《有毒物质》PPT课件.ppt

第七章水环境污染 水污染是指水体因某种物质的介入 而导致其化学 物理 生物或者放射性等方面特征的改变 从而影响水的有效利用 危害人体健康或者破坏生态环境 造成水质恶化的现象 第一节水中有毒物质来源及对水生生物的影响 毒物 指在一定条件下 较小浓度或剂量就能引起生物机体功能性或器质性损伤的化学物质 或剂量虽微 但积累到一定的量 就能干扰或破坏生物机体正常生理功能 引起暂时或永久性的病理变化 甚至危及生命的化学物质 毒性 一定量的毒物触或进入生物机体后 对生物能够产生不同程度的损害 毒物对生物引起这种损害的能力称为毒物的毒性 有毒性的物质不一定是毒物 而毒物只有在一定浓度 一定接触时间后才表现出毒性 效应 毒物作用于生物体引起生物个体发生的生物学变化 称为效应 反应 毒物作用于生物群体后产生某种效应的生物个体数量在生物群体中所占的比率 被称为反应 中毒 生物体受到毒物作用引起功能和器质性改变后出现疾病状态 即中毒 根据中毒发生的速度 可分为急性中毒 亚急性中毒 慢性中毒 一 有毒物质的种类与来源1 内部来源 水体内部因物质循环失调而生成 积累的毒物1 非离子氨2 亚硝酸盐3 硫化氢4 高浓度的CO22 外部来源 外来有毒物质 工业 农业 生活等 1 工业废水2 农业退水3 生活污水4 偶发性污染事件3 水污染类型物理污染 色度 浊度 温度 放射性生理性污染 异味 臭味病源微生物污染 病菌 病毒 化学物质污染 耗氧有机物 植物营养素 无机有害物 无机有毒物 重金属 易分解有机毒物 难分解有机毒物 油 二 对水生生物的影响1 毒性参数 1 致死浓度 LC 指在一定时间内以生物机体死亡为标准而确定的水中外来化合物的浓度 半数致死浓度 LC50 绝对致死浓度 LC100 最小致死浓度 MLC或LC01 LC50 指能引起一群受试对象50 个体死亡所需的浓度 2 耐受限度 TL 指在一定时间内以生物机体存活比率为标准而确定的水中外来化合物的浓度 中间耐受限度 TLm 指受试生物群体50 生物个体存活时的毒物浓度 3 有效浓度 EC 与抑制浓度 IC 以测定或观察生物对毒物的某种特定的效应时采用有效浓度 EC 来反映毒物对试验生物的毒性 24hEC50 48hEC50 48hEC5半数抑制浓度或半数失能浓度 IC50 是引起50 受试生物某种效应被抑制的毒物浓度 如指一种毒物能将某种酶活力抑制50 所需的浓度 动物失去平衡能力 产生畸形 酶活力变化等 4 最大允许毒物浓度 MATC 与安全浓度 SC MATC 对受试生物没有明显影响的毒物浓度 NOEC MATC LOEC参考P183安全浓度 SC 长期 连续接触仍对生物的生存 生长 繁殖都无不良影响的浓度 以Tlm值 或LC 计算出的安全浓度需进行生物试验加以验证 验证试验的时间较长 至少一个月或几个月 试验期间按正常方式投饵管理 确保水质正常 并定时观察记录理化指标及生物指标 5 应用系数 AF 6 富集系数 BCF 需要进行一系列的慢性生物毒性试验 2 毒物对水生生物的影响 1 毒物作用的途径2 生物受害的表现急性中毒高浓度有毒物质进入水体后可在短时间内对生物造成毁灭性的危害 慢性中毒当较低浓度有毒物质进入水体后 可长期缓慢地作用于生物体 防碍其生长 繁殖和生理代谢活动 积累残毒其他受害表现 破坏渔场 产卵场等 影响表现在细胞 器官 组织 个体 群落等不同水平 不良影响 代谢过程出现故障 进而使器官 组织的机能下降 最终影响生物个体的活动及群落的消长 诸如防碍鱼类生殖器官的发育 抑制产卵 受精 个体的发育 损坏感觉器官 影响索饵摄食 损害呼吸机能 降低游泳能力生殖受阻 体重下降 对病害抵抗力减弱 易生鱼病 易发生畸形等 严重时会逐渐衰竭死亡 慢性中毒 二 分类 急性毒性试验 亚急性毒性试验 慢性毒性试验 静水式试验 半流水式试验流水式试验 受试生物种类 鱼类毒性试验溞类毒性试验原生动物毒性试验藻类毒性试验 试验容器溶液的状态 试验持续时间 第二节 毒性作用与毒性试验 一 毒性试验的定义毒性试验 测试化学物质对生物机体是否会引起损害作用而进行的一系列试验称为毒性试验 三 毒性试验生物检定的一般程序 1 试验设计 选择受试生物 设置毒物浓度 设定持续试验时间 受试生物的数量及分配 确定观测指标及其测定方法 2 试验溶液的配制 直接配制或配制高浓度后稀释后使用 如不能有效溶解可用无毒不参与反应的溶剂溶解 3 预备试验 选择3 5个间隔较大的浓度范围和少量的受试生物 观察24 96h 求得LC100和LC0 急性试验按等对数间距 选择5 7个试验浓度 Log lLC100 log LC0 n 1 确定各实验组浓度对数间距 慢性试验按等差数列设置试验浓度 4 正式试验浓度选择 5 正式试验期间日常管理 水质条件密度 用水 用药 施肥 投饵 流速等 6 试验观察与结果记录 一 实验生物 1 藻类 试验生物 见书198 200 绿藻 聚镰藻 小球藻 斜生栅藻 衣藻等 蓝藻 铜绿微囊藻 水华鱼腥藻等 硅藻 小环藻 菱形藻 针杆藻等 裸藻 纤细裸藻等 2 蚤类目前用于毒性试验的蚤有大型蚤 蚤状蚤 隆线蚤 锯顶低额蚤 多刺裸腹蚤等 3 美国 银大马哈鱼 虹鳟 溪红点鲑 金鱼 黑头软口鲦 蓝鳃鱼等 日本 鲤鱼 麦穗鱼等 波兰 河鳟 杜父鱼 虹鳟 拟鲤 红眼鱼 河鲈 鲂鱼 金鱼 鲤鱼 银鲫等 国际标准化组织 斑马鱼 蓝鳃鱼 黑头软口鲦等 中国常用鱼 小青鱼 草鱼 鲢鱼 鳙鱼 鲤鱼 鲫鱼 团头鲂 麦穗鱼 罗非鱼 尼罗罗非鱼 乌苏大马哈鱼等 二 浓度设计 1 按0 1对数间距选择浓度 三 半致死浓度的求算 LC50的求算 直线内插法使用半对数坐标纸上 以对数轴 纵轴 表示试验溶液的浓度 算术坐标 横轴 表示试验动物的死亡百分数 绘出与试验所得数据相应的各点 将死亡率50 上下的两点作一直线 再自所作直线与50 死亡线的交点作一垂直于纵轴的垂线 该垂线与纵轴的交点即为所求的半致死浓度使用用普通座标 方格 纸代替 先将浓度转化为浓度对数 然后以纵轴表示之 算术坐标 横轴 表示试验动物的死亡百分数 垂线与纵轴的交点即为LC50的对数 0 825 24hLC50 对数 50 安全浓度的求算 注 1 不稳定毒物 与水体混合后毒物半衰期不超过96h者 式中 可用LC50替代TLm 参考书P194 四 联合毒性作用试验 联合作用 指两种或两种以上化学物质同时或相继对生物体所产生的综合生物学效应 指两种或两种以上化学物质同时或相继对生物体发生作用所产生的毒性称联合毒性 独立作用 两种或两种以上的有毒化学物质同时作用于生物体后 由于各自的作用方式 途径 受体 部位等的不同 产生的生物学效应相互无影响 仅表现为各自毒性效应的毒物联合作用相加 加和 作用 两种或两种以上有毒化学物质同时或相继作用于生物体后 对生物机体产生的生物学效应强度等于它们分别作用于生物体所产生的生物学效应之和的毒物联合作用 协同作用 两种或两种以上有毒化学物质同时或相继作用于生物体后 对生物机体产生的生物学效应强度大于它们分别作用于生物体所产生的生物学效应强度的毒物联合作用 拮抗 颉颃 作用 两种或两种以上有毒化学物质同时或相继作用于生物体后 对生物机体产生的生物学效应强度小于它们分别单独作用于生物体所产生的生物学效应强度的毒物联合物用 拮抗 颉颃 作用 相加 加和 作用 协同作用 独立作用 五 影响毒物毒性的因素pugao 1 温度 水温升高 有毒物质的毒性增强 2 溶解氧 温度及毒物浓度一定时 溶解氧减少 有毒物质的毒性往往增强 3 pH值 pH值超出5 10的范围时 其本身就对水生生物不利 4 硬度 金属离子的毒性 在软水中要比硬水中强 5 联合作用 当一种或数种物质同时存在于养殖水体中时 其中的某些成分之间可能发生相加 拮抗 协同等联合作用 从而影响各自的毒性 六 水体污染对人体健康的影响 水体污染的危害是多方面的 这里简单介绍一下水体污染对人体健康的影响 引起急性和慢性中毒 著名的水俣病 痛痛病是由水体污染引起的 致癌作用 发生以水为媒介的传染病 间接影响 正常低浓度的某些重金属元素对于水生生物的生命过程起着重要的作用 是许多生物大分子 如蛋白质 维生素和激素等的组成部分 是很多酶的激活剂 当水体受到污染 重金属含量严重超标时 它们与众多生物活性物质发生反应 严重干扰水生生物的新陈代谢 重金属对水生生物的危害具有稳定性和累积性的特点 各种水生生物都对金属具有较大的富集能力 其富集系数可高达数十倍甚至数十万倍 第二节水中重金属污染 一 天然水中重金属的来源及毒性 重金属一 来源 环境特征 不能被微生物分解 只能在环境中发生迁移和形态转化 污染特征 分布广泛 可以在水环境中迁移 毒性强 具有生物积累作用 相对密度大于5 百科名片重金属原义是指比重大于5的金属 包括金 银 铜 铁 铅等 重金属在人体中累积达到一定程度 会造成慢性中毒 金属污染物 Cd Hg Pb As Cr Cu Zn Tl Ni Be 二 水中重金属的存在形态及影响因素 影响水中金属形态的因素 无机阴离子 有机物的种类和浓度 悬浮颗粒物水解作用 水中金属存在形态 参考书中P253表10 1和图10 1 2007年中国海洋环境质量公报 镉 工业含镉废水的排放 大气镉尘的沉降 镉是水迁移性元素 在水体中镉主要以Cd2 状态存在 悬浮物和沉积物对镉有较强的吸附能力 水生生物对镉有很强的富集能力 日本的痛痛病就是长期食用含镉量高的稻米引起的中毒 即震惊世界的公害 骨疼病 镉能在动物的肾脏 动脉和肝脏内积累 镉引起贫血 高血压 肾脏损害 骨质以及新陈代谢障碍 渔业水质标准规定Cd 0 005mg l 镉的自然界中形式单质镉 Cd2 镉在鱼体内可以有很高的残留 主要残留在肾脏和肝脏之中 可以造成鳃组织 肠道粘膜 肾管细胞 生殖腺的损害 并影响肝酶活性和血液变化 抑制肝细胞 线粒体氧化磷酸化过程 故对各种氨基酸脱羟酸 组氨酸酶 过氧化酶 脱羟酶等都有抑制作用 使之产生代谢障碍 引发炎症 水肿等 镉会造成鱼体脊椎弯曲 产生癌变 畸变 突变 镉主要来自铅锌矿 有色金属冶炼厂 电镀厂 铜镉合金制造厂 荧光颜料厂等的废水排放 镉的毒性数据 草鱼鱼苗96hLC50 0 107mg 1白鲢鱼苗96hLC50 0 03mg 1草鱼鱼种96hLC50 1 26mg 1白鲢鱼种96hLC50 1 2mg 1枝角类48hLC50 0 41mg 1鲤鱼含镉1 35mg 110分钟 呼吸频率升35 罗非鱼含镉0 004mg 1暴露5天 红血球下降32 56 血红蛋白下降10 27 鲤鱼含镉0 005 1 0mg 1 细胞微核率1 2 8 2 水生生物对镉有很强的富集能力 富集系数可达数千至一万以上 诊断特征 剧烈游动 翻滚 肌肉痉挛脊椎可能弯曲鱼苗畸形肠胃发炎 充血 肝脏肿大 Cd 汞 天然水中不超过1 0 g l 1 汞主要来自工业废水 化工生产中汞的排放为主要污染来源 汞与其他元素等形成配合物是汞能随水流迁移的主要因素之一 溶解在水中的汞约有1 10 转入大气中 悬浮物和底质对汞有强烈的吸附作用 在微生物作用下 无机汞能转变成剧毒的甲基汞 日本著名的水俣病就是食用含有甲基汞的鱼造成的 渔业水质标准规定Hg 0 0005mg l 汞的富集系数为浮游生物 鱼类 海鸟 汞的急性毒性数据 白鲢胚胎96hLC50 O 10mg l白鲢鱼种96hLC50 0 31mg l荷元鲤鱼种96hLC50 0 34mg 1枝角类 大型蚤 24hLC50 0 028mg 1诊断特征 体色变浅 鳃丝灰白 鳍条下垂周期性反常游动 急游或侧游肠胃粘膜病变 出血 坏死 肾炎病 退纤性病变 肝小叶坏死 废弃的节能灯造成汞污染目前还没有修复方法2010 12 14千龙网 3 铅 天然水中0 06 120 g l 1 中值为3 g l 1 矿山开采 金属冶炼 汽车废气 燃煤 油漆 涂料等都是铅的主要来源 天然水中铅以二价态存在 水体中悬浮颗粒物和沉积物对铅有强烈的吸附作用 铅被吸收后在血液中循环 90 存在于骨骼中 铅的毒性是由于Pb2 引起的 铅进入机体主要由肠道吸收后 进入血循环 主要积蓄在肝脏 肾和骨胳中 铅对造血系统 神经系统和血管方面的毒性最为明显 自然界存在形态 Pb Pb2 水中多 Pb4 较易随分泌物 粪便等排出体外 因此其毒性较前两者低 渔业水质标准规定Pb 0 05mg l 铅的急性毒性数据 白鲢鱼种96hLC50 8 83mg 1鲤鱼鱼种96hLC50 4 43mg 1白鲢胚胎96hLC50 8 7mg 1枝角类96hLC50 6 13mg l诊断特征 体色明显变黑血管痉挛 肠道粘膜有炎症脑水肿 脑血管周围出血肝 肾包涵体形成和细胞坏死红血球大小 形状不一抑制鱼血的 氨基乙酸基丙酸脱水酶 4 砷 毒性 低浓度下As5 是无毒的 As3 是剧毒的 因为亚砷酸盐与蛋白质中的巯基发生反应 淡水中砷含量为0 2 230 g L 平均为1 0 g L 砷可被颗粒物吸附 共沉淀而沉积到底部沉积物中 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 甲基砷及二甲基砷的毒性仅为砷酸钠的1 200 我国是亚洲地方性砷中毒较严重的国家之一我国已经成为受地砷病危害最严重的国家之一 据外媒17日报道 孟加拉国可能有两百万人集体砷中毒 且已经造成多人丧命 未来将有更多人因此失去生命 堪称人类史上最大的中毒案 孟加拉国挖掘许多池塘作为养殖鱼类与储水灌溉用 科学家发现 这些池塘是居民集体砷中毒的罪魁祸首 铬 天然水中1 40 g l 1 冶炼 电镀 制革 印染等工业含铬废水 三价铬迁移能力弱 六价铬在迁移能力强 毒性 六价铬毒性比三价铬大 六价铬可被还原为三价铬 DO值越低 BOD5值和COD值越高 则还原作用越强 六价铬 可先还原成三价铬 然后被悬浮物强烈吸附而沉降至底部颗粒物中 铜 渔业容许浓度 0 01mg L 铜是人体糖代谢过程中必需的微量元素 来源 冶炼 金属加工 机器制造 有机合成等工业 铜的含量与形态与OH CO32 和Cl 等浓度有关 同时受pH影响 迁移 铜离子能强烈的被吸附或螯合 最终进入底部沉积物中 河流对铜有明显的自净能力 锌 人必需微量元素 天然水中锌含量为2 330 g L 工业废水的排入引起锌污染 天然水中锌以二价离子状态存在 能水解生成多核羟基配合物 如Zn OH NN 2 迁移 锌可被悬浮颗粒物吸附 或生成化学沉积物向底部沉积物迁移 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 富集倍数达103 105倍 第三节水中无机污染物的迁移转化 一 迁移与转化无机污染物 特别是重金属和准金属等污染物 进入水环境后均不能被生物降解 主要通过沉淀 溶解 氧化 还原 配合作用 胶体形成 吸附 解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化 参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程 最终以一种或多种形态长期存留在环境中 造成永久性的潜在危害 水环境中的