水环境化学-06一等奖公开课.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六节,有机污染物在水环境中,的迁移转化,有机污染物一般通过,吸附,作用、,挥发,作用、,水解,作用、,光解,作用、,生物富集,和,生物降解,作用等过程进行迁移转化。重金属迁移转化作用有,溶解,、,沉淀,、,配合、,氧化还原,、,吸附作用,。,世界不同地区的优先控制的污染物,美国,1975,年，,129,种优先控制污染物,日本,1986,年，,189,种优先控制污染物,前苏联,1975,年，,496,种污染物的极限容许,浓度,联邦德国,1980,年,120,种污染物黑名单,欧洲经济共同体也列出了污染物的黑名单,我国,1991,年,68,种优先控制污染物黑名单,需要查找的时候,要想起到这里来,1.,有机污染物,（,1,）农药：有机氯农药难以被生物、化学降解，故很大 一部分分布于沉积物有机质和水生生物脂肪中，并有相当高的浓度。在水中浓度较低。,有机磷农药和氨基甲酸酯农药较易被生物降解，由于它们的溶解度较大，其沉积物吸附和生物累积过程是次要的，但它们在水中浓度较高时，也会在有机质含量高的沉积物和脂类含量高的水生生物有相当量的分布。,除草剂水溶解度高，蒸气压低，故残留物主要存在于地表水体中。,（,2,）多氯联苯：不易分解，极难溶于水，易溶于有机溶剂和脂肪，强烈分布于沉积物有机质和生物脂肪中。,（,3,）卤代脂肪烃：可挥发至大气中进行光解。水溶解度高，易于分布在水中进行生物、化学降解，在沉积物有机质和生物脂肪中分配趋势较弱。,（,4,）醚类：此类化合物在水中分布和存在形态各不相同。有些分布在底泥有机质和生物体内较多，有些则较少。,1,、有机污染物,第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态,第一代含氯农药,，对环境危害最大。,（,1,）有机农药：,杀虫剂包括有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯等类型。,第二代含磷农药,，毒性虽大但容易降解，在环境,中残留量低。,第三代拟除虫菊酯类,（,synthetic pyrethrins,）农药，是天然有机化学产品，毒性低，但合成路线较长（,8-12,步）。,多环芳烃的产生：,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,苯并,a,芘的生成过程示意图,第一节 天然水的基本特征及污染物的存在形态,二恶英类,物质的报道,2012年德国,威斯特法伦州,、,下萨克森州,二恶英类,物质,多氯二苯并二恶英,(PCDD),，,75,种,多氯二苯并呋喃,(PCDF),，,135,种，,17,种（,2378,位取代）,10,二恶英类-超痕量污染物,土壤中二恶英类含量1 ppt(10,-12,)；,100页书厚约1厘米，-在地球到,月球,之间找出1页纸。,1千克=1000克,1克=1000毫克,1毫克=1000微克,1微克=1000纳克,1纳克=1000皮克,1皮克=1000飞克,1飞克=1000,阿,克,11,二恶英类生成机理,de novo机理：,“从头(denovo)合成”，,在铜、铁类过渡金属的催化下，,由与最终产物基本上不具相似性的成分所生成的；,飞灰中大分子结构的碳发生反应，在氯（有机、无机）和氧气的参与下，生成一系列的芳香化合物，多氯苯、PCB和PCDD和PCDF.,前驱体机理：,从不完全的芳基氧化作用或者羰基碎片的成环作用的前驱物生成。,多氯苯、多氯酚、多氯联苯等氯代芳香族化合物为前驱体，通过脱氯和缩聚反应生成PCDD/Fs，这些前驱体通常在不完全燃烧中生成。,研究结论支持de novo机理在燃烧过程占主要地位，也有学者认为最终生成的PCDD/Fs是de novo机理和前驱体机理共同作用的结果。,12,二恶英的危害,“世纪之毒”之称,！,被国际癌症研究中心列入一级致癌物！,地球上目前毒性最强,(900,砒霜、,1000,氰化物,),！,由于二恶英普遍存在，因而所有人都有接触环境，总体上不会影响人类健康，但由于这类化合物具有很高的潜在毒性，需要努力采取措施减少目前环境的接触。,（,4,）二恶英：,二恶英（,dioxin,）的化学结构式：,6,O,O,1,2,3,4,7,8,9,2,，,3,，,7,，,8-,四氯二苯对二恶英（,TCDD,）是迄今为止所知的毒性最强的环境污染物之一。,TCDD,对哺乳动物具有较大的毒性，,IARC,（国际癌症研究机构）把,TCDD,列为人类可疑化学致癌物。,TCDD,还与某些生育缺陷相关。,水体中污染物的生物积累,1,、概念,指生物从周围环境（水、土壤、大气）和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在有机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。,生物放大和生物富集是生物积累的一种情况。,生物对污染物的浓缩作用,1,、生物浓缩因子（,BCF,）,有机毒物在生物体内浓度与水中该有机物浓度之比。表面上看这也是一种分配的机制，然而生物浓缩有机物的过程是复杂的。在测量的技术上也由于化合物的浓度因其他过程，如水解、微生物降解、挥发等随时间而显著变化，这些因素将影响有机物与生物相互之间达到平衡，有机物向生物体内部缓慢的扩散以及体内代谢有机物都可以延缓平衡的到达。然而在某些条件下所得平衡时的数据也是很有用的资料，可以看出不同有机物向各种生物体内浓缩的相对趋势。一般采用平衡法和动力学方法来测量,BCF,。,水体中污染物的生物富集作用,生物放大,1,、概念,指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。,2,、生物放大并不是在所有条件下都能发生。据文献报道，有些物质只能沿食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传递也不能沿食物链放大。,PPM,百万,6,PPb,十亿,9,纳米 原称毫微米,PPt,万亿,12,2.,污染物的致突变作用：,致突变作用：指生物细胞内,DNA,改变，引起的遗传特性突变的作用。,致突变作用分为,基因突变,和,染色体突变,两类。,基因突变,：指,DNA,中碱基对的排列顺序发生改变。属于分子水平的变化。它包含碱基对的转换（,转换是同型碱基之间的置换，即嘌呤碱被另一嘌呤碱取代，嘧啶碱另一嘧啶碱取代,）、颠换（,颠换是异型碱基之间的置换，即嘌呤碱基被嘧啶碱基取代或反之亦是。颠换和转换统称碱型转换，所致突变称为碱型置换突变,）、插入和缺失（,插入和缺失分别是,DNA,碱基对顺序中增加和减少一对碱基或几对碱基，使遗传读码格式发生改变，自该突变点之后的一系列遗传密码都发生错误。这两种突变统称为移码突变。,）四种类型。,一个常用的鉴定突变的试验是鼠伤寒沙门氏菌哺乳动物肝微粒体酶试验（艾姆斯试验）。,染色体畸变,：涉及整个染色体，呈现染色体结构或数目的改变。属于细胞水平的变化。,碱型置换突变,转,换,颠,换,移码突变,插,入,缺,失,致癌作用机理,物理致癌、化学致癌、生物致癌,确证致癌物、可疑致癌物、潜在致癌物,到,1978,年为止，确定为动物致癌的化学物质达到,3000,种，以后每年都有数以百计的新致癌物被发现。,第一，是,引发阶段,。直接致癌物或间接致癌物的终致癌物引起,DNA,基因突变。,第二，是,促长阶段,。,主要是突变细胞改变了遗传信息的表达，增殖成为肿瘤，其中恶性肿瘤还会向机体其它部位扩散。,致畸作用,人或动物在胚胎发育过程中由于各种原因所形成的形态结构异常，称为先天性畸形或畸胎。,一、吸附作用,1,、分配作用,分配系数,：非离子性有机化合物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一定时间达到平衡，此时有机化合物在土壤有机质和水中含量的比值；,有机物,在土壤上的吸附等温线是,线性,的，在,非有机相,上的吸附是高度,非线性,的；,分配理论,：有机化合物在水相和土壤有机质间的分配，等温线是线性的，只与溶解度有关，放出的吸附热小。,吸附理论,：土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用，等温线是非线性的，存在竞争吸附，放出大量热。,一、,吸附作用,2,、标化分配系数,为了在类型各异组分复杂的沉积物或土壤之间找到表,征吸着的常数，引入了,标化的分配系数,(K,oc,),：,K,oc,=K,p,/X,oc,式中：,K,oc,标化的分配系数，即,以有机碳为基础表示的,分配系数,；,X,oc,沉积物中有机碳的质量分数。,对于每一种有机物可得到与沉积物特征无关的一个,K,oc,。,若进一步考虑到颗粒物大小产生的影响，其,分配系数,K,p,表示为：,K,p,=K,oc,0.2(1-f)X,oc,s,+f X,oc,f,式中：,f,细颗粒的质量分数（,d50m,）；,X,oc,s,粗沉积物组分的有机碳含量；,X,oc,f,细沉积物组分的有机碳含量。,由于颗粒物对憎水有机物的吸着是分配机制，当,K,p,不易得到时，可通过下式预测：,K,oc,=0.63K,ow,式中：,K,ow,辛醇水分配系数,。,K,ow,与溶解度,S,w,符合以下关系：,lgK,ow,=5.00-0.670lg(S,w,10,3,/M),式中：,S,w,有机物在水中的溶解度，,mg/L,M,有机物的分子量。,二、挥发作用,1,、亨利定律,定义：,亨利定律是表示的一个化学物质在气液相达到平衡时，,溶解于水相的浓度与气相中化学物质浓度（或分压力）有关，,亨利定律的一般表示式：,p,K,H,c,w,K,H,p/c,w,式中：,p ,污染物在水面大气中的平衡分压，,Pa,；,c,w,污染物在水中平衡浓度，,mol/m,3,；,K,H,亨利定律常数，,Pam,3,/mol,。,二、挥发作用,在文献报道中，常用的确定亨利常数的方法是：,K,H,c,a,/c,w,K,H,K,H,/,（,RT,）,K,H,/,（,8.31T)=4.110,-4,K,H,对于微溶化合物，（摩尔分数,c,，则上式可简化为：,-dc/dt=K,b2,B c,K,b2,二级生物降解速率常数。,K,b2,=,max,/Y K,s,实际环境中，多种代谢基质，微生物数量保持常量，则：,-dc/dt=K,b,c,2,、,共代谢,某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源与能源，必须,与另外的化合物存在提供微生物碳源或能源,时，有机物才能被降解，这种现象称为共代谢。,动力学表达式为：,-dc/dt=K,b2,B c,52,水污染的防治与控制,一、水质、水质指标与水质标准,A,.,水质的概念,：,是指水与其所含杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合特性,B,、水质指标：,衡量水质的好坏，分为物理性（,2,小类）、化学性（,3,小类）、生物性三大类,。,1,.,悬浮物,1,）,主要指：沙砾、悬浮固体、漂浮物,2,）危害：,减少阳光对水面的穿透能力，从而衰减了水面下的光合作用；,悬浮物的大量存在，堵塞鱼类的腮，导致死亡；,可以吸附其他的污染物，进行协同的迁移。,2.,生化需氧量（,BOD,）,1,）定义：在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量。（,mg/1,）,2,）是一种间接表示水被有机污染物污染程度的指标。,3,）测定条件：,20,，,0,2,充足，不搅动,完全氧化一般为,20,天，常用,5,天为测定的标准时间。,BOD,5,=70%BOD,20,3,.,化学需氧量（,COD,）,1,）,定义：在酸性条件下能够将有机物氧化为,H,2,0,和,C0,2,，此时所测出的耗氧量,。,2,）特点：测定时间短，不受水质限制。,主要作为工业废水的污染指标,。,3,）,CODBOD,，,COD,与,BOD,的差值可表示不为微生物降解的有机物,。,。,4.pH,值：,反映水的酸碱强弱的指标,5.,细菌污染指标：,一般指大肠杆菌群数,6.,有毒物质指标：,1,）定义：指达到一定浓度后，对人体健康、水生生物的生长造成危害的物质。,2,）品种繁多，检测内容视具体情况而定,C,、主要的水质标准,1.,地面水水质标准：（,GB3838-88,）地面水水域分为,5,类,类：源头水、国家自然保护区,类：集中式生活饮用水水源一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场,类：集中式生活饮用水源二级保护区、一般鱼类保护区及游泳场,类：一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区,类：农业用水区及一般景观要求水域,五、主要的防治技术,1.,物理法（一级处理）,A.,沉淀法,B.,过滤法,C.,离心分离法,D.,浮选（气浮）法,E.,蒸发结晶,G.,反渗透法,2.,化学法（多为深度处理工艺中采用）,A.,混凝法：处理含油废水、染色废水、煤气站废水,B.,中和法,C.,氧化还原法：含酚、氰、硫废水的处理,D.,电解法：含铬废水,E.,萃取法：有机废水,F.,吹脱法：含,CO,2,、,H,2,S,、,HCN,废水,G.,吸附法：有毒废水深度处理,H.,电渗析法：应用离子交换膜含粉、氰废水,3.,生物法（二级处理，主要去除,BOD,）,A.,活性污泥法：,BOD,去除率：,90%,B.,生物膜：,BOD,去除率：,80-90%,C.,生物塘：,BOD,去除率：,75-90%,D.,污水灌溉：,BOD,去除率：,80-90%,4.,常见的污水处理工艺：,1,）水环境功能分区是水污染综合防治的原则,开发利用与保护并重原则,优先保护原则：针对集中式饮用水源地,时限性原则,高功能保护原则,专业用水保护原则,经济技术最优原则,部门协作原则,可操作性原则,六、水污染综合防治,