典型污染物在环境各圈层中的转归与效应.ppt

第六章典型污染物在环境各圈层中的转归与效应 人体内毒物被吸收 分布和排泄的主要途径 呼吸摄吸出入入收肺和肺泡胃肠道皮肤胆汁肝排泄物 粪 血液和淋巴系统骨肾 膀胱脂肪毒物贮存尿 第一节重金属元素 ElementofHeavyMetal 重金属是具有潜在危害的重要污染物 重金属元素一般是指对生物有显著毒性的元素 重金属的污染特点 PollutionCharacteristic 1 形态多变 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 重金属的污染特点 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 对人体的毒害是积累性的 重金属中毒机理 生物机体中含巯基 SH 的酶与外来重金属的反应 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 一种药物解毒的方法例如 EDTA 二巯基丙醇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 一 汞 Mercury 1 环境中汞的来源 分布与迁移2 水俣病和汞的甲基化3 甲基汞脱甲基化与汞离子还原4 汞的生物效应 CH3CoB12 Hg2 H2OH2OCoB12 CH3Hg 水合钴氨素 二 砷 Arsenic 砷的化学性质与磷相似 砷的三种主要生物化学效应 1 蛋白质的凝固 2 与辅酶的络合 3 对ATP合成的抑制 1 砷在环境中的来源与分布 天然源和人为源 2 砷在环境中的迁移与转化3 砷的毒性与生物效应 砷的甲基化 MethylationofArsenic 三价无机砷毒性高于五价砷溶解砷比不溶性砷毒性高 第二节有机污染物 OrganicPollutant 有机蒸汽毒物烃类 甲烷 乙烯 丁烷 丁二烯 二氯乙烷醛酮类 甲醛 丙酮芳烃 甲苯 乙苯 对氯二苯 防虫剂 其他 卤代烃 醇 酸 过氧乙酰基硝酸酯 PAN 烟雾 Smog 某种呈气溶胶状态的物质空气中含有大量固态或液态的悬浮粒子 与承载它们的空气介质 气体成分 组成气溶胶体系 危害性 引发酸雨 地面积尘 器物腐蚀 人体疾病 著名的美国洛杉矶和英国伦敦烟雾导致多人死亡 甲醛 具刺激性 溶于水和醇 重要的工业原料之一 此外 汽车尾气在紫外线照射下产生甲醛 是大气光化学烟雾的组成之一 40 甲醛 福尔马林 作杀菌剂 防腐剂 甲醛化工业原料吊白粉 含甲醛次硫酸钠 工业上作还原剂 甲醛进入人体后 体内的甲醛在骨髓造血组织中被富集 通过去甲基作用和葡萄糖醛酸反应而将其转化 解毒 而对先天 后天解毒能力不足者 诱使白血病 骨髓异常增生综合症等发生 苯 甲苯 二甲苯 属挥发性有机化合物 VOCS 石油加工产物 汽油含苯2 3 6 0 甲苯4 6 二甲苯9 9 此外 染料 香料 医药 炸药 合成树脂 纤维 合成洗涤剂中广泛用作溶剂 可通过呼吸 或皮肤渗入 进入人体 低剂量 长期吸入苯引起慢性中毒 表现为造血机能障碍 血小板减少 贫血 白血病 神经衰弱 皮疹等 苯还是一种致癌物 能诱发人的染色体畸变 当空气种苯的浓度达24mg m3时 可在30min内致人死亡 甲苯毒性略低 二甲苯比甲苯和苯具有更强的毒害神经的效应 一 有机卤代物 OrganohalogenatedCompounds 卤代烃 HalogenatedHydrocarbon 主要对大气污染有贡献 大气中的转化引起温室效应和大气臭氧层的破坏 一氯甲烷 CH3Cl 代表性的卤代烃 天然源主要来自海洋 人为源主要来自城市汽车尾气和聚氯乙烯塑料 农作物等废物的燃烧 代表性的卤代烃 氟里昂 11 CCl3F 12 CCl2F2 22 CHF2Cl 除火山爆发有少量释放外 主要是制冷剂 飞机推动剂 塑料发泡剂等 它们已在大气对流层中大量积累 如 美国化工学会根据总产量计算出它们每年的排放中量为2 7 105t和3 9 105t 它们在对流层中不被分解 进入平流层后对臭氧层产生破坏作用 四氯化碳 CCl4 人为排放 工业溶剂 灭火剂 干洗剂 氟里昂的主要原料 代表性的卤代烃 多氯联苯 PCBs 一组由多个氯原子取代联苯分子中氢原子而形成的氯代芳烃类化合物 理化性质稳定 耐酸 碱 耐腐蚀抗氧化 耐热绝缘性好 用途广泛 已有40余年的使用历史 已成为全球污染物 引起广泛的关注 代表性的卤代烃 多氯联苯在环境中的迁移和转化 TransportationandTransformationofPolychlorinatedBiphenylesinEnvironment 转化途径主要是光化学分解和生物降解 毒性和效应 ToxicityandEffect 抑制水生生物的生长 改变物种的群落结构和自然海藻的总体组成 动物对其很敏感 环境治理困难 目前唯一的方法是焚烧 但又造成二次污染 二 多环芳烃 PAH PolycyclicAromaticHydrocarbons 1 结构和性质 2 来源和分布 3 在环境中的迁移和转化 具有稠合多苯结构 呈直线排列的多环芳烃化学性质活泼 成角状的多环芳烃 反应活性较小 结构和性质 释放到大气中的PAH存在于固体颗粒物和气溶胶中 随石油污染物进入水体或土壤中的PAH可参与光化学降解和微生物降解 三 表面活性剂 Surfactant 表面活性剂是分子中同时存在亲水性和疏水性基团的物质 它能显著地改变液体表面张力或两相间界面的张力 具有良好的乳化或破乳 润湿 渗透或反润湿 分散或凝聚 起泡 稳泡和增溶等作用 1 表面活性剂分类 2 表面活性剂的结构和性质 表面活性剂的性质依赖于化学结构 即表面活性剂分子中亲水基团的性质及在分子中的相对位置 分子中亲油基团 即疏水基团 的性质等对其化学性质也有明显影响 1 表面活性剂的亲水性 2 表面活性剂亲水基团的相对位置对其性质的影响 3 表面活性剂分子大小对其性质的影响 4 表面活性剂疏水基团对其性质的影响 3 表面活性剂的来源 迁移和转化 表面活性剂是水体中主要污染物 长期分散在水中 水中产生大量的泡沫 难降解 促进水中难降解的有机污染物分散 增加水处理的难度 含有聚磷酸盐作为增净剂 引起水体富营养化 4 表面活性剂的降解 表面活性剂进入水体后 主要靠微生物降解来消除 1 甲基氧化 2 氧化 3 芳香族化合物的氧化 4 脱磺化过程 5 表面活性剂对环境的污染与效应 1 使水的感观状况受到影响 2 使废水中含有大量的磷 3 表面活性剂可促进不溶性有机物的乳化 分散 增加废水处理的困难 4 阳离子表面活性剂具有一定的杀菌能力 在浓度高时 可能破坏水体微生物的群落 定义 持久性有机污染物 PersistentOrganicPollutants 简称POPs 是指具有长期残留性 生物蓄积性 半挥发性和高毒性 并通过各种环境介质 大气 水 土壤等 能够长距离迁移并对人类健康和环境造成严重危害的天然或人工合成的有机化合物 持久性有机污染物 持久性有机污染物的特性 持久性 生物蓄积性 半挥发性和长距离迁移性 高毒性 POPs半衰期较长 同时具有高脂溶性和低水溶性 容易在生物体内富集而难以排出体外 持久性 POPs易溶于脂肪 可通过食物链 网 在生物体内蓄积并逐级放大 对人体健康造成严重危害 生物蓄积性 不同的POPs在不同的生物体内蓄积程度存在较大差异 影响POPs在生物体内蓄积因素主要有 1 化合物氯取代的位置和氯取代的多少 2 生物体在食物链中的营养级别越高 其体内的生物蓄积量相应越大 3 生物体代谢特征的差异会导致POPs在不同生物体内的滞留时间有较大的差异 生物蓄积性 POPs物质具有半挥发性 它们能从水体或土壤中以蒸气形式进人大气 并且在大气中存在一段时间不被降解 但由于其半挥发性 它们在一定的条件下又沉降下来 这样反复的挥发与沉降导致POPs分散到地球的各个地方 温度高的低纬度地区POPs的蒸汽压高 POPs蒸发进人大气 而低温的极地等高纬度地区POPs蒸汽压低 POPs从蒸汽中分离而沉积到地球表面 从而导致全球范围的染传播 表现出所谓的 全球蒸馏效应 和 冷浓缩现象 半挥发性和长距离迁移性 全球蒸馏效应 又称 蚱蜢跳效应 GrasshopperEffect POPs物质在低浓度时就会对生物体造成危害 包括致癌性 生殖毒性 神经毒性 内分泌干扰特性等 例如二恶英类物质中最毒者TCDD的毒性相当于氰化钾的1000倍以上 只需几十皮克就可以使豚鼠死亡 高毒性 1 灭蚁灵对防治蚂蚁 白蚁有特效 2 滴滴涕 DDT 广谱 高残留杀虫剂 3 毒杀芬 氯化莰 广谱 高残留杀虫剂 4 氯丹主要用于建筑物白蚁预防 5 七氯主要用于防治害虫 6 狄氏剂主要用于防治害虫 白蚁 蚂蚁等 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 8 艾氏剂曾用于防治仓库 农林害虫及白蚁等 9 六氯 代 苯杀菌剂 常用于防治农作物真菌病 杀虫剂和有机氯农药 又称氯化联苯 是一类人工合成有机物 是联苯苯环上的氢原子为氯所取代而形成的一类氯化物 PCB用途很广 可作绝缘油 热载体和润滑油等 还可作许多种工业产品的添加剂 曾用于变压器 电容器 油漆 复印纸的生产和塑料工业 工业产品 多氯联苯 PCB 1 废物焚烧炉 包括城市生活废物 危险性或医疗废物或下水道中污物的多用途焚烧炉 2 燃烧危险废物的水泥窑 3 以元素氯或可生成元素氯的化学品为漂白剂的纸浆生产 4 冶金工业中的下列热处理过程 铜的再生生产 钢铁工业的烧结工厂 铝的再生生产 锌的再生生产 根据斯德哥尔摩公约 下列工业来源类别具有相对较高的形成和向环境中排放这些化学品的潜在性 二恶英类 二恶英也可从下列来源类别无意生成和排放出来 包括 1 废物的露天焚烧 包括在填埋场的焚烧 2 冶金工业中的其他热处理过程 3 住户燃烧源 4 使用矿物燃料的设施和工业锅炉 5 使用木材和其他生物质能的燃烧装置 6 排放无意形成的持久性有机污染物的特定化学品生产过程 特别是氯代酚和氯代醌的生产 二恶英类 9 动物遗骸的销毁 10 纺织品和皮革染色 使用氯代醌 和修整 碱萃取 11 处理报废车辆的破碎作业工厂 12 铜制电缆线的低温燃烧 13 废油提炼 8 机动车辆 特别是使用含铅汽油的车辆 7 焚尸炉 二恶英类 POPs物质一旦通过各种途径进人生物体内就会在生物体内的脂肪组织 胚胎和肝脏等器官中积累下来 到一定程度后就会对生物体造成伤害 而且可以肯定的是 POPs物质对人体造成损害 一般不是某一种或某一族的POPs单独作用 而是某几族POPs相互协同的结果 持久性有机污染物的危害 实验室和环境影响研究表明 POPs可造成人的神经行为失常 内分泌紊乱 生殖系统和免疫系统的破坏 发育异常以及癌症和肿瘤的增加 最新研究表明 这些污染物可能对儿童有严重的影响 能造成婴儿和儿童免疫功能的降低和感染的增加 大脑发育异常 神经功能的损坏以及癌症和肿瘤的增加等 环境中的POPs可通过消化道 呼吸道和皮肤等途径进入人体 产生各种危害 内分泌干扰免疫毒性对生殖和发育的影响致癌性其他毒性 POPs的生物学毒性具体表现为以下几个方面 通过体外实验已证实POPs中有多种物质都是潜在的内分泌干扰物质 某些能模拟雌激素功能与雌激素受体结合后发挥雌激素作用 有些能发挥雄激素作用有些则能与芳香烃受体结合后引发一系列的生物化学效应 内分泌干扰 这些内分泌干扰物与相关受体结合后不易解离 不易被分解排出 因而扰乱内分泌系统的正常功能 实验表明 POPs能减轻性器官的重量 抑制精子的产生 男性雌性化 少女初潮提前等 POPs对生物体免疫系统的影响包括抑制免疫系统正常反应的发生 影响巨噬细胞的活性 降低生物体对病毒的抵抗能力等 研究发现美国佛罗里达海岸的宽吻海豚肝血中T细胞淋巴球增殖能力的降低和体内富集的有机氯有显著性相关 免疫毒性 研究发现 人免疫系统的失常与婴出生前和出生后暴露于PCBs和PCDDs的程度有关 通过对加拿大因纽特人的婴儿研究发现 母乳喂养和奶粉喂养婴儿的健康T细胞和受感染T细胞的比率与母乳的喂养时间及母乳中有机氯的含量密切相关 生物体内脂肪组织富集的POPs可通过胎盘和哺乳影响胚胎发育 导致畸形 死胎 发育迟缓等现象 暴露于高浓度POPs的鸟类的产卵率会相应降低 进而使其种群数目不断减少 甚至灭绝 对生殖和发育的影响 POPs对鸡的毒性实验表明 PCB可诱发鸡胚的死亡和不同程度的水肿 使种蛋的死亡率明显升高 POPs同样会影响人类的生长发育 尤其会影响到孩子的智力发育 对150个怀孕期间食用了受到有机氯污染的鱼的女性进行跟踪随访 发现她们的孩子与一般孩子相比 出生时体重较轻 脑袋小 在7个月时认知能力较一般孩子差 4岁时 读写和记忆能力也较差 在11岁时测得他们的IQ值较低 读 写 算和理解能力都较差 实验证明 长期低剂量暴露于POPs环境中 导致癌症的发病率较正常情况有明显增高 Hardell等研究表明母亲血液中多氯联苯的浓度与孩子睾丸癌的发病率具有显著关联性 1997年 世界卫生组织的国际癌症研究中心 在流行病学调查和大量的动物实验的基础上 将二恶英定为人类一级致癌物 致癌性 POPs还会引起一些其它器官组织的病变 如TCDD暴露可引起慢性阻塞性肺病的发病率升高 也可以引起肝脏纤维化以及肝功能的改变 出现黄疽 精氨酶升高 高血脂 还可引起消化功能障碍 此外POPs对皮肤还表现一定的毒性 如表皮角化 色素沉着 多汗症和弹性组织病变等 POPs中的一些物质还可能引起焦虑 疲劳 易怒 优郁等一系列的精神心理症状 其它毒性 我国持久性有机污染现状 我国属于POPs生产 使用和排放大国 斯德哥尔摩公约 涉及到与我国有关的POPs产品有 氯丹 滴滴涕 DDT 六氯苯 六六六 三氯苯 七氯 灭蚁灵 多氯联苯 毒杀芬 二恶英和苯并呋喃共10种 我国的生产与使用现状 中国曾经工业化生产过DDT 毒杀芬 六氯苯 氯丹和多氯联苯 其中DDT曾经作为主导农药 累计量很大 其次是毒杀芬 用作农药 多氯联苯主要作为电器绝缘油使用 40多年来 我国累计施用DDT约80多万吨 占国际用量的20 我国环境中POPs的污染情况 由于POPs物质的持久性与生物蓄积性 上述物质的生产和使用曾经和正在继续对中国人体健康和环境造成严重的污染危害 在中国境内水体 底泥