污染物在环境中的迁移和转化.ppt
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1、第一章第一章 污染物在环境中迁移污染物在环境中迁移和转化和转化.第一章第一章 污染物在环境中迁移和转化污染物在环境中迁移和转化第一节第一节环境污染物的迁移环境污染物的迁移第二节第二节环境污染物的转化环境污染物的转化.第一节第一节 环境污染物的迁移环境污染物的迁移污染物在环境中所发生的空间位置的移动及其所污染物在环境中所发生的空间位置的移动及其所引起的富集、分散和消失的过程。引起的富集、分散和消失的过程。迁移伴随着转化迁移伴随着转化污染物在环境中迁移常伴随着形态的转化。污染物在环境中迁移常伴随着形态的转化。.汞的迁移和循环汞的迁移和循环如通过废气、废渣、废液的排放,农药的施用以及汞矿床的扩散等各
2、种如通过废气、废渣、废液的排放,农药的施用以及汞矿床的扩散等各种途径进入水环境的汞途径进入水环境的汞(Hg),会富集于沉积物中。,会富集于沉积物中。元素汞由于比重大元素汞由于比重大,不易溶于水不易溶于水,在靠近排放处便沉淀下来。在靠近排放处便沉淀下来。二价汞离子在迁移过程中能被底泥和悬浮物中的粘粒所吸附,随同它二价汞离子在迁移过程中能被底泥和悬浮物中的粘粒所吸附,随同它们逐渐沉淀下来。们逐渐沉淀下来。富集于沉积物中的各种形态的汞又可能转化为二价汞。二价汞离子在富集于沉积物中的各种形态的汞又可能转化为二价汞。二价汞离子在微生物的作用下微生物的作用下,被甲基化,生成甲基汞被甲基化,生成甲基汞(CH
3、3Hg+)和二甲基汞【和二甲基汞【(CH3)2Hg】。】。甲基汞溶于水中,可富集在藻类、鱼类和其他水生生物中。甲基汞溶于水中,可富集在藻类、鱼类和其他水生生物中。二甲基汞则通过挥发作用扩散到大气中去。二甲基汞则通过挥发作用扩散到大气中去。二甲基汞在大气中并不是稳定的,在酸性条件下和在紫外线作用下将二甲基汞在大气中并不是稳定的,在酸性条件下和在紫外线作用下将被分解。如果被转化为元素汞,又可能随降雨一起降落到水体中或陆被分解。如果被转化为元素汞,又可能随降雨一起降落到水体中或陆地上,元素汞可以进行全球性的迁移和循环地上,元素汞可以进行全球性的迁移和循环.汞循环汞循环(mercury cycle)火
4、山活动火山活动化石化石燃烧燃烧 降水降水挥发挥发挥发挥发沉积物沉积物农田风化农田风化和淋溶作和淋溶作用用农药喷洒农药喷洒径流径流(CH3)2HgHg2CH3Hg鱼鱼水生植物水生植物水鸟水鸟工厂工厂汞的废物汞的废物捕鱼捕鱼由河水带走由河水带走(中性中性pH)(酸性酸性pH).二、污染物迁移的方式二、污染物迁移的方式 1.机械迁移机械迁移 2.物理物理化学迁移化学迁移 3.生物迁移生物迁移.1.机械迁移机械迁移1.机械迁移:根据污染物在环境中发生机械迁移的机械迁移:根据污染物在环境中发生机械迁移的作用力不同可以分为:作用力不同可以分为:(1)气的机械迁移作用:污染物在大气中的扩)气的机械迁移作用:
5、污染物在大气中的扩散作用和被气流搬运。散作用和被气流搬运。影响因素:气象条件、地形地貌特征、排放浓度影响因素:气象条件、地形地貌特征、排放浓度和排放高度等因素。和排放高度等因素。.1.机械迁移机械迁移(2)水的机械迁移作用:污染物在水体中的扩散)水的机械迁移作用:污染物在水体中的扩散作用和被水流搬运。作用和被水流搬运。影响因素:水文条件、排放浓度和距离排放口影响因素:水文条件、排放浓度和距离排放口距离的远近等因素。距离的远近等因素。(3)重力的机械迁移作用:污染物和它的搬运载)重力的机械迁移作用:污染物和它的搬运载体在重力作用下的迁移运动。体在重力作用下的迁移运动。粒径比较大的颗粒状污染物经常
6、发生重力的机粒径比较大的颗粒状污染物经常发生重力的机械迁移作用。械迁移作用。.2.物理物理化学迁移化学迁移对无机污染物而言,是以简单的离子、络离子或对无机污染物而言,是以简单的离子、络离子或可溶性分子的形式在环境中通过一系列物理化学可溶性分子的形式在环境中通过一系列物理化学作用,如溶解沉淀作用、氧化还原作用、水作用,如溶解沉淀作用、氧化还原作用、水解作用、络合和螯合作用、吸附解吸作用等所解作用、络合和螯合作用、吸附解吸作用等所实现的迁移。实现的迁移。对有机污染物而言,除上述作用外,还有通过化对有机污染物而言,除上述作用外,还有通过化学分解、光化学分解和生物化学分解等作用所实学分解、光化学分解和
7、生物化学分解等作用所实现的迁移。现的迁移。.3.生物迁移生物迁移生物迁移是污染物通过生物体的吸收、代谢、生生物迁移是污染物通过生物体的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移,是一种非常复杂长、死亡等过程所实现的迁移,是一种非常复杂的迁移形式,与各生物种属的生理、生化和遗传、的迁移形式,与各生物种属的生理、生化和遗传、变异等作用有关。变异等作用有关。某些生物体对环境污染物有选择吸取和积累作用,某些生物体对环境污染物有选择吸取和积累作用,某些生物体对环境污染物有降解能力。某些生物体对环境污染物有降解能力。生物通过食物链对某些污染物(如重金属和稳定生物通过食物链对某些污染物(如重金属和稳定的有毒有
8、机物)的放大积累作用是生物迁移的一的有毒有机物)的放大积累作用是生物迁移的一种重要表现形式。种重要表现形式。.生物累积、生物浓缩和生物放大生物累积、生物浓缩和生物放大生物累积、生物浓缩和生物放大三个概念,既有联系,又生物累积、生物浓缩和生物放大三个概念,既有联系,又有区别。有区别。生物累积生物累积指同一生物个体在其整个代谢活跃期中的不同阶指同一生物个体在其整个代谢活跃期中的不同阶段,机体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不段,机体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象;断增加的现象;生物浓缩生物浓缩指生物机体通过对环境中元素或难分解化合物的指生物机体通过对环境中元素或难分
9、解化合物的浓缩,使这种物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现浓缩,使这种物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象;象;生物放大生物放大指在同一食物链上,高位营养级生物机体内来自指在同一食物链上,高位营养级生物机体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数比低位营养级生物环境的元素或难分解化合物的浓缩系数比低位营养级生物增加的现象。增加的现象。.生物累积、生物浓缩和生物放大生物累积、生物浓缩和生物放大中国科学院水生生物研究所的研究人员还发现,我国典型中国科学院水生生物研究所的研究人员还发现,我国典型湖泊底泥中湖泊底泥中19世纪早期已存在微量二恶英,主要存在土世纪早期已存在微量二恶英,主要存在土壤的
10、表层,一旦沉积很难通过环境物理因素再转移,但却壤的表层,一旦沉积很难通过环境物理因素再转移,但却可通过食物链再传给其它生物,转移到环境中。可通过食物链再传给其它生物,转移到环境中。因此,湖泊底泥中高浓度的二恶英可通过生物富集或生物因此,湖泊底泥中高浓度的二恶英可通过生物富集或生物放大对水生物和人类的健康产生极大威胁。放大对水生物和人类的健康产生极大威胁。通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证据,通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证据,并提出了生物放大模型,从而否定了国际学术界过去一直并提出了生物放大模型,从而否定了国际学术界过去一直认为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存
11、在生物放大认为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存在生物放大的观点。的观点。.三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素污染物在环境中的迁移受到两方面因素的制约污染物在环境中的迁移受到两方面因素的制约:污染物自身的物理化学性质(内因)污染物自身的物理化学性质(内因)外界环境的物理化学条件和区域自然地理条件外界环境的物理化学条件和区域自然地理条件(外因)(外因).三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素1.内因(主要影响因素):内因(主要影响因素):由于物理化学性质的差异决定了物质的电离能力、水解能力、形成由于物理化学性质的差异决定了物质的电离能力、水解能力、形成络合物能力等的不同
12、。络合物能力等的不同。原子的电负性、离子半径、电价、离子电位(电价与离子半径的比原子的电负性、离子半径、电价、离子电位(电价与离子半径的比值)以及化合物的键性和溶解度是影响污染物迁移的重要化学参数。值)以及化合物的键性和溶解度是影响污染物迁移的重要化学参数。共价键组成的污染物易进行气迁移(如共价键组成的污染物易进行气迁移(如H2S、CH4等等)离子键化合的污染物易进行水迁移(如离子键化合的污染物易进行水迁移(如NaCl、Na2SO4等)等)低价离子的水迁移能力大于高价离子的迁移能力(如低价离子的水迁移能力大于高价离子的迁移能力(如Na+Ca2+Al3+)离子半径差别大的离子构成的化合物迁移能力
13、较大(如离子半径差别大的离子构成的化合物迁移能力较大(如Ba2+、Pb2+、Sr2+与与SO42-构成的化合物较难迁移,而构成的化合物较难迁移,而Mg2+与与SO42-组成的化合物易组成的化合物易于迁移。于迁移。)重金属离子由于有较高的离子电位,因而具有较强的水解能力。重金属离子由于有较高的离子电位,因而具有较强的水解能力。.三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素2.外因(环境条件):外因(环境条件):酸碱条件(酸碱条件(pH)大多数重金属在强酸性环境中形成易溶性化合物,有大多数重金属在强酸性环境中形成易溶性化合物,有较高的迁移能力较高的迁移能力,而在碱性环境中则形成难溶化合物而在碱
14、性环境中则形成难溶化合物,难以迁移。所以酸性环境有利于钙、锶、钡、镭、铜、难以迁移。所以酸性环境有利于钙、锶、钡、镭、铜、锌、镉、二价铁、二价锰和二价镍的迁移。锌、镉、二价铁、二价锰和二价镍的迁移。碱性环境有利于硒、钼和五价钒的迁移。碱性环境有利于硒、钼和五价钒的迁移。.三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素氧化还原条件氧化还原条件(Eh)有些污染物在氧化环境中有较高的迁移能力,而有些有些污染物在氧化环境中有较高的迁移能力,而有些污染物在还原环境中有较高的迁移能力。污染物在还原环境中有较高的迁移能力。氧化环境有利于铬、钒、硫的迁移;氧化环境有利于铬、钒、硫的迁移;还原环境有利于铁、锰
15、等的迁移。还原环境有利于铁、锰等的迁移。.pH和和Eh的影响的影响土壤和水溶液中硒的浓度和形态在很大程度上决土壤和水溶液中硒的浓度和形态在很大程度上决定于环境介质中的定于环境介质中的pH和和Eh。一般来说一般来说,通气良好的碱性介质中通气良好的碱性介质中,元素硒或硒化元素硒或硒化物可被氧化为物可被氧化为SeO32-或或SeO42-,有机态硒分解后有机态硒分解后产生的产生的H2Se,也可经氧化而成也可经氧化而成SeO32-或或SeO42-,从而提高介质中硒的有效性。从而提高介质中硒的有效性。在强还原或酸性介质中在强还原或酸性介质中,嫌气微生物可使氧化态硒嫌气微生物可使氧化态硒还原为还原为Se0和
16、和Se2-,使硒的有效性降低。使硒的有效性降低。pH和和Eh是作为一个整体来影响硒的形态和含量。是作为一个整体来影响硒的形态和含量。.三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素配位体的种类及数量配位体的种类及数量无机配位体:无机配位体:Cl-、I-、F-、SO42-、S2-、PO43-等。等。当环境中存在大量无机,特别是有大量当环境中存在大量无机,特别是有大量Cl-、SO42-时时可大大促进汞、锌、镉、铅的迁移。环境中的无机配可大大促进汞、锌、镉、铅的迁移。环境中的无机配位体有蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物和硅、铝、位体有蒙脱石、高岭石、伊利石等粘土矿物和硅、铝、铁的水合氧化物。铁的水
17、合氧化物。有机配位体:有机配位体:腐殖质、氨基酸等化合物。腐殖质、氨基酸等化合物。环境中的有机配位体主要是腐殖质物质。当环境中有环境中的有机配位体主要是腐殖质物质。当环境中有大量难溶性胡敏酸时可大大阻止上述金属的迁移。大量难溶性胡敏酸时可大大阻止上述金属的迁移。.三、污染物迁移的制约因素三、污染物迁移的制约因素区域自然地理条件(气候、地形、水文、土壤等)的制约;区域自然地理条件(气候、地形、水文、土壤等)的制约;气候条件对污染物迁移的影响最为明显,主要表现为两气候条件对污染物迁移的影响最为明显,主要表现为两个最重要的因子个最重要的因子热量和水分之间的配合状况,直接热量和水分之间的配合状况,直接
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