水环境化学2

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资源描述

水污染水体(包括:降水、地面水、地下水)受到人类或自然因素或因子(物质或能量)的影响,使水的表观性状(色、嗅、味、浊),物理化学性能(温度、酸碱度、电导度、氧化还原电位、放射性),化学成分(无机、有机),生物组成(种类、数量、形态、品质)及底质状况等发生了恶化,称为水污染水污染危害:严重的水污染,难以自净恢复到良好状态,妨碍了水体正常的功能,破化了人类经济,合理地利用,造成了环境质量、资源质量、生物质量、人体质量和经济的巨大危害和损失甚至形成国际间、全球性的污染危害。水污染事件欧洲十九世纪一些大城市的污水污染了地表与地下水源,造成多次霍乱爆发和蔓延。英国伦敦1832—1833年爆发霍乱死亡6779人;1848—1849年连续发生霍乱死亡14600人;1852—1854年又连续出现霍乱,仅1854年下半年就死亡10675人。实际上世界各国都经历了此类水污染危害的惨痛历史阶段。直到1955—1956年,印度新德里还发生传染性肝炎大流行,在102万人中,黄疸性达29300人,加上无黄疸性共计约97000人。水俁事件:日本熊本县水俁市1953—1956年动物与人出现语言、动作、视觉等异常,死60多人,病约300人。原因:化工厂排出含汞废水,无机汞转化为有机汞,主要是甲基汞通过食物链转移、浓缩。食用了含甲基汞的鱼。骨痛病事件(富山事件):日本富山县神通川流域,1931年发现直至1972年,矿山废水污染河水,居民骨损害、肾损害、疼痛,死18人,患者130余人。原因:铅锌冶炼厂排出的含镉废水,污染稻米,危害人群。水中污染物(20世纪,美国学者分类):耗氧污染物致病污染物合成有机物植物营养物无机物及矿物质由土壤和岩石等冲刷下来的沉积物放射性物质热污染水环境中有机污染物的种类种类繁多,其环境化学行为至今还知之甚少。一些全球性污染物如多环芳烃、有机氯等,一直受到各国学者的高度重视。特别是一些有毒、难降解的有机物,通过迁移、转化、富集或食物链循环,危及水生生物及人体健康。这些有机物往往含量低、毒性大,异构体多,毒性大小差别悬殊。例如四氯二噁英,有22种异构体,如将其按毒性大小排列,则排在首位的结构式与排在第二位的结构式,其毒性竟然差1000倍。此外,有机污染物本身的物理化学性质如溶解度、分子的极性、蒸汽压、电子效应、空间效应等同样影响到有机污染物在水环境中的归趋及生物可利用性。1、有机污染物(1)农药:水中常见的农药概括起来,主要为有机氯和有机磷农药,此外还有氨基甲酸酯类农药。它通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排入水体中。(2)多氯联苯(PCBs):多氯联苯是联苯经氯化而成。氯原子在联苯的不同位置取代1~10个氢原子,可以合成210种化合物,通常获得的为混合物。由于它的化学稳定性和热稳定性较好,它被广泛用于作为变压器、电容器的冷却剂、绝缘材料、耐腐蚀的涂料等。多氯联苯极难溶于水,不易分解,但易溶于有机溶剂和脂肪,具有高的辛醇-水分配系数,能强烈的分配到沉积物有机质和生物脂肪中,因此,即使它在水中浓度很低时,在水生生物体内和沉积物中的浓度仍然可以很高。由于PCBs在环境中的持久性及对人体健康的危害,1973年以后,各国陆续开始养活或停止生产。(3)卤代脂肪烃:大多数卤代脂肪烃属挥发性化合物,可以挥发至大气,并进行光解。对于这些高挥发性化合物,在地表水中能进行生物或化学降解,但与挥发速率相比,其降解速率是很慢的。卤代脂肪烃类化合物在水中的溶解度高,因而其辛醇-水分配系数低,在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配的趋势较弱,大多通过测定其在水中的含量来确定分配系数。难降解有机物和金属污染物在水环境中的分布和存在形态(4)醚类:有七种醚类化合物属美国EPA优先污染物,它们在水中的性质及存在形式各不相同。其中五种,即双-(氯甲基)醚、双-(2-氯甲基)醚、双-(2-氯异丙基)醚、2-氯乙基-乙烯基醚及双-(2-乙氧基)甲烷大多存在于水中,辛醇-水分配系数很低,因此它的潜在生物积累和在底泥上的吸附能力都低。4-氯苯-苯基醚和4-溴苯-苯基醚的辛醇-水分配系数较高,因此有可能在底泥有机质和生物体内累积。(5)单环芳香族化合物:多数单环芳香族化合物也与卤代脂肪烃一样,在地表水中主要是挥发,然后是光解。它们在沉积物有机质或生物脂肪层中的分配趋势较弱。在优先污染物中已发现六各化合物,即氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯和六氯苯,可被生物积累。但总的来说,单环芳香族化合物在地表水中不是持久性污染物,其生物降解和化学降解速率均比挥发速率低(个别除外),因此,对这类化合物吸附和富集均不是重要的迁移转化过程。(6)苯酚类和甲酚类:酚类化合物具有高的水溶性、低辛醇-水分配系数等性质,因此,大多数酚并不能在沉积物和生物脂肪中发生富集,主要残留在水中。然而,苯酚分子氯代程度增高时,则其化合物溶解度下降,辛醇-水分配系数增加,例如五氯苯酚等就易被生物累积。酚类化合物的主要迁移、转化过程是生物降解和光解,它在自然沉积物中的吸附及生物富集作用通常很小(高氯代酚除外),挥发、水解和非光解氯化作用通常也不很重要。(7)酞酸酯类:有六种列入优先污染物,除双-(2-甲基-已基)酞酯外,其他化合物的资料都比较少,这类化合物由于在水中的溶解度小,辛醇-水分配系数高,因此主要在沉积物有机物和生物脂肪体中。(8)多环芳烃类(PAH):多环芳烃在水中溶解度很小,辛醇-水分配系数高,是地表水中滞留性污染物,主要累积在喾物、生物体内和溶解的有机质中。已有证据表明多环芳烃化合物可以发生光解反应,其最终归趋可能是吸附到沉积物中,然后进行缓慢的生物降解。多环芳烃的挥发过程与水解过程均不是重要的迁移转化过程,显然,沉积物是多环芳烃的蓄积库,在地表水体中其浓度通常较低。(9)亚硝胺和其他化合物:优先污染物中2-甲基亚硝胺和2-正丙基亚硝胺可能是水中长效剂,二苯基亚硝胺、3,3-二氯联苯胺、1,2-二苯基肼、联苯胺、丙烯腈等五种化合物主要残留在沉积物中,有的也可在生物体中累积。丙烯腈生物累积可能性不大,但可长久存在于沉积物和水中。致病污染物常见的致病菌是肠道传染病菌。每升生活污水细菌总数可达几百万个以上,其中包括霍乱、伤寒、痢疾等病菌。常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等,能造成相应的寄生虫病。病毒种类很多,仅人粪尿中就有一百多种,常见的是肠道病毒、传染性肝炎病毒等。每克粪可含100万个,生活污水可达700—50万个,北京东南郊污水河系中细菌总量达亿亿亿个的天文数字。病毒在自来水中可存活2—288天、海水中2—130天、土壤中25—125天、牡蛎体中90天。植物营养物:富营养化的危害①促使湖泊老化;②破坏水产资源:已阐明的赤潮生物毒素之一的房蛤毒素[C10H17N7O4]2+是一种神经毒素,家兔静脉注射至死剂量为3—4微克/公斤(体重),小鼠最低致死剂量为8—10微克/公斤(体重)。在水中可使鱼类等水生动物中毒病变和死亡。日本深受赤潮之害。濑户内海1955年才发生五次,1956—1965年39次,1966—1970年35次,1971一年发生136次,1973年以后每年发生200—300次。我国1977年8月在天津近海发生一次。日本仅布磨滩1972年赤潮一次死鱼1428万尾,损失71亿日元;③危害水源:硝酸盐、亚硝酸盐对人、畜有害。尤其对婴儿、胎儿可导致变性血红蛋白增高,丧失输氧能力。正常值为1—2%,高达10%时出现临床症状,达30—40%时出现缺氧症状,达50—70%时发生死亡。另外,他们又是强致癌物亚硝胺的前身物,因此受到重视。不少国家饮水卫生标准规定,硝酸盐氮、亚硝酸盐氮总计不得超过10mg/l。防治富营养化的途径合理使用化肥,防止流失;降低工业废水N、P的排放量;粪便等有机废弃物中的N、P可考虑制造沼气后作有机肥;生活污水可先进行污水灌溉或污水养殖水生植物吸收氮、磷;地下肥水不宜饮用,可代部分肥料用于灌溉,防止新肥水产生;在湖泊、海湾及饮用地下水源带进行监测、预报。恶臭恶臭产生的原因:发臭物质都具有“发臭团”的分子结构:如硫(=S)、巯基(—SH)、硫氰基(—SCN)、羟基(—OH)、醛基(—CHO)、羰基(—CO)和羧基(—COOH)等。因发臭团的不同臭气各有不同:腐败的鱼臭(胺类)烂圆白菜味(硫醇臭)、臭腐卵(硫化氢)、汗臭(酪酸)、刺激臭(氨、醛类)、膻臭(羊脂酸葵酸)等等。水体恶臭多属有机质在厌气状态腐败发臭,属综合性的恶臭,有明显的阴沟臭。我国的黄浦江受到有机物的严重污染,1964年以来每年夏天出现黑臭,1978年最为严重,超过了100天。可用下式作为发生黑臭的标志(指数≥5时):污染指数=氨氮实测值(mg/l)/溶解氧饱和率+0.4黑臭的危害表现为:①使人憋气,妨碍正常呼吸功能;使人厌食、恶心、甚至呕吐,使消化功能减退;精神烦躁不安,工作效率降低,判断力、记忆力降低,严重的可把人薰倒,头晕脑胀、头疼、眼疼等等;长期在恶臭环境中工作和生活会造成嗅觉障碍,损伤中枢神经、大脑皮层的兴奋和调节功能;②某些水产品染上了恶臭无法食用、出售;③恶臭水体不能作旅游、疗养、养鱼、游泳、饮用,而破坏了水流用途和价值;④还能产生H2S、甲醛等毒性危害。随着工业技术的发展,目前世界上化学品销售已达7~8万种,且每年有1000~1600种新化学品进入市场。除少数品种外,人们对进入环境中的绝大部分化学物质,特别是有毒有机化学物质在环境中的行为(光解、水解、微生物降解、挥发、生物富集、吸附、淋溶等)及其可能产生的潜在危害至今尚无所知或知之甚微。然而,一次次严惩的有毒化学物质污染事件的发生,使人们的环境意识不断得到提高。但是由于有毒物质品种繁多,不可能对每一种污染物都制定控制标准,因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究的控制对象,称之为优先污染物。优先污染物:有毒物质品种繁多,不可能对每一种污染物都制定控制标准,因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象,称之为优先污染物。USA:20世纪70年代,在“清洁水法”中规定了129种优先污染物,其中114种为有毒有机污染物。JAPAN:1986年底,600种优先污染物,其中检出表示的为189种。USSR:1975年发布496种,1985年561种。前德国1985年120种。EU:“关于水质项目的排放标准”技术报告中的黑名单和灰名单。CHINA:水中优先污染物筛选工作,提出初筛名单249种,黑名单68种。1.挥发性卤代烃类四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、三溴甲烷(溴仿),计10个2.苯系物苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯,计6个3.氯代苯类氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、六氯苯,计4个4.多氯联苯1个5.酚类苯酚、间甲酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、五氯酚、对-硝基酚,计6个6.硝基苯类硝基苯、对硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯、三硝基甲苯、对硝基氯苯、2,4-二硝基氯苯,计6个7.苯胺类苯胺、二硝基苯胺、对肖基苯胺、2,6-二氯硝基苯胺,计4个8.多环芳烃类荼、荧蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[1,2,3-c,d]芘、苯并[ghl]芘,计7个9.酞酸酯类酞酸二甲酯、酞酸二丁酯、酞酸二辛酯,计3个10.农药六六六、滴滴涕、敌敌畏、乐果、对硫磷、甲基对硫磷、除草醚、敌百虫,计8个11.丙烯腈1个12.亚硝胺类N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二正丙胺,计2个13.氰化物1个14.重金属及基化合物砷及其化合物、铍及其化合物、镉及其化合物、铬及其化合物、汞及其化合物、镍及其化合物、铊及其化合物、铜及其化合物、铅及其化合物,计9类我国水中优先控制污染物黑名单卤代脂肪烃:大多数卤代脂肪烃属挥发性化合物,可以挥发至大气,并进行光解。对于这些高挥发性化合物,在地表水中能进行生物或化学降解,但与挥发速率相比,其降解速率是很慢的。卤代脂肪烃类化合物在水中的溶解度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