环境化学第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应复习知识点
典型污染物在环境各圈层中的迁移转化
目录
CONTENTS
• 引言 • 大气圈层中的迁移转化 • 水圈层中的迁移转化 • 土壤圈层中的迁移转化 • 生物圈层中的迁移转化 • 污染物迁移转化的影响因素
01
CHAPTER
引言
污染物的定义与分类
定义
污染物是指进入环境后导致环境质量 恶化的物质。
分类
根据污染物的性质和来源，可以分为 无机污染物、有机污染物、放射性污 染物等。
城市生活
城市生活垃圾、污水等处理不当，也会对生物圈造成污染。
生物圈中污染物的迁移
01
空气传播
水体传播
02
03
土壤传播
一些气体和颗粒物可以通过空气 传播，从污染源扩散到其他地区， 影响生物圈的各个角落。
废水、雨水等可以通过河流、湖 泊等水体传播，将污染物带到更 远的地方。
土壤中的污染物可以通过雨水淋 溶、植物吸收等方式传播到其他 地区。
生物转化
污染物在微生物的作用下进行分解、代谢等生物 化学反应，转化为无害或低毒性的物质。
光解转化
某些污染物在光照条件下进行光化学反应，分解 为无害物质。
04
CHAPTER
土壤圈层中的迁移转化
土壤中污染物的来源
工业排放
工业生产过程中产生的废气、 废水和固体废弃物，通过排放
或泄漏进入土壤。
农业活动
农药、化肥和农用塑料薄膜等 农业投入品的不合理使用，导 致化学物质残留和污染。
污染物迁移转化的重要性
01
02
03
环境保护
了解污染物的迁移转化有 助于采取有效措施控制污 染，保护环境质量。
生态平衡
污染物的迁移转化可能对 生态系统产生影响，了解 其规律有助于维护生态平 衡。
最新典型污染物在环境各圈层中的转归与效应课件ppt
2．多氯联苯(PCBs)
(1)多氯联苯的结构与性质 • PCBs是一组由二个以上氯原子取代联苯分子中氢原
子而形成的氯代芳烃,共有209个异构体。
3
4
持久性有机污染物斯德哥尔摩公约 2004年11月11日起对我国生效
• POPs公约于2001年5月22日在瑞典斯德哥尔摩通 过，至今已有151个国家签署、83个国家批准。
• 通过这一过程实现了PCBs从大气向水体或土壤的转移。 • 气态和吸附态的PCBs都可以通过干、湿沉降过程或雨
水淋洗到达地球表面。
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② PCBs在土壤中的迁移
❖土壤中PCBs的来源
– 主要来源于颗粒沉降; – 有少量来源于污泥作肥料,填埋场的渗漏以及在农药配
方中使用的PCBs等。 – 土壤中的PCBs含量一般比上面的空气中含量高出１０
停产，到80年代初国内基本已停止生产PCBs，估计历年 累计产量近万吨。
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(2) PCBs的来源与分布
②分布
❖PCBs在环境样品中广泛分布。 ❖PCBs由于挥发性低的，辛醇/水分配系数高, 在大
气和水中含量较低。
–大气中小于10ng/L, 水中小于2ng/L 。
❖PCBs易被颗粒物所吸附，在废水流入河口附近的沉 积物中，PCBs含量可高达2000－5000μg/kg。
• 其余的大部分则通过下列途径进入环境
– 随工业废水进入河流和沿岸水体； – 从密封系统渗漏或在垃圾场堆放； –在使用和处理（焚化含PCBs的物质）过程中，
通过挥发进入大气，然后经干、湿沉降转入湖 泊和海洋。
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(3) PCBs在环境中的迁移与转化
①概况 ❖水体的PCBs极易被颗粒物所吸附，成为沉积物。 ❖近年来PCBs的使用量大大减少，但沉积物中的
环境化学：第六章 典型污染物 2
联苯
Clm
Cln
多氯联苯
PCBs 全部结构有210个，目前已鉴定102个。
（2）来源与分布
多氯联苯 (Polychlorinated biphenyl, PCB):
来源：化学稳定性和热稳定性好、变压 器、电容器的冷却剂、绝缘材料、耐腐蚀涂 料等。
分布：极难溶于水，易溶于有机溶剂和 脂肪，具有高的辛醇/水分配系数；
生物合成 火山活动
多环芳烃
碳氢化合物 高温热解
大气
呼吸
土壤
水
人体
植物
食入
食物
动物
3、多环芳烃在环境中的迁移、转化
4、 PAHs的结构与致癌性 （1）K区理论： （2）湾区理论： （3）双区理论：
5、防止苯并[a]芘污染的措施 （1）加强环境治理。 （2）改变生成方式。 （3）改进烹调和加工方法。 （4）改变饮食习惯。
生物积累性
BCF > 5000, 或 logKow > 5 有令人关注的其他证据
远距离环境迁移的潜在能力 T1/2 (in air) > 2 days 毒性
POPs的特点：
1、蓄积性 2、收放性 3、半挥发性 4、对的健康和生态的影响
•为何北极熊体内也会有POPs ?
1.全球蒸馏效应(Global Distillation或 Fractionation) 2.蚱蜢跳效应(Grasshopper Effect)
2,3-苯并芴
芘*
荧蒽*
*
丁省
苯并[a]蒽*
并五苯
二萘嵌苯
三苯撑
蔻
3,4-苯并芘
9-苯基蒽 7,12-二甲基苯并[a]蒽 苯并[k]荧蒽* 苯并[b]荧蒽*
环境化学第六章
1 重金属元素
重金属元素（Heavy Metals）
• 一、汞 Mercury
• 二、镉 Cadmium
• 三、铬 Chromium
• 四、砷 Arsenic
1 重金属元素
一、汞的来源
环境中汞的来源、分布与迁移
• 汞在自然界中的浓度不大，但分布很广。主要开采应用后 绝大部分以三废形式进入环境。
（Ⅲ）形态存在。
1 重金属元素
砷的pE-pH图
1 重金属元素
砷在土壤中的存在形态： 主要以铁、铝水合氧化物胶体结合的形态存在，水溶态含
量极少（5－10％）。 被带正电荷的土壤胶体吸附；与Fe3+、Al3+、Ca2+生成难溶
化合物而吸附。
砷的转化: 土壤Eh降低，pH升高，有利于砷的溶解 砷的生物甲基化反应和生物还原反应是其转化的重要途径
• Fe 2+、硫化物和其他还原性物 质还原为Cr(Ⅲ)。在天然水体 环境中经常发生三价铬和六价 铬之间的这种相互转化。
1 重金属元素
三、铬Chromium
3. 毒性效应
与前面几种金属不同的是，三价铬是人体必需的微量元 素。它参与正常的糖代谢和胆固醇代谢的过程，促进胰 岛素的功能，人体缺铬会导致血糖升高，产生糖尿，还 会引起动脉粥样硬化症。但六价铬又对人体有严重的毒 害作用，吸入可引起急性支气管炎和哮喘；入口则可刺 激和腐蚀消化道，引起恶心、呕吐、胃烧灼痛、腹泻、 便血、肾脏损害，严重时会导致休克昏迷。另外，长时 间地与高浓度六价铬接触，还会损害皮肤，引起皮炎和 湿疹，甚至产生溃疡(称为铬疮)。六价铬对黏膜的刺激和 伤害也很严重，空气中质量浓度为0.15～0.3 mg/m3时可 导致鼻中铬穿孔。六价铬的致癌作用也已被确认。另外， 三价铬的摄入也不应过量，否则同样会对人体产生有害 作用。
多环芳烃(PAH)
联苯
联三苯
稠环型：两个碳原 子为两个苯环共有
如：萘、蒽
萘
蒽
一、多环芳烃的结构与性质
一、多环芳烃的结构与性质
1.分类 多环芳烃的基本单位虽然是苯环，但其化学性质与
苯环并不完全相同。按其性质可分为下列3种： （1）具有稠合多苯结构的化合 物
如三亚苯，二苯并[e,i]芘、四苯 并[a,c,h,j]蒽等，他们都具有与苯相 似的化学性质。这说明π电子在这 些多环芳烃中的分布是与苯类似的 。而苝的性质又与萘相似。
四、多环芳烃的结构与致癌性
1、PAH分子具有致癌性的必要和充分条件是在其分子中存在着两个亲 电活性区域，并把PAH分子分为M区、L区、K区和角环、次角环，如图：
图中M区为首先发生代谢活化的区
域（代谢活化区），E区为发生亲电反 应的理论位置（亲电活化区），L区为
次角环
脱毒区，K区为双重性区域，某些情况
1、PAH分子中存在“湾区”是其具有致癌性的主要原因。 2、在湾区的角环“B区”容易生成环氧化物， 它能自发地转变成“湾区碳正离子”。 3、“湾区碳正离子”是PAH的“最终致癌形 式”，其稳定性可以用微绕分子轨道（PMO）法 计算其离域能的大小来定量估计。离域能越大，碳 正离子越稳定，其致癌性越强
四、多环芳烃的结构与致癌性
戴乾圜，环境化学家和有机化学家，毕业于北京大学化学系。
1957年发明了氯霉素新合成法，但这一成果因为发明人被不公正地指责为 走“白专道路”而淹没无闻。1968年该法被意大利卡洛·埃巴公司用于大规 模生产，直到70年代，中国一个考察团到国外考察氯霉素生产，才得知意大 利非常先进的氯霉素生产工艺竟是中国人发明的。
四、多环芳烃的结构与致癌性
前面介绍了多环芳烃的致癌性，因其具有亲脂性，而且在环境中广泛存在 ，所以其对人体的健康影响不容忽视。所以研究其分子结构与其致癌性之间 的关系显得极为重要。
环境化学第六章资料
水生生物富集烷基汞比富集非烷基汞的能力大很 多。一般鱼类对氯化甲基汞的浓缩系数是3000，甲壳 类则为100—l00000。在日本水俣湾的鱼肉中，汞的含 量可达8.7—2.1μg/g。
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环境化学第六章
➢ 迁移转化
与其他金属相比，汞的重要特点是 能以零价的形式存在于大气、土壤和天 然水中，这是因为汞具有很高的电离势， 故转化为离子的倾向小于其他金属。
一般有机汞的挥发性大于无机汞， 有机汞中又以甲基汞和苯基汞的挥发性 最大。无机汞中以碘化汞挥发性最大， 硫化汞最小。气相汞的最后归趋是进入 土壤和海 底沉积层。
根据对日本水俣病的研究，中毒者发病时发汞含 量为200一1000μg/g，最低值为50μg/g；血汞为0.2— 2.0μg/m1；红细胞中为0.4μg/g。因此，可以把发汞 50μg/g、血汞0.2μg/m1、红细胞中汞0.4μg/g看成是对甲 基汞最敏感的人中毒的阈值。
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环境化学第六章
汞在环境中的 迁移、转化与 环境（特别是 水环境）的电 位和pH值有关。 从图可以看出， 液态汞和某些 无机汞化合物， 在较宽的pH和 电位条件下， 是稳定的。
各种形态汞在水中稳定范围
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环境化学第六章
2、汞的甲基化
在天然环境中某些无机形态的金属元素能转化为有机金属化 合物，主要过程为环境甲基化，又叫生物甲基化。
第六章 典型污染物 在环境各圈层 中的转归与效应
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环境化学第六章
典型污染物在环境各圈层中的转归及效应50页PPT
END
典型污染物在环境各圈层中的转归及
效应
21、没有人 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
典型污染物在环境各圈层中的迁移转化-PPT
环境污染领域中重金属元素一般是指对生 物有显著毒性的元素。如Hg、Cd、Pb、 Cr、Zn、Cu、Co、Ni、Sn、Ba、Ti
As、Be、Li、Se、B、Al 问题：水俣病、骨痛病分别是由什么引起 的？
重金属的污染特点
(Pollution Characteristic)：
1、形态多变； （有机态与无机态、不同 价态、溶解态、沉淀…… 2、金属有机态的毒性大于金属无机态； 3、价态不同毒性不同； 4、金属羰基化合物常常剧毒； 5、迁移转化形式多；
～40mg/kg (污染土壤可达550mg/kg) 海水0.001 ～0.008mg/kg 淡水：
人为源
农药：
砷酸铅、乙酰亚砷酸铜、亚砷酸钠、砷酸钙和 有机砷酸盐；甲胂酸、二次甲胂酸
砷的开采与冶炼： 矿山废水、工厂废水
化石燃料燃烧：
2、砷在环境中的迁移与转化
砷的存在形态：
五价砷：砷酸与砷酸盐 H3AsO4 H2AsO4— HAsO42—AsO43— 三价砷：亚砷酸及其盐 H3AsO3 H2AsO3— HAsO32— AsO33—
CH3HgCl为主。
烷基汞中，甲基汞、乙基汞、丙基汞为水 俣病的致病性物质。它们的主要存在形态 为氯化物，其次是溴化物、碘化物 ；四 个碳以上的烷基汞没有发现具在致病性。 厌氧和好氧条件下都可以产生甲基汞，但 在厌氧条件下，甲基汞进一步转化为二甲 基汞。 问题2、CH3HgCl与Hg(CH3)2比较哪个水 溶性强，哪个挥发性强，哪个更容易被生 物吸收？
2e 2e 2e
CH 3
CH 3 2 As(OH ) CH 3 3 AsO
CH 3
CH 3 3 As
3、砷的毒性与生物效应 三价无机砷毒性高于五价砷、溶解砷比不 溶性砷毒性高、能是因为前者较易吸收。 可 据报道，摄入As2O3剂量为70~180 mg时， 可使人 致死。 无机砷可抑制酶的活性，三价无机砷还可 与蛋白质的巯基反应。三价砷对 线粒体呼 吸作用有明显的抑制作用，已经证明，亚 砷酸盐可减弱线粒体氧化磷酸 化反应，或 使之不能偶联。
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第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
1.PHA在紫外光照射下很容易光解和氧化。也可以被微生物降解。
2.气相汞的最后归趋是进入土壤和海底沉积物。
3.无机砷可以抑制酶的活性，三价无机砷可以与蛋白质的巯基反应。
4.含氢卤代烃与HO.自由基的反应是它们在对流层中消除的主要途径。
5.Hg的生物甲基化途径是：辅酶甲基钴胺素把甲级负离子传递给Hg2+（CH3Hg+），本身变
为水合钴胺素，后者再经过还原失水变为五配位一价钴胺素，最后，辅酶甲基四叶氢酸将甲
基正离子转于五配位谷氨酸，完成甲基谷氨酸的再生，使Hg的甲基化继续进行。
6.下列砷化物中，无毒性的是（CH3）3AsCH2COO-。
7.下列PCBs中，最不易被生物降解的是六氯联苯。
8.表面活性剂含有很强的吸附作用，容易使不溶于水的物质分散于水体，而长期随水流迁移。
9.能对人类、畜禽、鱼类或其他生物体显示体内毒性的那些环境污染物叫做环境毒物。
10.急性毒作用一般以半数有效剂量(ED50）或半数有效浓度（EC50）表示，即毒物引起一群
受试生物的半数产生同一毒作用所需要的毒物的剂量或浓度。
11.半致死量（浓度）：指经口喂食受试动物, 当喂量不大于50 mg/kg (体重), 而食后48小时
内有半数死亡时,则该试物为毒物。
12.存在于水体中的环境毒物:重金属、有机农药、多氯联苯、增塑剂、表面活性剂、酚、醛、
放射性元素等。
13.存在于土壤中: 重金属、有机农药、表面活性剂、化肥等其他有机污染物。
14.物理性环境毒物：存在于环境中的放射性核素和电磁波的致电离辐射, 也称物理毒性因。
15.某一毒物在有机体某个部位蓄积的能力或是有机体的代谢转化以至排出体外的能力，可
用生物半衰期来衡量。
16.有毒重金属：非人体必需又有害的重金属元素和化合物，在人体中只有少量存在但对正
常代谢作用产生灾难性的影响
17.在低汞污染水平下．当pH＜7时，主要产生甲基汞；在高汞污染水平下，当pH≥7时，
主要产生二甲基汞
18.影响汞甲基化的环境因素：氧气条件、pH值、硫化物的存在、汞的甲基化过程还与污泥
里微生物数量、营养物质多少及温度等都有关系。
19.有机蒸汽毒物 ：烃类：甲烷、乙烯、丁烷、丁二烯、二氯乙烷 ；醛酮类：甲醛、丙酮
芳烃：甲苯、乙苯、对氯二苯（防虫剂）;其他： 卤代烃、醇、酸、过氧乙酰基硝酸酯（PAN）。
20.苯系物（苯、甲苯、二甲苯）
21.有机卤代物：一氯甲烷（CH3Cl）、氟里昂四氯化碳（CCl4）、多氯联苯（PCBs）、多环芳
烃(PAH)、表面活性剂、持久性有机污染物(POPs)。
22.“三致”性毒物：致癌性、致畸性、致癌性
23.几种主要的环境激素类污染物：二噁英、双酚A （2,2-双对羟苯基丙烷）、滴滴涕、滴滴
滴和滴滴伊（有机氯农药）、甲氧DDT、反式氯丹、顺式氯丹
24、甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要生物来源。汞及其化合物特别容易挥发。
有机汞>无机汞。有机汞中甲基汞、苯基汞挥发性最大；无机汞中碘化汞挥发性最大、硫化
汞挥发性最小。只有甲基汞、乙基汞和丙基汞为水俣病的致病性物质。4个以上的烷基并不
是水俣病的致病物质。汞的甲基化即可在厌氧条件下发生，也可在好氧条件下发生。在厌氧
条件下。主要转化为二甲基汞。
25、三价无机砷毒性高于五价无机砷。水体中砷的存在形态：H2AsO4-、HAsO42-、H3AsO
3
和H2AsO3-。表层水体，溶解氧浓度高，pE值高。pH 4~9，砷主要以H2AsO4-、HAsO42-存
在（v）pH>12.5，砷主要以AsO43-存在。在pE<0.2，pH>4的水环境中，主要以H3AsO3和
H2AsO3-存在。
A. 土壤中As大部分与土壤胶体相结合，呈吸附状态，且吸附牢固，呈现为AsO43-、AsO
3
3-
阴离子。
B. 水溶性As易与土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等离子生成难溶性砷化物(与PO43-相似)。
土壤的氧化还原电位（Eh）和pH值对土壤中砷的溶解度有很大的影响。
土壤Eh降低，pH升高，砷的溶解度增大。 因为AsO43－逐渐被还原为AsO33－，同时pH值
升高，土壤胶体所带的正电荷减少，对砷的吸附能力下降。浸水土壤中可溶态砷含量比旱地
土壤中的高。浸水土壤中生长的作物的砷含量也较高。
26、持久性有机污染物是一系列在环境中长期残留和长距离迁移，具有脂溶性和生物蓄积性，
对人类和野生动植物有高毒的含碳化合物。 显著特性：持久性 /长期残留性、生物蓄积性、
半挥发性、高毒性、长距离迁移性。
27、多氯联苯PCBs转化途径主要是光化学分解和生物降解。联苯的氯代程度越高越难于生
物降解。表面活性剂是分子中同时存在亲水性和疏水性基团的物质，它能显著地改变液体表
面张力两相界面间张力，具有良好的乳化、破乳、分散、增溶等作用。
28、表面活性剂的分类：阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂。