污染物在環(huán)境中的遷移和轉化

關于污染物在環(huán)境中的遷移和轉化第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二第一章污染物在環(huán)境中遷移和轉化第一節(jié)環(huán)境污染物的遷移第二節(jié)環(huán)境污染物的轉化第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)環(huán)境污染物的遷移污染物在環(huán)境中所發(fā)生的空間位置的移動及其所引起的富集、分散和消失的過程。遷移伴隨著轉化污染物在環(huán)境中遷移常伴隨著形態(tài)的轉化。第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二汞的遷移和循環(huán)如通過廢氣、廢渣、廢液的排放，農(nóng)藥的施用以及汞礦床的擴散等各種途徑進入水環(huán)境的汞(Hg)，會富集于沉積物中。元素汞由于比重大,不易溶于水,在靠近排放處便沉淀下來。二價汞離子在遷移過程中能被底泥和懸浮物中的粘粒所吸附，隨同它們逐漸沉淀下來。富集于沉積物中的各種形態(tài)的汞又可能轉化為二價汞。二價汞離子在微生物的作用下,被甲基化，生成甲基汞(CH3Hg+)和二甲基汞【(CH3)2Hg】。甲基汞溶于水中，可富集在藻類、魚類和其他水生生物中。二甲基汞則通過揮發(fā)作用擴散到大氣中去。二甲基汞在大氣中并不是穩(wěn)定的，在酸性條件下和在紫外線作用下將被分解。如果被轉化為元素汞，又可能隨降雨一起降落到水體中或陸地上，元素汞可以進行全球性的遷移和循環(huán)第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二汞循環(huán)(mercurycycle)火山活動化石燃燒

降水揮發(fā)揮發(fā)沉積物農(nóng)田風化和淋溶作用農(nóng)藥噴灑徑流(CH3)2HgHg2＋CH3Hg魚水生植物水鳥工廠汞的廢物捕魚由河水帶走(中性pH)(酸性pH)第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二二、污染物遷移的方式1.機械遷移2.物理—化學遷移3.生物遷移第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二1.機械遷移1.機械遷移：根據(jù)污染物在環(huán)境中發(fā)生機械遷移的作用力不同可以分為：（1）氣的機械遷移作用：污染物在大氣中的擴散作用和被氣流搬運。影響因素：氣象條件、地形地貌特征、排放濃度和排放高度等因素。第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二1.機械遷移（2）水的機械遷移作用：污染物在水體中的擴散作用和被水流搬運。影響因素：水文條件、排放濃度和距離排放口距離的遠近等因素。（3）重力的機械遷移作用：污染物和它的搬運載體在重力作用下的遷移運動。粒徑比較大的顆粒狀污染物經(jīng)常發(fā)生重力的機械遷移作用。第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二2.物理—化學遷移對無機污染物而言，是以簡單的離子、絡離子或可溶性分子的形式在環(huán)境中通過一系列物理化學作用，如溶解－沉淀作用、氧化－還原作用、水解作用、絡合和螯合作用、吸附－解吸作用等所實現(xiàn)的遷移。對有機污染物而言，除上述作用外，還有通過化學分解、光化學分解和生物化學分解等作用所實現(xiàn)的遷移。第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二3.生物遷移生物遷移是污染物通過生物體的吸收、代謝、生長、死亡等過程所實現(xiàn)的遷移，是一種非常復雜的遷移形式，與各生物種屬的生理、生化和遺傳、變異等作用有關。某些生物體對環(huán)境污染物有選擇吸取和積累作用，某些生物體對環(huán)境污染物有降解能力。生物通過食物鏈對某些污染物（如重金屬和穩(wěn)定的有毒有機物）的放大積累作用是生物遷移的一種重要表現(xiàn)形式。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二生物累積、生物濃縮和生物放大生物累積、生物濃縮和生物放大三個概念，既有聯(lián)系，又有區(qū)別。生物累積指同一生物個體在其整個代謝活躍期中的不同階段，機體內來自環(huán)境的元素或難分解化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象；生物濃縮指生物機體通過對環(huán)境中元素或難分解化合物的濃縮，使這種物質在生物體內的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象；生物放大指在同一食物鏈上，高位營養(yǎng)級生物機體內來自環(huán)境的元素或難分解化合物的濃縮系數(shù)比低位營養(yǎng)級生物增加的現(xiàn)象。第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二生物累積、生物濃縮和生物放大中國科學院水生生物研究所的研究人員還發(fā)現(xiàn)，我國典型湖泊底泥中19世紀早期已存在微量二惡英，主要存在土壤的表層，一旦沉積很難通過環(huán)境物理因素再轉移，但卻可通過食物鏈再傳給其它生物，轉移到環(huán)境中。因此，湖泊底泥中高濃度的二惡英可通過生物富集或生物放大對水生物和人類的健康產(chǎn)生極大威脅。通過實驗還發(fā)現(xiàn)了二惡英在食物鏈中生物放大的直接證據(jù)，并提出了生物放大模型，從而否定了國際學術界過去一直認為二惡英在食物鏈中只存在生物積累而不存在生物放大的觀點。第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二三、污染物遷移的制約因素污染物在環(huán)境中的遷移受到兩方面因素的制約:污染物自身的物理化學性質（內因）外界環(huán)境的物理化學條件和區(qū)域自然地理條件（外因）

第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二

三、污染物遷移的制約因素

內因（主要影響因素）：由于物理化學性質的差異決定了物質的電離能力、水解能力、形成絡合物能力等的不同。原子的電負性、離子半徑、電價、離子電位（電價與離子半徑的比值）以及化合物的鍵性和溶解度是影響污染物遷移的重要化學參數(shù)。共價鍵組成的污染物易進行氣遷移（如H2S、CH4等）離子鍵化合的污染物易進行水遷移（如NaCl、Na2SO4等）低價離子的水遷移能力大于高價離子的遷移能力（如Na+＞Ca2+＞Al3+

）離子半徑差別大的離子構成的化合物遷移能力較大（如Ba2+、Pb2+、Sr2+與SO42-構成的化合物較難遷移，而Mg2+與SO42-組成的化合物易于遷移。）重金屬離子由于有較高的離子電位，因而具有較強的水解能力。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二

三、污染物遷移的制約因素

2.外因（環(huán)境條件）：酸堿條件（pH）大多數(shù)重金屬在強酸性環(huán)境中形成易溶性化合物，有較高的遷移能力,而在堿性環(huán)境中則形成難溶化合物,難以遷移。所以酸性環(huán)境有利于鈣、鍶、鋇、鐳、銅、鋅、鎘、二價鐵、二價錳和二價鎳的遷移。堿性環(huán)境有利于硒、鉬和五價釩的遷移。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二

三、污染物遷移的制約因素

氧化還原條件(Eh)有些污染物在氧化環(huán)境中有較高的遷移能力，而有些污染物在還原環(huán)境中有較高的遷移能力。氧化環(huán)境有利于鉻、釩、硫的遷移；還原環(huán)境有利于鐵、錳等的遷移。第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二pH和Eh的影響土壤和水溶液中硒的濃度和形態(tài)在很大程度上決定于環(huán)境介質中的pH和Eh。一般來說,通氣良好的堿性介質中,元素硒或硒化物可被氧化為SeO32-

或SeO42-,有機態(tài)硒分解后產(chǎn)生的H2Se,也可經(jīng)氧化而成SeO32-

或SeO42-,從而提高介質中硒的有效性。在強還原或酸性介質中,嫌氣微生物可使氧化態(tài)硒還原為Se0

和Se2-,使硒的有效性降低。pH和Eh是作為一個整體來影響硒的形態(tài)和含量。第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二

三、污染物遷移的制約因素

配位體的種類及數(shù)量無機配位體：Cl-、I-、F-、SO42-、S2-、PO43-等。當環(huán)境中存在大量無機，特別是有大量Cl-、SO42-時可大大促進汞、鋅、鎘、鉛的遷移。環(huán)境中的無機配位體有蒙脫石、高嶺石、伊利石等粘土礦物和硅、鋁、鐵的水合氧化物。有機配位體：腐殖質、氨基酸等化合物。環(huán)境中的有機配位體主要是腐殖質物質。當環(huán)境中有大量難溶性胡敏酸時可大大阻止上述金屬的遷移。

第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二

三、污染物遷移的制約因素

區(qū)域自然地理條件（氣候、地形、水文、土壤等）的制約；氣候條件對污染物遷移的影響最為明顯，主要表現(xiàn)為兩個最重要的因子——熱量和水分之間的配合狀況，直接影響污染物在環(huán)境中化學變化的強度和速度。另外，不同區(qū)域的土壤和水體具有不同的酸堿條件和氧化還原條件，具有不同種類和數(shù)量的膠體和絡合配位體。

第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二四、污染物遷移的環(huán)境影響污染物在環(huán)境中的遷移直接影響環(huán)境質量，在有些情況下起好作用，在有些情況下起壞作用。簡單的需氧有機污染物和酚、氰等毒物在遷移過程中被水流稀釋擴散和被微生物分解、轉化,終至消失,就是起好作用；重金屬（汞、鎘等）和穩(wěn)定的有機有毒物質（DDT、六六六等）在遷移過程中，或富集于底泥，成為具有長期潛在危害的污染源,或通過食物鏈富集于動、植物體內,對人體產(chǎn)生慢性積累性危害，就是起壞作用。第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二五、污染物遷移的研究方法物質追蹤法共軛對比研究法現(xiàn)場試驗研究法模擬試驗研究法

第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二物質追蹤法物質追蹤研究法是在特定環(huán)境下，為達到某一特定目標所進行的對污染物的追蹤采樣法。如研究污染物在河流中的稀釋擴散和降解作用時，可進行水團追蹤取樣分析。這種研究可以查明污染物在環(huán)境中的遷移速度、擴散范圍和自然凈化能力。

第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二共軛對比研究法共軛對比研究法指在環(huán)境調查中對各種相關聯(lián)的環(huán)境要素同時取樣分析。如在對土壤－作物系統(tǒng)進行研究時，可同時采集不同層次的土樣和生長在這種土壤上的作物的各個部位（根、莖、葉、果實等）的樣品，進行對比分析研究。第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二現(xiàn)場試驗研究法現(xiàn)場試驗研究是在現(xiàn)場環(huán)境中對污染物的遷移轉化進行研究。如研究地表中的某種污染物通過土壤滲漏向地下水中轉移的情況和速度，也可選擇典型地段進行滲漏試驗，追蹤研究不同深度的土壤和滲漏水中污染物的濃度，從而了解這種污染物由地表水中向地下水中轉移的可能性和速度。

第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二模擬試驗研究法模擬試驗研究法是在實驗室中設計某種環(huán)境條件所進行的試驗研究。如在風洞中進行的煙氣擴散實驗，在光化學煙霧箱中進行的光化學煙霧生成機理的研究等。這種盡可能接近實際環(huán)境條件而各種參數(shù)又受人工嚴格控制的試驗研究可以有效地探討污染物在環(huán)境中的遷移轉化狀況?，F(xiàn)代分析測試技術的發(fā)展為研究污染物在環(huán)境中的遷移提供了基本手段。第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)環(huán)境污染物的轉化污染物在環(huán)境中通過物理的、化學的或生物的作用改變形態(tài)或轉變成另一種物質的過程。污染物的轉化與遷移不同，遷移只是空間位置的相對移動。不過環(huán)境污染物的遷移和轉化往往是伴隨進行的。各種污染物轉化的過程取決于它們的物理化學性質和所處的環(huán)境條件。大多數(shù)情況下，污染物的化學轉化是主要的、大量的。第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二環(huán)境污染物轉化的形式污染物的物理轉化可通過蒸發(fā)、滲透、凝聚、吸附以及放射性元素的蛻變等一種或幾種過程來實現(xiàn)?；瘜W轉化在環(huán)境中比物理轉化更為普遍。污染物的化學轉化以光化學氧化、氧化還原和絡合水解等作用最為常見。生物轉化是污染物通過生物的吸收和代謝作用而發(fā)生的變化。污染物在有關酶系統(tǒng)的催化作用下，可以通過各種生物化學反應過程改變它的化學結構和理化性質。

第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二環(huán)境污染物轉化的結果污染物的毒性降低，或者形成更容易降解的分子結構；污染物的毒性增強，或者形成更難降解的分子結構。第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二環(huán)境污染物轉化的分類大氣中的轉化水體中的轉化土壤中的轉化

第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二大氣中的轉化在大氣中，污染物轉化以光化學氧化、催化氧化反應為主。大氣中氮氧化物、碳氫化合物等氣體污染物（一次污染物）通過光化學氧化作用生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)及其他類似的氧化性物質（統(tǒng)稱為光化學氧化劑）。氣體污染物二氧化硫經(jīng)光化學氧化作用或在催化氧化作用后轉化為硫酸或硫酸鹽。DDT在大氣中受日光輻射很易光解為DDE和DDD。

第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二水體中的轉化在水體中，污染物轉化主要通過氧化還原、絡合水解和生物降解等作用。環(huán)境中的重金屬在一定的氧化還原條件下，很容易發(fā)生接受電子或失去電子的過程，而出現(xiàn)價態(tài)的變化。其結果不僅是化學性質（如毒性）發(fā)生變化，而且遷移能力也會發(fā)生變化。環(huán)境中的三價鉻和六價鉻，三價砷和五價砷就是比較突出的例子。水解是有害物質（鹽類）同水發(fā)生反應，不僅使有害物的性質發(fā)生變化，而且也促使這些物質進一步分解和轉化。水中含有各種無機和有機配位體或螯合劑，都可以與水中的有害物質發(fā)生絡合反應而改變它們的存在狀態(tài)。在水體底泥中的厭氧性細菌作用下，無機汞會轉化為一甲基汞或二甲基汞。第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二土壤中的轉化污染物在土壤中的轉化及其行為，取決于污染物和土壤的物理化學性質。土壤是自然環(huán)境中微生物最活躍的場所，所以生物降解在這里起重要的作用。土壤中的固、液、氣三相的分布是控制污染物運動和微生物活動的重要因素。第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二土壤中的轉化土壤的pH值、濕度、溫度、通氣、離子交換的能力和微生物的種類等，是污染物轉化的依存條件。如水田土壤中缺乏空氣，故大都處于還原狀態(tài)；旱地土壤因通氣性能較好，一般都處于氧化狀態(tài)。土壤的這種氧化或還原條件控制著土壤中污染物的轉化狀況和存在狀態(tài)。例如砷在旱地氧化條件下為五價(As5+)，在水田還原條件下則為三價(As3+，毒性大)。金屬離子的轉化受土壤pH值的影響或控制：pH值小于7時，金屬溶于水而呈離子狀態(tài)；pH值大于7時,金屬易與堿性物質化合呈不溶態(tài)的鹽類。有機氯農(nóng)藥如DDT的轉化受微生物的代謝作用和降解作用的影響較大。許多有機物通過微生物作用分解轉化為其他衍生物或二氧化碳和水等無害物。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期二土壤中的轉化微生物在合適的環(huán)境條件下能使含氮、硫、磷的污染物轉化為其他無毒或毒性不大的化合物。如有機氮可被微生物轉化為氨態(tài)氮或硝態(tài)氮。磷酸(H3PO4