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1、環(huán)境污染及其生態(tài)效應第三章 環(huán)境污染及其生態(tài)學效應1 概述 1.1 環(huán)境污染 1.2 污染源 1.3 污染物與污染類型 1.4 水污染2 有機污染及其生態(tài)學效應2.1 好氧有機物污染 2.2 合成有機物污染 2.3 石油污染 2.4 酚類污染3 無機污染及其生態(tài)學效應3.1 重金屬污染 3.2 非金屬污染環(huán)境污染及其生態(tài)效應1 概述1.1 環(huán)境污染（Environmental Pollution）當環(huán)境條件發(fā)生突變或在環(huán)境中引入生物難以忍受的物質時，生態(tài)系統(tǒng)本身不能取出這些影響，生態(tài)平衡被打破或擾亂的現(xiàn)象。即：有害物質在環(huán)境中擴散、遷移、轉化，使生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能發(fā)生變化，并對人類及其他生物

2、產生不利影響。四大危機、三大問題。環(huán)境污染問題，由來已久。二十世紀五十年代，工業(yè)化、城市化，公害事件。環(huán)境污染及其生態(tài)效應1.2 污染源（Pollution Source）是造成環(huán)境污染的污染物發(fā)生源，亦即污染物質的來源。泛指：產生污染物質的區(qū)域、場所 具體來說：特定的設備、裝置 1 工業(yè)交通污染源 廢氣、廢水、廢渣、余熱、噪聲、振動、泄漏、輻射等 2 農業(yè)污染源 農藥、化肥、地膜、病原微生物、水土流失等 3 生活污染源 廢氣、廢水、廢渣、日用化學品等 4 特殊污染源 核工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)等 5 二次污染 大氣飄移、水的流動 6 自然污染源 火山、火災、風化、滑坡與泥石流等環(huán)境污染及其生態(tài)效應1

3、.3 污染物與污染類型 污染物（Pollutant）：造成環(huán)境污染的所有物質的總稱。1 按污染環(huán)境性質 大氣污染 Atmosphere Pollution or Air Pollution 土壤污染 Soil Pollution 水體污染 Aquatic Pollution 2 按污染物來源 自然污染物 自然環(huán)境本身造成的 人為污染物 生產性、生活性 3 按污染物性質 化學污染、物理污染、生物污染環(huán)境污染及其生態(tài)效應 4 按污染物形態(tài) 氣體、液體、固體 5 按污染物理化性質變化 一次污染、二次污染 6 按污染物的性質，從生態(tài)系統(tǒng)著眼 非降解性污染物（Non-degradable Polluta

4、nts）：在自然界不能降解或降解緩慢的污染物質。包括重金屬鹽類、石油化工產品、塑料橡膠制品、部分農藥等。生物降解性污染物（Bio-degradable Pollutants）：生態(tài)系統(tǒng)自身能夠分解的污染物質。包括食品工業(yè)廢水、生活污水、生活垃圾等環(huán)境污染及其生態(tài)效應1.4 水污染 水污染（Aquatic Pollution）：污染物質進入水體使水質變壞、惡化，并使水的用途受到不良影響的現(xiàn)象。結果：改變了水的化學組成、物理性質 使水生生物種類組成、種群數(shù)量發(fā)生明顯變化1.4.1 水資源（Water Resources）圖1.1 海洋水、內陸水比例圖1.2 內陸水分布環(huán)境污染及其生態(tài)效應 據(jù)測算，

5、全球總水量約為 13.86108 km3，淡水資源總量僅有0.35108 km3，但加上淺層地下水，人類可開發(fā)利用的淡水資源僅有 0.1065108 km3。我國水資源總量約為 0.027108 km3，居世界第六位；但是人均占有量僅及世界的 1/4，居世界第八十八位。再從河流總徑流量看：全球總徑流量 4.7104 km3 人均占有 7800 m3 我國 2700 2250 占世界的 2/35 2/7 我國是世界上 13 個貧水國之一。僅農業(yè)每年就缺水 300108 m3，受旱農田 1300-2000104 ha；300 多個城市缺水，缺水量達 58108 m3。環(huán)境污染及其生態(tài)效應1.4.2

6、 水污染概況 國際水污染的典型案例萊茵河 全長 1320 km，流經瑞士、法國、德國、荷蘭 上游，瑞士境內，能見度 3 m；到達德、荷邊境，能見度僅 50 cm。混入各種有機化合物 30 余種，水生生物幾近滅絕。美國，河流總長 42104 km，被污染 12104 km 密西西比河，殺蟲劑、氧化物、酚、砷、汞等應有盡有-“毒河”伊利湖，接納污水 740104 t/d“死湖”環(huán)境污染及其生態(tài)效應 我國水體污染問題日益嚴重。1985年，排放污水 342108 t，工業(yè)廢水 265108 t，處理率 2%2000年 415 194 82%2002年 440 207 武漢市 2002年 7 3.5 2

7、7.2%由于大量污水未經處理或僅經過簡單處理就直接排放，導致全國 1/3 以上河流受污，90%以上城市水域嚴重污染。全國有監(jiān)測的 1200 多條河流，850 條受污，5322 km 魚蝦絕跡；27 條主要河流，15 條嚴重污染；長江接納的污水更是達到其流量（31060 m3/s）的 1.2%。環(huán)境污染及其生態(tài)效應2 有機污染及其生態(tài)學效應2.1 好氧有機物污染物 生物尸體、污水或有機垃圾中的營養(yǎng)物質 有機肥料；過肥 水體富營養(yǎng)化（Eutrophication）：水流緩慢或更新期長的地表水，由于接納了大量的氮、磷等營養(yǎng)物質及淤積作用的影響，水體容積減小、氧氣條件惡化、生源物質數(shù)量增多，從而水質由

8、瘦變肥，生物總量增加，但許多典型清水種類從生物區(qū)系中消失生物多樣性下降，并最終導致魚類及其它水生生物的大量死亡。環(huán)境污染及其生態(tài)效應2.2 合成有機污染物 主要有兩大類：有機農藥、多氯聯(lián)苯2.2.1 有機農藥 化學農藥的使用，挽回了大量的糧食：全球糧食總產量的 15%；我國 7%左右，棉花 18%但是，寂靜的春天（Rachel Carson）正在向全球蔓延 有機磷農藥：易降解，一般不會形成污染 有機氯農藥：難降解，極易富集。二十世紀 30 40 年代廣泛應用 八十年代中前期開始禁產、禁用環(huán)境污染及其生態(tài)效應 農藥的生態(tài)效應：1 對食物鏈的影響 去除食物鏈的某一環(huán)節(jié)，使前一環(huán)節(jié)生物大量繁殖，從而

9、引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的一系列變化。六六六、1605 防治水稻螟蟲 殺死蜘蛛 飛虱爆發(fā) 魚藤酮殺死魚類 2 6 周內水生昆蟲大量增加 2 對生物種群的影響 使用毒死蜱控制蚊子 浮游甲殼動物減少、浮游植物“開花”敵草隆的降解產物抑制亞硝化細菌 氟禾靈抑制大豆根瘤菌的形成 施用西瑪津 4.5 9 kg/ha 除草，土壤中無脊椎動物數(shù)目可減少33 50%；施用農藥較多，蚯蚓死亡率可高達 90%。環(huán)境污染及其生態(tài)效應2.2.2 多氯聯(lián)苯（PCB）由 Cl-取代苯環(huán)上的 H+形成聯(lián)苯，自然界不存在：1 不燃燒，絕緣、絕熱性能好 2 與塑料的混合性能良好 3 結構穩(wěn)定、難降解，耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐風化 4 微溶于

10、水，易溶于脂肪、烴類溶劑 因此，廣泛應用于絕緣油、熱介質、特殊潤滑油、可塑劑、涂料及復寫紙等的制造中。在生產、加工、使用、存儲、廢棄物燃燒過程中會揮發(fā)并積蓄在空氣、水和土壤中。據(jù)估計，海洋、土壤和大氣中存在的總量高達 2530 萬 t。環(huán)境污染及其生態(tài)效應 多氯聯(lián)苯的生態(tài)效應：1 對水生生物的作用 含氯 42%的氯代聯(lián)苯，10-25 ug/L，影響硅藻 RNA 的合成 對牡蠣，0.001 mg/L 抑制 19%0.01 41%0.1 100%2 對人體健康的影響 最早的 PCB 中毒事件是 1968 年的日本米糠油事件。對其中的 13 個孕婦的觀察，活產 11 胎、死產 2 胎?；町a的 11

11、胎中，全部皮膚顏色異常、眼分泌物增加、個體小。環(huán)境污染及其生態(tài)效應2.3 石油污染 “四油三途徑”：原油、汽油、煤油、柴油 生產、運輸、使用 石油及其制成品對生物來說，大多有毒，但主要是飽和烴類和芳香烴類。小分子飽和烴：沸點低、毒性大。甲烷：-161，乙烷：-88 大分子飽和烴：沸點高、部分有毒性 稠環(huán)芳香烴：毒性大，致癌。萘、蒽、菲。備受關注 毒性順序：烷烴 環(huán)烷烴和烯烴 芳香烴 己烷 己烯 環(huán)己烷環(huán) 己烯苯 苯 二甲基苯 三甲基苯 形成油膜、致畸、異味環(huán)境污染及其生態(tài)效應2.4 酚類污染 地表水“五毒之首”：酚、氰、汞、砷、鉻。低沸點的揮發(fā)性酚：單元酚苯酚、間甲酚、銀甲酚、對甲酚、二甲酚等

12、 低沸點的非揮發(fā)性酚：多元酚苯二酚、聯(lián)苯三酚等 工業(yè)廢水中含苯酚較多，含量變化較大，在 180000 mg/L之間，因此，測定指標常用揮發(fā)性酚。對植物，由于解毒作用，毒性較小，適量無害有益，刺激生長；過量則破壞膜的透性、可食部分有異味等 對動物，0.1 0.2 mg/L 時，魚肉有異味；性腺吸收比肌肉快；20 mg/L 時，胚胎致畸率 30%左右環(huán)境污染及其生態(tài)效應3 無機污染物 分為兩大類：重金屬和非金屬3.1 重金屬 重金屬的范圍很廣，一般認為比重大于 5（約 45 種）或 4（約60 種）或者原子序數(shù)大于 20 即是重金屬。包括鋅、銅、鈷、鎳、錫、鋁、鐵等常見元素，是微量元素。引起污染的

13、主要是指汞、鎘、鉻、砷、鉛等劇毒元素。其特點是：穩(wěn)定性、累積性；不易降解，易發(fā)生形態(tài)轉化。作用機理：與 NH2、-NH、-SH 等親核基團（提供電子）發(fā)生作用。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.1 汞（Hg）3.1.1.1 存在形式 單質汞：Hg+、Hg2+無機汞化合物：Hg2Cl2、HgCl2、HgO、HgCl3-高 pH 時，為 Hg(OH)+、Hg(OH)2、Hg(OH)3-有機汞化合物：CH3Hg+、(CH3)2Hg、C6H5Hg+3.1.1.2 轉化 絡合反應：RHgXRHg+X X能提供電子對的原子或基團（如：Cl-、OH-）甲基化：厭氣菌CH3Hg+(CH3)2Hg或者HgX2Hg2+

14、2X-厭氣菌CH3Hg+(CH3)2HgHg2+R-CH3環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.1.3 汞的循環(huán)特點 1 只有 Hg2+才能甲基化，需要微生物參與，是生物化學反應。甲基化Hg2+Hg+2 pH值對甲基化過程有重要影響，最佳為 4.5，較高的pH值有利于二甲基汞的形成，不同條件下可相互轉化。3 甲基汞易溶于水；pH值較低時，甲基汞的積累比二甲基汞要快 6000 倍。4 二甲基汞具有揮發(fā)性，揮發(fā)到空氣中后，受紫外線輻射，分解為單質汞和甲基，甲基則生成甲烷或乙烷。5 汞和甲基汞的生物濃縮系數(shù)為 500010000 倍。日本水俁病。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.2 鎘（Cd）鎘為相對稀有的金屬，在

15、自然界不單獨存在，總是與鉛鋅礦、鉛銅鋅礦共存。3.1.2.1 存在形式 Cd2+、Cd(OH)+、Cd(OH)3-、CdCl+、Cd(OH)2Cl-與汞類似，大部分被腐殖質吸附，沉積在底泥或懸浮物中。3.1.2.2 轉化Cd(OH)20pH9時pH9時Cd2+OH-Cd(OH)+pH8時pH8時 在海洋中，由于 Cl-競爭力比 OH-強，所以主要形成 CdCl20 和CdCl3-。日本富山骨痛?。ㄍ赐床。?。Cd2+S2-CdSCd2+S2-低Eh高Eh環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.3 鉻（Cr）3.1.3.1 存在形式與含量 微量元素，廣泛存在。常見為 Cr3+、Cr6+，常見化合物有：Cr2O

16、3、CrO3、CrCl3、Na2CrO4、K2CrO4、NaCr2O7、KCr2O7 海水：日本海 0.040.07 英格蘭 0.130.25 ug/L 美國 15 條河流 110 ug/L 愛爾蘭 0.46 低層大氣：0.32 mug/m3，平均為 1 mug/m3 土壤：較高，變動大，約為 53000 mg/kg，平均為 100 mg/kg 環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.3.2 轉化4Cr(OH)2+3O2+2H2O4CrO42-+12H+堿性條件下，氧化酸性條件下，還原3.1.3.3 生態(tài)效應 1 生理作用 Cr3+，微量元素，成年人攝入量為 510 ug/day。人體缺鉻時，易誘發(fā)糖尿病

17、、高血糖癥胰島素轉化效率低；可能誘發(fā)冠心病死者主動脈檢不出鉻 2 鉻中毒 通常 Cr6+有劇毒，Cr3+毒性低，相差約 100 倍。重鉻酸鹽對人的致死劑量為 3 g.空氣：2.54 ug/m3，有感覺；1024 ug/m3，強烈刺激。水：1 mg/L，Cr6+污染的井水，有一家人飲用三年，無反應；2.53.5 mg/L，發(fā)現(xiàn)有一定影響。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.4 砷（類金屬，As）3.1.4.1 存在形式與含量 大多以化合物，即砷酸鹽獲亞砷酸鹽的形式存在：H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-及 H3AsO3、H2AsO3-等。含量：大氣 城市平均 0.7 ng/m3，原油最高可達

18、140 mg/m3 水 海水 23 ug/L，淡水 1 ug/L 左右 溫泉較高，日本平均 0.3 mg/L，最高 5.1 mg/L 土壤 全球平均 5 mg/L 前蘇聯(lián) 3.6 mg/L（110）美國 7.5 mg/L（120）日本 24 mg/L（851）環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.4.2 轉化 水體中砷的轉化，依賴于 pH值、Eh。D.O.飽和時，H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-及AsO43-比較穩(wěn)定；中等狀態(tài)時，H3AsO3、H2AsO3-、HAsO32-比較穩(wěn)定。砷與鐵之間有很強的親和力。砷酸、亞砷酸都能被氧化鐵吸附而沉淀。環(huán)境中 Eh 的下降、pH 值的升高，可顯著提高

19、砷的水溶性。在低 pH 條件下，HAsS2 為主要的硫化物存在形式；在低 Eh 條件下，以 AsH3 的形式存在。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.4.3 生態(tài)效應 1 富集作用 海洋生物比淡水生物富集能力強 水生植物比水生動物富集能力強 海洋：動物 964100 淡水：動物 330 植物 5071000 植物 120000 2 砷中毒 As3+對-SH 的親和力比 As5+要高約 60 倍 1956年日本“森永奶粉事件”：遍及 27 個都道府縣 中毒 12131 人，死亡 130 人 3 致癌、致畸、致突變環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.5 鉛（Pb）3.1.5.1 存在形式與分布 自然界的鉛可廣泛地

20、與各種無機、有機酸結合形成鉛鹽。僅有 Pb(C2H3O2)2、Pb(ClO3)2、Pb(NO2)2、PbCl2 等幾種易溶于水，其它各種鉛鹽都難溶或不溶于水。大氣：遠離人類活動地區(qū) 0.00010.001 ug/m3 美國、日本大城市 5 ug/m3 水：全球地面水平均 0.5 ug/L，地下水 160 ug/L 土壤：遠離人類活動地區(qū) 525 mg/L，全球平均 1520 mg/L 冶煉廠附近可達 1000 mg/L 礦區(qū)附近嚴重污染區(qū)可達 5000 mg/L環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.1.5.2 遷移轉化 在水體中，鉛的含量主要受 CO32-、SO42-、OH-、Cl-等含量的影響，即溶解作用

21、與絡合作用的影響。在自凈作用過程中，主要是懸浮物和底泥的吸附作用。在土壤中，存在著陽離子交換復合體的吸附作用、植物體的吸收作用。pH 值的降低，使固態(tài)的鉛鹽轉化為溶解態(tài)；土壤的負電性、Pb 及陽離子交換復合體的離子勢對吸附作用影響較大。在微生物作用下，可甲基化生成四甲基鉛。3.1.5.3 生態(tài)效應 造血、神經、腎臟；致癌、致畸、致突變。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.2 非金屬 包括氰化物、硫化物、碳氧化合物、氮氧化合物、氮和磷、氟化物等等非金屬元素及其化合物。3.2.1 氰化物（CN-）3.2.1.1 存在形式及來源 最常見的是單氰化物中的 NaCN、KCN、HCN，劇毒。來源：Zn 型電鍍液（Na

22、CN）含量 80120 g/L Cu 型 1218 Ag 型 4060 其廢水中含量為：2070 mg/L，經常為：3035 mg/L；焦爐、高爐冷卻水與廢水；選礦和化工廢水等等。環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.2.1.2 遷移轉化還原揮發(fā) CN-+CO2+H2OHCO3-+HCN-低pH、高溫微生物NH4+CO32-氧化分解 2CN-+O2 2CNO-+H2O微生物 在水體自凈過程中，前者占 90%的凈化量，后者僅占 10%。絡合作用 用鐵礬（FeSO4）處理含氰廢水，生成亞鐵 氰化物；電鍍廢水中多以氰合鋅絡離子、氰合銅絡離子存在。氰合鋅絡離子不太穩(wěn)定，易生成氫氰酸；氰合銅絡離子比較穩(wěn)定，難以分解。

23、環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.2.1.3 生態(tài)效應 1 對人的毒性 在血液中，與鐵結合，中斷還原反應；在神經系統(tǒng)，中樞受損，呼吸中樞最敏感。慢性中毒吸入性中毒 2 對魚的毒性 CN-的致死劑量為 0.30.5 mg/L 單氰、無機氰毒性大 3 對農作物的影響 不明顯，食用后，可能不好環(huán)境污染及其生態(tài)效應3.2.2 硫化物（S2-）常見硫化物主要是：FeS、CuS、SO2、H2S等。在水體中，在低 pH 條件下，金屬硫化物離解，生成 H2S；在大氣中，SO2 通過氧化作用形成酸雨。氟：過剩斑釉齒、氟骨病，不足齲齒 碳氧化合物：CO 中毒、CO2 與溫室效應 氮氧化合物：臭氧層破壞（包括氟氯甲烷、四氯化碳等）；酸雨環(huán)境污染及其生態(tài)效應復習思考題：1 污染與公害 2 水體富營養(yǎng)化 3 污染的生態(tài)效應