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1、09级环境科学班环境毒理学课程期末实验报告 化学化工学院环境毒理学实验报告专 业： 环境科学班 级： 09级02班姓 名： 学 号： 二一一年六月莱茵河污染事件（以DDT为例分析）1、污染事件发生原因及过程：1986年11月1日深夜，瑞士巴富尔市桑多斯化学公司仓库意外起火，装有1250吨剧毒农药的钢罐爆炸，硫、磷、汞等毒物随着百余吨灭火剂进入下水道，排入莱茵河。警报传向下游瑞士、德国、法国、荷兰四国835公里沿岸城市。剧毒物质构成70公里长的微红色飘带，以每小时4公里速度向下游流去，流经地区鱼类死亡，沿河自来水厂全部关闭，改用汽车向居民送水，接近海口的荷兰，全国与莱茵河相通的河闸全部关闭。翌日
2、，化工厂有毒物质继续流入莱茵河，后来用塑料塞堵下水道。8天后，塞子在水的压力下脱落，几十吨含有汞的物质流入莱茵河，造成又一次污染。 11月21日，德国巴登市的苯胺和苏打化学公司冷却系统故障，又使2吨农药流入莱茵河，使河水含毒量超标准200倍。这次污染使莱茵河的生态受到了严重破坏。 2、直接影响及经济损失：事故造成约160公里范围内多数鱼类死亡 , 约480公里范围内的井水受到污染影响不能饮用 。污染事故警报传向下游瑞士 、德国 、法国 、荷兰四国沿岸城市 , 沿河自来水厂全部关闭 , 改用汽车向居民定量供水。由于莱茵河在德国境内长达865公里 , 是德国最重要的河流 , 因而遭受损失最大。事故
3、使德国几十年为治理莱茵河投资的210亿美元付诸东流。接近海口的荷兰 , 将与莱茵河相通的河闸全部关闭。法国和前西德的一些报纸将这次事件与印度博帕尔毒气泄漏事件 、前苏联的切尔诺贝利核电站爆炸事件相提并论 。科普知识 总结了 世纪世界上发生的最闻名的污染事故 , 莱茵河水污染事故被列为 “ 六大污染事故 ”之六。3、毒理学相应原理：污染事故中，被迫排入河流的污染物多为有机农药，如：有机氯农药、有机磷农药、氨基钾酸酯类农药、拟除虫菊酯类农药等。这里选择其中有机氯农药中具有代表性的一种DDT，为例分析农药类污染物进入环境后会对环境产生怎样的影响。DDT又称滴滴涕，二二三，化学名为：双对氯苯基三氯乙烷
4、(Dichlorodiphenyltrichloroethane)，化学式(ClC6H4)2CH(CCl3)。它为白色晶体，不溶于水，易溶于煤油等有机物，其化学性质稳定，在常温下不分解，可制成乳剂，具有较低的急毒性和较长的持久性，是有效的杀虫剂。分子式如图1所示：图1. DDT分子式3.1 DDT进入环境的途径DDT进入环境的主要来源是农药的直接使用及农药生产过程中的废水排放、环境突发公害事件等。3.2 DDT在环境中的转运、转化和富集DDT进入环境后，以其高稳定的化学性质，会在环境中发生相应的空间位移而引起富集、分散和消失。它在环境各圈层中的迁移转化主要分为机械迁移、和生物迁移。在土壤环境中
5、，虽然DDT分子中有致钝的氯原子取代基、低水溶性等性质使得微生物难以降解，但是部分微生物，如：变形杆菌、假单胞菌等细菌和真菌仍然能够通过共代谢的方式（还原脱氯、DDT开环、间位开环作用等）降解部分DDT，使其转化为其它毒性更小或更大的物质。但是，进入土壤环境的DDT更多的是随着植物、微生物和部分动物的新陈代谢随着食物链富集，从而产生更深层次的危害，如以对美国长岛河口区生物对DDT的研究为例：小鱼（0.5mg/m3）浮游生物体（0.04mg/m3）水环境（110-6mg/m3）人体（直接性DDT中毒）海鸟（25mg/m3）大鱼（2mg/m3）图2. DDT在环境中的典型富集模式在水环境中，DDT
6、很少会发生配位、螯合等水体中常见的污染物物理-化学迁移而随水流动或通过吸附于悬浮物而传输，悬浮物沉积于水底将其带入沉积物中。而是凭借其较高的脂/水分配系数，大多数快速的进入动物体内，一部分会在肝、肠和神经等组织中，被DDT-脱氯化氢酶催化（该过程需要谷胱甘肽维持其酶结构），发生典型的水解脱卤反应，转化为DDE等毒性较低，易于排泄的代谢物。如已有的研究表明：人体吸收的DDT约60可经此反应转化为毒性较低的DDE（仍会长时间停留在脂肪组织中，产生危害）；昆虫（特别是家蝇和蚊类）也是凭借其DDT-脱氯化氢酶的高活性使DDT在其体内得到大部分的转化；富集作用尤为明显，例如：美国人引以为豪的白头鹰曾一度
7、濒临灭绝，研究表明罪魁祸首便是DDT在水环境中食物链的富集，由于白头鹰处于食物链的顶端(如图2所示，其体内DDT含量约为25mg/m3)，导致高剂量的DDT富集在其体内，从而引起白头鹰的钙代谢失调，使得其蛋壳变软，变薄，无法孵化。在大气环境中，DDT绝大部分存在于颗粒物中（尤其是PM2.5，PM10）。而不同粒径的颗粒物作为DDT的载体，会携带其进行系列不同的迁移转运。若DDT存在于粒径75um以上的颗粒物中，会直接进行大气干沉降(颗粒物在重力作用下沉降，或与其它物体碰撞后发生沉降)或湿沉降（通过降雨等事件完成）而进入土壤环境或水体中；若其存在于1075um粒径的颗粒物中，则容易通过扩散和被气
8、流搬运而迁移，转运进入到暴露于大气环境中的生物体中；若其存在于粒径10um，尤其是2um左右的颗粒物中，不论是雨除或冲刷，都不会让其进入土壤环境或水体中，而是悬浮于空中，随气流输运到几百公里甚至上千公里以外的地方，直到进入暴露于该气体环境中的生物体内，产生危害为止。3.3 DDT对生物体的危害以人体为例 DDT进入人体的途径多种多样，如图2所示：空气皮肤接触DDT土壤江、河、湖泊粮食、蔬菜等农作物家禽的乳、肉、蛋等出产品水禽浮游生物鱼虾呼吸道饮水消 化 道人 体图3. 环境中DDT进入人体的主要途径DDT进入人体后，可经肝脏转化生成毒性比较低的DDE等，如前所述。而转化后的DDE虽然不会进一步
9、转化。但能长期蓄积在脂肪组织中，DDT以60DDE形式贮存，富集。这样，使得DDT对人体的危害特点是具有蓄积性和长期效应，它的毒作用机理如表1所述：对神经系统的影响对酶活性的影响对类固醇激素的影响DDT能作用于神经脂膜，降低神经膜对K+离子的通透性，改变神经元的膜电位，抑制神经末梢ATP酶活性，对Na+，K+-ATP酶的抑制更为明显。除此之外，由于DDT分子结构中带有对位氯的苯环，其能与神经膜上的DDT受体部位作用，造成膜结构扭曲，且DDT结构中的三氯乙烷同时置于膜孔道中，让Na+易透过膜孔道而漏出，导致不正常神经冲动，引发各种症状。DDT能诱导产生较多的脱氯化氢酶加速其转化为DDE的过程，致
10、使肝细胞肿大，影响其它药物的代谢。这样，随着DDE的蓄积，加强了对某些酶的抑制，肝细胞脂肪变性、萎缩、乃至死亡，直接性的影响人体身体健康。DDT在肝脏中的代谢产物DDD能抑制肾上腺皮质分泌激素，降低肾上腺皮质对ACTH(血浆促肾上腺皮质激素)的反应。表1. DDT对人体的毒作用机理另外，最新的研究表明，DDT还能扰乱人体的荷尔蒙分泌，如：墨西哥科学家对24名16到28岁墨西哥男子的血样进行了系列研究，首次证实了人体内DDTs水平升高会导致精子数目减少。再者，关于DDT的致癌、致突变作用等现在仍处于研究阶段。4 关于消除污染的一些建议该事件发生后,法国环境部长要求瑞士政府赔偿3800万美元，补偿
11、渔业和航运业所遭受的短期损失、用于恢复遭受生态破坏的生态系统的中期损失以及在莱茵河上建水坝的开支等潜在损失。瑞士政府和桑多兹公司表示愿意解决损害赔偿问题, 最后由桑多兹公司向法国渔民和法国政府支付了赔偿金。该公司还采取了一系列相关的改进措施 , 成立了一个 “桑多兹一莱茵河基金会”以帮助恢复因这次事件而受到破坏的生态系统,向世界野生生物基金会捐款万美元用于资助一项历时三年的恢复莱茵河动植物计划。通过这次事件,有关国家加强了多边合作。法国、瑞士、德国共同成立了一个工作组以改进和完善信息交换系统和紧急联系机制,并就防止莱茵河污染事故和减轻污染损害需要采取的必要措施达成了一项协议。然而，从毒理学的角
12、度来试着解决和避免这类事故的发生，事情可能并非如此简单。现如今，为公众所认同的有效措施便是通过相关法律等全面禁止DDT的生产和使用，但是我们为何总是要在问题出现之后才采取措施呢？首先，我们需要全新的绿色理论，用于准确的评价和预测这些新兴化合物质的潜在风险，如定量结构与活性关系（QSAR）理论，它能通过使用已知污染物的结构及与环境行为相关的参数构建模型，对大量的未知化合物的环境行为参数进行预测，可以全面了解其环境行为，从而为快速有效地对其分析和控制提供条件，以便规范其生产、使用和排放。对构效关系的研究，可对化合物在未生产之前作出准确的评价，同时该法为全面获取环境有机污染物的各种参数提供了一条省时
13、、避免资源浪费的有效途径。在该类绿色理论前，DDT就会被扼杀在摇篮里，换言之，我们能用它来寻找一个环境潜在威胁更小杀虫剂，替代它！这不仅是一个预防措施，更是我们需要大力研究的方向，这样，我们的生活才不会为高新科学这把双刃剑扰乱。再者，虽然国际已经禁用了DDT约莫40年的时间，目前在许多环境中仍能监测到DDT的存在和危害，考察众多的文献可知，在去除环境中DDT污染方面，科学家们尝试了物理化学方法，包括挖掘、焚烧、表面活性剂洗土法、超临界液体抽提法等，都发现对土壤环境具有干扰和破坏效应。此时，微生物降解法以其成本低、效率高、无二次污染、生态恢复性好等优点，展现出广阔的研究前景。目前，DDT微生物降解方面的研究主要集中在降解菌的分离和代谢途径方面，而且盲区仍然很多，正是如此，本文才建议有更多的研究致力于此，尝试通过生物强化去除环境中的DDT有机氯农药并期待进一步加强，以期达到大规模生物修复被诸如莱茵河污染公害事件等引起的环境破坏。1
