环境化学-2010-第2章-化学污染物的迁移行为(1)

本课件作者本课件的配套教材陈景文博士、教授大连理工大学电话/传真：0411-84706269电子邮件：jwchen@dlut.edu.cn欢迎批评指正！普通高等教育“十一五”国家级规划教材高等学校理工科环境类规划教材环境化学EnvironmentalChemistry陈景文、全燮编著大连理工大学出版社出版地址：大连市软件园路80号，邮编：116023发行：0411-84708842，传真：0411-84701466，邮购：0411-84703636E-mail:dutp@dutp.cn,URL:内容第一节概述(Outline)第二节挥发和沉降(VolatilizationandDeposition)第三节界面吸附与分配(AdsorptionandPartition)内容第一节概述(Outline)一、迁移与转化二、大气、水和土壤中污染物的迁移三、生物相中污染物的迁移四、污染物多介质迁移一、迁移和转化迁移(Transport)、转化(Transformation)迁移：污染物在环境介质内部或环境介质之间的物理运动(时间和空间)转化：污染物的变化(形态变化、化学变化)，从一种物质，变成另外一种物质。环境效应、毒性发生变化平流(advection)：环境介质携带迁移扩散(diffusion)：污染物分子运动迁移迁移平流(advection)：环境介质携带迁移，具有特定方香性沉降(settling,deposition)埋藏(bury)再悬浮(resuspension)挥发(evaporation)生物种群携带扩散(diffusion)：污染物分子运动迁移环境介质内部分子扩散(moleculardiffusion)湍流/涡流扩散(turbulent/eddydiffusion)非稳态扩散(unsteady-statediffusion)环境介质间扩散一、迁移和转化二、大气、水和土壤中污染物的迁移1.大气中污染物的迁移风力、气流、干湿沉降等导致水平或垂直方向的动力迁移。风：大气水平运动气流：大气垂向运动沉降：重力作用风力扩散气流扩散干湿沉降斯托克斯定律：直径范围1.5μm～100μm的粒子，考虑重力和静止空气浮力的作用υ－－沉降速度，cm/sη－－空气黏度，Pa.sρ1－－粒子密度，g/cm3ρ2－－空气密度，g/cm3g－－重力加速度，980cm/s2d－－粒子直径，cm二、大气、水和土壤中污染物的迁移2.水中污染物的迁移(1)水流推移作用:伴随水流的运动，改变污染物的位置px=uxc,py=uyc,pz=uzcpx,py,pz：污染物推流迁移通量(kg·m-2·s-1)ux,uy,uz：水流速分量(m·s-1)c：水中污染物浓度(m·s-1)(2)分散作用分子扩散：分子随机运动引起湍流扩散：湍流场导致，污染物－水分子弥散：横断面流速分布不均导致二、大气、水和土壤中污染物的迁移111,,xmymzmCCCDSDSDSxyz111,,xyzDDD：x、y、z方向上的污染物扩散通量Sm：分子扩散系数分子扩散湍流扩散湍流场中，污染物质点之间及污染物质点与水介质之间由于各自的不规则的运动而发生相互碰撞、混合Fick第一定律222,,xxyyzzCCCDSDSDSxyz2xD2yD2zD，，：x、y、z方向湍流扩散的污染物质量通量C：水中的污染物的时间平均浓度xSySzS，，：x、y、z方向湍流扩散系数二、大气、水和土壤中污染物的迁移弥散：水体横断面上的实际的流速分布不均匀引起333,,xxyyzzCCCDdDdDdxyz：x、y、z方向弥散作用导致的污染物质量通量C：水中的污染物的时间平均浓度的空间平均浓度：x、y、z方向上的弥散系数二、大气、水和土壤中污染物的迁移(3)重力沉降斯托克斯定律：球形颗粒，在静止水体中的沉降速率。212()18gdυ：沉降速率，cm·s-1ρ1:颗粒的密度，g·cm-3ρ1:水体的密度，g·cm-3g:重力加速度，980cm·s-2d：颗粒的直径，cmμ：水体的黏度，Pa·s(4)吸附和分配(5)挥发二、大气、水和土壤中污染物的迁移挥发：土壤——大气分配：空气、水、土壤固相、生物体淋溶、渗滤：污染地下水植物吸收：污染修复土壤扩散：污染物分子自由地有浓度较高的地方向浓度较低的地方迁移的过程气态扩散非气态扩散：溶液中、汽-液或液-固界面二、大气、水和土壤中污染物的迁移3.土壤中污染物的迁移植物吸收机理土壤水中污染物土壤吸附(可解吸)土壤固定(不可解吸)根际挥发污染物代谢物大气根际降解土壤植物木质化代谢CO2VOCCO2VOC根际吸附吸收转运大气二、大气、水和土壤中污染物的迁移污染物性质：化学活性、水溶解度、蒸气压、吸附特性等土壤特性：土壤结构、土壤类型、有机质含量、含水量、离子交换能力等环境条件：温度、日照、降雨、空气流动、灌溉和耕作方式等、共存有机物影响因素植物性质：种属、结构二、大气、水和土壤中污染物的迁移污染物在土壤-植物间迁移的影响因素三、生物相中污染物的迁移吸收分布排泄生物转化污染物质在生物体内的运动过程转运消除1.生物体内ADMEisanacronyminpharmacokineticsandpharmacologyforabsorption,distribution,metabolism,andexcretion,anddescribesthedispositionofapharmaceuticalcompoundwithinanorganism.三、生物相中污染物的迁移生物富集(Bioconcentration)生物放大(Biomagnification)生物积累(Bioaccumulation)2.Bioconcentration:inwhichchemicalsareabsorbedbyananimalorplanttolevelshigherthanthesurroundingenvironment.Biomagnification:inwhichchemicallevelsinplantsoranimalsincreasefromtransferthroughthefoodweb(e.g.,predatorshavegreaterconcentrationsofaparticularchemicalthantheirprey).Bioaccumulationisthegeneraltermdescribingaprocessbywhichchemicalsaretakenupbyaplantoranimaleitherdirectlyfromexposuretoacontaminatedmedium(soil,sediment,water)orbyeatingfoodcontainingthechemical.3.植物植物提取：污染物进入植物体内，本身形态、性质不发生改变，储存在植物组织中。植物转运：通过木质部或韧皮部沿根－茎－叶向上转运，水溶解性。植物固定：与植物体内某些组分结合。植物挥发：植物释放挥发性有机物。污染修复TCE。根际效应：生物有效性、结合位点、微生物活性三、生物相中污染物的迁移Phytoremediationoforganicpollutants,suchasPCBs,mayinvolveseveralprocesses:pollutantsinsoilandgroundwatercanbetakenupinsideplanttissues(phytoextraction)oradsorbedtotheroots(rhizofiltration);pollutantsinsideplanttissuescanbetransformedbyplantenzymes(phytotransformation)orcanvolatilizeintotheatmosphere(phytovolatilization);pollutantsinsoilcanbedegradedbymicrobesintherootzone(rhizoremediation).AdaptedfromVanAken.From:BenoitVanAkenetal.,Environ.Sci.Technol.,2009,44(8):2777–2783三、生物相中污染物的迁移Threephasesofthegreenlivermodel.Hypotheticalpathwayrepresentingthemetabolismof2,3’-dichlorobiphenylinplanttissues:PhaseI,activationofthePCBbyhydroxylation;PhaseII,conjugationwithaplantmolecule(sugar);PhaseIII,sequestrationoftheconjugateintothevacuoleorcellwall.AdaptedfromVanAken.外源的From:BenoitVanAkenetal.,Environ.Sci.Technol.,2009,44(8):2777–2783三、生物相中污染物的迁移四、污染物多介质迁移BiodegradationBioconcentrationSedimentationResuspensionSoilSorptionDesorptionHydrolysisOxidation,ReductionSorptionDesorptionVolatilizationDepositionSedimentsPhotolysisPhotodegradationPhotolysisPhotodegradationPartitionKOWKOCKOA,PLKOA,PL内容第二节挥发和沉降一、挥发二、干沉降和湿沉降三、酸沉降一、挥发Thesizeoftheinterfacebetweenatmosphereandhydrosphereisimmense:71%oftheearth'ssurface(3.61×l08km2)iscoveredbywater.Inaddition,theatmospherecontainsabout1.3×l016kgwatervapor.Expressedasliquidvolume,thisamountsto1.3×1013m3or2.5cmperm2ofearthsurface.Thisisasmallvolumecomparedtothetotaloceanvolumeof1.37×10l8m3,butitisimportantintermsoftheadditionalinterfacialareabetweenwaterandair.1.挥发动力学From:ReneP.Schwarzenbach,PhilipM.Gschwend,DieterM.Imboden,EnvironmentalOrganicChemistry.一、挥发挥发作用是有机物从溶解态转入气相的一种重要迁移过程1.挥发动力学c——溶解相中有机物的物质的量浓度，mol·m-3KV——挥发速率