水环境化学2.ppt

1、水体中污染物的分布和存在形式，受污染的水体(包括降水、地表水和地下水)受人为或自然因素或因素(物质或能量)的影响，使其表观性质(颜色、气味、味道和浊度)、物理和化学性质(温度、酸碱度、电导率、氧化还原电位、放射性)、化学成分(无机和有机)等发生变化。称为水污染，水污染危害：严重的水污染，难以通过自净作用恢复到良好状态。 阻碍了水体的正常功能，破坏了人类的经济，并使其得到合理利用，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，甚至是国际性和全球性的污染危害。 水污染事件19世纪欧洲一些大城市的污水污染了地表和地下水源，导致许多霍乱爆发和传播。1832-1833年英国伦敦爆发

2、霍乱，造成6779人死亡；在1848-1849年间，霍乱连续杀死了14600人。霍乱在1852-1854年再次出现，仅在1854年下半年就有10675人死亡。事实上，世界各国都经历过这种水污染危害的痛苦历史阶段。直到1955年至1956年，印度新德里一直流行传染性肝炎。在102万人中，有29，300人患有黄疸，97，000人没有黄疸。水俣事件：在日本熊本县水俣市，从1953年到1956年，动物和人的语言、动作和视力都异常，60多人死亡，约300人患病。原因：化工厂排放含汞废水，无机汞转化为有机汞，主要是因为甲基汞通过食物链转移和浓缩。吃含有甲基汞的鱼。骨痛事件(富山事件):1931年至1972

3、年在日本富山县神童川流域发现。矿井废水污染河水，给居民造成骨骼损伤、肾脏损伤和疼痛，造成18人死亡，130多名患者。原因：铅锌冶炼厂排放的含镉废水污染大米，危害人类。水污染事件、水中污染物(20世纪，美国学者分类):耗氧污染物、致病性污染物、合成有机物质、植物营养素、无机物和矿物质、土壤和岩石冲刷下的沉积物、放射性物质的热污染、水中污染物的分布和存在形式、水环境中的各种有机污染物及其环境化学行为仍鲜为人知。多环芳烃和有机氯等全球性污染物受到了世界各国学者的高度重视。特别是，一些有毒和难降解的有机物质通过迁移、转化、富集或食物链循环危害水生生物和人类健康。这些有机化合物通常含量低，毒性高，有许多

4、异构体，毒性差异很大。例如，四氯二恶英有22种异构体。如果按其毒性排列，结构式排在第一位，结构式排在第二位的毒性实际上差1000倍。此外，有机污染物的物理和化学性质，如溶解度、分子极性、蒸汽压、电子效应、空间效应等。也影响水环境中有机污染物的归宿和生物有效性。1.有机污染物(1)农药：一般来说，水中常见的农药主要是有机氯和有机磷农药，此外还有氨基甲酸酯类农药。它通过喷洒农药、地表径流和农药厂的废水排入水中。(2)多氯联苯：多氯联苯被联苯氯化。氯原子取代联苯不同位置的110个氢原子，可以合成210种化合物，通常得到混合物。由于其良好的化学稳定性和热稳定性，它被广泛用作变压器和电容器的冷却剂、绝缘

5、材料、耐腐蚀涂层等。多氯联苯在水中极难溶解和分解，但很容易溶解在有机溶剂和脂肪中。它们具有较高的辛醇-水分配系数，可强烈分布于沉积物中的有机物和生物脂肪中。因此，即使它们在水中的浓度很低，它们在水生生物和沉积物中的浓度仍然很高。由于持续存在(3)卤代脂肪烃：大多数卤代脂肪烃是挥发性化合物，可挥发到大气中并发生光解。这些高挥发性化合物可以在地表水中被生物或化学降解，但是与挥发速率相比，它们的降解速率非常慢。卤代脂肪烃在水中溶解度较高，因此其辛醇-水分配系数较低，在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配趋势较弱。它们中的大多数通过测量它们在水中的含量来确定分配系数。水环境中难降解有机物和金属污染物的分布

6、及存在形式。(4)醚类：有七种醚类化合物属于环境保护局优先污染物，它们在水中有不同的性质和存在形式。其中双(氯甲基)醚、双(2-氯甲基)醚、双(2-氯异丙基)醚、2-氯乙基乙烯基醚和双(2-乙氧基)甲烷五种主要存在于水中，辛醇-水分配系数很低，因此其在沉积物上的潜在生物累积和吸附能力较低。4-氯苯基苯基醚和4-溴苯基苯基醚的辛醇-水分配系数较高，因此它们可能在沉积物有机物和生物体中积累。(5)单环芳香族化合物：与卤代脂肪烃一样，大多数单环芳香族化合物主要挥发，然后在地表水中光解。它们在沉积物有机质或生物脂肪层中的分布趋势较弱。在优先污染物中发现了六种化合物，即氯苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯

7、苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯和六氯苯，它们可以进行生物累积。然而，一般而言，单环芳香族化合物在地表水不是持久性污染物，其生物降解和化学降解速率低于挥发速率(少数情况除外)。因此，这些化合物的吸附和富集不是重要的迁移和转化过程。(6)酚类和甲酚类：酚类水溶性高，辛醇-水分配系数低。因此，大多数酚类不能在沉积物和生物脂肪中富集，主要残留在水中。然而，当苯酚分子的氯化程度增加时，其化合物的溶解度降低，辛醇-水分配系数增加。例如，五氯苯酚很容易生物累积。酚类化合物的主要迁移转化过程是生物降解和光解。它们在天然沉积物中的吸附和生物富集通常很小(高氯化酚除外)，挥发、水解和非光解氯化通常不太重要

8、。邻苯二甲酸酯：有六种被列为优先污染物，除了邻苯二甲酸二(2-甲基己基)酯，其他化合物的信息较少。这些化合物主要存在于沉积物有机质和生物脂肪体中，因为它们在水中溶解度低，辛醇-水分配系数高。(8)多环芳烃：多环芳烃在水中溶解度小，辛醇-水分配系数高，是地表水的残留污染物，主要积聚在水体、生物和溶解有机物中。已经证明，多环芳烃可以发生光解反应，其最终目的可能是吸附到沉积物中，然后缓慢生物降解。多环芳烃的挥发和水解不是重要的迁移和转化过程。显然，沉积物是多环芳烃的储库，它们在地表水的浓度通常较低。(9)亚硝胺和其他化合物：优先污染物中的2-甲基亚硝胺和2-正丙基亚硝胺可能是水中的长效剂，而五种化合

9、物，如二苯基亚硝胺、3，3-二氯联苯胺、1，2-二苯肼、联苯胺和丙烯腈，主要残留在沉积物中，有些还会在生物体中积累。丙烯腈不太可能发生生物累积，但它可以在沉积物和水中长期存在。致病污染物中，最常见的致病菌是肠道感染性细菌。每升生活污水中的细菌总数可达数百万，包括霍乱、伤寒和痢疾。常见的寄生虫包括阿米巴虫、西地那非、蛔虫、鞭虫、血吸虫和肝吸虫，它们能引起相应的寄生虫病。病毒有很多种，仅人类粪便和尿液中就有100多种，最常见的有肠道病毒和传染性肝炎病毒。每克粪便中有100万个细菌，生活污水中有7.005亿个细菌，而北京东郊污水河系统中的细菌总数是天文数字。这种病毒可以在自来水中存活2288天，在海

10、水中存活2130天，在土壤中存活25125天，在牡蛎中存活90天。植物营养：富营养化的危害促进了湖泊的老化；水生资源的破坏：蛤蜊毒素C10H17N7O42是澄清的赤潮生物毒素之一，是一种神经毒素，对兔子的致死剂量为34微克/千克(体重)，对小鼠的最小致死剂量为810微克/千克(体重)。在水中，它能引起中毒、病变和水生动物如鱼的死亡。日本遭遇赤潮。濑户内海在1955年只发生了5次，1956-1965年发生了39次，1966-1970年发生了35次，1971年每年发生136次，1973年以后每年发生200，300次。1977年8月，它发生在天津近海。在日本，1972年的赤潮中只有1428万条死鱼，

11、损失71亿日元；有害水源：硝酸盐和亚硝酸盐对人和动物有害。特别是对于婴儿和胎儿，它会导致变性血红蛋白增加和氧气输送能力丧失。正常值为12%，临床症状达到10%，缺氧症状达到30.40%，死亡达到50.70%。此外，它们是强致癌物亚硝胺的前体，因此受到重视。许多国家的饮用水卫生标准规定，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的总量不得超过10毫克/升.防止富营养化的途径，合理使用化肥，防止流失；减少工业废水氮、磷的排放；粪便等有机废弃物中的氮和磷在沼气生产后可视为有机肥；生活污水可以用污水灌溉或用污水培养来吸收氮和磷；地下的肥料和水不适合饮用，可以代替一些肥料用于灌溉，防止新的肥料和水的产生；湖泊、海湾和地下饮用

12、水源的监测和预报。气味：气味物质具有“气味基团”的分子结构，如硫(=S)、巯基(SH)、硫氰酸根(SCN)、羟基(OH)、醛(CHO)、羰基(CO)和羧基(COOH)。不同的气味组有不同的气味：臭鱼味(胺)、臭白菜味(硫醇味)、臭鸡蛋味(硫化氢)、汗味(丁酸)、刺激性气味(氨、醛)、臭味(辛酸)等。水中的恶臭大部分属于厌氧状态下腐烂发臭的有机物，是一种综合恶臭，具有明显的下水道气味。中国的黄浦江被有机物严重污染。自1964年以来，每年夏天都是又黑又臭，1978年最严重，超过100天。以下公式可用作黑色气味的标志(当指数为5时):污染指数=氨氮测量值(mg/l)/溶解氧饱和率0.4。黑色气味的危

13、害如下：使人窒息，妨碍正常呼吸功能；使人厌食、恶心，甚至呕吐，并使消化功能下降；精神亢奋，工作效率下降，判断力和记忆力下降，严重者可使人情绪低落，头晕、头痛、眼痛等；长期在恶臭环境中工作和生活，会导致嗅觉障碍，损害中枢神经系统和大脑皮层的兴奋和调节功能；有些水产品带有恶臭，不能食用或出售；臭气水不能用于旅游、疗养、养鱼、游泳和饮用，这破坏了水流的用途和价值；它还会产生H2S、甲醛等有毒有害物质。随着工业技术的发展，世界上销售的化学品有78万种，每年有1000.16万种新的化学品进入市场。除少数种类外，大部分化学品进入环境，特别是有毒有机化学品在环境中的行为(光解、水解、微生物降解、挥发、生物累

14、积、吸附、淋溶等)。)和它们的潜在危险仍然未知或知之甚少。然而，由于有毒化学品污染事件的发生，人们的环境意识不断提高，受到了一次又一次的严厉惩罚。然而，由于有毒物质的多样性，不可能为每种污染物制定控制标准。因此，建议筛选出潜在危险污染物作为优先控制对象，称为优先污染物。优先污染物：有毒物质种类繁多，不可能对每种污染物都制定控制标准。因此，建议在众多污染物中选择潜在危险的一种作为优先研究和控制对象，称为优先污染物。美国：20世纪70年代，洁净水法案规定了129种优先污染物，其中114种是有毒有机污染物。日本：1986年底，有600种优先污染物，其中189种被检测到。苏联：1975年释放了496种

15、，1985年释放了561种。1985年前德国有120种。欧盟：水质项目排放标准技术报告中的黑名单和灰名单。中国：水中优先污染物筛选，初步筛选出249种，黑名单68种。优先污染物，中国的水优先控制的污染物黑名单，卤代脂肪烃：大多数卤代脂肪烃是挥发性化合物，可挥发到大气中并发生光解。这些高挥发性化合物可以在地表水中被生物或化学降解，但是与挥发速率相比，它们的降解速率非常慢。卤代脂肪烃在水中溶解度高，因此辛醇-水分配系数低，在沉积物有机质或生物脂肪层中的分布趋势较弱。醚类：有七种醚类化合物是环境保护局的优先污染物，它们的性质和在水中的存在形式是不同的。其中五个。即双一(氯甲基)醚、双一(2-氯甲基)

16、醚、双一(2-氯异丙基)醚、2-氯乙基乙烯基醚和双(2-氯乙氧基)甲烷主要存在于水中，辛醇-水分配系数很低，因此其在沉积物中的潜在生物累积和吸附能力很低。4-氯苯-1-苯基醚和4-溴苯-1-苯基醚的辛醇-水分配系数较高，因此可能在沉积物有机质和生物体内积累。中国优先控制的水污染物黑名单，单环芳烃：大多数单环芳烃，如卤代脂肪烃，主要挥发，然后在地表水光解。在优先污染物中发现了六种化合物，即氯苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯和六氯苯，它们可以进行生物累积。但一般来说，单环芳烃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低于挥发速率。酚和甲酚具有高

17、水溶性和低辛醇-水分配系数。因此，大多数酚类不能富集在沉积物和生物脂肪中，而主要残留在水中。然而，当苯酚分子的氯化程度增加时，其化合物的溶解度降低，辛醇-水分配系数增加。例如，五氯苯酚很容易生物累积。邻苯二甲酸酯被列为优先污染物。除了双一(2-甲基己基)邻苯二甲酸酯，关于其他化合物的数据很少。这些化合物主要富集在沉积物有机质和生物脂肪体中，因为它们在水中溶解度低，辛醇-水分配系数高。易分解的有机毒物(以酚类化合物为例)酚的生物毒性是剧毒的，而且是细胞原生质的毒物。低浓度会使蛋白质变性，而高浓度会沉淀蛋白质，对各种细胞造成直接损伤，并对皮肤和粘膜造成严重腐蚀。来苏是一种常用的杀菌消毒药物。苯酚的

18、嗅觉阈值较低，为25毫克/升；苯酚的种类很多，苯酚的许多衍生物都有很高的嗅觉阈值，如氯酚0.0010.0005毫克/升、甲酚0.0025毫克/升、氯化甲酚0.0010.0002毫克/升、百里酚0.05毫克/升、氯化杂酚油0.01毫克/升、杂酚油等，因此，被苯酚污染的鱼等食品最容易被人们检测和拒绝。含氯消毒的含酚水流容易产生氯酚等物质，因此对苯酚的要求非常严格，这也是苯酚污染成为各地首个超标污染物的重要原因。长期饮用受苯酚污染的水会导致头晕、皮疹、瘙痒、贫血、各种神经系统症状甚至中毒。低浓度苯酚污染水体，影响鱼类繁殖。当只有0 . 10 . 2毫克/升时，鱼会有酚味。当浓度很高时，大量的鱼会死亡甚至死亡当苯酚含量为1.0毫克/升时，鲑鱼受到了伤害。在6 . 59 . 3毫克/升的浓度下，虹鳟鱼被苯酚中毒，苯酚破坏了鳃和咽，导致体腔出血和脾肿大。苯酚能