水中污染物的分布和存在形态.ppt

水中污染物的分布和存在形态 水污染水体 包括 降水 地面水 地下水 受到人类或自然因素或因子 物质或能量 的影响 使水的表观性状 色 嗅 味 浊 物理化学性能 温度 酸碱度 电导度 氧化还原电位 放射性 化学成分 无机 有机 生物组成 种类 数量 形态 品质 及底质状况等发生了恶化 称为水污染 水污染危害 严重的水污染 难以自净恢复到良好状态 妨碍了水体正常的功能 破化了人类经济 合理地利用 造成了环境质量 资源质量 生物质量 人体质量和经济的巨大危害和损失甚至形成国际间 全球性的污染危害 水中污染物的分布和存在形态 水污染事件欧洲十九世纪一些大城市的污水污染了地表与地下水源 造成多次霍乱爆发和蔓延 英国伦敦1832 1833年爆发霍乱死亡6779人 1848 1849年连续发生霍乱死亡14600人 1852 1854年又连续出现霍乱 仅1854年下半年就死亡10675人 实际上世界各国都经历了此类水污染危害的惨痛历史阶段 直到1955 1956年 印度新德里还发生传染性肝炎大流行 在102万人中 黄疸性达29300人 加上无黄疸性共计约97000人 水中污染物的分布和存在形态 水中污染物 20世纪 美国学者分类 耗氧污染物致病污染物合成有机物植物营养物无机物及矿物质由土壤和岩石等冲刷下来的沉积物放射性物质热污染 水中污染物的分布和存在形态 水环境中有机污染物的种类种类繁多 其环境化学行为至今还知之甚少 一些有毒 难降解的有机物 通过迁移 转化 富集或食物链循环 危及水生生物及人体健康 含量低 毒性大 异构体多 毒性大小差别悬殊 四氯二噁英 有22种异构体 如将其按毒性大小排列 则排在首位的结构式与排在第二位的结构式 其毒性竟然差1000倍 物理化学性质如溶解度 分子的极性 蒸汽压 电子效应 空间效应等同样影响到有机污染物在水环境中的归趋及生物可利用性 致病污染物 常见的致病菌是肠道传染病菌 每升生活污水细菌总数可达几百万个以上霍乱 伤寒 痢疾寄生虫有阿米巴 麦地那丝虫 蛔虫 鞭虫 血吸虫 肝吸虫病毒种类很多 仅人粪尿中就有一百多种 常见的是肠道病毒 传染性肝炎病毒等 每克粪可含100万个 生活污水可达700 50万个 北京东南郊污水河系中细菌总量达亿亿亿个的天文数字 病毒在自来水中可存活2 288天 海水中2 130天 土壤中25 125天 牡蛎体中90天 植物营养物 富营养化的危害 促使湖泊老化 破坏水产资源 赤潮生物毒素之一的房蛤毒素 C10H17N7O4 2 是一种神经毒素 家兔静脉注射至死剂量为3 4微克 公斤 体重 小鼠最低致死剂量为8 10微克 公斤 体重 在水中可使鱼类等水生动物中毒病变和死亡 濑户内海1955年才发生五次 1956 1965年39次 1966 1970年35次 1971一年发生136次 1973年以后每年发生200 300次 1977年8月在天津近海发生一次 日本仅布磨滩1972年赤潮一次死鱼1428万尾 损失71亿日元 危害水源 硝酸盐 亚硝酸盐对人 畜有害 尤其对婴儿 胎儿可导致变性血红蛋白增高 丧失输氧能力 正常值为1 2 高达10 时出现临床症状 达30 40 时出现缺氧症状 达50 70 时发生死亡 另外 他们又是强致癌物亚硝胺的前身物 不少国家饮水卫生标准规定 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮总计不得超过10mg l 防治富营养化的途径 合理使用化肥 防止流失 降低工业废水N P的排放量 粪便等有机废弃物中的N P可考虑制造沼气后作有机肥 生活污水可先进行污水灌溉或污水养殖水生植物吸收氮 磷 地下肥水不宜饮用 可代部分肥料用于灌溉 防止新肥水产生 在湖泊 海湾及饮用地下水源带进行监测 预报 恶臭 恶臭产生的原因 发臭物质都具有 发臭团 的分子结构 如硫 S 巯基 SH 硫氰基 SCN 羟基 OH 醛基 CHO 羰基 CO 和羧基 COOH 等 因发臭团的不同臭气各有不同 腐败的鱼臭 胺类 烂圆白菜味 硫醇臭 臭腐卵 硫化氢 汗臭 酪酸 刺激臭 氨 醛类 膻臭 羊脂酸葵酸 等等 水体恶臭多属有机质在厌气状态腐败发臭 属综合性的恶臭 有明显的阴沟臭 黄浦江受到有机物的严重污染 1964年以来每年夏天出现黑臭 1978年最为严重 超过了100天 发生黑臭的标志 指数 5时 污染指数 氨氮实测值 mg l 溶解氧饱和率 0 4黑臭的危害表现为 使人憋气 妨碍正常呼吸功能 使人厌食 恶心 甚至呕吐 使消化功能减退 精神烦躁不安 工作效率降低 判断力 记忆力降低 严重的可把人薰倒 头晕脑胀 头疼 眼疼等等 长期在恶臭环境中工作和生活会造成嗅觉障碍 损伤中枢神经 大脑皮层的兴奋和调节功能 某些水产品染上了恶臭无法食用 出售 恶臭水体不能作旅游 疗养 养鱼 游泳 饮用 而破坏了水流用途和价值 还能产生H2S 甲醛等毒性危害 优先污染物 随着工业技术的发展 目前世界上化学品销售已达7 8万种 且每年有1000 1600种新化学品进入市场 除少数品种外 人们对进入环境中的绝大部分化学物质 特别是有毒有机化学物质在环境中的行为 光解 水解 微生物降解 挥发 生物富集 吸附 淋溶等 及其可能产生的潜在危害至今尚无所知或知之甚微 有毒物质品种繁多 不可能对每一种污染物都制定控制标准 因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究的控制对象 称之为优先污染物 USA 20世纪70年代 在 清洁水法 中规定了129种优先污染物 其中114种为有毒有机污染物 JAPAN 1986年底 600种优先污染物 其中检出表示的为189种 USSR 1975年发布496种 1985年561种 前德国1985年120种 EU 关于水质项目的排放标准 技术报告中的黑名单和灰名单 CHINA 水中优先污染物筛选工作 提出初筛名单249种 黑名单68种 优先污染物 我国水中优先控制污染物黑名单 卤代脂肪烃 大多数卤代脂肪烃属挥发性化合物 可以挥发至大气 并进行光解 对于这些高挥发性化合物 在地表水中能进行生物或化学降解 但与挥发速率相比 其降解速率是很慢的 卤代脂肪烃类化合物在水中的溶解度高 因而其辛醇 水分配系数低 在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配的趋势较弱 醚类 有七种醚类化合物为美国EPA优先污染物 它们在水中的性质及存在形式各不相同 其中五种 即双一 氯甲基 醚 双一 2一氯甲基 醚 双一 2 氯异丙基 醚 2一氯乙基一乙烯基醚及双 2一氯乙氧基 甲烷大多存在于水中 辛醇 水分配系数很低 因此它的潜在生物积累和在底泥中的吸附能力都低 4一氯苯一苯基醚和4一溴苯一苯基醚的辛醇一水分配系数较高 因此有可能在底泥有机质和生物体内累积 中国水中优先控制污染物黑名单 单环芳香族化合物 多数单环芳香族化合物也与卤代脂肪烃一样 在地表水中主要是挥发然后是光解 在优先污染物中已发现六种化合物 即氯苯 1 2一二氯苯 1 3一二氯苯 1 4一二氯苯 1 2 4 三氯苯和六氯苯 可被生物积累 单环芳香族化合物在地表水中不是持久性污染物 其生物降解和化学降解速率均比挥发速率低 苯酚类和甲酚类 具有高的水溶性 低辛醇一水分配系数等性质 因此 大多数酚不能在沉积物和生物脂肪中发生富集 主要残留在水中 然而 苯酚分子氯代程度增高时 则其化合物溶解度下降 辛醇一水分配系数增加 例如五氯苯酚等就易被生物累积 酞酸酯类 有六种列入优先污染物 除双一 2一甲基 己基 酞酯外 其他化合物的资料都比较少 这类化合物由于在水中的溶解度小 辛醇 水分配系数高 因此主要富集在沉积物有机质和生物脂肪体中 易分解有机毒物类 以酚类化合物为例 酚的生物毒性 高毒 为细胞原浆毒物 低浓度能使蛋白质变性 高浓度能使蛋白质沉淀 对各种细胞有直接损害 对皮肤和粘膜有强烈腐蚀作用 来苏儿较低的嗅觉阈值 为25mg l 酚的许多衍生物具有很高的嗅觉阈值 如氯酚为0 001 0 0005mg l 甲酚为0 0025mg l 氯化甲酚为0 001 0 0002mg l 麝香草酚为0 05mg l 氯化杂酚油为0 01mg l 杂酚油为0 125mg l 酚污染的鱼类等食品最容易被人们察觉和厌弃 酚污染普遍是各地第一位超标的污染物 长期饮用被酚污染的水源 可引起头昏 出疹 骚痒 贫血及各种神经系统症状 甚至中毒 低浓度酚污染水体 能影响鱼类的回游繁殖 仅0 1 0 2mg l时 鱼肉就有酚味 浓度高时可使鱼类大量死亡 甚至绝迹 酚含量为1 0mg l时 鲑鱼已受危害 6 5 9 3mg l时 虹鳟鱼酚中毒 破坏鱼的鳃和咽 体腔出血和脾大 酚可抑制微生物的生长 中国水中优先控制污染物黑名单 1 有机氯农药的生物毒性剧毒 广谱 高效 难分解 易残留 寂静的春天 已经参加了水循环及生命过程 呈全球性分布 造成鱼类 水鸟大批死亡对人类及后代存在着严重的潜在威胁 许多种类 其中以DDT及六六六最具代表性 DDT的生物毒性 表现为损坏三磷酸腺苷 能阻碍神经膜的离子交换过程 离子钙要通过蛋壳腺 依靠三磷酸腺苷进行转化 当蛋壳腺受到DDT的影响 阻碍碳酸酐酶的作用 其结果降低了蛋壳的碳酸钙 使蛋壳变薄 以致不能孵化 影响鸟类的繁殖 DDT还能使鸟表现出甲状腺亢进而死亡 1962 1965年39个国家调查发现 118种野生鸟类体内均含有DDT 一些鸟蛋壳变薄 大大影响鸟类繁殖 有一些鸟有因之绝灭的危险 DDT在人体中累积 造成慢性中毒 影响神经系统 破坏肝功能 造成生理障碍 至于DDT是否致癌 目前尚有很大争论 一些调查说明 儿童白血病死亡率高 先天性畸形等可能与通过奶 乳中农药摄入量有一定关系 值得引起重视和深入研究 农药 2 有机氯农药在食物链中的高度富集有机氯农药 难分解的有毒有机物 与重金属相似 能在食物链中高度富集 有机氯农药是疏水亲油物质 在水中一般溶解度很低 如DDT为1 2微克 升 狄氏剂为100微克 升 多氯联苯较高 为300 5000微克 升 它们常吸附在微粒上 随水流迁移扩散 可长期留在水中 但水中浓度不高 一般很少超过0 05微克 升 由于它们易溶于油脂及有机溶剂中 并可通过食物链而在鱼贝类 鸟 动物及人体内残留 尤其在脂肪 奶 乳中高度富集 而达到惊人的含量 农药 喷施途径地表径流农药厂生产废水排放水体中有机氯农药 难以化学降解和生物降解 滞留时间长 较低水溶性 很大一部分被分配到沉积物有机质和生物脂肪中 食物链累积性 遍布全球多国禁用 有机磷农药和氨醛甲酸酯较易生物降解 滞留时间短 水中的溶解度较大 沉积物吸附和生物累积过程次要 除草剂分为有机氯除草剂 氯取代物 脲基取代物和二硝基苯胺除草剂四个类型 不易发生生物富集 沉积物吸附和从溶液中挥发 残留物存在于地表水体中 农药 13 氰化物 1 氰化物的生物毒性剧毒物质 大多数氰的衍生物毒性更强 能在体内产生氢化氰 使细胞呼吸受到麻痹引起窒息死亡 氢化氰或氢氰酸的结构是甲酸腈 H CN 属最低级的有机腈 一般把腈称为有机氰化物 一般人一次口服0 1克左右的氰化钠 钾 就会致死 敏感的人只需0 06克 CN 对鱼类有很大的毒性 当水中含0 3 0 5毫克 升时便可致死 氢氰酸和氰化物都有剧毒 而且中毒非常迅速 它们可以通过多种途径进入人体 如皮肤吸收 伤口侵入 呼吸道吸入 误食等 而水质和环境的污染使人和其他生物体被动吸收更是防不胜防 进入人体后 它能使中枢神经系统瘫痪 使呼吸酶及血液中血红蛋白中毒 引起呼吸困难 全身细胞会因缺氧窒息而使机体死亡 氰化物的中毒很少量就能使人致死 例如 氰化钠的致死量为 电镀 冶金 煤气等工业废水中 容许排放的最高浓度为 1 中国水中优先控制污染物黑名单 氰化物 氰化物对鱼类的急性中毒试验结果鱼种类观察指标氰化物浓度 ppm 白鲢鱼安全浓度0 32鲫鱼及草鱼致死量0 15 0 20鲫鱼最小致死量0 2鲅鱼半致死量0 39白杨鱼最小致死量 4天 0 06鲦鱼最小致死量 4天 0 2河鳟鱼死亡 5 6天 0 05鳟鱼死亡 5天 0 05大翻车鱼存活 4天 0 4 氰化物慢性中毒试验 对鱼的许多生理 生化指标进行的观察研究表明 为保证在生态学上不产生有害作用 CN 不允许超过0 04mg l 对某些敏感的鱼不允许超过0 01mg l 世界卫生组织订出鱼的中毒限量为游离氰0 03mg l 罗马尼亚北部边境城镇奥拉迪亚 连续几天几夜的大雨使镇上乌鲁尔金矿用于生产黄金的氰化物废水漫过大坝向下游汹涌冲去 所经之处 所有生物在极短的时间内暴亡 流经罗马尼亚 匈牙利和南联盟的欧洲大河之一蒂萨河及其支流内的 鱼类已完全灭绝 流入了蓝色河流 多瑙河 使当地居民深感痛惜 一 氰化物的应用氰化物用于电镀 冶金 合成医药 氰化物中碱金属氰化物易溶于水 水解呈碱性 2 重金属氰化物难溶于水 强配合作用 在碱金属氰化物中变得可溶了 被用于从矿物中提取金和银 2 2 2 2 2 4 加入 4使之生成无毒物质 4 4 6 2 4 的还原性比 弱 比 强 可被 2等氧化剂所氧化 可表示为 无毒 2 3 2 2 多环芳烃类 PAH 在水中溶解度小 辛醇一水分配系数高 是地表水中滞留性污染物 主要累积在沉积物 生物体内和溶解的有机质中 亚硝胺和其它化合物 优先污染物中2一甲基亚硝胺和2一正丙基亚硝胺可能是水中长效剂 二苯基亚硝胺 3 3 二氯联苯胺 1 2一二苯基肼 联苯胺 丙烯腈等五种化合物主要残留在沉积物中 有的也可在生物体中累积 中国水中优先控制污染物黑名单 多氯联苯1968年日本米糠油事件1968年3月 日本的九州 四国等地区的几十万只鸡突然死亡 经调查 发现是饲料中毒 但因当时没有弄清毒物的来源 也就没有对此进行追究 然而 事情并没有就此完结 当年6 10月 有4家门人因患原因不明的皮肤病到九州大学附属医院就诊 患者初期症状为痤疮样皮疹 指甲发黑 皮肤色素沉着 眼结膜充血等 此后3个月内 又确诊了112个家庭325名患者 之后在全国各地仍不断出现 1978年 确诊患者累计达1684人 通过尸体解剖 在死者五脏和皮下脂肪中发现了多氯联苯 这是一种化学性质极为稳定的脂溶性化合物 可以通过食物链而富集于动物体内 多氯联苯被人畜食用后 多积蓄在肝脏等多脂肪的组织中 损害皮肤和肝脏 引起中毒 初期症状为眼皮肿胀 手掌出汗 全身起红疹 其后症状转为肝功能下降 全身肌肉疼痛 咳嗽不止 重者发生急性肝坏死 肝昏迷等 以至死亡 专家从病症的家族多发性了解到食用油的使用情况 怀疑与米糠油有关 经过对患者共同食用的米糠油进行追踪调查 发现九州一个食用油厂在生产米糠油时 因管理不善 操作失误 致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯 造成食物油污染 由于被污染了的米糠油中的黑油被用做了饲料 还造成数十万只家禽的死亡 重金属及其化合物 重金属的毒害作用通过食物进入人体 不易排泄 能在人体的一定部位积累 使人慢性中毒 极难治疗 重金属及其化合物镉 镉既是一种用途广泛的金属 镉以硫化镉的形式作为黄色染料被人们广泛使用着 含镉的染料由于色泽鲜艳 着色力强 稳定性和耐久性好 所以被广泛用于玻璃 陶瓷和塑料等制品的染色 镉能够同铅 铜 镍等金属制成合金 用镉铜合金制成的车辆架空导线 可以明显地减少磨损 镍镉合金可以制造发动机的轴承 镍镉电池是一类人们常用的电池 在所有的金属元素中 镉是对人体健康威胁最大的有害元素之一 镉不是人体必需的元素 新生儿的体内几乎不含有镉 全部是出生后从环境中蓄积的 在遭受污染的环境中 随着年龄的增长 人体内镉的摄入量越来越多 最终使人中毒 主要是对肾脏 肝脏的危害 镉还导致肺水肿 高血压 贫血 骨软化症和嗅觉减退甚至丧失等病症 烟草对镉有很强的吸收和蓄积作用 所以 吸烟能够明显地增加镉在人体内的含量 科学研究表明 对于无职业性镉接触史的人来说 香烟是人体内镉的主要来源 1972年 联合国粮农组织和世界卫生组织将镉列为第三位需要优先研究的食品污染物 排在第一位和第二位的是黄曲霉毒素和砷 1984年 联合国环境规划署提出一份 危害全球环境的化学物质和化学过程清单 在这份清单上 排在前四位的化学物质依次是镉 铅 汞和二氧化碳 镉主要积累在肾脏和骨骼中从而导致贫血 代谢不正常 高血压等慢性病 镉若与氰 铬等同时存在时 毒性更大 大气镉尘的沉降和雨水对地面的冲刷 都可使镉进入水体 镉是水迁移性元素 除了硫化镉外 其他镉的化合物均能溶于水 在水体中主要以Cd2 状态存在 进入水体的镉还可与无机和有机配位体生成多种可溶性配合物如CdOH Cd OH 2 HCdO2 CdO22 CdCl CdCl2 CdCl3 CdCl42 Cd NH3 2 Cd NH3 22 Cd NH3 32 Cd NH3 42 Cd NH3 52 Cd HCO3 CdCO3 CdHSO4 CdSO4等 天然水中镉的溶解度受碳酸根或羟基浓度所制约 水体中悬浮物和沉积物对镉有较强的吸附能力 悬浮物和沉积物中镉的含量占水体总镉量的90 以上 水生生物对镉有很强的富集能力 对32种淡水植物的测定表明 所含镉的平均浓度可高出邻接水相1000多倍 水生生物吸附 富集是水体中重金属迁移转化的一种形式 通过食物链的作用可对人类造成严重威胁 1931年日本富山发生 痛痛病 富山县位于日本中部地区 在富饶的富山平原上 流淌着一条名叫 神通川 的河流 这条河贯穿富山平原 注入富山湾 不仅是居住在河流两岸人们世世代代的饮用水源 也灌溉着两岸肥沃的土地 使之成为日本主要粮食基地的命脉水源 20世纪初期开始 人们发现该地区的水稻普遍生长不良 1931年又出现了一种怪病 患者大多是妇女 病症表现为腰 手 脚等关节疼痛 病症持续几年后 患者全身各部位会发生神经痛 骨痛现象 行动困难 甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦 到了患病后期 患者骨骼软化 萎缩 四肢弯曲 脊柱变形 骨质松脆 就连咳嗽都能引起骨折 患者不能进食 疼痛无比 常常大叫 痛死了 痛死了 Itai Itai有的人因无法忍受痛苦而自杀 这种病由此得名为 骨癌病 或 痛痛病 Itai ItaiDisease 据记载 由于工业的发展 富山县神通川上游的神冈矿山从19世纪80年代成为日本铝矿 锌矿的生产基地 神通川流域从1913年开始炼锌 骨痛病 正是由于炼锌厂排放的含镉废水污染了周围的耕地和水源而引起的 神冈的矿产企业长期将没有处理的废水排放注入神通川 致使高浓度的含镉废水污染了水源 用这种含镉的水浇灌农田 稻秧生长不良 生产出来的稻米成为 镉米 镉米 和 镉水 把神通川两岸的人们带进了 骨痛病 的阴霾中 1961年 富山县成立了 富山县地方特殊病对策委员会 开始了国家级的调查研究 1967年研究小组发表联合报告 表明 骨痛病 主要是由于重金属尤其是镉中毒引起的 1968年开始 患者及其家属对金属矿业公司提出民事诉讼 1971年审判原告胜诉 被告不服上诉 1972年再次判决原告胜诉 液态银白色金属 常温下即能蒸发 常用的无机汞化合物有氯化高汞 升汞 氯化汞 甘汞 雷汞 硝酸汞 砷酸汞和氰化汞等 在生产和使用过程中汞主要以蒸气形态经呼吸道进入人体 如汞矿冶炼 镏金 珠砂焙干 气焊切割带汞设备等 胃肠道吸收金属汞甚微 一般不引起中毒 生活性急性中毒多为口服升汞 甘汞和雷汞等汞化合物所致 无机汞中毒是以消化道和肾脏损害为主要表现 常见毒物为氯化汞 其致死量约为1g 重金属及其化合物汞 金属汞中毒 全身症状有头痛 头昏 乏力 发热 口腔及消化道症状口腔炎突出 表现齿龈红肿酸痛 糜烂出血 牙齿松动 龈槽溢脓 口腔有臭味 并有恶心 呕吐 食欲不振 腹痛 腹泻 皮肤改变部分患者皮肤可出现红色斑丘疹 以四肢及头面部分布较多 其它少数患者可有肾损害 个别严重者可有咳嗽 胸痛 呼吸困难 紫绀等急性间质性肺炎的表现 生活性中毒腐蚀性肠炎口服无机汞盐后 即有口腔炎及恶心 呕吐 上腹痛疼 水样便或血便 严惩者虚脱 休克 肾脏损害口服汞盐后数小时至数日内出现腰痛 少尿 蛋白尿 严重者出现急性肾功能衰竭 实验室检查血汞及尿汞升高 重金属及其化合物汞 天然水体中汞的含量很低 一般不超过1 0 g L 水体汞的污染主要来自生产汞的厂矿 有色金属冶炼以及使用汞的生产部门排出的工业废水 水体中汞以Hg2 Hg OH 2 CH3Hg CH3Hg OH CH3HgCl C6H5Hg 为主要形态 在生物相中 汞以Hg2 HgO HgS CH3Hg SR CH3Hg 2S为主要形态 当天然水体中含氧量减少时 水体氧化 还原电位可能降至50 200mV 从而使Hg2 易被水中有机质 微生物或其他还原剂还原为Hg 即形成气态汞 并由水体逸散到大气中 Lerman认为 溶解在水中的汞约有1 10 转入大气中 水体中的悬浮物和底质对汞有强烈的吸附作用 由于微生物的作用 沉积物中的无机汞能转变成剧毒的甲基汞而不断释放至水体中 甲基汞有很强的亲脂性 极易被水生生物吸收 通过食物链逐级富集最终对人类造成严重威胁 它与无机汞的迁移不同 是一种危害人体健康与威胁人类安全的生物地球化学迁移 水俣是日本有名的一个小镇 全镇将近4万左右的居民 它的周围村庄还住着大量的农民和渔民 在小镇的西面 有个比较大的海湾 临近水俣镇 所以大家称之为 水俣湾 在1925年 日本氮肥公司在这建了一个工厂 生产氮肥 醋酸乙烯等化学品 20多年过去了 在水俣湾附近的小村子里 出现了许多莫名其妙的疯猫 它们刚开始走路不稳定 摇摇晃晃的 过了一段时间神色慌张 还不停的抽搐 最后跳到海里淹死了 但疯猫的出现并没有引起当地人们多大重视 又过了好多年 水俣湾出现了许多得怪病的人 他们一开始口齿不清 后来走路不稳 再过段时间发展到耳聋眼瞎 四肢无力 神经失常 他们有时兴奋 有时酣睡 最后高叫兴奋着死去 疯猫的症状与人的症状十分相象 怪病是氮肥厂排出的污水引起的 这些居民和家猫吃多了带毒的鱼虾 后来就等于人吃了含有汞的食物 不利于排泄 使汞在人体内的积聚随着时间和饮食越来越多 大脑神经系统受到严重损伤 每当发作起来就会狂蹦乱跳 因为这种怪病发生在水俣地区 因而被当地的人们做 水俣病 至少有150人因此丧命或终生残疾 不少婴儿出生时有畸形或脑损伤 因为政府没有及时采取有效措施 废水平时照旧排入大海 使水俣病在日本地区迅速传播 工厂主拒绝他人来检查 直到10年后 工厂主才承认负有责任 该厂于1966年关闭 但那时已给水留下了严重的后遗症 幸存者面临极度艰难和困苦的生活 随之便是痛苦的过早死亡 现在 日本的报刊 杂志还有关于水俣病患者的报道和新闻 可见水俣病有多深的危害 许多家庭必须照料无助的受害者 其中许多是儿童 水俣的年轻妇女怕生孩子 因为怕生下的孩子万一智力迟钝或畸形 一名水俣湾污染的受害者由她的母亲照顾 自从那塑料工厂关闭和停止排放可怕的废料以后 30年过去了 今天 许多当年的受害者还活着 铅 人类最早使用的金属之一 公元前3000年 人类已会从矿石中熔炼铅 铅在地壳中的含量为0 0016 主要矿石是方铅矿 铅在自然界中有4种稳定同位素 铅204 206 207 208 还有20多种放射性同位素 带蓝色的银白色重金属 熔点327 502 C 沸点1740 C 密度11 3437克 厘米 硬度1 5 质地柔软 抗张强度小 金属铅在空气中受到氧 水和二氧化碳作用 其表面会很快氧化生成保护薄膜 在加热下 铅能很快与氧 硫 卤素化合 铅与冷盐酸 冷硫酸几乎不起作用 能与热或浓盐酸 硫酸反应 铅与稀硝酸反应 但与浓硝酸不反应 铅能缓慢溶于强碱性溶液 铅主要用于制造铅蓄电池 铅合金可用于铸铅字 做焊锡 铅还用来制造放射性辐射 X射线的防护设备 铅及其化合物对人体有较大毒性 并可在人体内积累 重金属及其化合物铅 辛辛那提医学中心儿童医院的布鲁斯 兰普西尔博士 从1988年到1994年期间研究了4853名年龄在6到16岁儿童的资料 比较他们的血铅水平和在阅读和数学测验中的得分情况 他发现 大多数孩子的血铅水平都低于10微克 分升 但每增加1微克 阅读就减少1分 数学得分也有轻微下降 血铅增高与儿童学习困难和智力低下是有关系的 美国学者曾在波士顿地区调查了2000多名1 2年级学龄儿童的齿铅水平和智力发育的关系 用韦氏儿童智能表进行智能评价 用协方差分析控制掺杂因素 发现高铅组比低铅组智商低4 5分 铅是一种具有神经毒性的重金属元素 进入血液后 可引起机体代谢过程的障碍 对全身各组织器官都有损害 尤以神经系统的损害最为严重 儿童的神经系统正处于快速的发育完善过程 这个时候对铅具有特殊的易感性 轻微铅负荷即能引起神经生理损害 长期升高可引起思维改变 造成智力上的缺陷 还可使中枢神经系统乙酰胆碱释放减少 而这种物质是与学习 记忆关系最为密切的神经递质 值得注意的是 血铅水平往往要高于2 16微摩尔 升时 才会出现临床症状 因此许多儿童体内血铅水平虽然偏高 但却没有特别的不适 轻度智力或行为上的改变也难以被父母或医生发现 这也是为什么儿童铅中毒在国外被称为 隐匿杀手 的原因 妇女怀孕后 应减少对铅的接触 因为孕妇机体中过多的铅可通过胎盘传给胎儿 导致小儿先天性母源性铅负荷增高 几乎在地球上每个角落都能检测出铅 铅的主要源是矿山开采 金属冶炼 汽车废气 燃煤 油漆 涂料 淡水中铅的含量为0 06 120 g L 中值为3 g L 天然水中铅主要以Pb2 状态存在 其含量和形态明显地受CO32 SO42 OH 和Cl 为等含量的影响 铅可以PbOH Pb OH 2 Pb OH 3 PbCl PbCl2等多种形态存在 在中性和弱碱性的水中 铅的浓度受氢氧化铅所限制 水中铅含量取决于Pb OH 2的溶度积 在偏酸性天然水中 水中Pb2 浓度被硫化铅所限制 水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈的吸附体用 因此铅化合物的溶解度和水中固体物质的吸附作用是导致天然水中铅含量低 迁移小的重要因素 砷属类金属元素 具有两性元素的性质 非金属的性更强些 砷是一种很分散的元素 在自然界很少见到天然状态的砷 主要以硫化矿形式存在 最重要的矿物有毒砂 FeAsS 砷黄铁矿 FeAsS 斜方砷铁矿 Fe2AS3 砷镍矿 NiAS2 红砷镍矿 NiAS 砷钴矿 CoAsS2 砷黑幻铜矿 Cu4As12S13 硫砷铜矿 Cu3AsS4 砷铂矿 PtAs2 铁硫砷钴矿 C OFe AsS 雄黄矿 As2O3 鸡冠石 雌黄矿 As2S3 砷的凤化产物形成砷华 As2S3 雄黄及雌黄是提炼三氧化二砷的原料 而三氧化二砷是制造所有砷化物的原料 砷的最大用途是制造农药 砷用于有色金属合金中的提高合金的硬度 加入钢中以坛加钢的耐热性 此外还用于玻璃 颜料 染料 涂料 半导体及医药中 重金属及其化合物砷 重金属及其化合物 岩石风化 土壤侵蚀 火山作用以及人类活动都能使砷进入天然水中 淡水砷含量为0 2 230 g L 平均为1 0 g L 天然水中砷可以H3AsO3 H3AsO3 H3AsO4 H3AsO4 HAsO4 HAsO42 AsO43 等形态存在 在适中的Eh值和pH呈中性的水中 砷主要以H3AsO3为主 但在中性或弱酸性富氧水体环境中则以HAsO4 HAsO42 为主 砷可被颗粒物吸附 共沉淀而沉积到底部沉积物中 水生生物能很好富集水体中无机和有机砷化合 水体无机砷化合物还可被环境中厌氧细菌还原而产生甲基化 形成有机砷化合物 但一般认为甲基砷及二甲基砷的毒性仅为砷酸钠的1 200 因此 砷的生物有机化过程 亦可认为是自然界的解毒过程 砷 在自然界中 砷主要是以硫化物如雄黄的形式存在 砷的各种化合物的应用很广泛 如五氧化二砷被用做杀菌剂 砷酸盐与亚砷酸盐衍生物被用做除草剂 砷酸被用于木材防腐 在颜料 制药工业等行业被广泛应用 砷的毒性是很大的 化妆品中砷含量不得超过10毫克 千克 否则用后如果吸收中毒的话 砷也会引起有神经系统的改变 同时还有一些周围神经的改变 比如说手麻 脚麻四肢无力 疼痛等症状 皮肤上可能还有黑变 色素的沉着 砷化物的毒性及中毒机理砷化合物的毒性与其在水中的溶解毒有关 元素砷不溶于水 故无毒 二硫化二砷 三硫化二砷水溶性很小 毒性较低 三氧化二砷易溶于水 毒性极大 砷化合物的毒性依下列顺序而减少 砷化氢 无机物或有机物 氧化亚砷 As2O3 亚砷酸 无机 砷酸 砷的化合物 四个有机基团带正电荷的砷 单质砷 三价砷化合物的毒性大于五价砷化合物 不同种属动物对砷的敏感性人 狗 大鼠 砷化合物进入机体后 五价砷先还原成三价砷 三介砷在酶作用下进一步甲基化和二甲基化 最终代谢成甲肼排出体外 砷是一种原浆毒 对蛋白的巯基具有巨大的亲和力 侵入体内的砷可与酶蛋白分子上的2个巯基或羟基结合形成稳定的络合物或环状化合物 从而抑制组织中大量巯基依赖酶系 特别是与丙酮酸氧化酶的巯基相结合 使其失去活力 而影响细胞的正常代谢 砷还可以抑制磷到酯酶 损害细胞的染色体 使细胞的有丝分裂发生障碍 砷影响6 磷酸葡萄糖脱氢酶 乳酸脱氢酶 细胞色素氧化酶 使细胞的呼吸及氧化过程减低 此外砷酸和亚砷酸在许多生化反应中能取代磷酸 但生成的产物不如磷酸结合物稳定 易水解 使氧化磷酸化过程折偶联 氧化坛速 又能形成高能磷酸键而干扰细胞的能量代谢 砷还可直接损害毛细血管及作用于血管舒缩中枢 使血管壁平滑肌麻痹 毛细血管扩张 引起血管壁通透性改变 砷还可以使心 肝 肾等实质性脏器产生脂肪变性 在古代时 很多地方都有这样一个习俗 人们清扫了房屋之后 常常要往酒中放些雄黄 喷洒在屋脚墙缝里 这是为什么呢 原来这样可以杀死各种害虫 赶走蛇鼠 人们使用的雄黄就是一种有毒的砷的化合物 砷 砒霜 剧烈的毒药 成语 饮鸩止渴 意思是自取灭亡 这 鸩酒 就是指放了砒霜的酒 信口雌黄 信口 就是随便的意思 可 雌黄 又是什么呢 雌黄 叫三硫化二砷 它是一种橙黄色的略微透明的东西 燃烧时会发出大蒜一样的臭味 人们可以把它用作颜料或褪色剂 在古代时是没有印刷机的 所以那时的读书人经常抄书 要是抄错了怎么办呢 他们就用雌黄先使抄错的字迹褪去颜色 再进行修改 大多数读书人抄书时的态度是很认真的 但有少数人却自以为聪明无比 经常乱改别人的文字 于是人们就把这种极不认真的做法称为 妄下雌黄 引申开来 就又把胡说八道叫做 信口雌黄 在我国农村 特别是华北一带 每年播种之前 总要先往田地里撒一些 信谷 信米 信谷 信米 用砒霜溶液泡过的谷子 小米 当田鼠 蝼蛄之类的害虫吃了之后 很快就中毒死去了 这样就可以诱杀很多的害虫害鼠 从它们嘴里能夺回大量的粮食 但是 砒霜对人畜都有剧毒 如果使用不慎误中砷毒 可以服用氧化镁和硫酸亚铁溶液强烈地反应生成的悬浮液来解毒 具有银白色光泽的金属无毒 化学性质很稳定常见的铬化合物有六价的铬酐 重铬酸钾 重铬酸钠 铬酸钾 铬酸钠等 三价的三氧化二铬 铬绿 Cr2O3 二价的氧化亚铬 铬的化合物中以六价铬毒性最强 三价铬次之 铬是哺乳动物生命与健康所需的微量元素 缺乏铬可引起动脉粥样硬化 成人每天需500 700微克铬 而在一般伙食中每天仅能提供50 100微克 红糖全谷类糙米 未精制的油 小米 胡萝卜 豌豆含铬较高 铬对植物生长有刺激作用 微量铬可提高植物收获量 但浓度稍高 又可抑制土壤内有机物质的硝化作用 重金属及其化合物铬 铬酸 重铬酸及其盐类对人的粘模及皮肤有刺激和灼烧作用 并导致伤 接触性皮炎 这些化合物以蒸气或粉尘方式进入人体 均会引中鼻中隔穿孔 肠胃疾患 白血球下降 类似哮喘的肺部病变 皮肤接触铬化物 可引起愈合极慢的 铬疮 当空气中铬酸酐的浓度达0 15 0 31毫克 立方米时就可使鼻中隔穿孔 三价铬还是一种蛋白凝聚剂 有人认为 六价铬可诱发肺癌 浓度为0 31mg l的重铬酸钠即可腐蚀管道 含3 4 17 3mg l的三价铬废水灌田 就能使所有植物中毒 铬的污染 工业引起 铬的开采 冶炼 铬盐的制造 电镀 金属加工 制革 油漆 颜料 印染工业 都会有铬化合物排出 如制革工业通常处理一吨原皮 要排含铬410mg l的废水50 60吨 若每天处理原皮十吨 则年排铬72 86吨 防治铬的污染要从改革工艺和综合利用多考虑 如电镀的铬雾回收 低铬镀铬 铬渣制铸石 青砖和铬木质素 镀铬废水回收氢氧化铬 天然水中的含量在1 40 g L之间 主要以Cr3 CrO2 CrO42 Cr2O72 四种离子形态存在 因此水体中铬主要以三价和六价铬的化合物为主 铬存在形态决定着其在水体的迁移能力 三价铬大多数被底泥吸附转入固相 少量溶于水 迁移能力弱 六价铬在碱性水体中较为稳定并以溶解状态存在 迁移能力强 因此 水体中若三价铬占优势 可在中性或弱碱性水体中水解 生成不溶的氢氧化铬和水解产物或被悬浮颗粒物强烈吸附 主要存在于沉积物中 若六价铬占优势则多溶于水中 六价铬毒性比三价铬大 它可被还原为三价铬 还原作用的强弱主要取决于DO BOD5 COD值 DO值越小 BOD5值和COD值越高 因此 水中六价铬 可先被有机物还原成三价铬 然后被悬浮物强烈吸附而沉降至底部颗粒物中 这也是水体中六价铬的主要净化机制之一 由于三价铬和六价铬之间能相互转化 所以近年来又倾向考虑以总铬量作为水质标准 铜 原子序数29 原子量63 546 埃及在公元前5000年开始利用自然铜 公元前3500年会制青铜 在地壳中含量居第22位 自然界的铜矿有三种形式 自然铜 硫化矿 氧化矿 铜有两种天然稳定同位素 铜63和铜65 淡红色金属 质地坚韧 有延展性 热导率和电导率都很高 熔点1083 4 C 沸点2567 C 密度8 92克 厘米 有顺磁性 铜的化学性质不活泼 在干燥空气和水中无反应 与含有二氧化碳湿空气接触是表面逐渐形成绿色的铜锈 在空气中加热时表面形成黑色氧化铜 铜在常温下与卤族元素有反应 铜与盐酸和稀硫酸不反应 与氧化性强的硝酸或热浓硫酸有反应 铜主要用于电气工业中 铜具有耐腐蚀性 可用于电镀 不同的铜合金具有不同的机械性能 碱式碳酸铜和氧化铜可作颜料 前者还有杀虫灭菌性能 氯化亚铜和氯化铜是化学工业和石油工业常用的催化剂 重金属及其化合物 铜 冶炼 金属加工 机器制造 有机合成及其他工业排放含铜废水是造成水体铜污染的重要原因 水生生物对铜特别敏感 故渔业用水铜的容许浓度0 01mg L 是饮用水容许浓度的百分之一 淡水中铜的含量平均为3 g L 其水体中铜的含量与形态都明显地与OH CO32 和Cl 等浓度有关 同时受pH的影响 如pH为5 7时 以碱式碳酸铜Cu2 OH 2CO3溶解度最大 二价铜离子存在较多 pH 7时 CuO溶解度最大 以Cu2 CuOH 形态为主 当pH 8以上时 则Cu OH 2 Cu OH 3 CuCO30及Cu OH 32 等形态逐渐增多 水体中大量无机和有机颗粒物 能强烈的吸附或鳌合铜离子 使铜最终进入底部沉积物中 因此 河流对铜有明显的自净能力 重金属及其化合物锌 锌是一种篮白色金属 密度为7 14克 立方厘米 熔点为419 5 在室温下 性较脆 100 150 时 变软 超过200 后 又变脆 锌的化学性质活泼 在常温下的空气中 表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜 可阻止进一步氧化 当温度达到225 后 锌氧化激烈 燃烧时 发出蓝绿色火焰 锌易溶于酸 也易从溶液中置换金 银 铜等 锌是兰白色的晶体 具有防腐蚀能力主要用于镀锌和制造各类合金 镀锌业 尤其是制造汽车外壳和镀锌钢板的用量在国外占到锌消费的45 在我国则占有着19 而锌的氧化物在我国锌的最终用途中所占比重最大 为24 5 锌与铜合熔形成黄铜 是锌是传统的用途 黄铜被认为是高功能合金 它能被所有传统的方法 如铸造 轧制 挤压锻造和热压制造成型 因此 锌作为仅次于铜铝的第三大有色金属 以其独有的物理 化学性质 被广泛应用于电子 工业 建筑等多个领域 自然界中 多以硫化物状态存在 主要含锌矿物是闪锌矿 也有少量氧化矿 如菱锌矿 如菱锌矿和异极矿 天然水中锌含量为2 330 g L 但不同地区和不同水源的水体 锌含量有很大差异 各种工业废水的排放是引起水体锌污染的主要原因 天然水中锌以二价离子状态存在 但在天然水的pH范围内 锌都能水解生成多核羟基配合物Zn OH n n 2 还可与水中的Cl 有机酸和氨基酸等形成可溶性配合物 锌可被水体中悬浮颗粒物吸附 或生成化学沉积物向底部沉积迁移 沉积物中锌含量为水中的1万倍 水生生物对锌有很强的吸收能力 因而可使锌向生物体内迁移 富集达103 105倍 人体要维持正常的新陈代谢所必需元素有27种 其中14种为微量元素 虽然他们含量极微却对人体的健康起着重要的作用 癌症和微量元素铜和锌在人体里的含量有着很密切的关系 我国广东顺德 江苏启东等癌病高发区的土壤 水 农作物中铜都高于非癌高发区 而锌低于非癌高发区 对肝癌 胃肠道癌等多种恶性肿瘤患者的血清分析都得出一致的结论 恶性肿瘤患者的血清锌与铜的比值明显低于正常人 而进行手术摘除恶性组织或药物治疗后 患者血清中锌与铜比值回升 可见铜 锌与癌病的关系最为显著 锌 铜与癌症关系的机理可能在于 锌控制着生物膜的稳定性 可增强膜抵抗自由基攻击和脂质过氧化物损伤的功能 另外 锌对提高生物体的免疫功能有一定的作用 铜进入肝细胞后与蛋白质 氨基酸或一些化学致癌物质形成致癌作用较强的金属大分子络合物 过量的铜离子 作用于DNA 导致恶性细胞的分裂 生长 总之 象铜 锌等人体内微量元素主要是通过和有机物形成生物大分子来影响人体生理机能的 重金属及其化合物镍 镍 分子量 58 70 银白色坚硬金属 熔点 1453 沸点 2732 相对密度 水 1 8 90 相对蒸气密度 空气 1 蒸气压 kPa 0 13 1810 稳定性和反应活性 稳定 禁配物 酸类 强氧化剂 硫 危险特性 其粉体化学活性较高 暴露在空气中会发生氧化反应 甚至自燃 遇强酸反应 放出氢气 属自燃物品 粉尘可燃 能与空气形成爆炸性混合物 溶解性 不溶于浓硝酸 溶于稀硝酸 岩石风