环境生物学-1污染物的迁移转化

1环境污染物在环境中的行为环境生物学2介绍环境污染、污染源、污染物等基本概念阐述污染物在环境中分布、迁移、扩散、转化等行为3第一节环境污染概述4环境污染（Environmtalpollution）——指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。环境质量标准——评定环境污染的程度的尺度。5环境污染的分类按环境要素：大气…、水体…、土壤…按污染物的性质：生物…、化学…、物理…按污染物的形态：废气…、废水…、固体废弃物、噪声…、辐射…按污染产生的原因：生产…（工业、农业、交通等）、生活…按污染涉及范围：全球性…、区域性…、局部…6环境效应：环境生物效应：生态系统变异的效果，如水生生物繁殖受影响；畸形生物…——分为急性和慢性环境化学效应：物质之间的化学反应所引起的环境效果，如环境酸化、土壤的盐碱化、光化学烟雾…环境物理效应：物理作用引起的环境效果，如热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降…7污染源（PollutionSource）——通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害物质的场所、设备和装置。分类天然污染源：如正在活动的火山…人为污染源：如排污口、烟囱…8人为污染源分类按排放污染物的种类：有机污染源、无机污染源、热污染源、噪声污染源、放射性污染源、病原体污染源以及混合污染源按污染的主要对象：大气…、水体…、土壤…按排放污染物的空间分布方式：点污染源、面污染源、线污染源9人为污染源分类按人类社会活动功能：工业污染源：点源污染为主，排出的污染物种类多、数量大，对环境危害大…农业污染源：面源污染为主…交通运输污染源：线源、流动源…生活污染源：人类消费活动产生的三废…10污染物（Pollutant）——主要指人类生产和生活排放的；产生的根本原因是人类的社会经济活动。[引自关伯仁等，环境科学基础教程。北京：中国环境科学出版社，1995]自然界科技劳动生产资料生活资料科技劳动新陈代谢人的消费产品废物消费废物废物自然界图1-1人类活动中废物产生过程示意图11生产性污染物——是通过人类的生产活动造成的。如：工业生产过程中的废水、废气、废渣及噪声等，与生产技术水平、工艺、防治措施有关。生活性污染物——日常生活过程中产生的，如粪便、垃圾、脏水等，与消费模式、水平有关。12污染物≠没用的物质污染物——在特定的环境中达到一定数量或浓度，并且持续一定的时间。环境标准容许值或环境自净能力例如：重金属锌（Zn）——人体必需的微量元素；中毒氮（N）、磷（P）——植物的营养元素；富营养化有机污染物多环芳烃（PAH）——自然来源（如石油、森林火灾）•进入环境中的污染物——迁移、转化，与其他污染物的相互作用（拮抗/协同）例如：重金属汞（Hg）微生物甲基汞脱甲基——降解13污染物的其他分类方法：1.按来源分：自然来源，人类来源2.按影响的环境要素分：大气污染物、水体…、土壤…、生物…3.按形态分：气体污染物、液体污染物、固体废物4.按性质分：化学污染物、物理污染物、生物污染物5.按在环境中性状的变化分：一次污染物、二次污染物6.其他分类：如致畸物、致突变物、致癌物、可吸入颗粒物、恶臭物等14优先污染物（PriorityPollutant）人为排放的有毒化学品的特点：难降解、生物累积性（浓度水平可提高数倍甚至上百倍）、三致作用或慢性毒性；种类繁多——筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象（优先控制污染物）。主要针对下列污染物：有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性的污染物。15优先污染物（PriorityPollutant）美国：最早开展优先检测日本前苏联联邦德国欧洲经济共同体（黑名单和灰名单）表1-1：部分工业企业生产的有害废物表1-2：我国水中优先控制污染物黑名单（14类68种——有机毒物58种，无机污染物10种）16优先污染物（PriorityPollutant）表1-2：我国水中优先控制污染物黑名单14类68种，包括有机毒物58种，无机污染物（重金属9种，氰化物1个）10种（20世纪80年代末开展的国家环保局“七·五”科研项目的研究成果）——帮助确定环境监测项目17优先污染物（PriorityPollutant）我国水中优先控制污染物黑名单的特点：1.都具有毒性（突出了三致毒性、强调长效性和不可逆性）；2.以有毒有机污染物为主（我国水污染是有机污染；工业污染源多数排放有机废物）3.以有机氯为主（有机氯化合物占25个，具有三致作用和难降解性，如PCBs半衰期约40年）我国自2001年1月1日起开始执行新的地面水质量标准，其中对一、二、三类水体新增特定有毒有机污染物40种的监测标准。18优先污染物（PriorityPollutant）表1-2：我国水中优先控制污染物黑名单筛选原则：应具有较大的生产量或排放量，并较为广泛存在于环境中（筛选指标：年产量、检出频率）；应是毒性相应大的化学物质，包括急性毒性、慢性毒性、特殊毒性等（致死剂量水平、半致死剂量LD50、最低中毒剂量TDL0）；在水中难于降解、在生物体中有积累性，具有水生生物毒性（生物降解性、积累性、水生生物毒性）；优先选择国内已经具备一定基础条件、且可以监测的污染物（采样、分析方法、标准物质、分析仪器等）；采取分期分批建立优先控制污染物名单的原则。19优先污染物（PriorityPollutant）补充：主要工业点源排放的优先污染物——帮助确定污染源监测项目1。石油加工行业2。焦化厂3。化学合成纤维制造行业4。农药厂5。医药制造行业6。化学试剂制造行业7。有机化工原料制造行业8。其它基本化学原料制造行业9。化学行业10。造纸行业11。皮革行业12。有色金属冶炼及加工行业20第二节污染物在环境中的迁移与转化21污染物在环境中的迁移污染物进入环境的途径：人类活动中的无意释放；废物排放（如三废）；故意应用（如杀虫剂）污染物的形式：溶解、悬浮……在各种环境要素间发生迁移：水气土污染物的迁移——指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失过程。22污染物在环境中的迁移迁移方式1.机械迁移：分为水、气以及重力的机械迁移（扩散、搬运）2.物理-化学迁移（最重要的迁移形式）：溶解-沉淀、氧化-还原、吸附-解吸、分解（光化学、化学、生物化学）……3.生物迁移：生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程，如通过食物链的放大累积作用23污染物在环境中的迁移影响迁移的因素1.内部因素：污染物本身的性质，如组成该物质的元素所具有的组成化和物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成络合物的能力和被胶体吸附的能力；主要的理化参数——原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶解度等24污染物在环境中的迁移影响迁移的因素1.内部因素一般规律：1）共价键结合的污染物——易气迁移2）离子键结合的污染物——易水迁移3）低价离子的水迁移能力〉高价离子的迁移能力4）由离子半径差别较大的离子构成的化合物迁移能力较强5）重金属离子易以络离子的形式迁移25污染物在环境中的迁移影响迁移的因素2.外部因素：主要是环境的酸碱条件、氧化-还原条件、胶体的种类和数量、络合配位体的数量和性质等。另外，污染物的迁移的理化条件均受区域自然地理条件（气候、地形、水文、土壤等）的制约，其中气候条件（水热状况）的影响最为明显。26污染物在环境中的迁移影响迁移的因素2.外部因素一般规律：1）大多数重金属在强酸性环境中形成易溶性化合物，有较高的迁移能力，而在碱性环境中则形成难溶性化合物，难以迁移——例子：酸性矿山废水的环境污染问题。2）有些污染物（如铬、钒、硫）在氧化环境中有较强的迁移能力，有些污染物（如铁、铵）在还原环境中有较强的迁移能力。3）当环境中存在大量的无机（如Cl-、F-、SO42-、S2-、PO42-）或有机（如氨基酸等）配位体时，可大大促进汞、锌、镉、铅的迁移。4）无机胶体如蒙脱石、高岭石等粘土矿物，有机胶体主要是腐殖质物质。当环境中有大量胶体（特别是蒙脱石、胡敏酸）时，可大大阻止汞、镉、铅的迁移。5）重金属离子易以络离子的形式迁移。27污染物的形态和分布污染物的形态——是环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。不同形态的污染物其化学行为不同，并表现出不同的污染效应。例如：六价铬有强烈的毒性，而三价铬毒性较弱；有机汞如甲基汞的毒性远超过无机汞；六六六有七种异构体，其中r型有最强杀虫力；多环芳烃的致癌活性与其化学结构有关……28污染物的形态和分布污染物的形态分类按化学组成和内部结构分：单质和化合物；按物理形状和结构分：射线——特殊的物质和能量的存在形态，如放射性物质衰变过程中产生的α,β,γ射线，x射线、紫外线、热辐射、电磁辐射、微波辐射等固体晶体——具有一定外形和体积的固体物质，如铬酸盐无定形——没有一定的外形，实际上是无数微小晶体聚集而成，如硫、五氧化二钒流体气体——气态污染物、蒸汽液体29污染物的形态分类按形态和功能特点分：代换态——是水体或土壤溶液中存在的离子或分子态的物质，在物理化学的作用下产生各种同离子代换的表现形式。离子态(活性大、毒性强、易迁移)阳离子阴离子络合阴离子——如CdCl3-胶体(复杂分散体系)气溶胶——以气体为分散介质，如飘尘、烟气、雾等固溶胶——是以固体为分散介质，如汞齐、各种合金水溶胶(水为分散介质)泡沫——气液混合态乳状液——两种互不相溶的液体构成液相分散相悬浮体——较粗的固体污染物分散相胶体溶液——固体污染物呈高度分散状态，以致呈分子分散状态有机结合态——由生物吸收积累起来的污染物；或重金属元素与有机质结合而成。难溶态——如硅酸盐、碳酸盐、硫化物、氧化物等难溶物质30污染物的形态和分布污染物的分布（DistributionofPollutant)——指污染物在环境多组分间分布。包括：在环境空间的浓度分布、污染物不同形态或不同相态之间的分配。例子1：图1-2污染物在水生生态系统中的分布例子2：图1-3污染物在陆生生态系统中的分布例子3：图1-4汞形态的分布————污染物通过各类途径最终进入人体，对人体健康产生有害影响，进行健康风险评价时需要考虑污染物进入人体的途径以及形态等。通过迁移在不同环境介质中分布、沿食物链在不同生物中富集累积金属汞、汞蒸汽、二甲基汞、颗粒态汞、水溶性汞、络合态汞、难溶态汞（如硫化汞）31污染物在环境中的转化污染物的转化（TransformationofPollutant）——污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另一种物质的过程。转化形式1）物理转化——通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等一种或几种过程来实现的转化。2）化学转化——通过各种化学反应发生的转化，如氧化-还原反应、光化学反应等。（最普遍的转化形式）3）生物转化——通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化。转化的结果：毒性降低或毒性增强；更易降解或更难降解。32污染物在环境中的转化大气中的转化1）光化学氧化反应2）催化氧化反应例子：1）光化学烟雾：大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学氧化反应产生臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）及其他类似的氧化性物质（二次污染物）。参与光化学氧化过程的一次污染物和二次污染物的混合物（气体污染物、气溶胶）所形成的烟雾现象，称为光化学烟雾。2）形成酸雨的重要物质之一——硫酸雾：气体二氧化硫经光化学氧化作用和金属氧化物催化氧化后转化为三氧化硫，再溶于大气中的水形成硫酸或硫酸盐，在空气中形成硫酸雾。33污染物在环境中的转化水体中的转化1.氧化-还原作用例子：1）一个厌氧性湖泊：下层——厌氧环境，CCH4,NNH4+,SH2S上层——氧化性介质，CCO2,NNO3-,SSO42-2）有机污染物的氧化作用（微生物催化反应）有氧分解——产物为：H2O,CO2,NO3-