第二章污染物在环境中的迁移和转化

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– 如研究地表中的某种污染物通过土壤渗漏向地下水中 转移的情况和速度,也可选择典型地段进行渗漏试验, 追踪研究不同深度的土壤和渗漏水中污染物的浓度, 从而了解这种污染物由地表水中向地下水中转移的可 能性和速度。
模拟试验研究法
• 模拟试验研究法是在实验室中设计某种环境条件 所进行的试验研究。
– 如在风洞中进行的烟气扩散实验,在光化学烟雾箱中 进行的光化学烟雾生成机理的研究等。 – 这种尽可能接近实际环境条件而各种参数又受人工严 格控制的试验研究可以有效地探讨污染物在环境中的 迁移转化状况。
• 气体污染物二氧化硫经光化学氧化作用或在催化氧 化作用后转化为硫酸或硫酸盐。
• DDT在大气中受日光辐射很易光解为DDE和DDD。
水体中的转化
在水体中,污染物转化主要通过氧化还原、络合水解和生物 降解等Fra Baidu bibliotek用。 • 环境中的重金属在一定的氧化还原条件下,很容易发生 接受电子或失去电子的过程,而出现价态的变化。其结 果不仅是化学性质(如毒性)发生变化,而且迁移能力 也会发生变化。
五、污染物迁移的研究方法
• 物质追踪法
• 共轭对比研究法
• 现场试验研究法
• 模拟试验研究法
物质追踪法
• 物质追踪研究法是在特定环境下,为达到某一特 定目标所进行的对污染物的追踪采样法。
– 如研究污染物在河流中的稀释扩散和降解作用时,可 进行水团追踪取样分析。
• 这种研究可以查明污染物在环境中的迁移速度、 扩散范围和自然净化能力。
环境污染物转化的形式
• 污染物的物理转化可通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及 放射性元素的蜕变等一种或几种过程来实现。 • 化学转化在环境中比物理转化更为普遍。污染物的化学 转化以光化学氧化、氧化还原和络合水解等作用最为常 见。 • 生物转化是污染物通过生物的吸收和代谢作用而发生的 变化。污染物在有关酶系统的催化作用下,可以通过各 种生物化学反应过程改变它的化学结构和理化性质。
• 通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证 据,并提出了生物放大模型,从而否定了国际学术界过 去一直认为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存在 生物放大的观点。
三、污染物迁移的制约因素
污染物在环境中的迁移受到两方面因素的制约:
• 污染物自身的物理化学性质(内因)
• 外界环境的物理化学条件和区域自然地理条件 (外因)
三、污染物迁移的制约因素
氧化还原条件(Eh)
– 有些污染物在氧化环境中有较高的迁移能力,而有些 污染物在还原环境中有较高的迁移能力。 – 氧化环境有利于铬、钒、硫的迁移; – 还原环境有利于铁、锰等的迁移。
pH和Eh的影响
• 土壤和水溶液中硒的浓度和形态在很大程度上决 定于环境介质中的pH 和Eh 。 • 一般来说,通气良好的碱性介质中, 元素硒或硒化 物可被氧化为SeO32- 或SeO42- ,有机态硒分解后 产生的H2Se ,也可经氧化而成SeO32- 或SeO42- , 从而提高介质中硒的有效性。 • 在强还原或酸性介质中,嫌气微生物可使氧化态硒 还原为Se0 和Se2- , 使硒的有效性降低。pH 和 Eh 是作为一个整体来影响硒的形态和含量。
汞循环(mercury cycle)
火山活动
降水 农药喷洒
化石 燃烧
挥发
挥发
水鸟 (中性pH) (CH3)2Hg CH3Hg (酸性pH) 沉积物
农田风化径流 工厂 捕鱼 鱼 和淋溶作 汞的废物 Hg2+ 用 水生植物 由河水带走
二、污染物迁移的方式
• ������ 1. 机械迁移
• ������
三、污染物迁移的制约因素
1. • • 内因(主要影响因素): 由于物理化学性质的差异决定了物质的电离能力、水解能力、形成 络合物能力等的不同。 原子的电负性、离子半径、电价、离子电位(电价与离子半径的比 值)以及化合物的键性和溶解度是影响污染物迁移的重要化学参 数。������
– – – 共价键组成的污染物易进行气迁移(如H2S、CH4等 )������ 离子键化合的污染物易进行水迁移(如NaCl、Na2SO4等) 低价离子的水迁移能力大于高价离子的迁移能力(如Na+>Ca2+> Al3+ )������ 离子半径差别大的离子构成的化合物迁移能力较大(如Ba2+、Pb2+、 Sr2+与SO42-构成的化合物较难迁移,而Mg 2+与SO42-组成的化合物易 于迁移。 ) 重金属离子由于有较高的离子电位,因而具有较强的水解能力。
• 生物迁移是污染物通过生物体的吸收、代谢、生 长、死亡等过程所实现的迁移,是一种非常复杂 的迁移形式,与各生物种属的生理、生化和遗传、 变异等作用有关。
• 某些生物体对环境污染物有选择吸取和积累作用, 某些生物体对环境污染物有降解能力。
• 生物通过食物链对某些污染物(如重金属和稳定 的有毒有机物)的放大积累作用是生物迁移的一 种重要表现形式。
如通过废气、废渣、废液的排放,农药的施用以及汞矿床的扩散等各种 途径进入水环境的汞(Hg),会富集于沉积物中。 • 元素汞由于比重大,不易溶于水,在靠近排放处便沉淀下来。 • 二价汞离子在迁移过程中能被底泥和悬浮物中的粘粒所吸附,随同 它们逐渐沉淀下来。 • 富集于沉积物中的各种形态的汞又可能转化为二价汞。二价汞离子 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,可富集在藻类、鱼类和其他水生生物中。 • 二甲基汞则通过挥发作用扩散到大气中去。 • 二甲基汞在大气中并不是稳定的,在酸性条件下和在紫外线作用下 将被分解。如果被转化为元素汞,又可能随降雨一起降落到水体中 或陆地上,元素汞可以进行全球性的迁移和循环
三、污染物迁移的制约因素
配位体的种类及数量

无机配位体:Cl-、I-、F-、SO42-、S2-、PO43-等。
– 当环境中存在大量无机,特别是有大量Cl-、 SO42-时 可大大促进汞、锌、镉、铅的迁移。环境中的无机配 位体有蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物和硅、铝、 铁的水合氧化物。

有机配位体:腐殖质、氨基酸等化合物。
• 现代分析测试技术的发展为研究污染物在环境中 的迁移提供了基本手段。
第二节 环境污染物的转化
• 污染物在环境中通过物理的、化学的或生物的作 用改变形态或转变成另一种物质的过程。 • 污染物的转化与迁移不同,迁移只是空间位置的 相对移动。不过环境污染物的迁移和转化往往是 伴随进行的。 • 各种污染物转化的过程取决于它们的物理化学性 质和所处的环境条件。 • 大多数情况下,污染物的化学转化是主要的、大 量的。
第一章 污染物在环境中迁移 和转化
第一章 污染物在环境中迁移和转化
• 第一节 环境污染物的迁移 • 第二节 环境污染物的转化
第一节 环境污染物的迁移
• 污染物在环境中所发生的空间位置的移动及其所 引起的富集、分散和消失的过程。 • 迁移伴随着转化
– 污染物在环境中迁移常伴随着形态的转化。
汞的迁移和循环
土壤中的转化
• 污染物在土壤中的转化及其行为,取决于污染物 和土壤的物理化学性质。 • 土壤是自然环境中微生物最活跃的场所,所以生 物降解在这里起重要的作用。 • 土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物运 动和微生物活动的重要因素。
土壤中的转化
• 土壤的pH值、湿度、温度、通气、离子交换的能力和微 生物的种类等,是污染物转化的依存条件。
生物累积、生物浓缩和生物放大
• 生物累积、生物浓缩和生物放大三个概念,既有联系, 又有区别。 • 生物累积指同一生物个体在其整个代谢活跃期中的不同 阶段,机体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系 数不断增加的现象; • 生物浓缩指生物机体通过对环境中元素或难分解化合物 的浓缩,使这种物质在生物体内的浓度超过环境中浓度 的现象; • 生物放大指在同一食物链上,高位营养级生物机体内来 自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数比低位营养级 生物增加的现象。
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2. 物理—化学迁移
3. 生物迁移
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1. 机械迁移
1. 机械迁移:根据污染物在环境中发生机械迁移的 作用力不同可以分为: • (1)气的机械迁移作用:污染物在大气中的扩 散作用和被气流搬运。 • 影响因素:气象条件、地形地貌特征、排放浓度 和排放高度等因素。
1. 机械迁移
– 环境中的有机配位体主要是腐殖质物质。当环境中有 大量难溶性胡敏酸时可大大阻止上述金属的迁移。
三、污染物迁移的制约因素
区域自然地理条件(气候、地形、水文、土壤等)的制约; ������
• 气候条件对污染物迁移的影响最为明显,主要表现为两 个最重要的因子——热量和水分之间的配合状况,直接 影响污染物在环境中化学变化的强度和速度。 另外,不同区域的土壤和水体具有不同的酸碱条件和氧 化还原条件,具有不同种类和数量的胶体和络合配位体。
– 环境中的三价铬和六价铬,三价砷和五价砷就是比较突出的例子。 水解是有害物质(盐类)同水发生反应,不仅使有害物的性质发 生变化,而且也促使这些物质进一步分解和转化。 – 水中含有各种无机和有机配位体或螯合剂,都可以与水中的有害 物质发生络合反应而改变它们的存在状态。 – 在水体底泥中的厌氧性细菌作用下,无机汞会转化为一甲基汞或 二甲基汞。
共轭对比研究法
• 共轭对比研究法指在环境调查中对各种相关联的 环境要素同时取样分析。
– 如在对土壤-作物系统进行研究时,可同时采集不同 层次的土样和生长在这种土壤上的作物的各个部位 (根、茎、叶、果实等)的样品,进行对比分析研究。
现场试验研究法
• 现场试验研究是在现场环境中对污染物的迁移转 化进行研究。
生物累积、生物浓缩和生物放大
• 中国科学院水生生物研究所的研究人员还发现,我国典 型湖泊底泥中19世纪早期已存在微量二恶英,主要存在 土壤的表层,一旦沉积很难通过环境物理因素再转移, 但却可通过食物链再传给其它生物,转移到环境中。
• 因此,湖泊底泥中高浓度的二恶英可通过生物富集或生 物放大对水生物和人类的健康产生极大威胁。
• 对无机污染物而言,是以简单的离子、络离子或 可溶性分子的形式在环境中通过一系列物理化学 作用,如溶解-沉淀作用、氧化-还原作用、水 解作用、络合和螯合作用、吸附-解吸作用等所 实现的迁移。 • 对有机污染物而言,除上述作用外,还有通过化 学分解、光化学分解和生物化学分解等作用所实 现的迁移。
3. 生物迁移


三、污染物迁移的制约因素
2. 外因(环境条件):������

酸碱条件(pH)������
– 大多数重金属在强酸性环境中形成易溶性化合物,有 较高的迁移能力,而在碱性环境中则形成难溶化合物, 难以迁移。所以酸性环境有利于钙、锶、钡、镭、铜、 锌、镉、二价铁、二价锰和二价镍的迁移。 – 碱性环境有利于硒、钼和五价钒的迁移。 ������
环境污染物转化的结果
• 污染物的毒性降低,或者形成更容易降解的分子 结构; • 污染物的毒性增强,或者形成更难降解的分子结 构。
环境污染物转化的分类
• 大气中的转化
• 水体中的转化
• 土壤中的转化
大气中的转化
在大气中,污染物转化以光化学氧化、催化氧化反 应为主。
• 大气中氮氧化物、碳氢化合物等气体污染物(一次 污染物)通过光化学氧化作用生成臭氧、过氧乙酰 硝酸酯(PAN)及其他类似的氧化性物质(统称为光化 学氧化剂)。

四、污染物迁移的环境影响
污染物在环境中的迁移直接影响环境质量,在有些情况下起 好作用,在有些情况下起坏作用。 • 简单的需氧有机污染物和酚、氰等毒物在迁移过程中被 水流稀释扩散和被微生物分解、转化,终至消失,就是起好 作用; • 重金属(汞、镉等)和稳定的有机有毒物质(DDT、六 六六等)在迁移过程中,或富集于底泥,成为具有长期 潜在危害的污染源,或通过食物链富集于动、植物体内,对 人体产生慢性积累性危害,就是起坏作用。
(2)水的机械迁移作用:污染物在水体中的扩散 作用和被水流搬运。 • ������ 影响因素:水文条件、排放浓度和距离排放 口距离的远近等因素。 (3)重力的机械迁移作用:污染物和它的搬运载 体在重力作用下的迁移运动。
• ������ 粒径比较大的颗粒状污染物经常发生重力的 机械迁移作用。
2. 物理—化学迁移
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