水污染化学

• 来源： • 铬及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用， 是冶金工业、金属加工、电镀、制革、油漆、 颜料、印染、制药、照相制版等行业必小可少 的原料。在选矿、冶炼、炼焦、电镀、印染、 皮革及无机盐生产等工业过程中，都会产生含 铬废水 • Cr3+ ：三个主要工业用户是冶金、化学、耐 火 • Cr6+：制革、纺织品生产、印染、及镀铬行业
（二）水体形成富营养化的原因:
1 天然湖泊营养型的自然演变(缓慢) 雨水 N P 湖泊(贫营养湖) 营养湖 沼泽地和干地 演变过程缓慢(经过数千年乃至数百万年的地质年 代)。 2 过量营养物质的排入(迅速) 农业施肥、畜牧业、渔业、生活污水、污水灌溉、 地表径流
• ①总氮总磷等营养盐相对比较充足；
（五）水体富营养化的表观现象:
水体营养多,造成浮游生物大量繁殖， 因占优势的浮游生物的颜色不同，水面往 往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这 种现象在江河湖泊中称为水华，在海中则 叫作赤潮。
水华
• 定义:是指内陆水域中一些浮游生物的暴发性繁 殖引起的水色异常现象。
2007年6月24日 昆明滇池蓝藻爆发
• ②铁，硅等含量比较适度； • ③适宜的温度，光照条件和溶解氧含量； • ④缓慢的水流流态，水体更新周期长。
（三）水体富营养化的后果
• • • • 破坏生态环境 破坏自然景观 影响城市供水和人体健康 对鱼类危害
（四）水体富营养化的防治措施
• • 控制外源性营养物质输入 减少内源性营养物质负荷
1. 物理措施：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝 气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。 2. 化学方法：这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀 藻的方法 3. 微生物法：投加适当的适量的微生物（各类菌种）, 加速水中污染物的分解，起到水质净化的作用。 4. 生物性措施 : ①种植水生植物：挺水植物、浮叶植物、大型飘浮 植物、着生藻类、浮游藻类、沉水植物 ②投放水生动物：螺、蚌、鱼
四、水中的酸碱盐
• 各种酸、碱、盐、氰化物、悬浮物 • 进入水体造成的水污染。 • 危害：腐蚀生产设备、船舶 • 影响水体动、植物生长 • 剧毒物危害人体健康
五、水中的有机污染物
• (一) 需氧污染物 • 碳水化合物、蛋白质和脂肪，其它有机化 合物大多为它们的降解产物。 • COD (化学耗氧量) • BOD (生化耗氧量) • 表示需氧污染物在水中的含量
• 引起赤潮的主要生物种类 海洋浮游藻是引发赤潮的主要生物， 在全世界4000多种海洋浮游藻中有260多种 能形成赤潮，其中有70多种能产生毒素。 他们分泌的毒素有些可直接导致海洋生物 大量死亡，我国沿海赤潮生物有80余种.
赤潮的预防
目前尚无很好的赤潮综合防治方法，主要预防为主 • 控制海域的富营养化 • 应重视对城市污水和工业污水的处理，提高污水净化率 • 合理开发海水养殖业 1.根据水域的环境条件选择一些对水质有净化作用的养殖品种， 并合理确定养殖密度，控制养殖面积。 2.进行多品种混养、轮养、立体养殖，尤其是鱼、虾、贝、藻混 养，建立生态养殖系统。 3.提高养殖技术，改进饵料成分及投饵技术，使其有利于养殖生 物的摄食，减少残饵，减轻水质和底质的污染。 4.不能将池塘养殖的污水和废物直接排入海水，应采取逐步过滤 等办法加以处理。 • 人工改善水体和底质环境 • 控制有毒赤潮生物外来种类的引入
(CH3Hg)2S + 2HCl (CH3)2Hg + HgS
这一过程可使不饱和的甲基金属完全甲基化
甲基汞脱甲基化与汞离子还原
CH3Hg+ + H2 Hg + CH4 + H+
HgCl2 + H2
Hg + 2HCl
甲基汞在抗汞微生物的作用下可发生反甲基化过程 假单胞杆菌K62
（四）As (砷)
• 砷及其化合物进入人体，蓄积于肝、肾、肺、骨骼
2007年5、6月间太湖
• 引起水华的主要生物种类 主要有蓝绿藻类、绿藻类、硅藻类、有色 鞭毛虫四大类。
水华的危害
1.藻类本身使水道阻塞，鱼类生存空间缩小，使 水体生色，透明度降低，其分泌物又能引起水 臭、水味，在给水处理中造成各种困难；
2.藻类繁生将破坏水体中生态系统原有的平衡， 使有机物生产速度远远超过有机物消耗速度， 导致水中有机物的积蓄；
3.促进细菌类微生物繁殖，一系列异养生物的食 物链都会有所发展，使水体耗氧量大大增加；
水华的危害（续）
4.生长在光照所不及的水层深处的藻类因呼 吸作用也大量耗氧； 5.沉于水底的死亡藻类在厌氧分解过程中促 使大量厌氧菌繁殖；
6.富氨氮的水体开始使硝化细菌繁殖，在缺 氧状态下又会转向反硝化过程，进一步产 生大量有毒有害的亚硝酸盐和氨。
等部位，特别是在毛发、指甲中贮存。
• 砷在体内的毒作用主要是与细胞中的酶系统结合，
使许多酶的生物作用受到抑制失去活性，造成代谢
障碍。长期摄入低剂量的砷，经过十几年甚至几十 年的体内蓄积才发病。 • 急性砷中毒多见于消化道摄入，主要表现为剧烈腹 痛、腹泻、恶心、呕吐。抢救不及时可造成死亡。
来源：
（1）砷化物的开采和冶炼。特别是在我国流传广泛的土
法炼砷，常造成砷对环境的持续污染； （2）在某些有色金属的开发和冶炼中，常常有或多或少 的砷化物排出，污染周围环境； （3）砷化物的广泛利用，如含砷农药的生产和使用，又
如作为玻璃、木材、制革、纺织、化工、陶器、颜料、化
肥等工业的原材料，均增加了环境中的砷污染量；
（4）煤的燃烧，可致不同程度的砷污染。
赤潮的长消过程，大致可分为起始、发展、维持 和消亡四个阶段。 • 1.起始阶段 海域内具有一定数量的赤潮生物种 （包括营养体或胞囊）。并且，此时的水环境各 种物理、化学条件基本适宜于某种赤潮生物生长、 繁殖的需要。 • 2.发展阶段 亦称为赤潮的形成阶段。当海域内的 某种赤潮生物种群有了一定个体数量时，且温度、 盐度、光照、营养等外环境达到该赤潮生物生长、 增殖的最适范围，赤潮生物即可进入指数增殖期， 就有可能较快地发展成赤潮。
生物降解过程及产物：
• 碳水化合物—乳糖—葡萄糖—丙酮酸 有氧：二氧化碳、水 无氧：有机酸、醇、酮 • 蛋白质—氨基酸—氨
有氧：硝化作用：亚硝酸—硝酸
无氧：反硝化作用：N2或者N2O • 脂肪：类似与碳水化合物 • 一般来讲，含氮有机物的降解比不含氮的有机物难，而且降解产 物污染性强，同时与不含氮的有机物的降解产物发生作用，从而 影响整个降解过程。
• 重金属对生物体和人体的危害特点在于：
• 第一，毒性效应；
• 第二，生物不能降解，却能将某些重金属转化为
毒性更强的金属有机化合物；
• 第三，食物链的生物富集放大作用；
• 第四，通过多种途径进入人体，并积蓄在某些器
官中，造成慢性中毒。
水体中重金属的代表性物质 • （一）Hg • （二）Cd • （三）Pb • （四）As • （五）Cr
赤潮
• 定义: 赤潮——海洋中某些浮游生物（尤指 藻类）、原生动物或细菌等在一定环境条 件下爆发性繁殖或聚集达到某一水平，引 起水色变化或对其它海洋生物产生危害作 用的一种生态异常现象
2001年5月舟山群岛赤潮
2006年黃海海州灣海域赤潮
2007年11月12日发生在天津北塘、汉沽附近海域的赤潮
二、水体中重金属污染
重金属的污染特点
(Pollution Characteristics)：
1、形态多变 例； 2、通常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；具体
6、重金属的物理化学行为多具有可逆性；
7、在水体中的迁移以悬浮物和沉积物为主要载体； 8、产生毒性效应的浓度范围低； 9、生物摄取重金属是积累性的； 10、进入人体的途径是多样性的。
胂
As（III）→As（V）→MMA→DMA→尿
As2O3>>CH3AsO(OH)2 ≈ (CH3)2AsO(OH)>(CH3)AsO ≈(CH3)3As+CH2COO（高毒） （毒） （毒） （无毒） （无毒）
（五）Cr (铬)
• 铬的危害：六价铬经呼吸道侵入时,会侵害 上呼吸道,引起鼻炎、咽炎、支气管炎,甚 至鼻中隔穿孔;长期作用,还会引起肺气肿、 支气管扩张,肺硬化及肺癌等。铬经消化道 进入人体,可引起口角糜烂、恶心、呕吐、 腹泻、腹疼和溃疡等病变。
• 转化： • Cr3+ Cr6+ • 铬是人体必需的微量元素，在糖代谢和脂 代谢中发挥特殊作用。三价的铬是对人体 有益的元素
三、水体的富营养化
（一）富营养化的定义: 富营养化——天然水体中由于过量营 养物质(氮.磷)的排入，导致各种水生生物、 植物异常繁殖和生长的现象。
• 在适宜的光照、温度、pH 值和具备充分营养物质的 条件下，天然水体中藻类进行光合作用，合成本身的 原生质，反应式可写为:
一、水体污染物的类别和来源 （一）水体污染物的类别 （二）水体污染物的来源
从环境毒理学的观点出发，又可将化学性的污染物进一
步分为三类，即：
• ①对生物体有害的物质
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• ②污染物本身对生物无毒性，但因其数量或浓度很大，
引起各种危害作用。
• ③原先是对水体生态系统有益的物质，因数量或浓度
太大而变为有害物质。
第八节
总体状况
水污染化学
(1）“局部有所改善，整体仍在恶化”。
(2）我国大江大河干流水质变差，临近大城市河段及 城市附近的小河支流均已基本丧失水体功能。 (3）随乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有 向农村、向内地转移的趋势，由地表水受污染向地下 水受污染转移。 (4）我国的湖泊大多呈富营养化，面积也不断萎缩； 近海水域亦因受污染而赤潮频发。
• 3.维持阶段 这一阶段的长短，主要取决于水体的 物理稳定性和各种营养盐的富有程度，以及当营 养盐被大量消耗后补充的速率和补充量。
• 4.消亡阶段 所谓消亡阶段是指赤潮现象消失的过 程。引起消失的原因可有刮风、下雨或营养盐消 耗殆尽。也可因温度已超过该赤潮生物的适宜范 围。还可因潮流增强，赤潮被扩散等等。
• 据国务院八部委2008年环保专项行动的最新 检查结果显示，全国113个重点监测城市饮 用水源地水质达标率仍然偏低，其中243个 地表水水源地中达标水源地为159个，占到 65%，不达标的为84个，占35%,涉及到16个 省、自治区、直辖市的40个城市。
• 据环境保护部发布的《中国环境状况公报》 称，全国近14万公里河流进行的水质评价， 近40%的河水受到了严重污染；全国七大江 河水系中劣V类水质占41%。而环保部发布 的另一项重要调查显示，在被统计的我国 131条流经城市的河流中，严重污染的有36 条，重度污染的有21条，中度污染的有38 条。
在液相中，汞以Hg2+、Hg(OH)n2-n、CH3Hg+、 CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg+为主要形态。
3 Hg 在 水 中 的 迁 移 转 化
CH3CoB12 + Hg2+ + H2O
甲基钴氨素
H2OCoB12 + CH3Hg+
水合钴氨素
2CH3HgCl + H2S (CH3Hg)2S
1 kg藻类，需要消耗碳358 g，氢74 g，氧496 g， 氮63g，磷9 g
一 般 来 说 ， 总 磷 ≧0.02g/m3, 无 机 氮 ≧3g/m3 ，就可以认为水体已处于富营养化 的状态。 贫营养湖与富营养湖之间的临界负荷 量是：总磷为0.2～0.5g/m3.年 总氮为5～10 g/m3.年
2007 年各 海区 赤潮 发现 次数
2007年各海区
赤潮面积统计
赤潮发生的原因
• 化学因素——富营养化、适宜的营养盐结构等； • 生物因素——赤潮生物种群动力机制、种间竞争、 养殖生物等； • 水文因素——水温、水体稳定性等； • 气象因素——气温、降雨、风等。 营养盐是赤潮生物赖以生存的物质基础 光、温度、盐度、微量元素(铁等)、维生素 (B1等)、海流等是赤潮辅助条件 浮游动物的摄食压力和赤潮生物自身的死亡 是主要的制约因素等。
（一）Hg（汞）
1、性质及危害
金属汞具有高度的扩散性和较大的脂溶性，可通
过呼吸道进入肺泡，经血液循环运至全身。血液中的
金属汞进入脑组织后，被氧化成汞离子，逐渐在脑组
织中积累，达到一定的量，就会对脑组织造成损害。
另外一部分汞离子转移到肾脏。
（一）Hg
• 2、来源 人为：地表水体中汞主要来源于贵金属冶 炼、机电制造、氯碱化工、制药等工业企业排 放的工业废水。 天然：矿物溶解