进行试 验，出现了与水俣病完全一致的症状。1968年日 本政府确认水俣病是由水俣湾附近的化工厂在生 产乙醛时排放的汞和甲基汞废水造成的。这是世 界历史上首次出现的重金属污染重大事件。 ? 生物甲基化 -汞在微生物（甲基钴胺素）的作用下转化为甲基汞 或者二甲基汞的过程。在厌氧条件下转化为二甲 基汞，在好氧条件下转化为一甲基汞。 -二甲基汞挥发性强，难溶于水，易扩

6、散到大气中， 并且容易光解生成甲烷、乙烷和汞。在酸性 （pH=45）水体中可以转化为一甲基汞。 - 一甲基汞是水溶性物质，易被生物吸收进入食物 链。 -一甲基汞随Cl-浓度和pH值可形成氯化甲基汞和氢 氧化甲基汞，正常海水以CH3HgCl为主。 -导致水俣病的是C4以下的烷基汞。 -Hg的甲基化反应也能在光的作用下进行。 -甲基化反应在重金属中是一个普遍的过程，研究较 多的是Hg和As。 ? 反甲基化作用 抗汞微生物（假单胞菌属）将有机汞转化为Hg及相 应有机物，也可以将Hg（II）还原为单质汞。 4 ? 水生生物对烷基汞的富集作用 鱼类对氯化甲基汞的BCF：3000； 甲壳类：100100

7、000 日本水俣湾鱼肉：2.18.7 g.g-1 3.4.2 难降解有机物 （一）概述 又叫持久性有机污染物POPs，包括多氯联苯多氯联苯 （PCBs）、有机农药、合成洗涤剂和增塑剂等。 Clm Cln m+n=110 PCBs 该系列化合物理论上210个，已确定的有102个。 （二）PCBs的物化性质、毒性及对环境的危害 1. 物化性质 ?物化性质非常稳定。 从北极的海豹到南极的海鸟蛋，日本、美国和瑞 典等国的人乳中都检出PCBs。 ? 脂溶性：极难溶于水而易溶于脂肪和有机溶剂。 ? 挥发性：常温下难挥发，但是随温度变化很大； 氯含量越高越难挥发。 PCBs1254在60 的挥发能力是26

8、时的43倍。 2. 毒性及对环境的危害 ? 较低浓度就可改变物种群落结构和自然海藻总体 组成。 0.11.0 g.L-1引起光合作用减少 10100 g.L-1抑制水生植物生长 不同PCBs对物种的毒性不同。 如PCBs1242对淡水藻显示特别毒性。 ? 大多数鱼在其生长的各个阶段对PCBs都很敏感。 黑头鲦鱼，PCBs1260，接触30天，半致死量为3.3 g.L-1；PCBs浓度 环烯烃 环烷 烃 链烃。 分子量增加，饱和链烃的毒性减小。 例如：正庚烷对呼吸有麻醉作用，能抑制某些石 油微生物生长。 ? 对水环境的危害 各类水体中，海洋受石油污染最严重。 隔绝大气与海水的交换海水缺氧 减弱阳

9、光辐射抑制光合作用 沾污动物皮毛影响保温和运动 沉降在潮间带和浅海底动物幼虫、海藻孢子失 去固着基质 堵塞水生动物的呼吸和进水系统，分散油和乳化油 引起鱼鳃发炎坏死。对鱼苗和鱼卵的危害最大， 油膜和油块粘住大量鱼卵和鱼苗。 0.01 mg.L-1，畸形鱼苗2340%，鱼类在一天内出现 油臭； 0.1 mg.L-1，卵化的鱼苗都有缺陷，存活仅12天； 20 mg.L-1，鱼不能生存。 海洋如果遭受石油污染，要经过57年年，海区生物 才能重新繁殖。 大连7.16墨西哥湾 （三）石油类污染物的来源 ? 海底石油开采 ? 油轮和管道泄漏 ? 工业废油的排放 ? 大气沉降 7 （四）物理化学行为 ? 机

10、械运动：漂浮扩展成膜破裂、漂移 1 L油可扩展到103104m2。 机械运动强化了石油的蒸发、溶解和乳化以及降 解能力。 ? 蒸发：蒸发作用蒸发作用是海洋油污消失的重要因素，可 去除50%的烃类。 C15（ b.p 400 ）不易蒸发 ? 乳化：浮油经过搅拌容易乳化，其中W/O较稳定。 ? 沉降：石油经过轻组分的蒸发、溶解，形成致密 的分散粒子或者吸附在其他颗粒物上，最后沉降 到海底。在海流和海浪的作用下，可再次上浮。 图 墨西哥湾漏油事件 ? 光解：石油化学降解的主要途径。 模拟实验：每平方千米海面上有2000 kg油膜，厚 度约2.5 m，每天经过8 h光照，几天便可消除。 一种可能的光解

11、机理（教材116页） （四）生物转化 ? 微生物 能够降解石油的微生物种类很多。目前已知得有 100多属的200多种。 假单胞菌（一种细菌）：可使多种烷烃彻底降解。 真菌：石油降解微生物的主要类群，其中枝胞霉是主要的 解烃真菌。 不同的石油烃被不同种类的氧化菌分解。自然界 中石油烃类的降解常以混合菌株联合作用为强。 分布：近海、海湾等受石油污染程度高的地方， 降解菌的数量亦多；在远海由于营养贫乏，石油 降解菌很少。一般情况下，降解烃类微生物常生 长在油水界面上。 ? 降解过程 醇醛、酮脂肪酸CO2+H2O 例如：CH4CH3OHHCHOHCOOHCO2+H2O 高级烷烃（单端氧化、双端氧化、此末端氧化） 脂肪酸CO2+H2O 苯芳香二醇苯环破裂氧化裂 解CO2+H2O 降解顺序：直链烃支链烃芳烃环烷烃 环烷烃对微生物作用极不敏感，只有极个别的菌种 能利用。 生化氧化 8 环己烷极毛杆菌属 当原油接触天然水体后，微生物可在1-2周内形成 细菌群落，分解水面上扩展 的薄层石油，在2-3 个月内将石油分解消失。每年流人海洋的石油， 主要都是被微生物净化的。