吉大环境毒理学第二章污染物的迁移和转化

1、公布：马金才副教授E-mail: JincaiM办公室：唐敖庆楼C438，吉林大学环境和资源学院，环境毒理学，第二章污染物在环境中的迁移和转化，2.1概括，污染物进入环境后，由于自身物理化学性质和各种环境因素的影响，空间位置和形态特征等一系列复杂的变化污染物的迁移和转换(transport and transformation )是指污染物在环境中发生的各种变化过程。 也有学者称为污染物的环境行为和环境回归。 环境污染物的迁移转换实例、研究污染物的迁移和转换规律的目的和意义，明确了人在环境中接触的污染物的种类和接触浓度、时间、路径、方式和条件等。 评价污染物的物质形态、毒性作用的影响因素、剂量

2、效应或剂量反应关系。 2.2环境污染物的移动、污染物的移动是环境中发生的空间位置的相对移动过程。 污染物的迁移会改变环境中污染物的种类、数量和综合毒性的强度，引起污染范围的扩大和缩小，污染物浓度的上升和下降等。 2.2、环境污染物的移动、机械移动、生物浓缩、水的机械移动、重力的机械移动、物理化学移动、生物移动、扩散移动、干燥堆积和粒状物的湿润堆积、风化湿润作用、溶解挥发作用、酸碱作用、吸附作用、氧化还原作用、络合作用、生物蓄积、生物放大、气的机械移动、 污染物的机械移动现象随处可见：废水、废气和废弃物的排放、废弃、搬运以及各种有毒有害物质的生产和生活中的应用会使污染物产生一定程度的移动运动。

3、2.2.1机械迁移，2.2.1机械迁移，2.2.1.1气体机械迁移，2.2.1.2水机械迁移，2.2.1.3重力机械迁移，2.2.1.1气体机械迁移，扩散迁移a .风力扩散：稀释和稀释，效果取决于风速污染物的整体输送作用是污染物向下风扩散。 b .气流扩散：表示污染物垂直方向移动扩散、影响大气污染物扩散的因素、大气稳定度地理地形、影响大气污染物扩散的因素、大气稳定度：空气中的某个大气块因与周围空气的密度、温度或流速等强度差产生的浮力而导致加速度上升或下降的程度在对流层中，气温越高越减少，有利于污染物的垂直扩散稀释。 近地低层大气随着气温的升高，污染物有时会垂直稀释扩散，引起大气污染。 影响大气

4、污染物扩散的因素，地理地形：地面具有不同的粗糙度，气流沿地表流动时，必须与各种地形地物发生摩擦作用，同时改变风向风速。 其影响程度与地形地物的形状、高低和体积有关。 封闭的谷盆地不利于大气污染物的扩散。 城市中的大楼阻碍了污染物的快速扩散。 建筑物风下部的风速下降，污染物浓度变高。 北京雾、燕山、太行山、北、干燥沉积和粒状物的湿沉积、干燥沉积，是指大气污染物在重力作用下沉降，或被地面建筑物、树木等阻挡在地面上沉积的过程，或进入人体或动物呼吸器中沉积的过程。 所谓湿沉降，是指大气中含有的污染气体和微粒物质被雨冲走，溶出作用与降水一起下降并蓄积在地表的过程。 是大气中污染气体被去除的重要过程。 干

5、燥沉积、湿沉降、干燥沉积和粒子状物质的湿沉积、大气粒子状物质的密度和粒度越大，越容易被干燥沉积除去。 小粒子通常通过湿式沉积过程去除。 PM2.5粒径小，表面积大，富含重金属和有毒有机污染物，在大气中停留时间长，运输距离远，对人体健康和大气环境质量的影响很大。2.2.1.2水的机械移动作用、水的移动作用包括污染物在水中的自由扩散作用和被水流输送的作用。 水中的自由扩散主要发生在水体静止或缓流湖和地下水等环境中。 水流的输送作用主要发生在水体快的小河和河流环境中。 水流把被降水淋湿的污染物输送到河、河、湖、地下水中，最终被导入海里。 水的机械迁移实例：污水灌溉和地下水污染、污染物、毒米和土壤的重

6、金属污染有关，地下水污染和癌村现象的原因有：吸附污染物的气溶胶、粒状物、浮游物等主要以重力沉降方式在环境中移动。 污水设施的污染物堆积在污泥中，通过污泥的处理而移动。 机器搬运污染物的行为是污染物移动的重要方式。 污染物以原材料、成品或包装材料的形式长距离输送。 2.2.2.3重力的机械移动作用、2.2.2物理化学移动、2.2.1风化的润湿作用、风化的润湿作用是指环境水在重力作用下运动时通过水解水的作用使岩石、矿物中的化学元素溶入水中的过程。风化作用、风化岩石、水流、风化侵蚀相关照片、2.2.2.2溶解挥发作用、降水会溶解各种固体废弃物中的水溶性污染物，引起土壤和水体污染。 低沸点。 低分子量

7、的有机污染物能通过挥发释放到大气中。 污染物的挥发度取决于污染物的物理性质和环境条件等。 例如大气中的SO2、NO2等酸性气体在上空遇到水蒸气形成酸雨(pH5.6 )，酸性降水会使土壤中的重金属游离，引起严重的环境健康问题。 挥发性高的污染物通过挥发作用迅速飞散到空气中。 挥发作用的大小取决于污染物的亨利系数和环境条件等，温度和风速等。 2.2.2.3酸碱作用、酸性环境使许多污染物形成易溶性化合物，促进污染物的迁移。 环境的pH值高的话，很多污染物会沉淀，有可能在堆积物中相对浓缩。 孔雀石(含碱式碳酸Cu )矿石标本，Cu2(OH)2CO3 4HCl=2Cu2 CO2 2H2O、2.2.2.4

8、络合作用，污染物在环境中移动时，总是与其他离子、离子团或有机高分子络合。 由于络合分子和络合离子具有特殊的化学性质，大大改变了污染物的移动能力和归宿。 环境中的PS、PS、PS3-、CO32-和PS 2、- PS、- PS， 含有-SH等功能基团的有机物能够作为络合物与金属离子错合成的CD2cn-CDC nzn2n h3znnh 32 h g2oh-Hg (oh )2Hg (oh )2ch Hg (oh ) clhg2cl-hgh ghghg2cl-hgcl2ch-hgcl2Hg 23cl-hgcl3- hgcl4cl-hgcl 42 -，吸附力强，吸附力弱，2.2.2.5吸附作用，吸附是固体

9、或液体表面对其他物质的吸附现象。 污染物在土壤中的吸附多受土壤有机质含量、土壤颗粒大小、粘土矿物成分、pH值、阳离子交换能力等土壤理化性质的影响。=SurfOH是铁、铝和锰的氧化物表面，2.2.2.6氧化还原作用，污染物是氧化还原反应，价格会随着电子的得失而变化，其移动能力也会发生变化。 雄黄(含As4S4)矿石标本，如土壤中的As污染。 As一般从土壤中含有的As矿物，例如硫铁矿(FeS2 )在氧化过程中放出。 含砷硫铁矿FeS2，氧化还原作用例：微生物还原，Se(0)(s )，SeO42-(aq )，底泥，水，微生物还原，SeO32-(aq )，大气，Enterobacter cloaca

10、e SLD1a-1，Se(VI )或Se(IV ) 物理化学迁移风化-淋溶作用溶解-挥发作用酸碱作用络合形成作用氧化还原作用、辰砂(包括HgS )矿石标本、自然界中污染物的物理-化学转变模式通常不单一。 一般来说，有两个以上的迁移过程。 各种迁移过程经常纠缠在一起。2.2.3生物转移、污染物在生物吸附、吸收、代谢、死亡等过程中发生的转移称为生物转移。 生物移动是污染物在环境中移动的最复杂和最重要的移动方式。 生态系统、食物链、营养级、生态系统ecosystem生态系统是指自然界一定空间内生物和环境构成的统一整体，在这个统一整体中，生物与环境之间的相互影响、相互制约，并处于一定期间内相对稳定的动

11、态平衡状态。 食物链food chain食物链是各种生物通过一系列的捕食关系相互联系起来的序列，在生态学上被称为食物链。 通过食物链积蓄在有机物中的能量在生态系统中通过层传导。 营养级trophic level营养级是指生物在食物链中所占的位置。 在生态系统的食物网中，用同样的方法获得相同性质的食物的植物类群和动物类群可以分别称为营养级。 在食物网上从生产者植物到顶部肉食动物。 食物链上属于同一水平的所有生物种类都是营养水平。 食物链营养级的例子2.2.3.1生物浓缩bioconcentration，生物浓缩：是指生物从环境中蓄积某种污染物，生物中的浓度超过环境中的浓度的现象。 生物浓缩的程度

12、是生物浓缩系数bioconcentration factor，BCF BCF=生物体内污染物的浓度/环境中该污染物的浓度生物浓缩的研究，了解环境中污染物的生物迁移规律，评价和预测污染物进入环境后的危害，决定污染物的环境容量，制定环境标准具有重要意义2.2.3.2生物积累bioaccumulation，生物积累：生物个体在其生长发育的不同阶段从环境中积累某些污染物，使生物浓缩系数增大的现象。 生物蓄积的程度可以用生物蓄积系数bioaccumulation factor、BAF表示。 BAF=某生物个体的生长发育在后阶段体内蓄积的污染物浓度/同一生物的生长发育在前阶段体内蓄积的污染物浓度生物蓄积的

13、污染物浓度水平取决于该生物摄取去除该污染物的速度的比，摄取量比去除量多的话，就发生生物蓄积。 2.2.3.3生物扩增：是生态系统的同一食物链，是指一种污染物在生物体内浓度随营养水平的上升而逐渐增大的现象。 生物扩增的结果显示，食物链高营养级生物体内的污染物浓度显着超过了环境中这种污染物的浓度。 生物放大的程度可以用生物放大系数biomagnification factor、BMF表示。 经过BMF=较高营养级生物体内污染物的浓度/较低营养级生物体内污染物的浓度、生物扩增例、食物链各营养级，水中的DDT浓度增加到10，000，000倍！ 2.3环境污染物的转化、污染物的转化：指污染物在环境中根据

14、物理、化学、生物的作用而变化形态或变成另一种物质的过程。 一次污染物primary pollutants :指污染物直接排放到环境中的污染物。 二次污染物secondary pollutants :指一次污染物在环境中发生各种反应而转化的污染物。 2.3环境污染物的转化、物理转化作用、化学转化作用、生物转化和生物分解作用、环境污染物的转化、2.2.3环境污染物在环境中因物理、化学或生物作用而变化形态， 转化成另一种物质的过程称为污染物的转化转化2.2.3.1物理转化作用，物理转化是指污染物在蒸发、渗透、凝聚、吸附、放射性元素的蜕变等一个或几个过程中实现的转化。 例如，某些有机或无机污染物在蒸发

15、作用下从液体变成气体，飞散到空气中。如果吸附土壤、砂土、木炭等物质的话，污染物会以分子的微观形态变化，污染物会在空间位置变化。 例如，放射性元素的脱变235U207Pb 7 4-、2.2.3.2化学转化作用、化学转化是指污染物在各种化学反应过程中发生的转化，如氧化还原、水解反应、络合反应、光化学反应等。 在大气中，污染物的转化以光化学氧化和催化氧化为主。 HCs、NOx、SO2在光化学氧化作用下生成O3和过氧乙酰硝酸酯(PAN )。 因为PAN没有天然源，只是人为源，乙醛和OH自由基通过O2生成过氧乙酰基，与NO2反应得到，所以在大气中测定PAN是光化学烟雾发生的依据。 在水体中，污染物的转化

16、是氧化还原和络合水解反应，如As的氧化还原和甲基化、铬的氧化还原。 有些土壤通过土壤粒子的吸附催化剂加速农药的水解反应。 土壤中一部分金属离子的价数也发生了一系列的变化。 土壤和水体的氧化促进金属和有机质的离子化。 2.2.3.3生物转化和生物分解作用，生物转化biotification是指污染物在酶系统的催化作用下，通过各种生化反应改变化学结构和理化性质。 生物转化的结果可以降低大部分有机污染物的毒性，形成更容易分解的分子结构，增强部分污染物的毒性，形成更难分解的分子结构。 生物降解biodegradation是指通过细菌或其他微生物的酶系活动分解有机物污染物的过程，生物降解一般指微生物的分解作用，可能是微生物的有氧呼吸，可能是微生物的无氧呼吸。 生物矿化