第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
环境化学复习资料第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 名词术语
第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应名词术语1.持久性有毒化学污染物（Persistent toxic substances(PTS)）持久性有毒化学污染物是指在全球普遍存在的、具有生物累积性、难以降解、可远距离传输、致癌致突变性和内分泌干扰等特性的一类物质。
这些化合物所引起的污染问题已经引起国际环境保护组织、各国政府和民众的高度关注。
联合国UNEP制订的持久性有毒化学污染物（PTS）目前包括27种有毒化学污染物：1.艾氏剂（Aldrin）；2.氯丹（Chlordane）；3.滴滴涕（DDT）；4.狄氏剂（Dieldrin）；5.异狄氏剂（Endrin）；6.七氯（Heptachlor）；7.六氯代苯（Hexachlorobenzene）；8. 灭蚁灵（Mirex）；9.毒杀芬（Toxaphene）；10.多氯联苯（PCBs）；11.二恶英（Dioxins）；12.多氯代苯并呋喃（Furans）；13.十氯酮（Chlordecone）；14.六溴代二苯（Hexabromobiphenyl）；15.六六六（HCH）；16.多环芳烃（PAHs）；17.多溴代二苯醚（PBDE）；18.氯化石蜡（Chlorinated Paraffins）；19.硫丹（Endosulphan）；20.阿特拉津（Atrazine）；21.五氯酚（Pentachlorophenol）；22.有机汞（Organic Mercury compounds）；23.有机锡（Organic Tin compounds）；24.有机铅（Organic Lead compounds）；25.酞酸酯（Phthalates）；26.辛基酚（Octylphenols）；27.壬基酚（Nonylphenols）。
2.挥发性氯代烃（Volatile chlorinated hydrocarbons）指正常状态下(20 ℃，760 mmHg)，蒸汽压大于0.1 mmHg以上的氯取代烃类化合物，它是重要的化工原料和有机溶剂，广泛的应用于化工、医药、制革、电子等行业。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应内容提要及重点要求：主要介绍了以重金属、持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）为代表的持久性有毒污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）等典型污染物在各圈层中的转归与效应。
要求了解这些典型污染物的来源、用途和基本性质．掌握它们在环境中的基本转化、归趋规律与效应。
地球环境是一个由大气、水体、土壤、岩石和生物等圈层组成的多介质体系，建立描述污染物在多介质环境中的迁移、转化和归趋规律，弄清化学污染物在这些介质中的浓度、持久性、反应活性以及分配的倾向，是研究污染物转归与效应的重要内容。
污染物在多介质环境中的过程研究主要包括以下几个方向：（1）水/气界面的物质传输：主要研究污染物从水中的挥发、大气复氧以及污染物在水体表面微层的富集行为。
（2）土壤/大气界面的物质传输：主要研究污染物从土壤的挥发和干、湿沉降污染物由大气向土壤的传输两部分。
（3）水/沉积物界面的物质传输：在多介质环境问题研究中，水/沉积物界面是比水/气界面更为复杂的界面，它是水体中水相与沉积物相之间的转换区，是底栖生物栖息的地带。
水/沉积物界面的物质传输，不仅涉及污染物的传输，而且还涉及水和沉积物本身的传输。
因此，污染物在该区域的积累和传输，在很大程度上影响着该污染物的物理、化学和生物行为。
概括说来，水/沉积物界面的化学物质传输是通过沉降、扩散、弥散、吸附、解吸、化学反应和底栖生物的作用等过程完成的。
第一节重金属元素重金属是具有潜在危害的重要污染物。
重金属污染的威胁在于它不能被微生物分解。
相反，生物体可以富集重金属，并且能将某些重金属转化为毒性更强的金属－有机化合物。
重金属元素在环境污染领域中其概念与范围并不是很严格。
一般是指对生物有显著毒性的元素，如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡、锑等，从毒性这一角度通常把砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。
环境化学(袁加程)第六章 典型污染物在环境各圈层中的循环
H3AsO4 + 2H+ + 2e
H3AsO3 + H2O
H3AsO3
甲基钴胺素
甲基钴胺素
CH3AsO(OH)2
(CH3)2AsO(OH)
CH3AsO(OH)2
(CH3)2AsO(OH) + 4H+ + 4e
(CH3)2AsH- 2H2O
（3）砷的毒性与生物效应 ） 三价无机砷毒性高于五价砷； 三价无机砷毒性高于五价砷；溶解砷毒性高于不溶解 性砷； 性砷； 无机砷可抑制酶的活性， 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； 的巯基反应。三价砷对线粒体呼吸作用有明显的抑制作用； 长期接触无机砷会对生物体内的许多器官产生影响。 长期接触无机砷会对生物体内的许多器官产生影响。
空气中的汞大部分吸附在颗粒物上， 空气中的汞大部分吸附在颗粒物上，气相 汞的最后归趋是进入土壤和海底沉积物。 汞的最后归趋是进入土壤和海底沉积物。 水中汞与悬浮微粒相结合， 水中汞与悬浮微粒相结合，最终沉降进入 水底沉积物。 水底沉积物。
汞及其化合物的性质 • 氧化还原电位E值高 氧化还原电位E • 能够以零价形态存在 • 汞及其化合物特别容易挥发 • 单质汞常温下呈液态，具流动性和溶解多种金属 单质汞常温下呈液态， 形成汞齐的能力 • 在环境和生物体内具有较大的迁移和分配能力。 在环境和生物体内具有较大的迁移和分配能力。
• 各种形态溶解度差别较大 • 易于配位体形成配合物 • 存在和转化与环境中的E和pH值有关 存在和转化与环境中的E pH值有关
2、水俣病和汞的甲基化 、
汞的甲基化
CH3CoB12 +Hg2+ +H2O → H2OCoB12 +2CH3Hg＋ 2CH3CoB12 +Hg2+ +H2O → H2OCoB12 +（CH3） ＋ 2 Hg
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应一、名词解释表面活性剂二、填空1、PAH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OH-自由基的反应是它们在对流层中消除的主要途径。
5、表面活性剂的生物降机理主要是烷基链上的甲基氧化（ω氧化）、β氧化、芳香环的氧化降解和脱磺化。
6、水中PCBs浓度为10-100ug/L时，便会抑制水生植物的生长；浓度为0.1-1.0ug/L时，会引起光合作用减少。
7、PCBs在环境中的主要转化途径是光化学分解和生物转化。
三、多项选择1、下列PCBs中，最不易被生物降解的是 D 。
A、联苯B、四氯联苯C、三氯联苯D、六氯联苯2、表面活性剂含有很强的 B ，容易使不溶于水的物质分散于水体，而长期随水流迁移。
A、疏水基团B、亲水基团C、吸附作用D、渗透作用3、氟利昂主要来源于ABCD 。
A、制冷剂B、飞机推动剂C、塑料发泡剂D、火山爆发四、简答题1.砷在环境中存在的主要化学形态有哪些？其主要转化途径有哪些？2.为什么Hg2+能在人体内长期滞留？举例说明它们可形成哪些化合物？3.简述多氯联苯PCBs在环境中的主要分布、迁移与转化规律。
4.表面活性剂有哪些类型？对环境和人体健康的危害是什么？5.根据多环芳烃形成的基本原理，分析讨论多环芳烃产生与污染的来源有哪些？6.试述PCDD是一具有什么化学结构的化合物？并说明其主要污染来源。
第六章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
砷在环境中转化模式
砷污染与健康—地方砷中毒
地方性砷中毒是由于原生地质 原因或其它非人为因素引起的 环境中砷含量较高，居民长期 摄入少量砷而引起的砷中毒。
1）饮水型砷中毒 2）燃煤型砷中毒
无机砷可抑制酶的活性，与蛋白质结合，抑制线粒体的呼 吸作用等，同时还引起染色体及器官的异常。
6.2有机污染物
砷在生物体中的分布
植物体中的砷主要来自土壤和水体。陆生植物的砷 含量多数少于1ppm（干重），而海洋植物和海藻则 要比陆生植物明显偏高。不同地域的植物砷含量可 以相差很大。但最近也有研究者发现某些特殊植物 中的砷含量可以高达数千ppm。 动物体中的砷含量与其生活环境紧密相关。 通常海洋动物体中的砷含量高于陆地或淡水动物体 的含量。 正常人体内砷的平均浓度为5ppb，但也有资料认为 是0.1ppb。
汞与人类健康
美国的研究指出，十二分之一或将近5百万名妇女体内 的汞含量高于安全标准，每年可能有高达30万名新生 儿因为汞污染其智力和神经系统受到影响，而在全球， 这一数据可能高达千百万。
水俣病事件
时间地点：1953年日本九 州水俣 原因：食用含有甲基汞的 鱼 汞污染和汞中毒是一个久 远而现实的问题。鉴于此， WHO及各国政府将其列 为首先考虑的环境污染物.
假单胞菌属能够降解甲基汞，也可以将Hg2 + 还原 为金属汞。
汞在环境中的循环
6.1.2 砷—砷在环境中的分布
砷的来源：
据估计每年由自然原因释放的砷约为8×106千克，而由人为 活动释放到环境中的砷则高达24×106千克
自然来源
岩石矿物
土壤的风化 人为来源
火山喷发
温泉
工业生产：冶炼、制药 化石燃料和薪材燃烧 农药使用
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应课件
④PCBs在环境中的转化
在动物体内通过代谢作用的转化
–转化速率随分子中氯原子的增多而降低。 –含4个氯以下的低氯代PCBs几乎都可被代谢为 相应的单酚，或二酚。 –含5氯或六氯PCBs同样可被氧化为单酚，但速 度相当慢。 –含7个氯以上的高氯PCBs则几乎不被代谢转化。
23(Βιβλιοθήκη )PCBs的毒性与效应– 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
除一氯、二氯代物外，均为不可燃物质
低蒸气压、高介电常数和高绝缘性等优点。
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PCBs的溶解性
PCBs难溶于水
随氯原子数的增加，溶解度降低
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PCBs的蒸气压
常温下PCBs的蒸汽压很小，属难挥发物质。 PCBs的蒸汽压受温度的影响很大 分子中氯含量越高，PCBs蒸汽压越小，其挥发量越小
PCBs仍然是今后若干年内食物链污染的主要来源。 由于化学惰性而成为环境中的持久性污染物。它 在环境中的主要转化途径是光化学分解和生物转 化。 PCBs污染最初是在赤道到中纬度地区，目前在 北极地区都发现了 PCBs的“足迹” 。
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① PCBs在大气中的迁移
大气中PCBs的存在形态
– PCBs在大气中主要以气态和吸附态两种形式 存在。 – Poster等人研究表明: 雨水中只有9% 的PCBs 处于真正溶解状态，80%是束缚在亚微粒上的 吸附态。
③焚烧过程
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应精品PPT课件
❖土壤中PCBs的损失
– 生物降解和可逆吸附都不能造成PCBs的明显减少， – 挥发过程是引起PCBs损失的主要途径。
• PCBs的挥发速率随着温度的升高而升高，但随着土壤中粘土 含量和联苯氯化程度的增加而降低。
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③PCBs在水体中的迁移
❖水体中PCBs的来源
– 主要通过大气沉降和随工业、城市废水向河、 湖、沿岸水体的排放等方式进入水体。
– Poster等人研究表明: 雨水中只有9% 的PCBs 处于真正溶解状态，80%是束缚在亚微粒上的 吸附态。
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① PCBs在大气中的迁移
❖大气中PCBs的损失途径
– 直接光解和与OH、NO3 等自由基及O3 作用。
• 全世界每年约有0.6%的PCBs由于OH 基反应而消失。
– 雨水冲洗和干、湿沉降。
❖水体中PCBs的存在形态
– 除小部分溶解外，大部分附着在悬浮颗粒物上， 最终沉降到底泥。
– 底泥中的ＰＣＢｓ含量一般要较上面的水体高 １～2数量级。
• 它是继1987年《保护臭氧层的维也纳公约》和 1992年《气候变化框架公约》之后，第三个具有 强制性减排要求的国际公约。
• 2004年6月25日，十届全国人大常委会第十次会 议批准公约；
• 2004年8月13日，我国政府向联合国交存了批准、 接受、核准和加入书。
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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
• 根据公约规定，缔约方须在公约对缔约方 生效当日起计的两年内制定国家实施方案 并尽快组织实施。
• 我国需要采取必要的法律和行政措施
– 禁止和消除有意生产的POPs的生产和使用， 并严格控制其出口；
– 促进包括最佳可行技术和最佳环境实践的应用； – 查明并以安全、有效和对环境无害化方式处置
(环境管理)《典型污染物在环境各圈层中的转归与效应》重点习题及参考答案
《典型污染物在环境各圈层中的转归与效应》重点习题及参考答案1．为什么Hg 2+和CH 3Hg +在人体内能长期滞留？举例说明它们可形成哪些化合物？这是由于汞可以与生物体内的高分子结合，形成稳定的有机汞络合物，就很难排出体外。
此外，烷基汞具有高脂溶性，且它在生物体内分解速度缓慢（其分解半衰期约为70d ），因而会在人体内长期滞留。
Hg 2+和CH 3Hg + 可以与羟基、组氨酸、半胱氨酸、白蛋白形成络合物。
甲基汞能与许多有机配位体基团结合，如—COOH 、—NH 2、—SH 、以及—OH 等。
2．砷在环境中存在的主要化学形态有哪些？其主要转化途径有哪些？砷在环境中存在的主要化学形态有五价无机砷化合物、三价无机砷化合物、一甲基胂酸及其盐、二甲基胂酸及其盐、三甲基胂氧化物、三甲基胂、砷胆碱、砷甜菜碱、砷糖等。
砷的生物甲基化反应和生物还原反应是砷在环境中转化的重要过程。
主要转化途经如下：3．试述PCDD是一类具有什么化学结构的化合物？并说明其主要污染来源。
（1）PCDD这类化合物的母核为二苯并一对二噁英，具有经两个氧原子联结的二苯环结构。
在两个苯环上的1，2，3，4，6，7，8，9位置上可有1－8个取代氯原子，由氯原子数和所在位置的不同可能组合成75种异构体，总称多氯联苯并一对二噁英。
其结构式如右：（2）来源：①在焚烧炉内焚烧城市固体废物或野外焚烧垃圾是PCDD的主要大气污染源。
例如存在于垃圾中某些含氯有机物，如聚氯乙烯类塑料废物在焚烧过程中可能产生酚类化合物和强反应性的氯、氯化氢等，从而进一步生产PCDD类化合物的前驱物。
除生活垃圾外，燃料（煤，石油）、枯草败叶（含除草剂）、氯苯类化合物等燃烧过程及森林火灾也会产生PCDD类化合物。
②在苯氧酸除草剂，氯酚，多氯联苯产品和化学废弃物的生产、冶炼、燃烧及使用和处理过程中进入环境。
③另外，还可能来源于一些意外事故和战争。
4．简述多氯联苯（PCBs）在环境中主要分布、迁移与转化规律。
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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
一、名词解释
表面活性剂
二、填空
1、PAH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OH-自由基的反应是它们在对流层中消除的主要途径。
5、表面活性剂的生物降机理主要是烷基链上的甲基氧化（ω氧化）、β氧化、芳香环的氧化降解和脱磺化。
6、水中PCBs浓度为10-100ug/L时，便会抑制水生植物的生长；浓度为0.1-1.0ug/L时，会引起光合作用减少。
7、PCBs在环境中的主要转化途径是光化学分解和生物转化。
三、多项选择
1、下列PCBs中，最不易被生物降解的是 D 。
A、联苯
B、四氯联苯
C、三氯联苯
D、六氯联苯
2、表面活性剂含有很强的 B ，容易使不溶于水的物质分散于水体，而长期随水流迁移。
A、疏水基团
B、亲水基团
C、吸附作用
D、渗透作用
3、氟利昂主要来源于ABCD 。
A、制冷剂
B、飞机推动剂
C、塑料发泡剂
D、火山爆发
四、简答题
1.砷在环境中存在的主要化学形态有哪些？其主要转化途径有哪些？
2.为什么Hg2+能在人体内长期滞留？举例说明它们可形成哪些化合物？
3.简述多氯联苯PCBs在环境中的主要分布、迁移与转化规律。
4.表面活性剂有哪些类型？对环境和人体健康的危害是什么？
5.根据多环芳烃形成的基本原理，分析讨论多环芳烃产生与污染的来源有哪些？
6.试述PCDD是一具有什么化学结构的化合物？并说明其主要污染来源。