第六章 典型污染物在环境各

圈层中的转归与效应

有机污染物有机污染物重金属元素重金属元素

第六章 典型污染物在环境各 圈层中的转归与效应

典型污染物

重金属： ρ>5g/cm3

重金属污染的特点：（ 1 ）持久性； （ 2 ）生物富集

重金属污染：最引人注意的是汞、镉、 铬、铅、砷、等

第一节 重金属元素

一、汞

1 、环境中汞的来源、分布与迁移

来源天然源

人为源工业：氯碱、乙醛…

实验室

家庭

存在形态：汞以金属汞、无机汞、有机汞三种形式存在。

分布：自然界的浓度不大，但分布广。随着工业的发展，大量汞由于人类活动而进入环境。

一、汞

汞的迁移转化：

（ 2 ）配合物

A 有机汞＞无机汞

B 潮湿空气中挥发性＞干空气中（ 1 ）挥发性

（ 3 ）难溶物的转化

软硬酸碱概念：

一、汞

2 、水俣病和汞的甲基化

1968 年日本政府确认水俣病是由水俣湾附近的化工厂在生产乙醛时排放含汞废水造成的。这是世界历史上首次出现的重金属污染重大事件。

一、汞

Hg 2+ 甲基汞 “ 汞鱼” 水俣病

汞的生物甲基化机理：

3 、甲基汞脱甲基化与汞离子还原

还原作用：

CH3HɡCl + 2H → Hɡ + CH4+HCl

(CH3)2Hɡ + 2H → Hɡ + CH4

HɡCl2 + 2H → Hɡ+HCl

一、汞

Hg: Biogeochemical cycleHg: Biogeochemical cycle

4 、汞的生物效应 （ 1 ）与有机配体基团结合

（ 3 ） 汞的消除 :

肾、肝、毛发等

（ 2 ） 毒性大

一、汞

含 Cd 废水

水稻吸收

人体

二、镉

1 、痛痛病事件

锌矿冶炼

痛痛病

Jinzu vally, Japan

Ouch-ouch disease,

irrigation water from

a river contaminated

with waste water

from a zinc mining

and smelting plant

An Ouch-ouch disease victim

2 、镉的环境分布与污染来源

污染来源：

冶炼、电镀、电池、矿物燃料等

二、镉

分布：地壳中含量低，通常与锌共生。

3 、镉污染的特点

二、镉

易形成各种配合物A

价态总是保持在 +2 价B

底泥对镉有较强的吸附C

4 、镉的毒害性

二、镉

A 、损害 Y 染色体。

B 、阻碍 Ca 的吸收，导致骨质松软。

C 、取代 Zn 和 Cu ，破坏正常的代谢。

1 、铬的分布与污染来源

污染来源：

电镀、皮革、染料等

三、铬

分布：环境中含量低，生物体对铬有较

强的富集作用。

铬的迁移转化：

Cr(OH)3 沉淀水体的 Cr( )Ⅲ

Cr( )Ⅵ

三、铬

pH>4

氧化性物质强碱性介质Fe 2+ 等

4 、铬的生物效应 （ 1 ） Cr(Ⅲ) 是人体必需 , 缺乏将可能出现 动脉硬化和心脏病。

（ 3 ） 铬的消除 :

生物半衰期相对较短，容易排除体外。

（ 2 ） Cr(Ⅵ) 有致癌作用 , 金属铬、氧化铬 均有致癌活性。

三、铬

1 、砷来源、分布

来源

天然源： 砷黄铁矿（ FeAsS ） 雄黄矿 (As4S4) 雌黄矿（ As2S

3 ） 人为源 : 矿冶工业、农药、含 As

煤 燃烧等。

四、砷

2 、砷在环境中的迁移转化

水中： H3AsO3 H3AsO4

[O]

[R]

四、砷

存在形态：

环境条件 主要存在形态

pE高pH ＝4~9

H2AsO4- 和 HAsO4

2-

pH>12.5 AsO43-

pE<0.2 pH> 4 H3AsO3 和 H2AsO3-

2 、砷在环境中的迁移转化

土壤中：以 AsO43- 和 AsO3

3- 存在的砷容易被

带正电荷的土壤胶体吸附。

四、砷

存在形态：

3 、砷的生物甲基化与还原

4 、砷的毒性与生物效应

毒性：无机砷＞有机砷 As(Ⅲ) ＞ As(Ⅴ)

(1) 无机砷可抑制酶的活性。

四、砷

(2) 影响 ATP 的生成。

(3) 影响人的染色体。

POPs: Persistent Organic Pollutants

持久性有机污染物

PTS: Persistent Toxic Substances

持久性有毒物质

第二节 有机污染物

第二节 有机污染物一、有机卤代物1 、卤代烃 （ 1 ）种类与分布

（ 2 ）主要卤代烃的来源 A 、 CH3Cl 主要来自海洋 B 、氟利昂－ 11(CCl3F)

C 、氟利昂－ 12(CCl2F2)

D 、 CCl4: 灭火剂、工业溶剂、干洗剂等； E 、 CH3CCl3 ：去油剂和干洗剂

（ 3 ）卤代烃在大气中的转化A 、对流层中的转化：

2

2 2

4 3

2 4 3

3 2 3

3 2

3 3 2

CHCl OH H O CCl

CCl O ClCOCl ClO

ClO NO NO Cl

ClO H O Cl OH O

Cl CH HCl CH

C Cl O CCl COCl

一、有机卤代物

B 、平流层中的转化：

4 3

2

3 2 2

3 2

3 2

2

3 2

4 3

2 3

CCl h CCl Cl

OH HCl H O Cl

CCl O COCl ClO

Cl O ClO O

O h O O

O ClO Cl O

O O

Cl CH HCl CH

＋

一、有机卤代物

2001 年 5 月， 100 多个国家签署了《关于对某些持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（简称 POPs公约）。根据这项公约，各缔约国将采取一致行动，首先控制并逐步消除 12 种对人类健康和自然环境特别有害的持久性有机污染物。

2004 年 5 月，人大常委会批准的该公约。2004 年 11 月 11 日对我国正式生效。

POPs

杀虫剂艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、滴滴涕、六氯( 代 ) 苯

工业化学品：多氯联苯 (PCB) 、

人类无意合成的物质：多氯代二苯并对二恶英和呋喃 ( PCDD/F)

六氯 ( 代 ) 苯

POPs 的判别标准

持久性

远距离环境迁移的潜在能力 T1/2 (in air) > 2 days

T1/2 （水中 ) > 2个月

T1/2 (土壤或沉积物） > 6个月 BCF > 5000, 或 logKow > 5

有令人关注的其他证据生物积累性

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

1.全球蒸馏效应 (Global Distillation或 Fractionation)

2.蚱蜢跳效应 (Grasshopper Effect)

全球蒸馏效应

沉降作用 > 挥发作用

挥发作用 > 沉降作用

低挥发性

中等挥发性

高挥发性

大气排放

土壤

蒸发

沉积

降解1 次跳跃

2 次跳跃

排放 大气

土壤

蚱蜢跳效应 : 跳跃次数的定义

2 、多氯联苯

Clm Cln

PCBs 全部结构有 210个，目前已鉴定102个。

（ 1 ）结构与性质

联苯 多氯联苯

（ 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；

1

23

4

56

1'

2'3'

4'

5'6'

（ 3 ）在环境中的迁移与转化

主要转化途径是光化学分解和生物转化：

A 、光化学分解：

O

Cl Cl

Cl

Cl

Cl Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl Cl

Cl

Cl

Cl Cl

ClH

Cl

ClOMe

ClCl

Cl

B 、生物转化：

OH

OH

H

H

OH

OH

HOOC

COOH

ClxCly

Clx Cly

ClyClxClx

Clx

Cly

O

+ Cl

（ 4 ）多氯联苯的毒性与效应 毒性： 污染控制

日本米糠油事件日本米糠油事件

3 、二恶英和呋喃

多氯代二苯并二恶英和多氯代二苯并呋喃是目前已知的毒性最大的有机污染物。

（ 1 ）结构与性质

（ 2 ）来源与分布

Dioxin is released by paper mills, by metal smelters, by many chemical plants, by many pesticide factories, and by all incinerators.

The entire "dioxin" family consists of 75 different dioxins and 135 different furans. The dioxin, 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), is considered to be the most toxic type of dioxin.

O

Cl ClO

Br Br

Polychlorinated biphenyl ether

(PCDE)

Polybrominated biphenyl ether

(PBDE)

Where does dioxin come from?

小结1 、重金属污染及其危害。2 、砷、汞的迁移和转化。3 、什么是 POPs？它包含哪些物质，特点是什么？

4 、多氯联苯的危害及其迁移转化。5 、二恶英和呋喃的来源和危害。

作业：

课本 P433 ：思考题与习题 1 、 2 、题