水中有机污染物的迁移转化
水体内污染物的迁移与转化
水体内污染物的迁移与转化随着人类经济社会的发展，大量的污染物排放到水体中，其中包括无机物和有机物等，这些污染物不仅对水体本身的生态环境造成了极大的破坏，而且还会对人类的健康产生巨大的威胁。
因此，进行水体内污染物的迁移与转化的研究具有非常重要的现实意义。
一、水体内污染物的迁移机制1. 全球水循环过程中的污染物迁移全球水循环是地球大气圈、水圈和陆地生物圈等部分组成的整体系统，在这个系统中，污染物会通过全球水循环向各地的水体中传输。
例如，空气中的污染物（如氧化氮与二氧化硫）在大气中形成酸雨，然后通过雨水向地面水体中传输，进而加剧了水体中的酸性。
2. 水体内不同环境的污染物迁移水体内污染物的迁移机制是多种多样的，因为水环境中的温度、水流速度、离子环境、生物区系等环境因素均会对污染物的迁移方式产生影响。
在静水环境中，污染物多集中分布于底部或者水面附近，而在水流速度较快的河流或者海域中，污染物则随着水流向下游或者海底迁移。
此外，污染物的溶解度、分子质量、分子形式等也会对污染物的迁移方式产生一定的影响。
二、水体内污染物的转化机制1. 水体内生物作用的污染物转化生物是水体内最重要的组成部分之一，因为水体中存在着大量的细菌、藻类、浮游生物等微生物群体，它们可以通过吃掉周围的有机物而将污染物降解为水体生态环境所必需的无害物质，从而起到了水体净化的作用。
例如，强氧化剂过氧化氢可以被水体内的微生物降解为H2O和O2，香料中的L-薄荷烯等芳香类污染物可以被水体内的藻类通过吸收转化为二氧化碳和水，并且藻类中的一些细胞壁也含有丰富的吸附有机物的活性部位，可以吸附水体中的污染物，起到净化作用。
因此，生物作用是水体内污染物转化中最为重要的一个机制。
2. 环境氧化还原的污染物转化环境氧化还原反应是一类水体内污染物转化的重要机制，它通常是指一类化学反应，其中电子在不同的物质之间转移。
在氧气存在的环境下，某些化合物可以发生氧化反应，例如铁离子可以被氧化为铁离子，从而引发一系列反应，最终使得化学反应达到自我平衡。
污染物的环境迁移和转化机制
污染物的环境迁移和转化机制随着现代工业化和城市化的快速发展，环境污染已经成为了我们面临的一个严峻问题。
产生污染物的源头往往是工业、农业、交通等各个方面，而这些污染物在环境中的迁移和转化机制则是我们需要探讨的一个重要话题。
在本文中，我们将从三个方面进行讨论：污染物在大气、土壤和水中的迁移和转化机制。
一、大气中的污染物迁移和转化机制大气污染是全球环境面临的一个共同挑战，其中主要污染物包括二氧化硫、氮氧化物、臭氧、颗粒物等。
这些污染物在大气中的迁移和转化机制主要有以下几方面。
1、物理迁移大气中的污染物往往通过物理迁移的方式，随着气流的传输而在大气中传播。
例如，风起时，二氧化硫、氮氧化物等污染物就会随着气流的传递而向周围传播，范围可以达到数十公里。
2、化学转化大气中的污染物也可以通过化学反应进行转化，这种化学反应可以是自催化反应，也可以是光催化反应。
例如，在光照下，氮氧化物会与挥发性有机物发生反应，生成臭氧等氧气化合物，这就是光化学反应。
3、降雨和沉积大气中的污染物在接近地面时，会被降雨和沉积作用所固定，从而减少它们对环境的影响。
在雨水中，大气中的污染物会形成酸雨，对土壤和水体的污染作用加剧。
二、土壤中的污染物迁移和转化机制土壤是生态系统的一个重要组成部分，土壤中的污染物对环境造成的威胁是不可忽视的。
在土壤中，污染物的迁移和转化机制主要有以下几方面。
1、扩散和渗透土壤中的污染物可以通过扩散和渗透的方式进行迁移，这种方式和大气中的物理迁移类似。
污染物在土壤中的扩散和渗透受到土壤质量和结构的影响，不同的土壤类型对污染物的扩散和渗透具有不同的影响。
2、吸附和解析物质在土壤中的吸附和解析的过程是污染物在土壤中的转化机制之一。
污染物在与土壤颗粒接触时，会被吸附在颗粒表面。
根据不同的污染物和土壤类型，吸附的程度和效果有所不同。
3、微生物降解微生物降解是土壤中污染物的重要转化机制之一。
有些污染物可以被土壤中的细菌和真菌等微生物进行降解，这样就可以减少其对环境的影响。
污染物在水体中的迁移转化方式
污染物在水体中的迁移转化方式主要有以下三种途径：
(1)氧化-还原作用。
天然水体中有许多无机和有机氧化剂和还原剂，如溶解氧、Fe3+、Mn4+、Fe2+、S2-及有机化合物等，这些物质对污染物的转化起重要作用。
如环境中重金属在一定氧化-还原条件下，容易发生价态变化，结果是其化学性质改变，迁移能力也会发生改变。
水体中的氧化-还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要溶质和污染物的性质。
如在一个厌氧湖泊中，湖下层的元素以还原态存在：碳还原成CH4，氮还原成[*]等，而表层水由于可被大气中氧补充，成为氧化性介质，达到热力学平衡时，碳成为CO2，氮成为[*]。
显然这种变化对水生生物和水质影响很大。
(2)络合作用。
天然水体中有许多无机配位体，如OH-、Cl-[*]、[*]和有机配位体如氨基酸、腐殖酸，以及洗涤剂、农药、大分子环状化合物等，它们可以与水中的污染物，特别是重金属发生络合反应，改变其性质和存在状态，影响污染物在水体中发生、迁移、反应和生物效应。
(3)生物降解作用。
水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微生物，可以使一些污染物发生转化，如把无机汞转变为有机汞。
环境化学水环境化学第三节讲解
例：某有机分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体中， 若悬浮物种85%为细颗粒，有机碳含量为5%，其余 粗颗粒有机碳含量为1%，已知该有机物在水中溶解 度为0.05mg/L，那么其分配系数（Kp）如何计算？
lgKow=5.00-0.670×lg(0.05×103/192 ) Kow=2.46×105 由公式Koc=0.63Kow Koc=0.63×2.46×105=1.55×105 由公式Kp= Koc[ 0.2(1-f) Xocs + f Xocf ] Kp =1.55×105 [ 0.2(1-0.85) ×0.01 + 0.85×0.05 ] Kp =6.63×103
解；烷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ芳基磺酸盐LAS，含磷，泡沫减少，可生物降解) 有机农药（有机氯农药DDT、六六六等毒性大，难分解，
禁用，有机磷农药含杀虫剂与除草剂，毒性大，难降解）
取代苯类化合物(苯环上的氢被硝基、胺基取代后生成的芳 香族卤化物，主要来自染料、炸药、电器、塑料、制药、 合成橡胶等工业)。
六、水体的污染小结
四、光解作用
光解作用是有机污染物真正的分解过程，因为它不可逆 的改变了反应分子，强烈的影响水环境中某些污染物 的归趋。
光解过程可分为三类： 1、直接光解：化合物本身直接吸收了光能而进行分解反
应。
2、敏化光解：水体中存在的天然物质被阳光激发后，又 将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解反应。
3、氧化反应：天然物质被辐照而产生自由基获纯态氧等 中间体，这些中间体又与化合物作用而生成转化的产 物。
许多有机毒物可以像天然有机化合物那样作为 微生物的生长基质。只要用这些有毒物质作为 微生物培养的唯一碳源便可鉴定是否属于生长 代谢。在这种代谢过程中微生物对这些有毒物 质可以进行较彻底的降解或矿化，因而是解毒 生长基质。
第三章水环境化学
TDS=[K++Na++Ca2++Mg2+]+[HCO3-+NO3-+Cl-+SO42-
2、天然水的性质
(Characteristic of Natural Waters) （1）碳酸平衡(Balance of H2CO3) 水体中存在四种化合态：
CO2、CO32-、HCO3-、H2CO3
第三章 水环境化学
(Water Environmental Chemistry)
本章重点
1、无机污染物在水体中进行沉淀-溶解、氧化-还原、 配合作用、吸附-解吸、絮凝-沉淀的基本原理;
2、计算水体中金属存在形态;
3、pE计算;
4、有机污染物在水体中的迁移转化过程和分配系数、 挥发速率、水解速率、光解速率和生物降解速率的 计算方法。
农药
有机氯 有机磷
多氯联苯 (PCBS) 卤代脂肪烃 醚
单环芳香族化合物 苯酚类和甲酚类 酞酸酯类 多环芳烃（PAH) 亚硝胺和其他化合物
2、金属污染物 (Metal Pollutant)
Cd、 Hg、 Pb、 As、 Cr、 Cu、 Zn、 Tl、 Ni、 Be
第二节 水中无机污染物的迁移转化
强酸 弱酸 强酸弱碱盐
总酸度= [H+]+ [ HCO3-] +2[H2CO3*] - [ OH-] CO2酸度= [H+]+ [H2CO3*] - [CO32-] - [ OH-] 无机酸度= [H+]- [ HCO3-]-2 [CO32-] - [ OH-]
二、水中污染物的分布及存在形态
1、有机污染物 (Organic Pollutant)
水中有机污染物的迁移转化(ppt46张)
生长代谢过程中的转化速率方程--Mond模型
Monod方程用来描述当化合物作为唯一碳源时的降解速率
E(酶)+S(底物)
ES
E+P(产物)
dB dc B c 1 1K s 1 R Y max dt dt K c R B c s max max
半衰期与有机物属性、温度、 pH有关，与有机物 初始浓度无关．
水解速率与pH的关系
Mabey等把水解速率归纳为
◎酸性催化过程 ◎碱性催化过程 ◎中性催化过程
水解速率为三个催化过反应速度的和：
d[RX] K [RX] h dt K K [H ] K K [OH ] K [H ] K K K /[H ] h A N B A N BW
①分配作用
②吸附作用
土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用
2. 标化分配系数
有机物在沉积物与水之间的分配
Kp cs cw cT cscp cw cw( 1Kpcp) cw cT ( 1Kpcp)
Kp —分配系数（与沉积物中有机质浓度有关） cT —总有机物浓度(μg/L) cs —沉积物中有机物浓度(μg/kg) cw —溶解在溶液中的有机物浓度(μg/L) cp —沉积物浓度(kg/L)
KA、KB、KN的计算
在lg Kh—pH图中，三个交点相对应于三个pH值
IAN－酸性催化与中性催化直线的交点的pH值 IAB－酸性催化与碱性催化直线的交点的pH值 INB－中性催化与碱性催化直线的交点的pH值
有机物在水中迁移转化规律
有机物在水中迁移转化规律
有机物迁移转化
(1)需氧污染物.在水中需要消耗大量的水溶氧进行微生物
分解的污染物称为需氧污染物,它们进入水体后即发生生物化学分解作用,由污染物有机成分中的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等分解为简单的二氧化碳和水及其它无机物质.
(2)难降解有机物污染物.这是指难以被生物分解的有机物
质.如有机氯农药、多氯联苯、芳香氨基化合物、高分子合成聚合物(塑料、合成橡胶、人造纤维)、染料等有机物质,它们在
环境中难以被生物降解,污染危害时间长.例如有机氯农药喷撒作物后只有一小部分落在作物枝叶上,其余大部分散落在土壤表面或进入大气；而进入大气后又可以随降雨或尘埃降落到地面后再进入水体.。
水环境污染物的迁移转化规律
水环境污染物的迁移转化规律
水环境污染物的迁移转化是一个重要的环境问题，也是当前地球环境污染防治的一个议题。
水环境污染物的迁移转化规律是指，污染物在水中的运动、转化和转移规律，它经历了在
水中的溶解、沉降和扩散三种过程，也就是物理-化学-生物三位一体联合作用过程。
污染物在水环境中的转化是一个复杂的过程，包括物理转化、化学转化和生物转化三种过程。
物理转化是指水的流动和搅动能使污染物聚集；化学转化指的是污染物在水环境中由
于水的化学反应逸散和降解转化；生物转化是指污染物在水环境中被有机降解的过程，靠
微生物的发酵、氧化抑制等作用达到处理效果。
此外，水环境污染物的迁移转化还受到很多其他因素的影响，比如水质、温度、pH值、
向性、气泡等，这些因素可以影响污染物的迁移速率、转化效率以及最终消解率。
综上所述，水环境污染物的迁移转化是一个复杂的过程，要正确预测和分析污染物的迁移、转化和消解情况，需要大量实际调查资料和实验数据，结合理论模拟和理论计算，以便更准确地评估水环境污染物的迁移转化过程，有效地实施环境保护。
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五 . 光解作用
六 . 生物降解作用
水环境中化合物的生物降解依赖于微生物通过酶催化反应分 解有机物。
一些有机物，不能作 为微生物的唯一碳源 和能源，必须由另外 的化合物提供。
六 . 生物降解作用
二 者 区 别
谢谢观赏
有机毒物与水的反应是X-基团与OH-基团交换的过 程：
X—烷基卤、酰胺、胺、氨基甲酸脂、羧酸脂、环氧 化物、腈、磷酸脂、 磺酸脂、硫酸脂等。
四 . 水解作用
几类有机物可能的水解反应产物：
四 . 水解作用
四 . 水解作用
四 . 水解作用 水解反应的动力学分析
通常测定水中有机物的水解是一级反应，RX的消失速率正 比于[RX]，即
半衰期与有机物属性、温度、 pH有关，与有机物初始浓度 无关．
五 . 光解作用
光解作用是有机污染物真正的分解过程，因为它不可逆地 改变了反应分子，强烈地影响水环境中某些污染物的归趋。
1、直接光解：化合物本身直接吸收了光能而进行分解反应。
2、敏化光解：水体中存在天然物质被阳光激发后，又将其激 发态的能量转移给化合物而导致的分解反应。
第三章 水环境化学 第三节 水中有机污染物
的迁移转化
主要内容
一 . 概述 二 . 分配作用 三 . 挥发作用 四 . 水解作用 五 . 光解作用
六 . 生物降解作用
一 . 概述
水环境中有机污染物种类繁多，一般分为两大类： 耗氧有机污染物 是生物残体、排放废水和废弃物中的糖类、脂肪和蛋白质等 较易生物降解的有机物质。 在环境中持久性小，相对来说对环境的危害较小。 持久性有机污染物（ Persistent Organic Pollutants，简称POPs)
对于微溶化合物（摩尔分数≤ 0.02）
KH=ps· w/ρw M ps—纯化合物的饱和蒸气压，Pa； Mw —化合物的摩尔质量，g/mol; ρw —化合物在水中的质量浓度，mg/L KH’=0.12 ps Mw / ρw T
三 . 挥发作用
注意： 表3-13 Henry定律适用范围
摩尔质量/（g· -1） mol 摩尔分数为0.02时的质量浓度/（mg· -1） L
c) 分配作用的等温线为直线，而吸附作用的等温线为非直线。
d) 当有多种有机物并存时，吸附作用受吸附位竞争的影响，而分 配作用只与有机物的溶解度有关，与表面吸附位无关。
二 . 分配作用
2. 标化分配系数 分配系数： Kp= ρa ／ ρw
式中：ρa、ρw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡质量浓度。
式中： Kow—辛醇-水分配系数，即化学物质在辛醇中质量和在水中质量的比例。
Kow与溶解度sw符合以下关系：
lgKow=5.00 －0.670lg(sw ×103/Mr)
式中： Sw—有机物在水中的溶解度，mg/L； Mr—有机物的相对分子质量。
二 . 分配作用
二 . 分配作用
3. 生物浓缩因子（BCF） 有机毒物在生物群-水之间的分配称为生物浓缩或生物积累。 BCF：有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比， 用符号BCF或KB表示。 一般采用平衡法和动力学方法测量。
一类具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，能 够长距离迁移，对人类健康和环境具有严重危害的天然的或人 工合成的有机污染物。（讨论的主要内容）
一 . 概述
一 . 概述
有机污染物在人体和食物链中的迁移、分配和归宿
一 . 概述
一 . 概述
有机污染物在水环境中的迁移转化主要取决于有机污染物
本身的性质以及水体的环境条件。
三 . 挥发作用
许多有机物，特别是卤代脂肪烃和芳香烃，都具有挥 发性。 挥发作用是有机物质从溶解态转入气相的一种重要迁
移过程。
对于有机毒物挥发速率的预测，了解即可。
三 . 挥发作用 1.亨利定律
定义：
表示当一个化学物质在气-液相达到平衡时，溶解于水相的浓 度与气相中化学物质浓度(或分压力)有关。 亨利定律的一般表示式为： p＝KHcw
为了在类型各异组分复杂的沉积物或土ห้องสมุดไป่ตู้之间找到表征吸着 的常数，引入标化分配系数(Koc)：
Koc = Kp／ωoc
式中： Koc—标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； ωoc—沉积物中有机碳的质量分数。
对于每一种有机物可得到与沉积物特征无关的一个Koc
二 . 分配作用
若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp可表示为：
式中： p—污染物在水面大气中的平衡分压，Pa； cw —污染物在水中平衡浓度，mol/m3 KH —亨利定律常数，Pa · 3/mol m
三 . 挥发作用
KH’=ca/cw 3 一般方法 ca—有机毒物在空气中的摩尔浓度，mol/m ； KH’ —Henry定律常数的替换形式，量纲为1；
KH’=KH/(RT)=KH/8.314T=4.1×10-4KH (在20℃)
• 理论提出： 在土壤-水体系中，土壤对非离子性有机物的吸着主要是溶 质的分配过程（溶解），即非离子性有机物可通过溶解作用分 配到土壤有机质中，并经过一定时间达到分配平衡。此时有机 物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数。 有机物在土壤（沉积物）中的吸着存在两种机理： 1）分配作用：即在水溶液中，土壤（沉积物）有机质对有机 物的溶解作用。 2）吸附作用：即在非极性有机溶剂中，土壤矿物质对有机物 的表面吸附作用或干土壤矿物质对有机物的表面吸附作用。
30 75
34000 85000
100
200
113000
227000
三 . 挥发作用
2.挥发作用的双膜理论（自学） 化学物质从水中 挥发时必须克服来 自近水表层和空气 层的阻力 气膜和液膜控制
了化学物质由水向
空气中迁移的速率
四 . 水解作用 水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应。
二 . 分配作用
“分配作用”与“吸附作用”的比较
a) 分配作用是有机污染物通过分子间作用力将溶质分配到土壤 （沉积物）的有机质中。其作用力主要靠范德华力，取决于土壤中有 机质的量。吸附作用则是表面物理化学现象，其作用力主要是各种化 学键力如氢键、离子偶极键、配位键及π键等。 b) 吸附作用一般有较大的吸附热放出，而分配作用放热很少。
有机污染物迁移转化过程：
迁移
{
吸附作用 生物富集 挥发作用
转化
{
水解作用
光解作用
生物降解作用
二 . 分配作用
1. 分配理论 • 实验现象
a. 几种疏水
性有机化合物 在土壤-水体 系中的吸附— 线性等温线
二 . 分配作用
b.几种疏水 性有机化合 物在活性炭 -水体系中
的吸附—非
线性等温线
二 . 分配作用
f s Kp = Koc [0.2 (1—ωf ) ωoc+ωf ωoc]
式中： ωf—细颗粒的质量分数（d<50μm）； s ωoc—粗沉积物组分的有机碳含量； f ωoc—细沉积物组分的有机碳含量。
由于颗粒物对憎水有机物的吸着是分配机制，当Kp不易得到时，可通过 下式预测： Koc=0.63Kow