33_水中有机污染物的迁移转化1
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辛醇-水分配系数Kow和溶解度的关系可表示为：
lgKow=5.00-0.67lg(Sw×103／Mr)
Sw—有机物在水中的溶解度，mg / L； Mr—有机物的分子量。
28
二、分配作用
例如，某有机物分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体中，
若悬浮物中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0.05 mg / L，
掌握水解作用的反应式：酯类和卤代烃； 理解水解速率与pH的关系 光解作用是有机污染物真正的分解过程；
掌握三类光解过程
生物降解作用
生长代谢模式 共代谢模式
小结
水体中的有机污染物的迁移转化过程十分复杂，各种物质 不尽相同。总体来说，毒害有机物的迁移转化途径主要有 五条： 一是以气态挥发介入大气； 二是通过微生物、化学或光化学作用等降解为无害物； 三是溶解在水中； 四是被水中悬浮颗粒物、沉积物吸附从水相转入底泥； 五是水中有机污染物还可被水生生物富集，也可通过直接 饮用或经由食物链的富集而归宿于人体。
当亨利定律常数小于1.013Pa·m3／mol时，挥发作用 主要受气膜控制，此时可用Kv =KH’Kg这个简化方程。如 果亨利定律常数介于二者之间，则式中两项都是重要的。
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。
RX + H2O ROH + HX
有机物通过水解反应而改变了原化合物的化学结构。但 并不能总是生成低毒产物。 在环境条件下，一般酯类和饱和卤代烃容易水解，不饱 和卤代烃和芳香烃则不易发生水解。
这样，对于每一种有机化合物可得到与沉积物特征无关的一 个Koc。因此，某一有机化合物，不论遇到何种类型沉积物 (或土壤)，只要知道其有机质含量，便可求得相应的分配系 数。
二、分配作用—标化分配系数
若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp则可 表示为：
Kp = Koc [0.2 (1-f ) Xocs+f Xocf ]
Potential e-Waste Emission: 7,600,000 kg/yr
940
Sedimentation: 600 Degradation: 45
第三节 水中有机污染物的迁移转化
第三节 水中有机污染物的迁移转化
生物富集
迁移 沉 降
聚集
吸附 解吸
第三节 水中有机污染物的迁移转化
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
p KH CW
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*m3／mol
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性（O2）
大气中的气体与溶液中
同种气体间的平衡为：
KH 是亨利定律 常数
(mol/L·Pa);
注意：
[G(aq)] = KH×pG强不息 。上午 7时47 分19秒 上午7时 47分07 :47:192 0.8.26
松花江水污染事件
2005 年11 月13 日, 中石油吉化 公司发生爆炸， 导致大量苯、 苯胺、硝基苯、 二甲苯等有机 物流入松花江。
第三节 水中有机污染物的迁移转化
1）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。
2）有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水 解作用、光解作用、生物富集和生物降解等过程 进行迁移转化。
当微生物代谢时，一些 有机污染物作为食物源 提供能量和提供细胞生 长所需的碳。
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。
生长代谢 Growth metabolism
共代谢 Cometabolism
六、生物降解作用-两者的区别
对于生长代谢，一个化合物在开始使用之前，必 须使微生物群落适应这种化学物质，在野外和室 内试验表明，一般需要2-50天的滞后期，一旦微 生物群体适应了它，生长基质的降解是相当快的
Henry定律常数的替换形式，量刚为1;
K
' H
KH
/ RT
对于微溶化合物(摩尔分数≤0.02)
KH ps • M w / w
ps 纯化合物的饱和蒸汽压，Pa; M w 化合物的摩尔质量，g / mol;
w 化合物在水中的质量浓度，mg / L
K
' H
0.12 psM w / wT
三、挥发作用
30
pH-水解速率曲线可以呈现U型或V型，这取决于与特定酸碱催 化过程相比较的中性过程的水解速率常数的大小。
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。
光解过程分类
直接光解
间接光解 （敏化光解）
氧化反应
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。
对于共代谢，微生物共代谢的动力学明显不同于 生长代谢的动力学，共代谢没有滞后期，降解速 度一般比完全驯化的生长代谢慢。共代谢并不提 供微生物体任何能量，不影响种群多少。
第三节 水中有机污染物的迁移转化
主要内容回顾及重点
分配作用 挥发作用
理解分配理论的概念； 掌握分配系数Koc的计算 理解双膜理论
水解作用 光解作用
33
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.8. 2620.8. 26Wed nesday, August 26, 2020
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。07:4 7:1907: 47:1907 :478/2 6/2020 7:47:19 AM
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.8.26 07:47:1 907:47 Aug-20 26-Aug-20
一、概述
水环境中有机污染物种类繁多，一般分为两大类：
？ 需氧有机物（耗氧有机物） 危害
持久性污染物（有毒有机物）
二、分配作用
1．分配理论
研究结果均表明，颗粒物(沉积物或土壤)从水中吸着有机物 的量与颗粒物中有机质含量密切相关。 而且发现土壤—水分配系数与水中这些溶质的溶解度成反比。 并提出了：在土壤—水体系中，土壤对非离子性有机化合物 的吸着主要是溶质的分配过程(溶解)这一分配理论，即非离 子型有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经 一定时间达到分配平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水 中含量的比值称分配系数。
1.计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。 2.亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。 溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示 的量。
三、挥发作用—亨利常数的估算
亨利常数的估算
一般方法
K
' H
Ca
/ Cw
Ca 有机毒物在空气中的摩尔浓度，mol / m3;
K
' H
pCi K H Ci
三、挥发作用—双膜理论
经过一定的转化
1 1 RT 或 1 1 1
Kv KL KgKH
Kv KL KH 'Kg
Kv —挥发速率常数；
KL—在液相通过液膜的传质系数； Kg—在气相通过气膜的传质系数；
由此可以看出，挥发速率常数依赖于KL、KH’和Kg。 当亨利定律常数大于1.0130×102Pa·m3／mol时，挥发 作用主要受液膜控制，此时可用Kv = KL。
ρs 、ρw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。
为了引入悬浮颗粒物的浓度，有机物在水与颗粒物之间平衡时 总浓度可表示为：
ρT = ρs·ρp+ρw
ρT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L； ρs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg； ρp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L； ρw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
26
27
二、分配作用
实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主 要机理：
分配作 用
吸附作 用
溶解作用， 吸附等温线是线性的，
范德华力，及各种化学键如 氢键、离子偶极键、配位键等
的作用； 吸附等温线是非线性的。
二、分配作用
2、标化分配系数 有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的分配，往往可用分配系 数(Kp)表示： Kp=ρs /ρw
= 6.63×103
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。
1.亨利定律
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：
第三节 水中有机污染物的迁移转化
第二节水中无机污染物的迁移转化
重点介绍重金属污染物在水环境中的迁移转化 颗粒物与水之间的迁移 水中颗粒物的聚集 溶解和沉淀 氧化还原 配合作用
第三节 水中有机污染物的迁移转化
Unit: kg/yr ?
~0
Bio-process
2500
235 (dry and wet)
此时水中有机物的浓度(ρw)为：ρw =ρT / (Kp ρp十1)
二、分配作用—标化分配系数
一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在 类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数， 引入标化分配系数(Koc)：
Koc = Kp／Xoc
Koc——标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc——沉积物中有机碳的质量分数。
R H Kh[C] {KA[H ] K N KB[OH-]}[C]
K A 酸性催化过程的二级反应水解速率常数； K B 碱性催化过程的二级反应水解速率常数； K N 中性过程的二级反应水解速率常数； K h 在某一下准一级反应水解速率常数
Kh KA[H ] K N KBK w / [H ]
•
6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 8月26 日星期 三上午7 时47分 19秒07 :47:192 0.8.26
•
7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年8 月上午7 时47分 20.8.26 07:47A ugust 26, 2020
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年8 月26日 星期三7 时47分 19秒07 :47:192 6 August 2020
RCOOR' H2O RCOOH R'OH RX H2O ROH HR
四、水解作用
▪ 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
- d[RX]/dt Kh[RX]
K h — 水解速率常数
半衰期t1/2 0.693 / Kh
四、水解作用-水解速率与pH的关系
实验表明，水解速率与pH有关。Mabey等把水解速率归纳为由 酸性或碱性催化的和中性的过程，因而水解速率可表示为：
2．挥发作用的双膜理论（Pa220）
双膜理论是基于化学物质从水中挥发时必须克服来自近水表 层和空气层的阻力而提出的。这种阻力控制着化学物质由水 向空气迁移的速率。由图可见，化学物质在挥发过程中要分 别通过一个薄的“液膜”和一个薄的“气膜”。 在气膜和液膜的界面上，液相浓度为Ci，气相分压则用pci表 示，假设化学物质在气液界面上达到平衡并且遵循亨利定律
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 07:47:1 907:47: 1907:4 7Wednesday, August 26, 2020
•
5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.8.26 20.8.26 07:47:1 907:47: 19Aug ust 26, 2020
f —细颗粒的质量分数(d<50μm)； Xocs—粗颗粒物组分的有机碳含量； Xocf—细颗粒物组分的有机碳含量。
二、分配作用—标化分配系数
Karichoff等(1979)揭示了Koc与憎水有机物在辛醇—水分配系 数Kow的相关关系：
Koc = 0.63Kow
Kow—辛醇-水分配系数，即化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度的比例
那么，其分配系数(Kp)就可根据式(3-113)至式(3-115)计算出：
lg Kow = 5.00－0.670 lg (0.05×103／192) = 5.3
则
Kow = 2.46×105
Koc =0.63 Kow = 0.63×2.46×105 =1.55×105
Kp = 1.55×105[0.2(1-0.85) × (0.01)+0.85×0.05]
lgKow=5.00-0.67lg(Sw×103／Mr)
Sw—有机物在水中的溶解度，mg / L； Mr—有机物的分子量。
28
二、分配作用
例如，某有机物分子量为192，溶解在含有悬浮物的水体中，
若悬浮物中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0.05 mg / L，
掌握水解作用的反应式：酯类和卤代烃； 理解水解速率与pH的关系 光解作用是有机污染物真正的分解过程；
掌握三类光解过程
生物降解作用
生长代谢模式 共代谢模式
小结
水体中的有机污染物的迁移转化过程十分复杂，各种物质 不尽相同。总体来说，毒害有机物的迁移转化途径主要有 五条： 一是以气态挥发介入大气； 二是通过微生物、化学或光化学作用等降解为无害物； 三是溶解在水中； 四是被水中悬浮颗粒物、沉积物吸附从水相转入底泥； 五是水中有机污染物还可被水生生物富集，也可通过直接 饮用或经由食物链的富集而归宿于人体。
当亨利定律常数小于1.013Pa·m3／mol时，挥发作用 主要受气膜控制，此时可用Kv =KH’Kg这个简化方程。如 果亨利定律常数介于二者之间，则式中两项都是重要的。
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。
RX + H2O ROH + HX
有机物通过水解反应而改变了原化合物的化学结构。但 并不能总是生成低毒产物。 在环境条件下，一般酯类和饱和卤代烃容易水解，不饱 和卤代烃和芳香烃则不易发生水解。
这样，对于每一种有机化合物可得到与沉积物特征无关的一 个Koc。因此，某一有机化合物，不论遇到何种类型沉积物 (或土壤)，只要知道其有机质含量，便可求得相应的分配系 数。
二、分配作用—标化分配系数
若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其分配系数Kp则可 表示为：
Kp = Koc [0.2 (1-f ) Xocs+f Xocf ]
Potential e-Waste Emission: 7,600,000 kg/yr
940
Sedimentation: 600 Degradation: 45
第三节 水中有机污染物的迁移转化
第三节 水中有机污染物的迁移转化
生物富集
迁移 沉 降
聚集
吸附 解吸
第三节 水中有机污染物的迁移转化
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
p KH CW
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*m3／mol
1. 天然水的组成
(3) 气体在水中的溶解性（O2）
大气中的气体与溶液中
同种气体间的平衡为：
KH 是亨利定律 常数
(mol/L·Pa);
注意：
[G(aq)] = KH×pG强不息 。上午 7时47 分19秒 上午7时 47分07 :47:192 0.8.26
松花江水污染事件
2005 年11 月13 日, 中石油吉化 公司发生爆炸， 导致大量苯、 苯胺、硝基苯、 二甲苯等有机 物流入松花江。
第三节 水中有机污染物的迁移转化
1）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。
2）有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水 解作用、光解作用、生物富集和生物降解等过程 进行迁移转化。
当微生物代谢时，一些 有机污染物作为食物源 提供能量和提供细胞生 长所需的碳。
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。
生长代谢 Growth metabolism
共代谢 Cometabolism
六、生物降解作用-两者的区别
对于生长代谢，一个化合物在开始使用之前，必 须使微生物群落适应这种化学物质，在野外和室 内试验表明，一般需要2-50天的滞后期，一旦微 生物群体适应了它，生长基质的降解是相当快的
Henry定律常数的替换形式，量刚为1;
K
' H
KH
/ RT
对于微溶化合物(摩尔分数≤0.02)
KH ps • M w / w
ps 纯化合物的饱和蒸汽压，Pa; M w 化合物的摩尔质量，g / mol;
w 化合物在水中的质量浓度，mg / L
K
' H
0.12 psM w / wT
三、挥发作用
30
pH-水解速率曲线可以呈现U型或V型，这取决于与特定酸碱催 化过程相比较的中性过程的水解速率常数的大小。
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。
光解过程分类
直接光解
间接光解 （敏化光解）
氧化反应
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。
对于共代谢，微生物共代谢的动力学明显不同于 生长代谢的动力学，共代谢没有滞后期，降解速 度一般比完全驯化的生长代谢慢。共代谢并不提 供微生物体任何能量，不影响种群多少。
第三节 水中有机污染物的迁移转化
主要内容回顾及重点
分配作用 挥发作用
理解分配理论的概念； 掌握分配系数Koc的计算 理解双膜理论
水解作用 光解作用
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1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.8. 2620.8. 26Wed nesday, August 26, 2020
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2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。07:4 7:1907: 47:1907 :478/2 6/2020 7:47:19 AM
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3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.8.26 07:47:1 907:47 Aug-20 26-Aug-20
一、概述
水环境中有机污染物种类繁多，一般分为两大类：
？ 需氧有机物（耗氧有机物） 危害
持久性污染物（有毒有机物）
二、分配作用
1．分配理论
研究结果均表明，颗粒物(沉积物或土壤)从水中吸着有机物 的量与颗粒物中有机质含量密切相关。 而且发现土壤—水分配系数与水中这些溶质的溶解度成反比。 并提出了：在土壤—水体系中，土壤对非离子性有机化合物 的吸着主要是溶质的分配过程(溶解)这一分配理论，即非离 子型有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经 一定时间达到分配平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水 中含量的比值称分配系数。
1.计算气体的溶解度时，需要对水蒸气的分压加以校正。 2.亨利定律并不能说明气体在溶液中进一步的化学反应。 溶解于水中的实际气体的量，可以大大高于亨利定律表示 的量。
三、挥发作用—亨利常数的估算
亨利常数的估算
一般方法
K
' H
Ca
/ Cw
Ca 有机毒物在空气中的摩尔浓度，mol / m3;
K
' H
pCi K H Ci
三、挥发作用—双膜理论
经过一定的转化
1 1 RT 或 1 1 1
Kv KL KgKH
Kv KL KH 'Kg
Kv —挥发速率常数；
KL—在液相通过液膜的传质系数； Kg—在气相通过气膜的传质系数；
由此可以看出，挥发速率常数依赖于KL、KH’和Kg。 当亨利定律常数大于1.0130×102Pa·m3／mol时，挥发 作用主要受液膜控制，此时可用Kv = KL。
ρs 、ρw—分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度。
为了引入悬浮颗粒物的浓度，有机物在水与颗粒物之间平衡时 总浓度可表示为：
ρT = ρs·ρp+ρw
ρT—单位溶液体积内颗粒物上和水中有机毒物质量的总和ug / L； ρs—有机毒物在颗粒物上的平衡浓度，ug／kg； ρp—单位溶液体积上颗粒物的浓度kg／L； ρw—有机毒物在水中的平衡浓度，ug／L。
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27
二、分配作用
实际上，有机化合物在土壤(沉积物)中的吸着存在着二种主 要机理：
分配作 用
吸附作 用
溶解作用， 吸附等温线是线性的，
范德华力，及各种化学键如 氢键、离子偶极键、配位键等
的作用； 吸附等温线是非线性的。
二、分配作用
2、标化分配系数 有机毒物在沉积物(或土壤)与水之间的分配，往往可用分配系 数(Kp)表示： Kp=ρs /ρw
= 6.63×103
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。
1.亨利定律
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：
第三节 水中有机污染物的迁移转化
第二节水中无机污染物的迁移转化
重点介绍重金属污染物在水环境中的迁移转化 颗粒物与水之间的迁移 水中颗粒物的聚集 溶解和沉淀 氧化还原 配合作用
第三节 水中有机污染物的迁移转化
Unit: kg/yr ?
~0
Bio-process
2500
235 (dry and wet)
此时水中有机物的浓度(ρw)为：ρw =ρT / (Kp ρp十1)
二、分配作用—标化分配系数
一般吸附固相中含有有机碳（有机碳多，则Kp大），为了在 类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表征吸着的常数， 引入标化分配系数(Koc)：
Koc = Kp／Xoc
Koc——标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数； Xoc——沉积物中有机碳的质量分数。
R H Kh[C] {KA[H ] K N KB[OH-]}[C]
K A 酸性催化过程的二级反应水解速率常数； K B 碱性催化过程的二级反应水解速率常数； K N 中性过程的二级反应水解速率常数； K h 在某一下准一级反应水解速率常数
Kh KA[H ] K N KBK w / [H ]
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 8月26 日星期 三上午7 时47分 19秒07 :47:192 0.8.26
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年8 月上午7 时47分 20.8.26 07:47A ugust 26, 2020
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年8 月26日 星期三7 时47分 19秒07 :47:192 6 August 2020
RCOOR' H2O RCOOH R'OH RX H2O ROH HR
四、水解作用
▪ 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
- d[RX]/dt Kh[RX]
K h — 水解速率常数
半衰期t1/2 0.693 / Kh
四、水解作用-水解速率与pH的关系
实验表明，水解速率与pH有关。Mabey等把水解速率归纳为由 酸性或碱性催化的和中性的过程，因而水解速率可表示为：
2．挥发作用的双膜理论（Pa220）
双膜理论是基于化学物质从水中挥发时必须克服来自近水表 层和空气层的阻力而提出的。这种阻力控制着化学物质由水 向空气迁移的速率。由图可见，化学物质在挥发过程中要分 别通过一个薄的“液膜”和一个薄的“气膜”。 在气膜和液膜的界面上，液相浓度为Ci，气相分压则用pci表 示，假设化学物质在气液界面上达到平衡并且遵循亨利定律
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4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 07:47:1 907:47: 1907:4 7Wednesday, August 26, 2020
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5、知人者智，自知者明。胜人者有力 ，自胜 者强。 20.8.26 20.8.26 07:47:1 907:47: 19Aug ust 26, 2020
f —细颗粒的质量分数(d<50μm)； Xocs—粗颗粒物组分的有机碳含量； Xocf—细颗粒物组分的有机碳含量。
二、分配作用—标化分配系数
Karichoff等(1979)揭示了Koc与憎水有机物在辛醇—水分配系 数Kow的相关关系：
Koc = 0.63Kow
Kow—辛醇-水分配系数，即化学物质在辛醇中浓度和在水中浓度的比例
那么，其分配系数(Kp)就可根据式(3-113)至式(3-115)计算出：
lg Kow = 5.00－0.670 lg (0.05×103／192) = 5.3
则
Kow = 2.46×105
Koc =0.63 Kow = 0.63×2.46×105 =1.55×105
Kp = 1.55×105[0.2(1-0.85) × (0.01)+0.85×0.05]