【环境化学】第5.1章 多介质转归——典型污染物在环境各圈层中的 转归与效应
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应内容提要及重点要求:主要介绍了以重金属、持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)为代表的持久性有毒污染物(Persistent Toxic Substances, PTS)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。
地球环境是一个由大气、水体、土壤、岩石和生物等圈层组成的多介质体系,建立描述污染物在多介质环境中的迁移、转化和归趋规律,弄清化学污染物在这些介质中的浓度、持久性、反应活性以及分配的倾向,是研究污染物转归与效应的重要内容。
污染物在多介质环境中的过程研究主要包括以下几个方向:(1)水/气界面的物质传输:主要研究污染物从水中的挥发、大气复氧以及污染物在水体表面微层的富集行为。
(2)土壤/大气界面的物质传输:主要研究污染物从土壤的挥发和干、湿沉降污染物由大气向土壤的传输两部分。
(3)水/沉积物界面的物质传输:在多介质环境问题研究中,水/沉积物界面是比水/气界面更为复杂的界面,它是水体中水相与沉积物相之间的转换区,是底栖生物栖息的地带。
水/沉积物界面的物质传输,不仅涉及污染物的传输,而且还涉及水和沉积物本身的传输。
因此,污染物在该区域的积累和传输,在很大程度上影响着该污染物的物理、化学和生物行为。
概括说来,水/沉积物界面的化学物质传输是通过沉降、扩散、弥散、吸附、解吸、化学反应和底栖生物的作用等过程完成的。
第一节重金属元素重金属是具有潜在危害的重要污染物。
重金属污染的威胁在于它不能被微生物分解。
相反,生物体可以富集重金属,并且能将某些重金属转化为毒性更强的金属-有机化合物。
重金属元素在环境污染领域中其概念与范围并不是很严格。
一般是指对生物有显著毒性的元素,如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡、锑等,从毒性这一角度通常把砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应引言污染物是指那些不断通过人类活动排放到环境中的有害物质,包括大气、水体和土壤等环境。
典型的污染物主要包括大气中的二氧化硫、氮氧化物、水体中的重金属、有机物和土壤中的农药等物质。
这些污染物在环境中的转归和对环境的影响备受关注。
本文将重点讨论这些污染物在不同环境圈层中的转归和效应。
大气中的典型污染物二氧化硫二氧化硫主要来自燃煤、石油等燃烧过程,通过大气向土壤和水体传播。
在大气中,二氧化硫易与水蒸气和氧气反应形成硫酸等强酸性物质,导致酸雨的形成,对植物和建筑物造成损害。
此外,二氧化硫还参与臭氧和颗粒物的生成,对人类健康和环境造成危害。
氮氧化物氮氧化物主要来自汽车尾气和工业排放,对大气和水质均有影响。
氮氧化物在大气中与挥发性有机物反应形成臭氧,对人类健康影响较大。
此外,氮氧化物还是水体中富营养化的主要原因之一,引起水华的产生,破坏水生态系统平衡。
水体中的典型污染物重金属重金属是水体中的重要污染物之一,主要来源于工业废水排放和农业面源污染。
重金属如铅、镉等对水生生物和人类健康具有较大危害。
它们在水环境中具有很强的持久性和蓄积性,易被生物富集,加重水体污染。
有机物有机污染物包括各类化学品,如农药、兽药和工业化学品等。
这些有机物对水生生物和人类健康危害较大,有些有机物还对生态系统造成严重危害。
它们在水体中转移速度较慢,易富集在生物体内,引起食物链中毒现象。
土壤中的典型污染物农药农药是影响土壤质量的重要因素之一,主要来源于农田施用。
农药中的有机氯、有机磷等成分易残留在土壤中,并渗入地下水和河流中造成污染。
农药对土壤生物和植物生长产生危害,也对人类健康构成威胁。
总结与展望不同环境圈层中的典型污染物具有不同的转归和效应,但它们都对环境和人类健康造成危害。
因此,应该积极采取有效措施减少污染物排放,保护和改善环境质量。
以上是关于典型污染物在环境各圈层中的转归与效应的讨论,希望对读者有所启发。
最新典型污染物在环境各圈层中的转归与效应课件ppt
2.多氯联苯(PCBs)
(1)多氯联苯的结构与性质 • PCBs是一组由二个以上氯原子取代联苯分子中氢原
子而形成的氯代芳烃,共有209个异构体。
3
4
持久性有机污染物斯德哥尔摩公约 2004年11月11日起对我国生效
• POPs公约于2001年5月22日在瑞典斯德哥尔摩通 过,至今已有151个国家签署、83个国家批准。
• 通过这一过程实现了PCBs从大气向水体或土壤的转移。 • 气态和吸附态的PCBs都可以通过干、湿沉降过程或雨
水淋洗到达地球表面。
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② PCBs在土壤中的迁移
❖土壤中PCBs的来源
– 主要来源于颗粒沉降; – 有少量来源于污泥作肥料,填埋场的渗漏以及在农药配
方中使用的PCBs等。 – 土壤中的PCBs含量一般比上面的空气中含量高出10
停产,到80年代初国内基本已停止生产PCBs,估计历年 累计产量近万吨。
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(2) PCBs的来源与分布
②分布
❖PCBs在环境样品中广泛分布。 ❖PCBs由于挥发性低的,辛醇/水分配系数高, 在大
气和水中含量较低。
–大气中小于10ng/L, 水中小于2ng/L 。
❖PCBs易被颗粒物所吸附,在废水流入河口附近的沉 积物中,PCBs含量可高达2000-5000μg/kg。
• 其余的大部分则通过下列途径进入环境
– 随工业废水进入河流和沿岸水体; – 从密封系统渗漏或在垃圾场堆放; –在使用和处理(焚化含PCBs的物质)过程中,
通过挥发进入大气,然后经干、湿沉降转入湖 泊和海洋。
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(3) PCBs在环境中的迁移与转化
①概况 ❖水体的PCBs极易被颗粒物所吸附,成为沉积物。 ❖近年来PCBs的使用量大大减少,但沉积物中的
典型污染物的转归与效应(ppt 57页)
砷与产甲烷菌作用或与甲基钴氨素反应均可使砷 甲基化,在厌氧菌作用下主要产生二甲基胂,而好氧 的甲基化反应则产生三甲基胂。在水溶液中二甲基胂 和三甲基胂氧化为甲胂酸和二甲次胂酸。
As34O- – 2OeAs33O- C H3CH3As32O- – 2OeCH3As22OC H3(CH 3)2As-2O –2Oe(CH 3)2As-OC H3 (CH 3)3AsO –2Oe(CH 3)3As
天然水体中形态为H2AsO4-、HAsO42-、H3AsO3和 H2AsO3-,容易随水发生迁移。
在土壤中,砷主要与铁、铝水合氧化物胶体结合的 形态存在,水溶态含量极少。
Eh降低,pH值升高,AsO43-逐渐被还原为AsO33-, 砷的溶解度增大。
砷的生物甲基化反应 和生物还原反应是它 在环境中转化的一个 重要过程,但产物易 被氧化和脱甲基化, 又变为无机态。
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
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。
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,通重过金各属种毒渠物道对散人入体环的境毒。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。
重金属中毒机理: 含巯基(-SH)的酶与外来重金属的反应:
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应[可修改版ppt]
CHOPO32-
H C OH CO
磷酸酶
H
3-磷酸甘油醛
CHOPO32-
C OH
加成过程
Байду номын сангаас
C O 导致ATP生成
OPO32-
CHOPO 3 2C OH
无酶的自发水解过程
砷酸盐(AsO3-) C O O -
O As O
无ATP生成
O-
1-砷-3-磷酸甘油酯
因为它的性质与磷相似,所以砷会干扰某些有磷参 与的生化反应。
汞在环境中的循环如下图所示:
二、砷
1、来源 ① 自然存在的矿物 ② 工业排放 ③ 农业使用砷酸铅、砷酸钙
2、环境中As的迁移转化 在一般的pH和Ea范围内,As主要以+3,+5存在。 水溶性部分:AsO43-、HAsO42-、H2AsO4-、AsO33-、 H2AsO3-只占5~10%。 因为:
A. 水溶性As易与土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+ 等离子生成难溶性砷化物(与PO43-相似)。
B. 土壤中As大部分与土壤胶体相结合,呈吸附 状态,且吸附牢固,呈现为AsO43-、AsO33-阴 离子。
因此,含As污染物进入土壤后,主要积累与土 壤表层,很难向下迁移。
土壤的Eh降低,pH值升高,砷的溶解度增大。这是 由于Eh降低,AsO43-逐渐被还原为AsO33-,溶解度 增大。同时pH值升高,土壤胶体所带的正电荷减 少,对砷的吸附能力降低,所以浸水土壤中生长的作 物的砷含量也较高。
磷参与重要产能物质ATP的生物化学合成。
ATP生成的关键步骤是用3-磷酸甘油醛进行,1,3-二 磷酸甘油酯的酶的合成。
高浓度的砷化物会使蛋白质凝固,可能是因为砷与 蛋白质中的二硫键反应。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应概述
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应概述一、引言污染物的释放已经成为当代社会面临的一个严峻问题。
各种污染物经过排放后会进入大气、水体和土壤等环境圈层,对生态系统及人类的健康造成危害。
本文将探讨典型污染物在环境中的传播、转移和效应,以及可能的应对措施。
二、大气环境中的污染物大气是典型污染物传播的重要介质之一,大气中的污染物主要包括二氧化碳、氮氧化物、臭氧和颗粒物等。
这些污染物通过空气传播,对空气质量和气候产生影响,加剧全球变暖等问题。
三、水体环境中的污染物水体是另一个容易受到污染物侵袭的环境圈层,水中的污染物包括重金属、有机污染物、化学物质等。
这些污染物会对水质产生影响,损害水生态系统,威胁人类饮用水安全。
四、土壤环境中的污染物土壤是污染物的另一主要殖身之所,土壤中的化学污染物如农药、重金属等会经过降解或迁移导致土壤退化,影响农作物生长,还可能转移至水体和植物中造成进一步危害。
五、污染物的生物富集效应部分污染物会在环境中富集,并通过食物链逐级向上转移,最终积累到高级食物链中,造成食物链中生物的富集,例如水中生物体内富集的汞会对食肉动物和人类造成毒害。
六、污染物对生态系统的影响污染物对生态系统的危害是综合而复杂的,除了直接影响生物生长繁衍外,还可能破坏物种的生态平衡,导致生物多样性降低,影响整个生态系统的健康。
七、应对污染物的措施为了减少污染物对环境的危害,采取有效的污染物控制和治理措施至关重要。
这包括加强污染源监管、推动清洁能源发展、实施循环经济等举措,共同维护地球生态系统的可持续发展。
八、结论污染物在环境各圈层中的传播和效应是一个复杂的系统工程,需要全社会共同努力,科学合理地管理和应对污染物,以保护人类和生态环境的健康。
NSAttributedString以上是典型污染物在环境各圈层中的转归与效应的概述,希望能为读者提供一些启发和思考。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应概述
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中国多氯联苯(PCBs)焚烧处置技术
• 国家环境保护局于1992年下达“八·五”国 家攻关专题[85-909-04-03],要求研制一套 工业性焚烧多氯联苯(PCBs)的设备。
倍以上。
❖土壤中PCBs的损失
– 生物降解和可逆吸附都不能造成PCBs的明显减少, – 挥发过程是引起PCBs损失的主要途径。
• PCBs的挥发速率随着温度的升高而升高,但随着土壤中粘土 含量和联苯氯化程度的增加而降低。
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③PCBs在水体中的迁移
❖水体中PCBs的来源
– 主要通过大气沉降和随工业、城市废水向河、 湖、沿岸水体的排放等方式进入水体。
– Poster等人研究表明: 雨水中只有9% 的PCBs 处于真正溶解状态,80%是束缚在亚微粒上的 吸附态。
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① PCBs在大气中的迁移
❖大气中PCBs的损失途径
– 直接光解和与OH、NO3 等自由基及O3 作用。
• 全世界每年约有0.6%的PCBs由于OH 基反应而消失。
– 雨水冲洗和干、湿沉降。
的一小部分,颗粒吸附的PCBs大部分参与到 再循环过程中。
❖底泥中PCBs象化学定时炸弹一样,在一定
条件下会释放出来造成不可估量的污染
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空气
土壤
水
人类
植物
水生生物
动物 肉蛋奶等
PCBs在环境中的转移路线 20
④ PCBs在环境中的转化
❖PCBs在环境中的转化降解非常缓慢 ❖光化学分解
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应精品PPT课件
❖土壤中PCBs的损失
– 生物降解和可逆吸附都不能造成PCBs的明显减少, – 挥发过程是引起PCBs损失的主要途径。
• PCBs的挥发速率随着温度的升高而升高,但随着土壤中粘土 含量和联苯氯化程度的增加而降低。
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③PCBs在水体中的迁移
❖水体中PCBs的来源
– 主要通过大气沉降和随工业、城市废水向河、 湖、沿岸水体的排放等方式进入水体。
– Poster等人研究表明: 雨水中只有9% 的PCBs 处于真正溶解状态,80%是束缚在亚微粒上的 吸附态。
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① PCBs在大气中的迁移
❖大气中PCBs的损失途径
– 直接光解和与OH、NO3 等自由基及O3 作用。
• 全世界每年约有0.6%的PCBs由于OH 基反应而消失。
– 雨水冲洗和干、湿沉降。
❖水体中PCBs的存在形态
– 除小部分溶解外,大部分附着在悬浮颗粒物上, 最终沉降到底泥。
– 底泥中的PCBs含量一般要较上面的水体高 1~2数量级。
• 它是继1987年《保护臭氧层的维也纳公约》和 1992年《气候变化框架公约》之后,第三个具有 强制性减排要求的国际公约。
• 2004年6月25日,十届全国人大常委会第十次会 议批准公约;
• 2004年8月13日,我国政府向联合国交存了批准、 接受、核准和加入书。
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持久性有机污染物斯德哥尔摩公约 2004年11月11日起对我国生效
• 根据公约规定,缔约方须在公约对缔约方 生效当日起计的两年内制定国家实施方案 并尽快组织实施。
• 我国需要采取必要的法律和行政措施
– 禁止和消除有意生产的POPs的生产和使用, 并严格控制其出口;
– 促进包括最佳可行技术和最佳环境实践的应用; – 查明并以安全、有效和对环境无害化方式处置
环境化学(戴树桂)课后习题参考答案
环境化学(戴树桂)课后习题参考答案中科院研究⽣院硕⼠研究⽣⼊学考试《环境化学》考试⼤纲1.《环境化学》考试⼤纲适⽤于中国科学院研究⽣院环境科学专业硕⼠研究⽣⼊学考试。
《环境化学》是环境科学与⼯程类专业的重要基础课程,包括了环境化学研究的内容、特点和发展动向,主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程,典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。
本考试⼤纲侧重于环境污染化学,着重于各类有害物质在环境介质中的存在、⾏为、效应以及减少或消除其产⽣的理论和⽅法。
主要内容包括⽔环境化学、⼤⽓环境化学、⼟壤环境化学及化学物质的⽣物效应与⽣态效应等经典内容。
对其中有机污染物的归趋模式、⾦属离⼦的存在形态及⽣物效应、化学物质结构与毒性关系,污染物的⽣物效应和⽣物浓缩机制以及全球范围内的温室效应、酸⾬、臭氧层破坏等环境问题需加以重点掌握。
要求考⽣掌握基本概念、基本原理和计算⽅法,并具备综合运⽤所学知识分析和解决实际环境问题的能⼒。
考试内容:环境化学发展及基本内容1.环境化学基本概念、发展动向、研究内容及热点问题⽔环境化学2.天然⽔的基本特征组成;3.⽔体⽆机污染物的迁移转化。
着重配合作⽤、氧化-还原作⽤、沉淀和溶解、⽔体颗粒物的吸附作⽤等基本原理及其实际应⽤。
4.⽔体有机污染物的迁移转化:环境⾏为与归趋模式。
着重分配作⽤、挥发作⽤、⽔解作⽤等典型机制与迁移转化模式。
5.⽔体的富营养化问题:⽔体富营养化;⽔体富营养化的机理;营养物质的来源;富营养化的影响因素;湖⽔的营养化程度;⽔体富营养化的危害及其防治对策。
⼤⽓环境化学6.⼤⽓中污染物的特征;7.⼤⽓中污染物的迁移和转化(温室效应;⽓相⼤⽓化学:光化学反应、光化学烟雾、臭氧层的形成与耗损化学;液相⼤⽓化学:酸沉降化学、⼤⽓中液相反应;⼤⽓颗粒物化学);8.重要的⼤⽓环境化学问题:光化学烟雾的定义、特征及形成条件;光化学烟雾主要参与物质;光化学烟雾形成机理;光化学烟雾危害及防治;光化学烟雾与硫酸型烟雾的对⽐;太阳和地球辐射间的能量平衡;温室⽓体;温室效应;全球变暖及防治对策;降⽔的化学组成;酸⾬的形成;酸⾬的影响因素;酸⾬的危害及防治;⼤⽓平流层的组成;臭氧层的形成和耗损的化学反应;臭氧洞的危害;臭氧层破坏现状及防治。
【环境化学】第5.3章 多介质转归——5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应
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5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(2) 性质
高度稳定
耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗氧化
耐热(1000~1400℃) 绝缘性好 难溶于水
溶解度随Cl原子数增加而降低
2019/9/15
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5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(3) 来源
变压器和电容器的绝缘流体 热传导系统和水力系统中的介质 添加剂: 油漆、油墨 增塑剂
1' 1
4
5' 6'
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Clm 多氯联苯 Cln (1 ≤ m+n≤10)
PCBs全部异构体有210个,目前已鉴定出102个
商品名各异:PCBs美国的商品名为Aroclor;法 国为Phenoclor;德国为Clophen;日本为 Kenechlor;前苏联为Sovol等。
2019/9/15
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
Cl H
O
环氧化物水解酶
Cl Cl
2,5,2`,5`-PCB
H
Cl Cl
3,4-环氧化物
Cl
Cl OH
Cl
Cl H OH
H
OH Cl Cl
3,4-二氢二酚
-H2O
Cl Cl
Cl Cl OH
Cl Cl
2019/9/15
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5.3.1 有机氯代物 二、多氯联苯
(6) 毒性
(1) 氯代烃的种类
(iii) 被卤素完全取代的氯代烃
含量低:卤代烃总量的3% 寿命长
CFC-13(CClF3):大气中寿命180~145年 CFC-114( CClF2 CClF2 ):大气中寿命126~310年 CFC-115( CClF2 CF3 ):大气中寿命230~550年
《环境化学》戴树桂(完整版)_课后习题答案
《绪论》部分重点习题及参考答案1.如何认识现代环境问题的发展过程?环境问题不止限于环境污染,人们对现代环境问题的认识有个由浅入深,逐渐完善的发展过程。
a、在20世纪60年代人们把环境问题只当成一个污染问题,认为环境污染主要指城市和工农业发展带来的对大气、水质、土壤、固体废弃物和噪声污染。
对土地沙化、热带森林破环和野生动物某些品种的濒危灭绝等并未从战略上重视,明显没有把环境污染与自然生态、社会因素联系起来。
b、1972年发表的《人类环境宣言》中明确指出环境问题不仅表现在水、气、土壤等的污染已达到危险程度,而且表现在对生态的破坏和资源的枯竭;也宣告一部分环境问题源于贫穷,提出了发展中国家要在发展中解决环境问题。
这是联合国组织首次把环境问题与社会因素联系起来。
然而,它并未从战略高度指明防治环境问题的根本途径,没明确解决环境问题的责任,没强调需要全球的共同行动。
c、20世纪80年代人们对环境的认识有新的突破性发展,这一时期逐步形成并提出了持续发展战略,指明了解决环境问题的根本途径。
d、进入20世纪90年代,人们巩固和发展了持续发展思想,形成当代主导的环境意识。
通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等重要文件。
它促使环境保护和经济社会协调发展,以实现人类的持续发展作为全球的行动纲领。
这是本世纪人类社会的又一重大转折点,树立了人类环境与发展关系史上新的里程碑。
2.你对于氧、碳、氮、磷、硫几种典型营养性元素循环的重要意义有何体会?(1)氧的循环:(2)碳的循环:(4)磷的循环(6)体会:氧、碳、氮、磷和硫等营养元素的生物地球化学循环是地球系统的主要构成部分,它涉及地层环境中物质的交换、迁移和转化过程,是地球运动和生命过程的主要营力。
3.根据环境化学的任务、内容和特点以及其发展动向,你认为怎样才能学好环境化学这门课程?(1)环境化学的任务、内容、特点:环境化学是在化学科学的传统理论和方法基础上发展起来的,以化学物质在环境中出现而引起的环境问题为研究对象,以解决环境问题为目标的一门新兴学科。
典型污染物在环境各圈层中的迁移转化-PPT
环境污染领域中重金属元素一般是指对生 物有显著毒性的元素。如Hg、Cd、Pb、 Cr、Zn、Cu、Co、Ni、Sn、Ba、Ti
As、Be、Li、Se、B、Al 问题:水俣病、骨痛病分别是由什么引起 的?
重金属的污染特点
(Pollution Characteristic):
1、形态多变; (有机态与无机态、不同 价态、溶解态、沉淀…… 2、金属有机态的毒性大于金属无机态; 3、价态不同毒性不同; 4、金属羰基化合物常常剧毒; 5、迁移转化形式多;
~40mg/kg (污染土壤可达550mg/kg) 海水0.001 ~0.008mg/kg 淡水:
人为源
农药:
砷酸铅、乙酰亚砷酸铜、亚砷酸钠、砷酸钙和 有机砷酸盐;甲胂酸、二次甲胂酸
砷的开采与冶炼: 矿山废水、工厂废水
化石燃料燃烧:
2、砷在环境中的迁移与转化
砷的存在形态:
五价砷:砷酸与砷酸盐 H3AsO4 H2AsO4— HAsO42—AsO43— 三价砷:亚砷酸及其盐 H3AsO3 H2AsO3— HAsO32— AsO33—
CH3HgCl为主。
烷基汞中,甲基汞、乙基汞、丙基汞为水 俣病的致病性物质。它们的主要存在形态 为氯化物,其次是溴化物、碘化物 ;四 个碳以上的烷基汞没有发现具在致病性。 厌氧和好氧条件下都可以产生甲基汞,但 在厌氧条件下,甲基汞进一步转化为二甲 基汞。 问题2、CH3HgCl与Hg(CH3)2比较哪个水 溶性强,哪个挥发性强,哪个更容易被生 物吸收?
2e 2e 2e
CH 3
CH 3 2 As(OH ) CH 3 3 AsO
CH 3
CH 3 3 As
3、砷的毒性与生物效应 三价无机砷毒性高于五价砷、溶解砷比不 溶性砷毒性高、能是因为前者较易吸收。 可 据报道,摄入As2O3剂量为70~180 mg时, 可使人 致死。 无机砷可抑制酶的活性,三价无机砷还可 与蛋白质的巯基反应。三价砷对 线粒体呼 吸作用有明显的抑制作用,已经证明,亚 砷酸盐可减弱线粒体氧化磷酸 化反应,或 使之不能偶联。
《环境化学》第6章 典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
第一节 重金属元素(Heavy Metals)
一、汞
Mercury
二、镉
Cadmium
三、铬
Chromium
四、砷
Arsenic
6-3
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
一、汞 (Hg) Mercury
1. 环境中汞的来源、分布与迁移
6-22
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
第一节 重金属元素(Heavy Metals)
一、汞
Mercury
二、镉
Cadmium
三、铬
Chromium
四、砷
Arsenic
6-23
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
三、铬 Chromium
1. 来源与分布
1953年在日本熊本县水俣湾附近的渔村,发现一种 中枢神经性疾患的公害病,称为水俣病。经过十年研究 于1963年从水俣湾的鱼、贝中分离出CH3HgCl结晶。并 用纯CH3HgCl结晶喂猫进行试验,出现了与水俣病完全 一致的症状。1968年日本政府确认水俣病是由水俣湾附 近的化工厂在生产乙醛时排放的汞和甲基汞废水造成的。 这是世界历史上首次出现的重大重金属污染事件。
6-11
《环境化学》 第六章 典型污染物在环境各圈层 中的转归与效应
甲基钴氨素的再生:水合钴氨素(H2OCoB12+)被辅 酶FADH2还原,使其中钴由三价降为一价,然后辅酶甲 基四氢叶酸(THFA-CH3)将正离子CH3+ 转移给钴,并从 钴上取得两个电子,以CH3-与钴结合,完成了甲基钴 氨素的再生,使汞的甲基化能够继续进行。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应典型污染物包括空气污染物、水体污染物和土壤污染物,它们在环境各圈层中的转归与效应对于人类的生存和健康具有重要意义。
首先,空气污染物是指大气中存在的有害物质,例如二氧化硫、氮氧化物、臭氧、颗粒物等。
这些污染物通常在工业排放、汽车尾气和能源生产过程中释放出来。
一旦排放到大气中,空气污染物会通过大气循环和沉降作用进一步传播和沉积。
在大气中,污染物的浓度和分布可以受到气候、地形和风向等因素的影响。
空气污染物的转归与效应在大气层中主要表现为光化学反应和气溶胶形成。
光化学反应是指太阳辐射和污染物之间的相互作用,产生臭氧和二次有机气溶胶等有害物质。
臭氧对人体健康有害,可以引发呼吸系统疾病和心血管疾病。
气溶胶是指悬浮在大气中的微小颗粒物,它们对能见度、气候变化和空气质量有重要影响,同时也对人体呼吸系统产生不良影响。
水体污染物是指排放到水体中的有害物质,例如重金属、有机污染物和营养盐等。
这些污染物通常来自工业废水、生活污水和农业面源污染等。
一旦进入水体,水体污染物会通过水流和沉积作用进一步传播和沉积。
在水体中,污染物的浓度和分布可以受到水流速度、水体深度和环境温度等因素的影响。
水体污染物的转归与效应在水体圈层中主要表现为生物富营养化和生物毒性。
生物富营养化是指水体中的营养盐过剩,导致蓝藻和水华等有害生物过度繁殖。
这些有害生物会消耗水中的氧气,导致水体缺氧,对水生生物造成危害。
生物毒性是指水体中存在的有毒有害物质对水生生物和人体健康的危害。
这些有毒有害物质可能通过生物累积,进而影响整个食物链。
土壤污染物是指排放到土壤中的有害物质,例如重金属、农药和化学物质等。
这些污染物通常来自工业废弃物、农业施肥和城市垃圾等。
一旦进入土壤,土壤污染物会通过土壤颗粒的吸附和水分的迁移进一步传播和沉积。
在土壤中,污染物的传播和沉积受到土壤组分和pH值等因素的影响。
土壤污染物的转归与效应在土壤圈层中主要表现为土壤质量下降和农产品安全问题。
【环境化学】第5.1章 多介质转归——典型污染物在环境各圈层中的 转归与效应
第五章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应污染物在大气圈-水圈-土壤(岩石)圈-生物圈之间的交换和环境效应5.典型污染物在环境各圈层中的转归与效应⏹5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应⏹汞⏹砷⏹5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应⏹有机氯代物⏹多环芳烃⏹表面活性剂5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的能量流动和物质循环⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、生态系统中能量流动和物质循环能量守恒定律物质不灭定律二、物质的地球化学循环(1) 循环方式贮存量通量(2) 相关物理量⏹贮存量⏹通量或输入(输出)速率⏹源-源强⏹汇-汇强⏹停(滞)留时间(3) 实例:铜在各圈层中的数量⏹储层质量(g )⏹大气(1 ) 2.9 ×108⏹海洋(2 ) 3.5 ×1014⏹岩石(3 ) 1.3 ×1021⏹沉积物(4 ) 6.9 ×1019⏹土壤和植物(5 ) 6.0 ×1015(3) 实例:铜在各圈层(源和汇)之间迁移的速率(3)实例:铜在各圈层中的停留时间⏹大气中为6 天⏹海水中为420 年⏹土壤和植物中为7000 年,⏹海底沉积物中为107年,⏹岩石中为109年三、物质的生物地球化学循环将物质在生态系统中的循环和物质地球化学循环加以综合考虑,称为生物地球化学循环。
生物地球化学循环中除地质系统、化学系统外,还包含着生物系统。
例如:细胞原生质的主要元素成分⏹含量最多元素:碳、氢、氧、氮等约占总质量的98%;⏹含量少的元素:磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙、铁等;⏹含微量的元素:铜、锰、锌、硼、钼、碘等。
5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布5.1.2 水的循环一、二、水在地球表层的循环5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、地球系统中碳的分布⏹地球上的碳主要集中在岩石之中,⏹石灰岩中的碳(约占岩石层中总碳的3/4)主要以石灰石(CaCO3)和白云石(CaCO3·MgCO3)形态存在;⏹沉积性页岩中的碳(约占岩石层中总碳的1/4)主要以分散性有机物形态存在。
典型污染物在环境各圈层中的转归与效应-1
环境中砷污染(人为来源)主要来自以砷化物为主 要成分的农药。杀虫剂(除莠剂)甲胂酸、二甲次 胂酸
14
1.4 As
迁移转化:
水生生物能很好富集水体中的无机和有机砷
毒性:As(Ⅴ) < As(Ⅲ),无机砷 > 有机砷
水体中的无机砷被环境中的厌氧细菌还原而产
生甲基化,形成有机砷化合物 砷的生物有机化过程,可认为是自然界的解毒 过程
4
1.1 Hg
来源:自然浓度低;工业排放大(乙醛、氯碱工业、 冶炼等)
性质:零价态、有机(甲基)化、易挥发。一般有 机汞的挥发性大于无机汞,有机汞中又以甲基汞和 苯基汞最大。无机汞中以碘化汞最大,硫化汞最小。
《污水综合排放标准》规定:Hg是第一类污染物, 最高允许排放浓度有:总Hg:0.05 mg/L 烷基Hg:不得检出
水俣病和汞的甲基化
甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要生 物来源。
在好氧条件,主要生成一甲基汞,它为水溶性物质, 易进入食物链; 在厌氧条件,主要生成二甲基汞,它难溶于水,易挥 发进入大气,但易光解成甲烷、乙烷和Hg;
弱酸水体中二甲基汞可转换成一甲基汞
在烷基汞中,只有甲基汞、乙基汞、丙基汞为水俣 病的致病性物质,它们存在形态主要是烷基汞氯化 物,其次是溴化物和碘化物,可以CH3HgX表示
2、滴滴涕(DDT)广谱、高残留杀虫剂,自1939年发明以来,对消灭农林卫生害虫发挥了很 大作用,曾荣获诺贝尔科学奖。由于它脂溶性强,故易积蓄在动物脂肪内,分解代谢极其缓慢。 当其在人体内积蓄到一定程度时,便会损害中枢神经系统、肝脏、甲状腺等,直至人死亡。
3、毒杀芬(氯化莰)广谱、高残留杀虫剂,毒性比滴滴涕大 4倍,能引起甲状腺肿瘤及癌症。 4、氯丹兼备触杀、胃毒及熏蒸性能,主要用于建筑物白蚁预防,对人体免疫系统有损害。尽 管我国已禁止对它的生产,但仍有人使用和贮存。 5、七氯具触杀、胃毒和熏蒸作用,主要用于防治害虫,对人体免疫及生殖系统有损害,同时 有致癌作用。 6、狄氏剂广谱、高残留杀虫剂,主要用于防治害虫、白蚁、蚂蚁等。虽然1997年我国已停止 对它的生产,但仍有人使用和贮存。 7、异狄氏剂曾用于控制玉米、稻谷、棉花、甘蔗等农作物害虫及鼠类,对人有致癌作用。 8、艾氏剂曾用于防治仓库、农林害虫及白蚁等,对人有致癌作用。 9、六氯(代)苯杀菌剂,常用于防治农作物真菌病,对人免疫及生殖系统有损害。
污染物在环境各圈的迁移转化
(4)汞旳生物效应
无机汞化合物在生物体内一般轻易排泄。但当汞与生物体内旳 高分子结合,形成稳定旳有机汞络合物,就极难排出体外。其 中半胱氨酸和白蛋白与甲基汞和汞旳络合物相当稳定。
(4) 、因为阳离子表面活性别具有一定旳杀菌能力,在浓度高时, 可能破坏水体微生物旳群落。
(5) 、 洗涤剂对油性物质有很强旳溶解能力.能使鱼旳味觉器官 遭到破坏,使鱼类丧失避开毒物和觅食旳能力。
根据德国法定旳活性污泥法,研究了十四烷基二甲基苄基氯 化铵(TDBA)旳降解性与负荷量、溶解氧旳浓度、温度旳影响, 并比较了驯化与未驯化旳情况。成果表白驯化后旳平均降解 率为73%,TDBA对未驯化污泥中旳微生物旳生长克制作用很 大,降解率很低。而对驯化旳污泥旳克制较小,阐明驯化旳 作用是很明显旳。
1重金属元素
1.1汞 汞旳主要特点在于能以零价形态存在于大气、土壤和天然水中。 汞及其化合物主要性质(1)----挥发。 挥发程度与化合物旳形态及在水中旳溶解度、表面吸附、大气旳相 对湿度(RH)等原因亲密有关。 挥发性:有机汞>无机汞 有机汞:甲基汞和苯基汞旳挥发性最大。 无机汞:碘化汞挥发性最大,硫化汞最小。 另外,在潮湿空气中汞旳挥发性比干空气中大得多。
(4)非离子表面活性剂: 其亲水基团为醚基和羟基。 主要类型如下 脂肪醇聚氧乙烯醚:如 脂肪酸聚氧乙烯酯:如 烷基苯酚聚氧乙烯醚:: 聚氧乙烯烷基胺 聚氧乙烯烷基酰胺: 多醇表面活性剂:
二.表面活性剂旳构造和性质
(1)表面活性剂旳亲水性:表面活性剂旳亲水、亲油平衡比值 称为亲水性(HLB值).可表达如下
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第五章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应污染物在大气圈-水圈-土壤(岩石)圈-生物圈之间的交换和环境效应5.典型污染物在环境各圈层中的转归与效应⏹5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应⏹汞⏹砷⏹5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应⏹有机氯代物⏹多环芳烃⏹表面活性剂5.1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的能量流动和物质循环⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、生态系统中能量流动和物质循环能量守恒定律物质不灭定律二、物质的地球化学循环(1) 循环方式贮存量通量(2) 相关物理量⏹贮存量⏹通量或输入(输出)速率⏹源-源强⏹汇-汇强⏹停(滞)留时间(3) 实例:铜在各圈层中的数量⏹储层质量(g )⏹大气(1 ) 2.9 ×108⏹海洋(2 ) 3.5 ×1014⏹岩石(3 ) 1.3 ×1021⏹沉积物(4 ) 6.9 ×1019⏹土壤和植物(5 ) 6.0 ×1015(3) 实例:铜在各圈层(源和汇)之间迁移的速率(3)实例:铜在各圈层中的停留时间⏹大气中为6 天⏹海水中为420 年⏹土壤和植物中为7000 年,⏹海底沉积物中为107年,⏹岩石中为109年三、物质的生物地球化学循环将物质在生态系统中的循环和物质地球化学循环加以综合考虑,称为生物地球化学循环。
生物地球化学循环中除地质系统、化学系统外,还包含着生物系统。
例如:细胞原生质的主要元素成分⏹含量最多元素:碳、氢、氧、氮等约占总质量的98%;⏹含量少的元素:磷、硫、氯、钠、钾、镁、钙、铁等;⏹含微量的元素:铜、锰、锌、硼、钼、碘等。
5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布5.1.2 水的循环一、二、水在地球表层的循环5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布一、地球系统中碳的分布⏹地球上的碳主要集中在岩石之中,⏹石灰岩中的碳(约占岩石层中总碳的3/4)主要以石灰石(CaCO3)和白云石(CaCO3·MgCO3)形态存在;⏹沉积性页岩中的碳(约占岩石层中总碳的1/4)主要以分散性有机物形态存在。
⏹地球上的碳散布在其他圈层(水体、大气、陆生生物、土壤腐植质、化石燃料、海生生物等)中的碳大约只占地球上总碳的0.1%。
⏹大气中碳的主要存在形态有二氧化碳、一氧化碳、甲烷等⏹天然水系中碳的主要存在形态有组成平衡碳酸系统的各种组分:CO2(aq)、H2CO3、HCO3-、CO32-这些形态的浓度之和构成了水样的总无机碳(TIC)参数。
⏹存在于水体中的有机碳组分可划分为溶解性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)两类。
一般以含碳组分能否通过0.45μm 滤膜作为区分此二者的判据。
⏹水体中DOC 来源:主要是浮游生物排泄物中可溶成分和生物尸体细胞产生的溶出物。
二、碳循环5.1自然界中的能量流动和物质循环⏹5.1.1 地球系统的物质循环和能量流动⏹5.1.2 水的循环⏹5.1.3 碳的循环⏹5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布5.1.4 污染物在环境中的迁移和分布⏹按空间特点可将污染源分类⏹点源-工厂烟囱是典型的点污染源,其特性可用地理位置、烟囱高度和排烟量等予以确定;⏹线源-公路汽车排气⏹面源-工厂区排气⏹区域源-少见,布满某一地区空间的汽车排气,可将它看成是二次污染物光化学烟雾的区域源⏹按时间分布特点将污染源分类⏹连续的-发电站烟囱排烟⏹间歇的-如敞开的炼焦炉、化工厂车间排气⏹周期的-汽车在一天中的排气⏹事故性的-⏹无规则的-化学物质在环境中的迁移⏹污染源排放:凡排放到环境中去的化学物质都将进入大气、土壤、水体或生物体内。
⏹转化和迁移:离开排污源的化学物质可以发生化学形态转化或保持原有状态,它的转化产物或其本身可停留在排污源附近或迁移到别的相邻的圈层中去⏹循环:只要化学物质对环境因素的作用有足够的对抗能力,它就可在整个生态系统的各环节间连续循环或相对牢固地滞留在某个环节上。
第五章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应污染物在大气圈-水圈-土壤(岩石)圈-生物圈之间的交换和环境效应典型污染物的转归与效应⏹5. 1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应⏹6.2.1 汞⏹6.2.2 砷⏹5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应⏹有机氯代物⏹多环芳烃⏹表面活性剂(1) 分布0.0005-0.005ug/m3河水:1.0ug/L海水:0.3ug/L土壤圈0.03ug/g(2) 汞及其化合物的特点⏹在环境中能以零价形态(单质)存在⏹汞具有很高的电离势,转化为离子的倾向小于其他金属⏹易挥发⏹有机汞大于无机汞⏹甲基汞和苯基汞的挥发性最大⏹无机汞中以碘化汞最大,硫化汞最小⏹气态汞的最后归趋-土壤和海底沉积物汞在环境中的迁移、转化与环境(特别是水环境)的电位和pH值有关。
从图可以看出,液态汞和某些无机汞化合物,在较宽的pH和电位条件下,是稳定的。
各种形态汞在水中稳定范围5.2.1 汞一、汞的来源、分布与迁移(3) 汞的迁移特点⏹无机汞在生物体内容易排泄⏹汞与生物体内的高分子结合成有机汞络合物稳定⏹CH3Hg+与白蛋白络合-稳定常数pK:22.0⏹Hg易与Cl-配合,增加溶解度⏹1mol/L Cl-, Hg(OH)2和HgS溶解度增加105和107倍⏹河流中悬浮物中的汞,进入海洋后发生解吸,使河口沉积物中汞含量显著减少人类圈生物圈大气圈岩石圈土壤圈水圈Hg(CH3)2HgHgIHg2+、Hg(OH)2、CH3Hg+、CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg+Hg2+、HgO、HgS、(CH3Hg)2SHg2+、CH3Hg+、CH3HgCH3人类圈生物圈大气圈岩石圈土壤圈水圈甲基化5.2.1 汞二、汞的甲基化(1) 水体中无机汞转变为有机汞的化学过程⏹甲基钴氨素是金属甲基化过程中甲基基团的重要来源⏹微生物体内的甲基钴氨素酶进行汞的甲基化⏹反应方程式:CH 3CoB 12+Hg 2++H 2O →H 2OCoB 12+CH 3Hg +⏹水合钴氨素可以在酶的作用下生成甲基钴氨素甲基钴氨素水合钴氨素辅酶甲基四氢叶酸FAD :黄素腺嘌呤二核苷酸;FADH 2:还原型FAD ;FAD :氧化型FAD(2) 一甲基汞和二甲基汞性质的比较⏹好氧条件:一甲基汞形成速率大于二甲基汞⏹厌氧条件:有H2S存在容易转化为二甲基汞⏹2CH3HgCl + H2S →(CH3Hg)2S + 2HCl⏹(CH3Hg)2S →(CH3)2Hg + HgS⏹一甲基汞为水溶性物质,易被生物吸收而进入食物链.⏹二甲基汞难溶于水,有挥发性,易逸散到大气中.⏹二甲基汞容易被光解为甲烷、乙烷和汞,故大气中二甲基汞存在量很少.(3) 一甲基汞存在形态⏹中性和酸性条件:氯化甲基汞⏹pH=8,[Cl-]<400mg/L:氢氧化甲基汞⏹pH=8,[Cl-]=18000mg/L:氯化甲基汞占优⏹水俣病致病性物质:烷基汞系列中,只有甲基汞、乙基汞和丙基汞。
⏹存在形态:卤化物-主要是氯化物,其次是溴、碘化物5.2.1 汞三、甲基汞脱甲基化与汞离子还原⏹沉积物中的甲基汞被细菌降解而转化为甲烷和汞,将Hg2+还原成单质汞⏹CH3Hg++2H →Hg+CH4+H+⏹HgCl2+2H → Hg+2HCl⏹微生物:假单胞菌属汞的循环5.2.1 汞四、汞的生物效应(1) 汞的生物效应机理⏹甲基汞与有机配位体基团结合⏹-COOH⏹-NH2⏹-SH⏹-R-S-R’-⏹-OH等⏹蛋白质、氨基酸类物质起作用与蛋氨酸的作用CH3-S-CH2-CH2-CH-COOHNH2pH<2,CH3Hg+键合在硫醚基上pH>2,CH3Hg+键合在羧基上pH>8,CH3Hg+键合在氨基上(2) 汞的生物累积作用⏹水生生物对烷基汞的高富集能力⏹烷基汞的高脂溶性⏹水生生物富集烷基汞比富集非烷基汞能力大⏹鱼类对氯化甲基汞的浓缩系数是3000⏹生物体内分解速度慢-分解半衰期70d⏹日本水俣湾的鱼肉中,8.7~2.1ug/g(3) 甲基汞的中毒阈值⏹阈值(Threshold Value)⏹定义:是指生物接触毒物后,使有机体产生异常生理的、生化的、或某种潜在的病理学改变的最小剂量。
又称阈浓度或阈剂量(Threshold Dosage),⏹毒性作用带:从阈剂量开始到刚好引起受试动物死亡的剂量为止,定为毒物的毒性作用带。
毒物的毒性作用带越小,毒性就越大。
(3) 甲基汞的中毒阈值⏹消除汞最活跃的部位-肾脏、肝脏和毛发⏹甲基汞对最敏感人群中毒的阈值⏹发汞:50ug/g⏹血汞:0.2~2.0ug/mL⏹红细胞:0.4ug/g⏹0.3mg/(人·天)人体摄入甲基汞中毒的阈值⏹0.03mg/(人·天)最大耐受量(安全系数10)典型污染物的转归与效应⏹5. 1 自然界中的能量流动和物质循环⏹5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应⏹5.2.1 汞⏹5.2.2 砷⏹5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应⏹有机氯代物⏹多环芳烃⏹表面活性剂5.2.2 砷一、砷在环境中的来源⏹天然源-含砷的矿石⏹砷黄铁矿:FeAsS⏹雄黄矿:As4S4⏹雌黄矿:As2S3⏹人为源-含砷的农药⏹砷酸铅…… 有机砷酸盐人类圈生物圈大气圈岩石圈土壤圈水圈1.5-2.0mg/kg0.2-40mg/kgng海水0.001-0.008mg地下水224-280mg植物0.01-5mg海藻10-100mg(1) 砷在环境中的存在形态⏹天然水体中的存在形态⏹+5价:H2AsO4-,HAsO42-⏹+3价:H3AsO3,H2AsO3-⏹存在形态随水体的pH和pE值不同而不同⏹表层水,高pE值,pH4~9:H2AsO4-,HAsO42-⏹pH>12.5:AsO43-,⏹pE<0.2,pH>4:H3AsO3和H2AsO3-⏹以上形态的As是水溶性,易随水发生迁移(1) 砷在环境中的存在形态⏹土壤中的存在形态⏹砷主要与铁和铝水合氧化物胶体结合⏹容易与铁、铝和钙等形成难溶化合物⏹水溶态砷比例少:5%~10%⏹土壤E h和pH影响砷在土壤中的溶解度⏹E h降低、pH升高,溶解度增大⏹E h降低:AsO43-逐渐被还原成AsO33-,溶解度增大,⏹pH升高:土壤胶体所带正电荷减少,对砷的吸附能力减弱⏹浸水土壤中可溶态砷的含量比旱地土壤中高。