1、2022-9-181第五章第五章 典型污染物在环境各圈层中的典型污染物在环境各圈层中的转归与效应转归与效应污染物在大气圈水圈土壤（岩石污染物在大气圈水圈土壤（岩石）圈圈生物圈之间的交换和环境效应生物圈之间的交换和环境效应第1页，共45页。2022-9-182典型污染物的转归与效应典型污染物的转归与效应n5.1 自然界中的能量流动和物质循环自然界中的能量流动和物质循环n5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应重金属元素在各圈层中的转归与效应n5.2.1 汞汞n5.2.2 砷砷n5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应有机污染物在各圈层中的转归与效应n5.3.1 有机氯代物有机氯代物n5.3.2
2、多环芳烃多环芳烃n5.3.3 表面活性剂表面活性剂第2页，共45页。2022-9-1835.3.1 有机氯代物有机氯代物n一、氯代烃一、氯代烃n二、多氯联苯二、多氯联苯n三、多氯代二苯并二恶英三、多氯代二苯并二恶英n四、多氯代二苯并呋喃四、多氯代二苯并呋喃第3页，共45页。2022-9-1845.3.1 有机氯代物有机氯代物一、氯代烃一、氯代烃n（1）氯代烃的）氯代烃的种类种类n（2）主要氯代烃的）主要氯代烃的来源来源 n（3）氯代烃）氯代烃在对流层中的转化在对流层中的转化 n含氢卤代烃与含氢卤代烃与OH自由基自由基的反应是它们在对流层中消除的主要途径的反应是它们在对流层中消除的主要途径n（4
3、）氯代烃平流层中的转化）氯代烃平流层中的转化(臭氧的耗损臭氧的耗损)略略第4页，共45页。2022-9-1855.3.1 有机氯代物有机氯代物 一、氯代烃一、氯代烃(1)氯代烃的种类氯代烃的种类(i)含氢的氯代烃含氢的氯代烃n在对流层几乎全部分解，产物被降雨去除在对流层几乎全部分解，产物被降雨去除n寿命短寿命短nCH3Cl 大气寿命大气寿命23年年nCH3CCl3大气寿命大气寿命5.710年年nCH2Cl2大气寿命大气寿命0.5年年第5页，共45页。2022-9-1865.3.1 有机氯代物有机氯代物 一、氯代烃一、氯代烃(1)氯代烃的种类氯代烃的种类(ii)含不饱和键的氯代烃含不饱和键的氯代
4、烃n不稳定、易分解不稳定、易分解n在对流层几乎全部分解，产物被降水去除在对流层几乎全部分解，产物被降水去除n寿命短寿命短nCHCl=CCl2在大气中的寿命在大气中的寿命0.02年年nCCl2=CCl2在大气中的寿命在大气中的寿命0.4年年第6页，共45页。2022-9-1875.3.1 有机氯代物有机氯代物 一、氯代烃一、氯代烃(1)氯代烃的种类氯代烃的种类(iii)被卤素完全取代的氯代烃被卤素完全取代的氯代烃n含量低：卤代烃总量的含量低：卤代烃总量的3%n寿命长寿命长nCFC-13（CClF3）：大气中寿命）：大气中寿命180145年年nCFC-114（CClF2 CClF2）：大气中寿命）
5、：大气中寿命126310年年nCFC-115（CClF2 CF3）：大气中寿命）：大气中寿命230550年年第7页，共45页。2022-9-1885.3.1 有机氯代物有机氯代物 一、氯代烃一、氯代烃(2)主要氯代烃的来源主要氯代烃的来源n概述：少数为天然来源，主要来自人为源概述：少数为天然来源，主要来自人为源n实例：实例：n氯甲烷海洋；汽车尾气、聚氯乙烯燃烧、农作物燃烧氯甲烷海洋；汽车尾气、聚氯乙烯燃烧、农作物燃烧n氟利昂火山喷发；制冷剂、塑料发泡剂氟利昂火山喷发；制冷剂、塑料发泡剂n美国化工协会：美国化工协会：CFC-11、CFC-12年排放量年排放量2.7105 t和和3.9105 tn
6、四氯化碳灭火剂、干洗剂。四氯化碳灭火剂、干洗剂。n甲基氯仿无天然源；工业去油剂、干洗剂甲基氯仿无天然源；工业去油剂、干洗剂第8页，共45页。2022-9-1895.3.1 有机氯代物有机氯代物 一、氯代烃一、氯代烃(3)氯代烃在对流层中的转化氯代烃在对流层中的转化n含氢卤代烃与含氢卤代烃与HO自由基的反应自由基的反应nCHCl3 HO H2O CCl3n CCl3O2 COCl2ClO nCOCl2（碳酰氯（碳酰氯,光气）光气）如不能被雨水及时去除，易扩散到平流层如不能被雨水及时去除，易扩散到平流层nClO 可氧化其它分子（可氧化其它分子（NO和和H2O）nClO NOCl NO2n3ClO
7、H2O3Cl 2HO O2第9页，共45页。2022-9-18105.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(1)结构结构nPCBs(Polychlorinated Biphenyls)nPCBs全部异构体有全部异构体有210个个，目前，目前已鉴定出已鉴定出102个个n商品名各异商品名各异：PCBs美国的商品名为美国的商品名为Aroclor；法国为；法国为Phenoclor；德国为；德国为Clophen；日本为；日本为Kenechlor；前；前苏联为苏联为Sovol等。等。5 6 6 5 3 2 2 3 4 4 1 1 多氯联苯(1 m+n10)ClmCln 第10页，共45页
8、。2022-9-18115.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(2)性质性质n高度高度稳定稳定n耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗氧化耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗氧化n耐热耐热（10001400）n绝缘性好绝缘性好n难溶于水难溶于水n溶解度溶解度随随Cl原子数增加而降低原子数增加而降低第11页，共45页。2022-9-18125.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(3)来源来源n变压器和电容器的绝缘流体变压器和电容器的绝缘流体n热传导系统和水力系统中的介质热传导系统和水力系统中的介质n添加剂添加剂:油漆、油墨油漆、油墨n增塑剂增塑剂第12页，共45页。2022-9-181
9、35.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(4)分布分布n大气：挥发性低，大气：挥发性低，在大气中含量少在大气中含量少；n水体：溶解度小，水体：溶解度小，在水中含量少在水中含量少；n沉积物：蒸汽压小，溶解度小，故主要为吸附态，易被颗粒沉积物：蒸汽压小，溶解度小，故主要为吸附态，易被颗粒物吸附，物吸附，多沉积在水体底泥多沉积在水体底泥.n生物体：通过生物体：通过生物富集生物富集、食物链传递、食物链传递n化学惰性，持久性污染物化学惰性，持久性污染物第13页，共45页。2022-9-18145.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(5)转化转化n光化学分解光化学分
10、解n=280320nm紫外光紫外光nC-Cl键断裂，产生芳基自由基和氯自由基键断裂，产生芳基自由基和氯自由基n反应产物与溶剂有关反应产物与溶剂有关n生物转化生物转化第14页，共45页。2022-9-1815PCBs的光解的光解第15页，共45页。2022-9-1816 +ClClClClClClClClClClClClOHOH +ClOHHOCl环氧化物水解酶ClClClClClClClClHOH2,5,2,5-PCB 3,4-环氧化物环氧化物ClClClClHHOHOHClClClClOHClClClClOHH2O3,4-二氢二酚二氢二酚第16页，共45页。2022-9-18175.3.1
11、有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(6)毒性毒性n植物：植物：n水中水中PCBs浓度浓度0.11.0ug/L：引起：引起光合作用减弱光合作用减弱n水中水中PCBs浓度浓度10100ug/L：抑制水生植物的生长抑制水生植物的生长n动物：动物：n鸟类吸收鸟类吸收PCBs肾、肝损坏肾、肝损坏n水中家禽的水中家禽的蛋壳厚度变薄蛋壳厚度变薄n对哺乳动物的对哺乳动物的肝脏异常症状肝脏异常症状（腺瘤、癌症腺瘤、癌症）n人体：引起人体的人体：引起人体的皮肤溃疡、痤疮皮肤溃疡、痤疮等等第17页，共45页。2022-9-18185.3.1 有机氯代物有机氯代物 二、多氯联苯二、多氯联苯(7)控制与治理
12、控制与治理n在环境中很难降解在环境中很难降解n焚烧焚烧n焚烧焚烧产物产物：多氯代二苯并二恶英多氯代二苯并二恶英致癌物致癌物质质第18页，共45页。2022-9-18195.3.1 有机氯代物有机氯代物三、多氯代二苯并二恶英和多氯代二苯并呋喃三、多氯代二苯并二恶英和多氯代二苯并呋喃目前已知目前已知毒性最大毒性最大的有机氯化合物的有机氯化合物 OOClnPCDD Cln OPCDF2,3,7,8-TCDD毒性最强的化合物毒性最强的化合物（即（即2,3,7,8-四氯二苯并二恶英）四氯二苯并二恶英）OOClClClCl1234678912346789多氯代二苯多氯代二苯并二恶英并二恶英多氯代二苯多氯代
13、二苯并呋喃并呋喃选学选学第19页，共45页。2022-9-1820典型污染物的转归与效应典型污染物的转归与效应n6.1 6.1 自然界中的能量流动和物质循环自然界中的能量流动和物质循环n6.2 6.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应重金属元素在各圈层中的转归与效应n6.2.1 6.2.1 汞汞n6.2.2 6.2.2 砷砷n6.3 6.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应有机污染物在各圈层中的转归与效应n6.3.1 6.3.1 有机氯代物有机氯代物n6.3.2 6.3.2 多环芳烃多环芳烃n6.3.3 6.3.3 表面活性剂表面活性剂第20页，共45页。2022-9-18215.3.2 多环
14、芳烃多环芳烃一、结构一、结构n结构：两个或两个以上苯环相连结构：两个或两个以上苯环相连n连接方式：连接方式：n稠环型稠环型n非稠环型（联苯、联三苯）非稠环型（联苯、联三苯）第21页，共45页。2022-9-1822双环双环PAHs萘萘联苯联苯第22页，共45页。2022-9-1823三环三环PAHs蒽蒽菲菲芴芴苊苊第23页，共45页。2022-9-1824四环四环PAHs荧蒽荧蒽芘芘屈屈苯并蒽苯并蒽第24页，共45页。2022-9-1825四环四环PAHs苯并苯并a芴芴苯并苯并b芴芴第25页，共45页。2022-9-1826五环五环PAHs苯并苯并k荧蒽荧蒽苯并苯并a芘芘苝苝第26页，共45页
15、。2022-9-1827六环和七环六环和七环PAHs苯并苯并苝苝晕苯晕苯第27页，共45页。2022-9-1828二、PAHs的来源n天然源天然源n生物合成生物合成n森林、草原的天然火灾森林、草原的天然火灾n火山活动火山活动n土壤土壤PAHs本底值本底值1001000 ug/kgn地下水地下水PAHs本底值本底值0.0010.01 ug/Ln淡水湖泊淡水湖泊PAHs本底值本底值0.010.025 ug/Ln大气中大气中BaP0.10.5ng/m3第28页，共45页。2022-9-1829二、PAHs的来源n人为源人为源n矿物燃料的燃烧矿物燃料的燃烧n木材、纸和碳氢化合物的不完全燃烧木材、纸和碳
16、氢化合物的不完全燃烧n食物的炸、炒、烘烤、熏食物的炸、炒、烘烤、熏第29页，共45页。2022-9-1830三、PAHs在环境中的迁移转化n大气大气中的中的PAHs干、湿沉降干、湿沉降进入进入土壤土壤、水体水体及沉积物及沉积物n大气、水体、土壤、沉积物中大气、水体、土壤、沉积物中PAHs进入生进入生物圈物圈第30页，共45页。2022-9-1831PAHS在环境中的迁移转化在环境中的迁移转化第31页，共45页。2022-9-1832PAHs在紫外光照射下的光解和氧化在紫外光照射下的光解和氧化n苯并苯并a芘芘醌苯并芘醌苯并芘第32页，共45页。2022-9-1833微生物降解n苯并苯并a芘芘羟基
17、苯并芘羟基苯并芘第33页，共45页。2022-9-1834PAHs的致癌性选学第34页，共45页。2022-9-1835典型污染物的转归与效应典型污染物的转归与效应n5.1 自然界中的能量流动和物质循环自然界中的能量流动和物质循环n5.2 重金属元素在各圈层中的转归与效应重金属元素在各圈层中的转归与效应n5.2.1 汞汞n5.2.2 砷砷n5.3 有机污染物在各圈层中的转归与效应有机污染物在各圈层中的转归与效应n5.3.1 有机氯代物有机氯代物n5.3.2 多环芳烃多环芳烃n5.3.3 表面活性剂表面活性剂第35页，共45页。2022-9-18365.3.3 表面活性剂在环境中的迁移转化表面活
18、性剂在环境中的迁移转化n分子中同时具有分子中同时具有亲水基团亲水基团和和疏水基团疏水基团的物质的物质n疏水基团疏水基团含碳氢键的基团，含碳氢键的基团，性质差别小性质差别小n亲水基团亲水基团差别大差别大：n分类分类n（1）阴离子型）阴离子型n（2）阳离子型）阳离子型n（3）两性）两性n（4）非离子型）非离子型第36页，共45页。2022-9-1837（1）阴离子型表面活性剂）阴离子型表面活性剂n溶于水时溶于水时，与憎水基相连的，与憎水基相连的亲水基团是阴离子亲水基团是阴离子n羧酸盐：肥皂羧酸盐：肥皂 RCOONan磺酸盐：烷基苯磺酸钠磺酸盐：烷基苯磺酸钠n硫酸酯盐：硫酸月桂酯钠硫酸酯盐：硫酸月桂
19、酯钠n磷酸酯盐：烷基磷酸钠磷酸酯盐：烷基磷酸钠第37页，共45页。2022-9-1838（2）阳离子型表面活性剂）阳离子型表面活性剂n溶于水时溶于水时，与憎水基团相连的，与憎水基团相连的亲水基团是阳亲水基团是阳离子离子n有机胺的衍生物：季胺盐（十六烷基三甲基溴有机胺的衍生物：季胺盐（十六烷基三甲基溴化铵，具有化铵，具有消毒杀菌作用消毒杀菌作用）第38页，共45页。2022-9-1839n阴阳两种离子阴阳两种离子组成的表面活性剂组成的表面活性剂n分子结构类似于分子结构类似于氨基酸氨基酸，在分子内部形成内，在分子内部形成内盐盐nRNH2CH2CH2COO-（3 3）两性表面活性剂）两性表面活性剂第
20、39页，共45页。2022-9-1840（4）非离子表面活性剂）非离子表面活性剂n亲水基团为醚基和羟基亲水基团为醚基和羟基n脂肪醇聚氧乙烯醚脂肪醇聚氧乙烯醚n脂肪酸聚氧乙烯酯脂肪酸聚氧乙烯酯n烷基苯酚聚氧乙烯醚烷基苯酚聚氧乙烯醚 第40页，共45页。2022-9-1841表面活性剂的结构和性质选学表面活性剂的结构和性质选学第41页，共45页。2022-9-1842表面活性剂的来源、迁移与转化表面活性剂的来源、迁移与转化n来源来源：纤维、造纸、塑料、日用化工等，以废水形式：纤维、造纸、塑料、日用化工等，以废水形式进入水体进入水体n迁移迁移：n表面活性剂表面活性剂：亲水基团，：亲水基团，易溶于水易
21、溶于水，随水迁移，随水迁移n其他物质其他物质：使其它：使其它不溶于水的物质不溶于水的物质分散于水体分散于水体，随水迁移，随水迁移第42页，共45页。2022-9-1843表面活性剂的生物降解表面活性剂的生物降解n甲基氧化甲基氧化n氧化氧化n芳香族化合物的氧化芳香族化合物的氧化n脱磺化过程脱磺化过程第43页，共45页。2022-9-1844甲基氧化甲基氧化n疏水基团末端的甲基氧化为羧基疏水基团末端的甲基氧化为羧基nRCH2CH2CH3RCH2CH2CH2OH RCH2CH2CH2CHORCH2CH2COOH第44页，共45页。2022-9-1845表面活性剂对环境的污染效应表面活性剂对环境的污染效应n感官感官受到影响，泡沫受到影响，泡沫n减少了水中的溶解氧减少了水中的溶解氧，不利于水生生物，不利于水生生物n大量的磷，大量的磷，富营养化富营养化n使不溶于水的石油类污染物和多氯联苯等使不溶于水的石油类污染物和多氯联苯等乳化、分散乳化、分散，增加废水处理的困难增加废水处理的困难n阳离子表面活性剂可能阳离子表面活性剂可能破坏水体生物群落破坏水体生物群落第45页，共45页。
