第5章典型污染物轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)

1、 Department of Environmental Science and Engineering 第五第五章章典型污染物的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)典型污染物的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)主要介紹了以重金屬、持久性有機污染物為代表主要介紹了以重金屬、持久性有機污染物為代表的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈層中的的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈層中的轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)。要求了解這些典型污染物的來源、轉(zhuǎn)歸與效應(yīng)。要求了解這些典型污染物的來源、用途和基本性質(zhì)掌握它們在環(huán)境中的基本轉(zhuǎn)化、用途和基本性質(zhì)掌握它們在環(huán)境中的基本轉(zhuǎn)化、歸趨規(guī)律與效應(yīng)。歸趨規(guī)律與效應(yīng)。3有毒重金屬是指非人體必需又有害的重金屬元素和化合物，有毒重金屬是指非

2、人體必需又有害的重金屬元素和化合物，在人體中只有少量存在但對正常代謝作用產(chǎn)生災難性的影響。在人體中只有少量存在但對正常代謝作用產(chǎn)生災難性的影響。 有毒重金屬來自于礦物冶煉，材料加工和制成品應(yīng)用等發(fā)有毒重金屬來自于礦物冶煉，材料加工和制成品應(yīng)用等發(fā)生源，通過各種渠道散入環(huán)境。生源，通過各種渠道散入環(huán)境。第一節(jié)第一節(jié) 重金屬元素重金屬元素 重金屬毒物對人體的毒害程度與其種類、存在的化重金屬毒物對人體的毒害程度與其種類、存在的化學形態(tài)、進入人體的途徑及受害人體的情況不同。學形態(tài)、進入人體的途徑及受害人體的情況不同。一般一般以單質(zhì)形式存在，通過飲食進入人體呈低毒性，以陽離以單質(zhì)形式存在，通過飲食進入人

3、體呈低毒性，以陽離子或有機態(tài)形式存在具有高毒性子或有機態(tài)形式存在具有高毒性。 重金屬中毒機理：重金屬中毒機理： 含巰基（含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應(yīng)：）的酶與外來重金屬的反應(yīng)： 2R-S-H + M R-S-M-S-R （酶分子）（酶分子） (金屬配合物）金屬配合物） 破壞和中斷了某些正常的代謝進程，引發(fā)中破壞和中斷了某些正常的代謝進程，引發(fā)中毒，這一過程與實驗室里向含有重金屬離子的水毒，這一過程與實驗室里向含有重金屬離子的水溶液中通溶液中通H2S，產(chǎn)生金屬硫化物沉淀相似。，產(chǎn)生金屬硫化物沉淀相似。 根據(jù)這一中毒機理，人們提出了一種藥物根據(jù)這一中毒機理，人們提出了一種藥物解毒的方法。

4、例如，解毒的方法。例如，EDTA（乙二胺四乙酸）、（乙二胺四乙酸）、二巰基丙醇二巰基丙醇CH2(OH)CH(SH)CH2(SH)等對重等對重金屬有強烈親合力，并與之形成溶解度較大的金屬有強烈親合力，并與之形成溶解度較大的化合物后排除體外。化合物后排除體外。61汞汞環(huán)境中汞的來源、分布與遷移環(huán)境中汞的來源、分布與遷移來源：來源： 汞在自然環(huán)境中的本底值不高。全世界每年開汞在自然環(huán)境中的本底值不高。全世界每年開采應(yīng)用的汞量約在采應(yīng)用的汞量約在1萬噸以上，絕大部分最終以萬噸以上，絕大部分最終以“三三廢廢”的形式進入環(huán)境。的形式進入環(huán)境。7 揮發(fā)性揮發(fā)性 汞及其化合物汞及其化合物揮發(fā)程度與化合物的形態(tài)

5、及在水中的溶揮發(fā)程度與化合物的形態(tài)及在水中的溶解度、表面吸附、大氣的相對濕度等密切相關(guān)。解度、表面吸附、大氣的相對濕度等密切相關(guān)。有機汞揮發(fā)性大于無機汞，其中甲基汞有機汞揮發(fā)性大于無機汞，其中甲基汞和苯基汞的揮發(fā)性最大。無機汞以碘化和苯基汞的揮發(fā)性最大。無機汞以碘化汞揮發(fā)性最大，硫化汞最小。汞揮發(fā)性最大，硫化汞最小。8無機汞無機汞 形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。 Cl-00.001mol/l1mol/lHg(OH)20.039mg/l44倍105倍HgS0.039mg/l408倍107倍重金屬難溶鹽可以和無機配位體形成可溶性狀態(tài)。因為高濃度的Cl-離子與Hg2+離子發(fā)生強和絡(luò)合作用。河流

6、中懸浮物和沉積物中的汞，進入海洋后會發(fā)生解吸，使河口沉積物中汞含量顯著減少。10 水俁病和汞的甲基化水俁病和汞的甲基化 1953年在日本熊本縣水俁灣附近的漁村，發(fā)現(xiàn)一年在日本熊本縣水俁灣附近的漁村，發(fā)現(xiàn)一種中樞神經(jīng)性疾患的公害病，稱為水俁病。這是世界種中樞神經(jīng)性疾患的公害病，稱為水俁病。這是世界歷史上首次出現(xiàn)的重金屬污染重大事件。歷史上首次出現(xiàn)的重金屬污染重大事件。11日本水俁病日本水俁病12日本水俁病日本水俁病13OHHCoB123+CoB12+FADH2FAD + 2HCH3CoB123+THFA-CH3Hg2+CH3HgCH3和CH3Hg+厭氧條件下，主厭氧條件下，主要轉(zhuǎn)化為二甲基要轉(zhuǎn)化

7、為二甲基汞。好氧條件下，汞。好氧條件下，主要轉(zhuǎn)化為一甲主要轉(zhuǎn)化為一甲基汞基汞。輔酶輔酶甲基四氫葉酸甲基四氫葉酸(THFA-CH3)將正離將正離子子CH3+轉(zhuǎn)移給鈷，并轉(zhuǎn)移給鈷，并從鈷上取得二個電子，從鈷上取得二個電子，以以CH3-與鈷結(jié)合，完與鈷結(jié)合，完成了甲基鈷氨素的再成了甲基鈷氨素的再生生H2OCoB12被輔被輔酶酶FADH2還原，還原，鈷由三價降為鈷由三價降為一價一價甲基鈷氨素是金屬甲基化甲基基團甲基鈷氨素是金屬甲基化甲基基團的重要生物來源。的重要生物來源。CH3CoB12 + Hg2+ + H2O H2OCoB12 CH3Hg+ 14在在H2S存在下，一甲基汞容易轉(zhuǎn)化為二甲基汞：存在下

8、，一甲基汞容易轉(zhuǎn)化為二甲基汞：2CH3HgCl + H2S (CH3Hg)2S + 2HCl(CH3Hg)2S (CH3)2Hg HgS 易揮發(fā)、易揮發(fā)、光解光解一甲基汞可形成氯化甲基汞或氫氧化甲基汞：一甲基汞可形成氯化甲基汞或氫氧化甲基汞：CH3Hg+ + Cl- CH3HgClCH3HgCl + H2O CH3HgOH + Cl- + H+ pH8，Cl- 脂肪族烯烴脂肪族烯烴脂肪族芳烴脂肪族芳烴芳芳香烴香烴帶弱親水基團的烴基。帶弱親水基團的烴基。 疏水基中帶弱親水基的表面活性劑，起泡能力弱。疏水基中帶弱親水基的表面活性劑，起泡能力弱。49表面活性劑的來源、遷移與轉(zhuǎn)化表面活性劑的來源、遷移

9、與轉(zhuǎn)化 表面活性劑具有顯著改變表面性質(zhì)的能力，而表面活性劑具有顯著改變表面性質(zhì)的能力，而被廣泛用于各行各業(yè)，它主要以各種廢水進入水體，被廣泛用于各行各業(yè)，它主要以各種廢水進入水體，是造成水污染的最普遍最大量的污染物之一。是造成水污染的最普遍最大量的污染物之一。 表面活性劑可長期分散于水中，而隨水流遷移。表面活性劑可長期分散于水中，而隨水流遷移。只有當它與水體懸浮物結(jié)合凝聚時才沉人水底。只有當它與水體懸浮物結(jié)合凝聚時才沉人水底。50 表面活性劑的降解（微生物降解）表面活性劑的降解（微生物降解）表面活性劑的結(jié)構(gòu)對生物降解的影響表面活性劑的結(jié)構(gòu)對生物降解的影響 陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑 疏水

10、基結(jié)構(gòu)不同的烷基苯磺酸鈉降解順序：疏水基結(jié)構(gòu)不同的烷基苯磺酸鈉降解順序： .直鏈烷烴直鏈烷烴端基有支鏈取代的端基有支鏈取代的三甲基的三甲基的 .對于直鏈烷基苯磺酸鈉對于直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)，鏈長為，鏈長為C6-C12烷基鏈長的比烷基鏈短的降解速度快。烷基鏈長的比烷基鏈短的降解速度快。 .苯基在未端，磺酸基位置在對位的降解速度快。苯基在未端，磺酸基位置在對位的降解速度快。51非離子表面活性劑：非離子表面活性劑： 生物降解試驗表明生物降解試驗表明：直鏈伯、仲醇乙氧基化合物：直鏈伯、仲醇乙氧基化合物在活性污泥中的微生物作用下能有效地進行代謝。在活性污泥中的微生物作用下能有效地進行代謝。陽離子和

11、兩性表面活性劑：陽離子和兩性表面活性劑： 由于陽離子表面活性劑具有殺菌能力，所以在研由于陽離子表面活性劑具有殺菌能力，所以在研究這類表面活性劑的微生物降解時必須注意負荷量和究這類表面活性劑的微生物降解時必須注意負荷量和微生物的馴化。微生物的馴化。52表面活性劑的生物降解機理表面活性劑的生物降解機理甲基氧化（甲基氧化（氧化）氧化）： 疏水基團未端的甲基氧化為羧基的過程：疏水基團未端的甲基氧化為羧基的過程： RCH3 RCH2OH R-CHO R-COOH 氧化氧化： 分子中的羧酸在分子中的羧酸在HSCoA作用下被氧化，使未作用下被氧化，使未端第二個碳鍵斷裂的過程：端第二個碳鍵斷裂的過程：5354

12、芳香族化合物的氧化芳香族化合物的氧化： 一般是苯酚、水楊酸等化合物的開環(huán)反應(yīng)。其機一般是苯酚、水楊酸等化合物的開環(huán)反應(yīng)。其機理可以認為是首先生成兒茶酚，然后在兩個羥基中開理可以認為是首先生成兒茶酚，然后在兩個羥基中開裂，經(jīng)過二羧酸，最后降解消失：裂，經(jīng)過二羧酸，最后降解消失：COOHO2OHOHO2CC OHOOHOH2CHCH2CCH2CC OHOOOH2CCH2CCH2CC OHOOOOH55脫磺化過程脫磺化過程： 帶磺酸基的表面活性劑，都可在烷基鏈氧化過帶磺酸基的表面活性劑，都可在烷基鏈氧化過程中伴隨著脫磺酸基的反應(yīng)：程中伴隨著脫磺酸基的反應(yīng)：SO3NaC-C-CC-C-C氧化,氧化-S

13、O3NaCOOH或CH2-COOH56表面活性劑對環(huán)境的污染與效應(yīng)表面活性劑對環(huán)境的污染與效應(yīng)洗滌劑濃度在洗滌劑濃度在0.7-1mg/L時就可能出現(xiàn)持久性泡沫。時就可能出現(xiàn)持久性泡沫。洗滌劑中含有大量的聚磷酸鹽作為增凈劑，是造成洗滌劑中含有大量的聚磷酸鹽作為增凈劑，是造成水體富營養(yǎng)化的重要原因。水體富營養(yǎng)化的重要原因。表面活性劑可以促進水體中石油和多氯聯(lián)苯等不溶表面活性劑可以促進水體中石油和多氯聯(lián)苯等不溶性有機物的乳化、分散，增加廢水處理的困難。性有機物的乳化、分散，增加廢水處理的困難。由于陽離子表面活性劑具有一定的殺菌能力，在濃由于陽離子表面活性劑具有一定的殺菌能力，在濃度高時，可能破壞水體微生物的群落。度高時，可能破壞水體微生物的群落。對人和動物有毒性。對