水体污染物化学

第五章水体污染物化学水的重要性。水体污染：由于天然或人为的原因，使得天然水中某些成分的含量超过标准，或者引入原来不存在的物质，从而对元素或生态系统产生了有害的影响，这就造成了水体污染。水体污染物：造成水体污染的物质。影响水体污染，不但影响工农业生产，危害生态平衡，而且直接威胁人类健康。因此研究水体污染及污染物进入水体后的迁移、转化及其归宿，是环境化学中的重要内容。水体的污染水体是指水和水中溶解物质、水中悬浮物质、水生生物和底泥的总称．水体被污染是指水体中污染物的含量超过水体的本体含量及其自净能力，造成水质恶化，破坏水体的正常功能，降低水体的使用价值．1.水体污染的原因和影响随着人们生活水平提高、工农业生产发展，若不注意珍惜爱护水资源，很容易造成水体污染的严重问题．这是因为：第一，城市生活废水和生活垃圾大量增加，其中有许多是人和动物的排泄物，含有病原体和有机物，它们排入江河湖海或堆放地面，直接或间接污染水体．第二，农业生产中大量施用化肥、农药，工业生产中排放大量的废水、烟尘、废渣、废液．据测算，全世界每天工业生产中排放的废水就有3×108t．这些物质有的未经处理直接排入水体，有的通过风吹雨淋进入水体，有的通过地下水进入水体．第三，由于过度砍伐森林，放牧开荒，破坏草原植被，雨水直接冲刷土地，夹带大量泥砂废物，滚滚浊流，进入江河湖海，造成水体污染．第四，用水量增大，有限的淡水资源难以为继，破坏水的正常循环，破坏生态平衡，超过水的自净能力．水资源短缺和水体受到严重污染是互相加剧影响的两个方面，也是当今社会环境的重要问题．水体受污染的问题和人们的生活及工农业生产都有着极密切的关系：它首先关系到人体的健康．现全世界有70％左右的人饮用不安全的食用水，平均每天有2．5万人死于因水污染引起的疾病；它也涉及工农业生产，对产品的品质和成本有极大影响．例如，水质不好，会增加水处理费用、损坏设备，会造成产品不合格；水质不好，也会使水产品产量下降等．5—1水体污染物及其运动过程一、水体污染物的类别化学性质—毒理学水中物质：（1）对生物体有害物质：氰、酚、重金属（2）对生物体无害物质：由于浓度、数量而引起危害：N、P（3）对水体生态系统有益的物质八大类耗氧污染物致病污染物合成有机物植物营养物N、P无机物及矿物质酸碱类等及重金属，如Hg、Cr、Pb等沉积物放射性物质热污染：对生物危害比较大二、水体污染物的来源三个方面：1.工农业生产等经济活动产生的废水生产废水数量大，组成复杂多变包括生活污水生产废液随行业不同而不同。如电解食盐废水中可能含Hg废水，油脂化学厂废水中可能含有机化合物。工业生产废水它有以下几个特点：(1)排放量大，污染范围广，排放方式复杂；(2)污染物种类繁多，浓度波动幅度很大；(3)污染物质有毒性、腐蚀性、pH值变化幅度大，悬浮物和富营养物多；(4)污染物排放后迁移变化规律差异大；(5)恢复比较困难。2.生活污水和城市污水含耗氧有机物较多生活污水有如下特点：(1)含氮、磷、硫高；(2)含有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素等，在厌氧性细菌作用下易产生恶臭物质；(3)含有多种微生物，如细菌、病原菌，易使人传染上各种各样疾病；(4)由于洗涤剂的大量使用，使它在污水中含量增大，对人体也有一定危害。3.自然过程产生的污染物如大气降落物、岩石风化及有机物的自然降解。以上三方面，排入城市污水管网各种污水的总和，发生汇集、处理、排出。水质指标：杂质含量：0.1-1%pH:7.2-7.8悬浮物：30%-45.9%BOD5:20-30g/人日水体中的主要污染物、存在的形态及对人体的危害可以分为两大类：化学污染物和生物性污染物。1.化学污染物(1)重金属及其化合物主要有汞、镉、铬、铅、钒、钴、铜、镍、锰等重金属。这些重金属都可以通过食物链富集，直接使人体中毒。汞：水体中汞主要以Hg2+、Hg(OH)2、CH3Hg+、CH3Hg(OH)、CH3HgCl、C6H5Hg+形态存在。镉：水体中镉主要以Cd2+状态存在。铅：水体中铅主要以Pb2+状态存在。(2)有机污染物酚类和甲酚类，酚类化合物具有高的水溶性，酚类化合物的毒性以苯酚为最大。芳烃及其衍生物，氰及腈化物，有机氧化物，有机氯化物：多氯联苯（PCB）农药、有机氯农药、有机磷农药、有机汞农药、有机砷农药、氨基甲酸酯及苯酰胺类农药。(3)油类污染物每升石油扩展面积可达100~1000m2。(4)无机污染物无机污染物主要有酸性污染物、碱性污染物及各种无机盐。(5)氮、磷、钾等营养物质产生水体“富营养化”现象，导致水生生物（藻类）的大量繁殖和旺盛生长。(6)放射性物质主要有锶-90，铯-137等。2.生物性污染物主要是病原微生物，来自生活污水和医院废水，制革、食品加工等工业废水及牲畜污水。我国水中优先控制污染物黑名单二、污染物在天然水中的运动概述迁移、停留、富集、转化等过程1.迁移：由稀释扩散、生物活动等所引起的污染物空间位置的移动过程。2.停留过程ti=irmimi—污染物总量Vi—沉积速率沉积量/时间3.富集物理化学吸附、共沉淀、离子交换生物作用食物链作用使得污染物脱离海水，使害水净化，但引起二次污染现象。4.转化：使污染物浓度、形态发生改变（2）停留海洋迁移（1）（3）富集转化（4）5-2酸、碱及含氰类污染物一、酸、碱污染物酸、碱及无机盐一般呈无毒性，但含量过高时，会对人体和生态系统产生不良影响，例如酸、碱污染使天然水不能维持正常pH范围（6.5-8.5），各种溶于水的无机盐会造成水体含盐量增加，硬度变大，引起农作物生长不良，农田盐渍化，影响工业用水和饮用水质。1.来源酸类：酸雨、矿山派水、生产废水碱类：工业废水（炼油厂）盐类：酸碱反应生成物地表物质：NaOH+CO2Na2CO32.危害（pH）使水体pH值变化破坏天然水体的缓冲作用，使水质恶化。抑制或阻止微生物活动，降低水体净化能力。增大无机盐含量和水体硬度。它对生态、生活及工农业用水造成严重影响。3.转化酸性废水与长石、粘土和石灰岩及白云石作用（反应见书p111）碱性废水可与硅石及游离碳酸反应。4.治理方法（1）酸+碱性药剂碱+酸性药剂中和法（2）蒸发、浓缩、冷却、结晶二、水体中氰化物的污染1．来源：工厂排放的含氰废水电镀、选矿及染料和塑料生产工厂2．转化：（1）与H2O作用CN_+H2O=HCN+OH_使水体呈碱性当水呈酸性时CN-+H2CO3HCN+HCO3_使水体中CN-，大气中HCN。自净作用90%左右。（2）被氧化为铵及碳酸盐2CN_+O2=2CNO_CNO_+2H2O=NH4++CO32-（3）与重金属生成氰化物AgCN+CN_[Ag(CN)2]_Fe(CN)64-在废水放置过久或日光照射，会释放出剧毒的HCN。[Zn(CN)4]2-和[Cu(CN)4]2-不稳定，生成大量的CN_使水体毒性加剧。3．毒性剧毒NaCN0.1gHCN水0.01ppm空气10ppm氰化物在水中有较强的自净作用。与酸性物质作用，KHCN=4.8×10-10弱酸通过下列途径进行：CN_+CO2+H2O=HCN+HCO3_此作用的净化量可占水体中氰化物总量的90%左右。另外在水中溶解氧的作用下生成NH4+和CO32-。2CN_+O2=2CNOCNO_+2H2O=NH4++CO32-化学氧化、微生物分解：NH4+NO2_NO3-HCNCNOHCOOHCO2+H2O农作物对氰化物忍受程度比水生生物高。中国生活应用水卫生标准规定，氰化物不得超过0.05mg/L，含氰废水最高容许排放浓度为0.5mg/L（以CN_计）。氰化物中毒的症状急性吸入氰化氢气体，开始主要表现眼、咽、喉粘膜等刺激症状。经口误服，开始主要表现为流涎、恶心、呕吐、头昏、前额痛、乏力、胸闷、心悸等。继而出现呼吸困难、神志不清或昏迷。严重者可出现抽筋、大小便失禁，最后死于呼吸麻痹。若大量摄入或误服氰化物，可在数分钟内呼吸、心跳停止，造成所谓“闪电型”中毒。长期小量接触氰化物，有时可产生头昏、头痛、睡眠差、食欲不振、胸闷、心悸等神经衰弱症状。皮肤长期接触氰化物，可引起斑疹、丘疹或疱疹。毒性机理：氰化物是快速剧毒物质。人的口服致死量平均HCN为50mg，NaCN为100mg，KCN为120mg。简单的氰化物经口、呼吸道或皮肤进入人体，极易被人体吸收。氰化物进入胃内，被水解为HCN进入血液。细胞色素氧化酶的Fe3+与血液中的CN_结合，生成氰化高铁细胞色素氧化酶，使丧失传递电子的能力，造成呼吸链中断，细胞窒息死亡。氰化物中毒的防治在生产和使用氰化物的车间、仓库内，必须严禁吸烟和进食，严防氰化物经手污染食品并经口摄食。加强个人防护、严格进守安全操作规程等。一旦发生急性中毒事故，要立即组织抢救，越快越好，具体抢救办法如下：立即将亚硝酸异戊酯1～2安瓿包在手帕内打碎，紧贴在患者口鼻前吸入，同时进行人工呼吸。每1～2分钟令患者吸入15～30秒。根据病情反复吸入数次。静脉注射3％亚硝酸钠10～20毫升，速度要慢，以防血压突然下降。随即用同一针头，静脉注射25～50％硫代硫酸钠25～50毫升。皮肤、粘膜受氰化物污染者，立即用大量自来水冲洗。凡使用或生产氰化物车间，应备有急救箱和自来水冲洗龙头。经车间或现场抢救后，送医务部门进一步治疗。5.治理方法（1）碱性氧化法NaClO、OH-、Cl2NaCN+NaClO+H2OCNCl+NaOHCNCl+NaOHpH=10.5-11NaCNO+NaCl+H2ONaCNO+NaCl+Cl2长时间CO2+NaCl+N2+H2O（2）臭氧氧化法（3）综合回收法三、铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐四、硫化物五、氟化物包头钢铁厂氟污染事件包钢的原料白云额博铁矿石中含有较高量的元素氟，在烧结矿石和冶炼过程中，氟便随冶炼废气排放出来，污染了方圆十来公里的土壤。庄稼和牧草吸收了氟，人和牲畜长年吃了这里的高含氟食物，氟元素在体内积累，就会得氟斑牙和氟骨病。在80-90年代，包钢周围有数万人畜受到危害，有的村庄大部分村民的牙齿都有氟斑，其中严重的人骨骼变形，行走困难，身体萎缩如孩童大小。村中的牛羊牙齿龇出一寸，又细又长，四肢变形。5-3水体中重金属污染物在环境污染方面所说的重金属实际上主要是指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）以及类金属砷（As）等食物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、钴、镍、锡等。前五种毒性最大，重金属污染源广泛：采矿、冶金、化工等。共同点：容易被吸附而沉积。与有机物生成配合物重新回到水体，造成二次污染。一、重金属污染的特点(1)微量重金属就可以产生毒性效应；如汞、镉产生毒性的浓度范围是0.001~0.01mg/L(2)微生物不仅不能降解重金属，相反地某些重金属元素可在微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性。(3)生物体对重金属有富集作用。(4)重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体，从而对人体健康产生极不利的影响。二、水体中重金属的迁移转化迁移可分为：机械迁移—以溶解态或颗粒态的形式随水流而迁移。物理化学迁移—以简单离子、络合物或可溶性分子在水体中通过一系列物理化学作用所实行的迁移和转化过程。生物迁移—通过生物的新陈代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移。悬浮颗粒物，如无机或有机胶体三、水体中胶体物质对重金属的吸附作用1.粘土矿物对重金属的吸附粘土矿物的主要成分是硅铝酸盐，表面存在：主要通过两种机理进行：(1)离子交换吸附+Me2+→+M2+(2)重金属离子先水解，然后与粘土表面的-OH反应，形成羟基配合物而被吸附Me2++nH2O→Me(OH)n(2-n)++nH++Me(OH)n(2-n)+→AMe(OH)n+1(2-n)+2.水合金属氧化物对重金属离子的吸附重金属离子在水合金属氧化物表面发生配位化合作用—也叫专属吸附A(OH)n+Men+→+nH+3.腐殖质对重金属离子的吸附表面含有-COOH、-OH、-C=O及-NH2，主要通过螯合作用、离子交换作