第5章典型污染物转归与效应
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第五章 典型污染物的转归与效应
—Department of Environmental Science and Engineering—
主要介绍了以重金属、持久性有机污染物为代表 的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈层中的 转归与效应。要求了解这些典型污染物的来源、 用途和基本性质．掌握它们在环境中的基本转化、 归趋规律与效应。
3
重金属中毒机理： 含巯基（-SH）的酶与外来重金属的反应：
2R-S-H + M → R-S-M-S-R （酶分子） (金属配合物） 破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发中 毒，这一过程与实验室里向含有重金属离子的水 溶液中通H2S，产生金属硫化物沉淀相似。
根据这一中毒机理，人们提出了一种药物 解毒的方法。例如，EDTA（乙二胺四乙酸）、 二巯基丙醇[CH2(OH)CH(SH)CH2(SH)]等对重 金属有强烈亲合力，并与之形成溶解度较大的 化合物后排除体外。
消除汞最活跃的人体部位是肾、肝、毛发等。
17
§2 砷
⒈来源与分布 ⑴天然源：
含砷矿物。地壳中砷含量为1.5-2mg/kg。土壤中 砷本底值0.2-40mg/kg。空气、 地面水砷含量很低。 ⑵人为源：
§1汞
⒈环境中汞的来源、分布与迁移 ⑴来源：
汞在自然环境中的本底值不高。全世界每年开 采应用的汞量约在1万吨以上，绝大部分最终以“三 废”的形式进入环境。
6
有机汞挥发性大于无机汞，其中甲基汞
和苯基汞的挥表发5-1性汞最化大合。物无的机挥汞发性以碘化
★ ⑵化 硫挥合 化汞物 物发挥性发性最大，干硫空化气中条汞，件R最H≤小1%。
子CH3+转移给钴，并 从钴上取得二个电子， 以CH3-与钴结合，完 成了甲基钴氨素的再
生
CH3CoB12 + HgC2o++ + H2O →
H2OCoB12 ＋ CH3Hg+ 厌氧条B件12下，主
THFA-CH
3
要转化为二甲基
汞。好氧条件下，
酶H2FOCACHDoH3B21还2被原辅，
钴由C三o3价+ 降为
(CH3Hg)2S → (CH3)2Hg ＋ HgS
易挥发、 光解
14
⒊甲基汞脱甲基化与汞离子还原
CH3Hg+ + 2H → Hg + CH4 + H+ HgCl2＋2H → Hg ＋ 2HCl 烷基汞的毒性： 在烷基汞中，只有甲基汞、乙基汞和丙基汞三种烷 基汞为水俣湖病底的沉致积病物性中物甲质基。汞可被降 4个碳原子解以，上H的g2烷+还基原汞为并H不g。是水俣病的致病物质， 也没有发现它们具有直接毒性。
13
（固体）
干空气中，RH≤1%
2
7
⑶无机汞 形成稳定的络合物。
甲基汞和汞的某些络合物的稳定常数
配位体
OH组氨酸 半胱氨酸 白蛋白
pK
CH3Hg+
Hg+
9.5
10.3
8.8
10
15.7
14
22.0
13
8
Hg(OH)2 HgS
0 0.039mg/l 0.039mg/l
[Cl-] 0.001mol/l
大气中汞浓度（μg/m3） 0.1
汞硫及化其物化合物挥发湿程空度气中与，化RH合≤接物近饱的和形态及在水中5的.0 溶
氧化物
干空气中，RH≤1%
2.0
解度碘、化表物 面吸附、大气的相干空对气中湿度等密切相关。 150
氟化物
RH≤1%
8
氟化物
RH＝70%
20
氯化甲基汞（液体） 0.06%的 0.1mol/L 磷酸盐缓冲溶液，pH=5
种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。这是世界 历史上首次出现的重金属污染重大事件。
10
日本水俣病
11
日本水俣病
12
Байду номын сангаас HH O
甲基钴氨素是金属甲基化甲基基团 FAD H2 的重F要AD生+物2来H 源。
HCgH2和+3CHHgC3HHg+3
Co 3+
辅酶甲基四氢叶酸
(THFA-BC1H2 3)将正离
一价
主要转化为一甲 基汞。
B12
13
中性和酸
一甲基汞可形成氯化甲基汞或氢氧化甲基汞pH：＝8，性[C条l-件]
CH3Hg+ + Cl- ＝ CH3HgCl
<400mg/L
CH3HgCl + H2O ＝ CH3HgOH + Cl- + H+
在H2S存在下，一甲基汞容易转化为二甲基汞：
2CH3HgCl + H2S → (CH3Hg)2S + 2HCl
图5-2 汞循环的可能途径(一)(转自翁稣颖等,1985)
土壤 沉积物
Hg0
16
★⒌汞的生物效应 甲基汞能与许多有机配位体结合，如羧基、胺基、
巯基等，所以甲基汞特别容易与蛋白质、氨基酸类物 质起作用。
由于烷基汞具有高脂溶性，且它在生物体内分解 速度缓慢（其分解半衰期约为70d），因此烷基汞比 可溶性无机汞化合物的毒性大10-100倍。
15
汞及其化合物 → 空
气 → 颗粒物吸附 →
土⒋壤汞或在水环体境中的循环途径：
CH4
C2H6
Hg0
hv
(CH3)2Hg
hv hv
水中无机汞 → 甲 H基g0 化 →进入食物链
大气
鱼 CH3Hg+
贝壳类 水
CH3-S-Hg-CH3
Hg0
微代生谢物水HC中gH2汞23+Hg+→代微颗谢生物粒(物CHHg结23+)2H合微g 生→代物C谢H水微3-S生底-H物沉g代-C谢积H3 物
第一节 重金属元素
有毒重金属是指非人体必需又有害的重金属元素和化合物， 在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。
有毒重金属来自于矿物冶炼，材料加工和制成品应用等发 生源，通过各种渠道散入环境。
重金属毒物对人体的毒害程度与其种类、存在的化 学形态、进入人体的途径及受害人体的情况不同。一般 以单质形式存在，通过饮食进入人体呈低毒性，以阳离 子或有机态形式存在具有高毒性。
900
双氰胺甲基汞（液体） 0.04%的 0.1mol/L 磷酸盐缓冲溶液，pH=5
140
醋酸苯基汞（固体）
在 RH≤1%的干空气中
22
醋酸苯基汞（固体）
在 RH=30%的干空气中
140
硝酸苯基汞（固体）
在 RH≤1%的干空气中
4
硝酸苯基汞（固体）
在 RH=30%的干空气中
27
半胱氨酸汞络合物
湿空气中，RH 饱和
44倍 408倍
1mol/l 105倍 107倍
重金属难溶盐可以和无机配位体形成可溶性状态。因为高浓度 的Cl-离子与Hg2+离子发生强和络合作用。 河流中悬浮物和沉积物中的汞，进入海洋后会发生解吸，使河 口沉积物中汞含量显著减少。
★ ⒉水俣病和汞的甲基化 1953年在日本熊本县水俣湾附近的渔村，发现一
—Department of Environmental Science and Engineering—
主要介绍了以重金属、持久性有机污染物为代表 的持久性有毒污染物等典型污染物在各圈层中的 转归与效应。要求了解这些典型污染物的来源、 用途和基本性质．掌握它们在环境中的基本转化、 归趋规律与效应。
3
重金属中毒机理： 含巯基（-SH）的酶与外来重金属的反应：
2R-S-H + M → R-S-M-S-R （酶分子） (金属配合物） 破坏和中断了某些正常的代谢进程，引发中 毒，这一过程与实验室里向含有重金属离子的水 溶液中通H2S，产生金属硫化物沉淀相似。
根据这一中毒机理，人们提出了一种药物 解毒的方法。例如，EDTA（乙二胺四乙酸）、 二巯基丙醇[CH2(OH)CH(SH)CH2(SH)]等对重 金属有强烈亲合力，并与之形成溶解度较大的 化合物后排除体外。
消除汞最活跃的人体部位是肾、肝、毛发等。
17
§2 砷
⒈来源与分布 ⑴天然源：
含砷矿物。地壳中砷含量为1.5-2mg/kg。土壤中 砷本底值0.2-40mg/kg。空气、 地面水砷含量很低。 ⑵人为源：
§1汞
⒈环境中汞的来源、分布与迁移 ⑴来源：
汞在自然环境中的本底值不高。全世界每年开 采应用的汞量约在1万吨以上，绝大部分最终以“三 废”的形式进入环境。
6
有机汞挥发性大于无机汞，其中甲基汞
和苯基汞的挥表发5-1性汞最化大合。物无的机挥汞发性以碘化
★ ⑵化 硫挥合 化汞物 物发挥性发性最大，干硫空化气中条汞，件R最H≤小1%。
子CH3+转移给钴，并 从钴上取得二个电子， 以CH3-与钴结合，完 成了甲基钴氨素的再
生
CH3CoB12 + HgC2o++ + H2O →
H2OCoB12 ＋ CH3Hg+ 厌氧条B件12下，主
THFA-CH
3
要转化为二甲基
汞。好氧条件下，
酶H2FOCACHDoH3B21还2被原辅，
钴由C三o3价+ 降为
(CH3Hg)2S → (CH3)2Hg ＋ HgS
易挥发、 光解
14
⒊甲基汞脱甲基化与汞离子还原
CH3Hg+ + 2H → Hg + CH4 + H+ HgCl2＋2H → Hg ＋ 2HCl 烷基汞的毒性： 在烷基汞中，只有甲基汞、乙基汞和丙基汞三种烷 基汞为水俣湖病底的沉致积病物性中物甲质基。汞可被降 4个碳原子解以，上H的g2烷+还基原汞为并H不g。是水俣病的致病物质， 也没有发现它们具有直接毒性。
13
（固体）
干空气中，RH≤1%
2
7
⑶无机汞 形成稳定的络合物。
甲基汞和汞的某些络合物的稳定常数
配位体
OH组氨酸 半胱氨酸 白蛋白
pK
CH3Hg+
Hg+
9.5
10.3
8.8
10
15.7
14
22.0
13
8
Hg(OH)2 HgS
0 0.039mg/l 0.039mg/l
[Cl-] 0.001mol/l
大气中汞浓度（μg/m3） 0.1
汞硫及化其物化合物挥发湿程空度气中与，化RH合≤接物近饱的和形态及在水中5的.0 溶
氧化物
干空气中，RH≤1%
2.0
解度碘、化表物 面吸附、大气的相干空对气中湿度等密切相关。 150
氟化物
RH≤1%
8
氟化物
RH＝70%
20
氯化甲基汞（液体） 0.06%的 0.1mol/L 磷酸盐缓冲溶液，pH=5
种中枢神经性疾患的公害病，称为水俣病。这是世界 历史上首次出现的重金属污染重大事件。
10
日本水俣病
11
日本水俣病
12
Байду номын сангаас HH O
甲基钴氨素是金属甲基化甲基基团 FAD H2 的重F要AD生+物2来H 源。
HCgH2和+3CHHgC3HHg+3
Co 3+
辅酶甲基四氢叶酸
(THFA-BC1H2 3)将正离
一价
主要转化为一甲 基汞。
B12
13
中性和酸
一甲基汞可形成氯化甲基汞或氢氧化甲基汞pH：＝8，性[C条l-件]
CH3Hg+ + Cl- ＝ CH3HgCl
<400mg/L
CH3HgCl + H2O ＝ CH3HgOH + Cl- + H+
在H2S存在下，一甲基汞容易转化为二甲基汞：
2CH3HgCl + H2S → (CH3Hg)2S + 2HCl
图5-2 汞循环的可能途径(一)(转自翁稣颖等,1985)
土壤 沉积物
Hg0
16
★⒌汞的生物效应 甲基汞能与许多有机配位体结合，如羧基、胺基、
巯基等，所以甲基汞特别容易与蛋白质、氨基酸类物 质起作用。
由于烷基汞具有高脂溶性，且它在生物体内分解 速度缓慢（其分解半衰期约为70d），因此烷基汞比 可溶性无机汞化合物的毒性大10-100倍。
15
汞及其化合物 → 空
气 → 颗粒物吸附 →
土⒋壤汞或在水环体境中的循环途径：
CH4
C2H6
Hg0
hv
(CH3)2Hg
hv hv
水中无机汞 → 甲 H基g0 化 →进入食物链
大气
鱼 CH3Hg+
贝壳类 水
CH3-S-Hg-CH3
Hg0
微代生谢物水HC中gH2汞23+Hg+→代微颗谢生物粒(物CHHg结23+)2H合微g 生→代物C谢H水微3-S生底-H物沉g代-C谢积H3 物
第一节 重金属元素
有毒重金属是指非人体必需又有害的重金属元素和化合物， 在人体中只有少量存在但对正常代谢作用产生灾难性的影响。
有毒重金属来自于矿物冶炼，材料加工和制成品应用等发 生源，通过各种渠道散入环境。
重金属毒物对人体的毒害程度与其种类、存在的化 学形态、进入人体的途径及受害人体的情况不同。一般 以单质形式存在，通过饮食进入人体呈低毒性，以阳离 子或有机态形式存在具有高毒性。
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双氰胺甲基汞（液体） 0.04%的 0.1mol/L 磷酸盐缓冲溶液，pH=5
140
醋酸苯基汞（固体）
在 RH≤1%的干空气中
22
醋酸苯基汞（固体）
在 RH=30%的干空气中
140
硝酸苯基汞（固体）
在 RH≤1%的干空气中
4
硝酸苯基汞（固体）
在 RH=30%的干空气中
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半胱氨酸汞络合物
湿空气中，RH 饱和
44倍 408倍
1mol/l 105倍 107倍
重金属难溶盐可以和无机配位体形成可溶性状态。因为高浓度 的Cl-离子与Hg2+离子发生强和络合作用。 河流中悬浮物和沉积物中的汞，进入海洋后会发生解吸，使河 口沉积物中汞含量显著减少。
★ ⒉水俣病和汞的甲基化 1953年在日本熊本县水俣湾附近的渔村，发现一