吉大环境毒理学第二章污染物的迁移和转化

指一次污染物在环境中发生各种反应而转化形成的污 染物。
2.3 环境污染物的转化
物理转化作用 环境污染物的转化
化学转化作用
生物转化和生物降解作用
2.2.3 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
物的的作用改变形态或者转变成另一物质的 过程叫做污染物的转化 transformation of pollutants.
在生态学上被称为食物链。通过食物链贮存于有机物中的能量在生态 系统中层层传导。
营养级trophic level 营养级 是指生物在食物链之中所占的位置。在生态系统的食物网中，
凡是以相同的方式获取相同性质食物的植物类群和动物类群可分别称 作一个营养级。在食物网中从生产者植物起到顶部肉食动物止。即在 食物链上凡属同一级环节上的所有生物种就是一个营养级。
2.2. 环境污染物的迁移
气的机械性迁移 扩散迁移 干沉积和颗粒物湿沉积
机械性迁移
水的机械性迁移 重力的机械性迁移 风化淋溶作用 物理-化学性迁移 溶解挥发作用
络合作用 吸附作用
酸碱作用
生物浓缩 生物性性迁移
氧化-还原作用
生物累积
生物放大
2.2.1 机械性迁移
污染物的机械性迁移现象处处可见：废 水，废气和废渣的排放，丢弃，搬运以 及各种有毒有害物质在生产和生活中的 应用，均可使污染物发生不同程度的迁 移运动。
阐明人类在环境中接触的污染物种类以及接
触浓度，时间，途径，方式和条件等。
评估污染物的物质形态，毒性作用影响因素，
剂量-效应或剂量-反应关系。
2.2 环境污染物的迁移
污染物的迁移是指污
染物在环境中发生的 空间位置的相对移动 过程。 污染物的迁移可导致 环境中污染物的种类， 数量和综合毒性的强 度发生变化，引起污 染范围的扩大或缩小， 污染物浓度的增高或 降低等。
2.2.2.5吸附作用
=SurfOH指铁，铝和锰氧化物表面
吸附是发生在固体 或液体表面对其它 物质的一种吸着现 象。污染物在土壤 中的吸附常常受到 土壤中有机质含量， 土壤颗粒大小，粘 土矿物成分，pH， 阳离子交换能等土 壤理化性质的影响。
2.2.2.6 氧化还原作用
污染物在氧化-还原反应中，因为电子的得失发生价态 的改变，其迁移能力随之发生变化。
降水可以将各种固体废弃物中的水溶性污染物溶解， 造成土壤和水体的污染。低沸点。低分子量的有机污 染物可以通过挥发散逸到大气中。污染物的挥发程度 取决于污染物的物理性质和环境条件等。 例子： 大气中 SO2，NO2 等酸性气体在高空遇到水蒸气形成酸 雨（pH<5.6）,酸性降水可以使土壤中的重金属游离出来， 造成严重的环境健康问题。 挥发性强的污染物可通过挥发作用快速逸散到空气中。 挥发作用的大小取决于污染物的亨利系数和环境条件等， 如温度和风速等。
Cd2+ + CNZn2+ + NH3 Hg2+ + 2OH Hg(OH)2 +Cl Hg2+ + ClHg2+ + 2ClHg2+ + 3ClHg2+ + 4Cl-
CdCN+ ZnNH32+ Hg(OH)2 Hg(OH)Cl HgCl+ HgCl2 HgCl3HgCl42-
吸附力强 吸附力弱
环境中的 OH-， Cl-，HCO3-， CO32-及含NH2，-OH，COOH，-SH等 功能团的有机物 都可以作为配位 体与金属离子络 合
2.2.3.2 化学转化作用
化学转化 指污染物通过各种化学反应过程发生的转化，如氧化-还原，
水解反应，络合反应，光化学反应等。
在大气中，污染物的转化以光化学氧化和催化氧化为主。
HCs，NOx，SO2, 通过光化学氧化作用生成O3和过氧乙 酰硝酸酯（PAN）。 PAN没有天然源，只有人为源，在光 的参与下，乙醛与OH自由基通过O2生成过氧乙酰基，再 与NO2反应而得，因此，大气中测得PAN即可作为发生光 化学烟雾的依据。 在水体中，污染物转化是氧化-还原和络合水解反应，如 As的氧化还原和甲基化，铬的氧化还原。
染物的浓度显著的超过环境中该污染物的浓度。 生物放大的程度可以用生物放大系数 biomagnification factor, BMF表示。
BMF=较高营养级生物体内污染物的浓度/较低营
养级生物体内污染物的浓度
生物放大举例
经过食物链各个营养
级，水中的DDT浓度 被放大10,000,000倍！
2.3 环境污染物的转化
污染物的转化transformation of pollutants ：
指污染物在环境中通过物理的，化学的，或生物的作 用改变形态或者转变成另一物质的过程。
一次污染物primary pollutants：
指有污染源直接排入环境的污染物。
二次污染物secondary pollutants：
食物链营养级举例
2.2.3.1生物浓缩 bioconcentration
生物浓缩：指生物体从环境中蓄积某种污染物，出现
在生物体中浓度超过环境中浓度的现象。
生物浓缩的程度用生物富集系数 bioconcentration
factor, BCF BCF=生物体内污染物的浓度/环境中该污染物的浓度
影响大气污染物扩散的因素
地理地势： 地面具有不同的粗糙度，当气流沿地表流过时，必然要同
各种地形地物发生摩擦作用，使风向风速同时发生变化。 其影响程度与地形地物的形状，高低和体积有关。 封闭的山谷盆地，不利于大气污染物扩散。 城市中的高大建筑物，阻碍污染物迅速扩散。 建筑物背风区风速下降，污染物浓度增高。
2.2.3.1 物理转化作用
物理转化 指污染物通过蒸发，渗透，凝聚，吸附，以及放射性
元素的蜕变等一种或几种过程实现的转化。
如某些有机或无机污染物通过蒸发作用由液态转化
为气态，而散逸到空气中。 如土壤，泥沙，木炭等物质吸附某些污染物时，既 有污染物在分子微观形态上b+7α+4β-
生物累积某种污染物的浓度水平取决于该生物摄取和消
除该污染物的速率之比，如果摄入量大于消除量，就会 发生生物积累。
2.2.3.3生物放大 biomagnification
生物放大：指在生态系统的同一食物链上，某种
污染物在生物体内的浓度随着营养级的提高而逐 步增大的现象。
生物放大的结果使食物链上高营养级生物体内污
最具有重要意义的迁移方式。
生态系统，食物链，营养级
生态系统ecosystem 生态系统，指在自然界的一定的空间内，生物与环境构成的统一整体，
在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定 时期内处于相对稳定的动态平衡状态。
食物链food chain 食物链是指各种生物通过一系列的捕食关系而彼此联系起来的序列，
北
燕山 太行山
北京雾霾
② 干沉积和颗粒物的湿沉积
干沉积
干沉积指大气污染物通过重力沉降或被地 面建筑物，树木等阻留而沉积在地面的过 程，或者进入人体或动物呼吸道并积留于 此的过程。
湿沉降
湿沉降指大气中所含污染气体或微粒物质 通过雨洗，洗脱作用随降水降落并积留在 地表的过程。是污染气体在大气中被消除 的重要过程。
生物浓缩的研究对于阐明污染物在环境中的生物迁移
规律，评价和预测污染物进入环境后的危害，以及确 定污染物的环境容量和制定环境标准有重要意义。
2.2.3.2生物积累 bioaccumulation
生物积累：指生物个体随其生长发育的不同阶段从环境
中蓄积某种污染物，而使生物浓缩系数不断增大的现象。 生物累积的程度可用生物累积系数 bioaccumulation factor, BAF 表示。 BAF=某一生物个体生长发育较后阶段体内蓄积污染物的 浓度/同一生物生长发育较前阶段体内蓄积该污染物的浓 度
干沉积和颗粒物的湿沉积
大气颗粒物的密度和粒
度越大，越容易被干沉 积去除。 积过程消除。
小颗粒，一般借助湿沉 PM2.5粒径小，表面积大，
富含重金属和有毒有机 污染物，且在大气中的 停留时间长、输送距离 远，因而对人体健康和 大气环境质量的影响更 大。
2.2.1.2 水的机械迁移作用
水的迁移作用包括污染物在水中的自由扩散作用和被
物理-化学性迁移
风化-淋溶作用 溶解-挥发作用 酸碱作用 络合作用 吸附作用
自然界中污染物的物理化学迁移模式往往不是 单一的。
一般伴随着2个或更多 的迁移过程。 各种迁移过程往往是互 相交织在一起的。
氧化还原作用
辰砂（含HgS）矿石标本
2.2.3 生物性迁移
污染物通过生物体的吸附，吸收，代谢，死亡等 过程而发生的迁移叫做生物性迁移biotransport. 生物性迁移是污染物在环境中迁移的最复杂而又
如污染物以原材料，成品或包装材料的形式被远距 离运输。
2.2.2 物理-化学性迁移
2.2.2.1风化-淋溶作用
风化淋溶作用，指的是环境中水在重力作用下运动时通 过水解作用使岩石，矿物中的化学元素溶入水中的过程。
水流
风化作用
风化后的岩石
几张关于风化-淋溶侵蚀相关的照片
2.2.2.2溶解-挥发作用
2.2.2.3 酸碱作用
酸性环境使大多数污染物形成易溶性化合物，从而促进 污染物的迁移。而环境的pH较高时，许多污染物就可 能沉淀下来，在沉积物中相对富集。
Cu2(OH)2CO3 +4HCl = 2Cu2+ CO2 + 2H2O
孔雀石（含碱式碳酸Cu）矿石标本
2.2.2.4 络合作用
当污染物在环境中迁移时，经常和其他离子，离子团或 有机大分子络合。络合分子或络合离子具有特殊的化学 性质，因而大大改变了污染物的迁移能力和归宿。