7章-水环境毒理学

1第七章水环境毒理学创新之处1、更改PPT背景2、在73-84页增加富营养化内容3、删除原36,37页酶的特性，有点多余，与介绍的生物转化关系不大4、在97-98页中对纳米材料水生态毒理学的研究的不足进行浓缩提炼5、对格式和字体不正确的部分进行修正3第一节概述第二节污染物在水体中的迁移第三节污染物在水体中的转化第四节水环污染物的毒性作用及机理第五节水体富营养化第六节纳米材料的水生态毒理学研究进展4一、水体及水体污染二、水体自净作用及机理三、水体中主要污染物种类及类型第一节概述5一、水体及水体污染1.水体概念水体是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川和海洋等“贮水体”的总称。在环境科学中，水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物、底泥及水中生物等。6水体可以根据类型或区域划分按照类型分为：海洋水体、内陆水体（地表水体和地下水体），地表水体可分为：河流、湖泊、水库等。按照区域划分的水体，是指某一具体的被水覆盖的地段，例如长江、黄河、太湖等。72.水体污染是指由于人类活动排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征和生物特征发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。8水体污染的原因可以分为三个方面：改变了水体的自然状况；水体质量变劣破坏了原来的用途；超过了水体的自净能力。9二、水体自净作用及机理1、水体自净作用自然环境包括水环境，对污染物质都具有一定的承受能力，即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入的污染物的浓度和毒性随着时间的推移在向下流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用。简单说：水体受到污染后，逐渐从不清洁到清洁。102、水体自净作用的机理水体自净作用的过程非常复杂，其机理分为：①物理过程②化学及物理化学过程③生物化学过程11物理过程：包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等。这一系列过程使污染物浓度得以降低。稀释和混合是水环境最普遍的现象，又是复杂过程，在水体自净中起重要作用。化学及物理化学过程：通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低。生物化学过程：污染物中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使其浓度降低。12三、水体中主要污染物种类及类型水体中的污染物按其种类和性质一般可分为四大类，既无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物和有机有毒物。另外，还有放射性物质、生物污染物质和热污染等。13（一）无机无毒物三种类型：一是属于砂粒矿渣一类的颗粒状的物质；二是酸、碱无机盐类；三则是氮、磷等植物营养物质。14（二）无机有毒物无机有毒物分为两类：一类是毒性作用快，易为人们所注意；另一类则是通过食物在人体内逐渐富集，达到一定浓度后才显示出症状，不易为人们及时发现，但危害一经形成，则就可能铸成大祸，如日本发生的水俣病和痛痛病。15（三）有机无毒物（需氧有机物）1、水体中氧污染物的来源主要来自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉类加工、罐头等食品工业和制革、造纸、印染、焦化等工业废水。从排水的量来看，生活污水是需氧污染物质的最主要来源，未经处理的生活污水，其BOD5值平均为200mg/L左右，牲畜饲养场污水的BOD5值可能高于生活污水5倍左右。162、有机污染物对水体的危害有机污染物对水体污染的危害主要在于对渔业水产资源的破坏。水中含有充足的溶解氧是保证鱼类生长、繁殖的必要条件之一，绝大部分鱼类只能用鳃以水中的溶解氧呼吸、维持生命活动。一旦水中溶解氧下降，各种鱼类就要产生不同的反应。17（四）有机有毒物这类物质多属于人工合成的有机物质，如农药（DDT、六六六等有机氯农药）、醛、酮、酚以及聚氯联苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡胶、人造纤维）、染料等。18一、污染物进入水体的途径二、污染物在水环境中的分布、转移三、生物对污染物的吸收四、生物浓缩、生物积累和生物放大第二节污染物在水体中的迁移转化19一、污染物进入水体的途径1．通过大气沉降进入地表水环境降水（湿沉降）或吸附沉降（干沉降）是空气中的污染物质和过量的CO2等气体进入地表水体及产生环境污染的两种途径。2．通过下渗进入地下水环境由于粪池、垃圾填埋场、地下输油管、灌溉、农药等的渗漏以及来自天然污染源的海水入侵等原因造成地下水污染。203．通过地表径流入地表水环境污染物进入地表水环境有以下几种途径：①有毒化学物质在化学品生产、排放、流通和使用过程中，直接或间接被释放于环境，或随废水排入水体。②有毒化学品由于突发事故造成了大量外泄，污染水体。10月29日京福高速公路丁醇车辆泄漏的污染③有毒有害废弃物处理、处置不当，其中有毒的化学品通过淋溶，渗透等途径进入水体。21二、污染物在水环境中的分布、转移在流动的河流等水体中污染物会随水的流动向下游扩散。非水溶性的污染物进入水体后，会很快的沉降到水体的底部。水体中的污染物还会被水生生物吸收或吸附在其表面而进入生物体。在风的作用下，沉降在水体底部的污染物也可以重新在水体中悬浮，使污染物混合。22三、生物对污染物的吸收哺乳动物对污染物的吸收主要通过三种途径，分别是：经消化道吸收、经呼吸道吸收和经皮肤吸收。对于水生生物鱼类，其主要的吸收途径是通过鱼鳃，被动扩散是其主要机理。影响污染物进入鱼体的主要因素有：①换气速度（水通过鳃的速度）；②通过鳃瓣的扩散速度；③血液流过鳃的速度；④水体中污水层的厚度与鳃的形状。23水生植物对水中的污染物吸收主要通过根部，浮水和沉水植物与水接触面积较大，通过植物根、茎、叶的表面都可以吸收污染物。24四、生物浓缩、生物积累和生物放大1、生物浓缩生物浓缩（Bioconcentration）是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境的浓度现象，又称生物学浓缩，生物学富集。25生物浓缩的程度用浓缩系数或富集因子（BioconcenFactor,BCF）来表示，是指生物机体内某种物质的浓度和环境中该物质浓度的比值。生物浓缩程度的大小与物质本身的性质以及生物和环境因素相关。262、生物积累生物积累（Bioaccumulation）是指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。生物积累程度也用浓缩系数表示。273、生物放大生物放大（Biomagnification）是指生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，又称为生物学放大。生物放大的结果使食物链上高营养级生物机体中这种物质的浓度显著地超过环境浓度。生物放大的程度也用浓缩系数来表示。28由于生物放大作用，进入环境中的污染物，即使是微量的，也会使生物尤其是处于高位营养级的生物受到毒害，甚至威胁人类健康。近年来，研究发现许多环境致癌物质在环境中是极其微量的，如二噁英，它具有难降解和生物放大作用，通过食物链转移，导致人群健康的危害。294、生物浓缩系数生物浓缩系数（BioconcentrationFactor,BCF）是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程度，又称浓缩系数（ConcentrationFator）、生物富集系数、生物积累率等。阐述生物浓缩、生物积累和生物放大这些现象，都用浓缩系数的值来表示相应的数量关系。30一、转化的反应类型水体中污染物的转化过程十分复杂。它包括物理、化学、生物、物理化学、生物化学等基本作用及其综合作用，但在一定条件下往往又以某种作用为主。第三节污染物在水体中的转化311.物理作用它是指污染物进入水体后改变其物理性状、空间位置，而不改变其化学性质，不参与生物作用的过程。322.化学与物理化学作用它是指污染物进入水体后，以简单或复杂的离子或分子状态随水迁移，不仅在位置上移动，而且发生了化学性质或形态、价态上的转化，水质发生了化学性质的变化，但未参与生物作用。例如，酸化、碱化-中和，氧化-还原，分解-化合，沉淀-溶解，吸附-解吸，胶溶-凝胶等作用过程。333.生物与生物化学作用进入水体的污染物，特别是有机污染物，除能发生一般的化学转化外，还能发生光化学作用和生物化学作用。生物与生物化学作用是指污染物通过生物的生理生化作用及食物链的传递过程中发生特有的生命作用过程，生化作用大致分为生物转化作用和生物放大作用。34（1）生物转化作用物质在生物作用下经受的化学变化，称为生物转化或代谢（转化）。生物转化、化学转化和光化学转化构成了污染物质在环境中的三大主要转化类型。通过生物转化，污染物质的毒性也随之改变。35对于污染物质在环境中的生物转化，微生物起着关键作用。生物物化的结果既可能促进转化成毒性强的物质，也可能促进转化成毒性弱的物质，既有恶性转化（生物转化）和良性转化（生物解毒）两种作用。例如，无机汞化合物在微生物作用下，既能转化为毒性更大的有机汞，也可能在另一类微生物作用下还原成毒性较小的单质汞。36绝大多数的生物转化是在机体的酶参与和控制下进行的。酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。其中，在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质；底物所发生的转化称为酶促反应。37酶的种类很多。根据起催化作用的场所，酶分为胞外酶和胞内酶两大类。这两大类都在细胞中产生，但是胞外酶能通过细胞膜，在细胞外对底物起催化作用，通常是催化底物水解；而胞内酶不能通过细胞膜，仅能在细胞内发挥各种催化作用。如多糖水解，在胞外水解酶催化下水解成二糖和单糖，而后才能被微生物摄入细胞内。二糖经胞内水解酶催化，继续水解为单糖。38有机物在生物体细胞内的氧化称作为生物氧化，并伴随有能量释放。有机物通过生物氧化及其他生物转化，可以变成更小更简单的分子，这一过程就是有机物的生物降解。如果有机物降解成CO2、H2O等简单无机物，则为完全降解；否则，为不完全降解。39（2）生物放大作用在生态系统中的同一食物链上，由于高营养级生物以低营养级生物为基础，某种元素或难分解化合物在机体中的浓度随营养级的提高，而逐步增大的现象，称为生物放大作用。许多有机氯农药和多氯联苯等都有明显生物放大现象。40但是，生物放大并不是在所有条件下都能发生。如果生物体通过非吞食方式，从周围环境吸收某种元素或难分解的化合物，在体内蓄积，使其浓度超过环境中浓度的现象，称为生物富集作用，又称生物浓缩作用。41其富集程度用浓缩系数来表示，即某元素或难分解化合物在生物体内的浓度与生物生长环境中该物质的浓度之比。它与环境中元素的种类和浓度，不同生物的生理特征以及环境因素有关。通常，重金属元素和许多难分解、脱溶性高的有机物具有较高的浓缩系数。总之，生物积累、放大和富集可从不同侧面探讨环境污染物的迁移、转化及可能造成的危害。42二、影响转化的因素水体中污染物质的转化是错综复杂的，影响因素也很多。例如：水文、水中微生物、水面上的氧气交换速度、水温、太阳辐射、污染物质的性质与浓度、水体的化学性质、时间等。1.水文一般的污染物进入水体后，利用天然水体扩散加以分布，这种扩散分布情况因每个水体水文条件不同而异。包括水体的地理特征、形态、流速、流量、潮汐、海流等。432.水中微生物水体中有机污染物的分解，主要是由于存在于水中的各种微生物造成的生物化学好气性分解和嫌气性分解。也就是说，这种转化在很大程度上要受到存在于水中微生物的数量和种类的支配。特别是对于特定的污染物质来说，存在着可使它特殊分解的微生物，具有重要意义。443.水面上的氧气交换速度水中溶解的氧气量对自净作用有很大的关系，因而从空气通过水面的氧补给速度对自净作用很重要。气体交换速度本身，受到各种因素支配，如大气及水中的氧气压、温度、水面状态、