有毒有機污染物

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更新時間: 2013-09-03

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有毒有機污染物 -有機氯農藥

  隨著現代化石油化學工業的高速發展,產生了很多原來自然界沒有的、難分解的、有劇毒的有機化合物,這些化合物有合成洗滌劑、有機氯農藥等。例如對環境危害極大的有機氯農藥,其特點是毒性大,化學性質穩定,殘留時間長,且易溶於脂肪、蓄積性強而在水生生物體內富集,其濃度可達水中的數十萬倍,不僅影響水生生物的繁衍,且通過食物鏈危害人體健康。這類農藥國外早已禁用,中國從1983年開始也已停止生產和限制使用。

有毒有機污染物 -多氯聯苯

  多氯聯苯(PCB)是聯苯分子中一部分或全部氫被氯取代后所形成的各種異構體混合物的總稱。PCB有劇毒,脂溶性強,易被生物吸收,且具有化學性質很穩定,不易燃燒,強酸、強鹼、氧化劑都難以將其分解,耐熱性高,絕緣性好,蒸氣壓低,難揮發等特性。所以PCB作為絕緣油、潤滑油、添加劑等,被廣泛用於變壓器、電容器,以及各種塑料、樹脂、橡膠等工業,因此PCB也存在於這些工業的廢水中而被排入水體。PCB在天然水和生物體內都很難降解,是一種很穩定的環境污染物。

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有毒有機污染物 -多環芳烴

  近年來石油對水體的污染也十分嚴重,特別是海灣及近海水域。石油對水體污染的主要污染物是各種烴類化合物——烷烴、環烷烴、芳香烴等。在石油的開採、煉製、貯運、使用過程中,原油和各種石油製品進入環境而造成污染,其中包括通過河流排入海洋的廢油、船舶排放和事故溢油、海底油田泄漏和井噴事故等等。當前,石油對海洋的污染已成為世界性的環境問題。1991年發生的海灣戰爭,人為地使大量原油從科威特的艾哈邁迪油港流入波斯灣,這是最大的一次石油污染海洋事件,它將帶來難以估量的惡果。

  石油或其製品進入海洋等水域后,對水體質量有很大影響,這不僅是因為石油中的各種成分都有一定的毒性,還因為它具有破壞生物的正常生活環境,造成生物機能障礙的物理作用。石油比水輕又不溶於水,覆蓋在水面上形成薄膜層,既阻礙了大氣中氧在水中的溶解,又因油膜的生物分解和自身的氧化作用,會消耗水中大量的溶解氧,致使海水缺氧,同時因石油覆蓋或堵塞生物的表面和微細結構,抑制了生物的正常運動,且阻礙小動物正常攝取食物,呼吸等活動。如油膜會堵塞魚的鰓部,使魚呼吸困難,甚至引起魚類死亡。若以含油的污水灌田,也會因油膜粘附在農作物上而使其枯死。

  水體污染物中有一類屬於耗氧有機物,它們是來自於城市生活污水及食品、造紙、印染等工業廢水中含有的大量烴類化合物、蛋白質、脂肪、纖維素等有機物質,本身無毒性,但在分解時需消耗水中的溶解氧,故稱為耗氧(或需氧)有機物。

  天然水體中溶解氧含量一般為5mg·L-1~10mg·L-1。當大量耗氧有機物排入水體后,使水中溶解氧急劇減少,水體出現惡臭,破壞水生生態系統,對漁業生產的影響甚大。這類物質對水體的污染程度,可間接地用單位體積水中耗氧有機物生化分解過程所消耗的氧量(以mg·L-1為單位),即生物化學需氧量(BOD)來表示。一般用水溫在25℃時5天的生化需氧量(BOD5)作為指標,用以反映耗氧有機物質的含量與水體污染的關係,一般情況下,水體中BOD5低於3mg·L-1時,水質較好。BOD5量愈高,表明溶解氧消耗就愈多,水質就愈差。因此,BOD5達到7.5mg·L-1時,水質不好;大於10mg·L-1時,表明水質很差,魚類已不能存活。

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有毒有機污染物 -含氮有機物

  污水中除大部分是含碳的有機物外,還包括含氮、磷的化合物及其他一些物質,它們是植物生長、發育的養料,稱為植物營養素。過多的植物營養素進入水體后,也會惡化水質、影響漁業生產和危害人體健康。含氮的中最普遍的是蛋白質,含磷的有機物主要有洗滌劑等。

  蛋白質在水中的分解過程是:蛋白質→氨基酸→胺及氨。隨著蛋白質的分解,氮的有機化合物不斷減少,而氮的無機化合物不斷增加。此時氨(NH3)在微生物作用下,可進一步被氧化成亞硝酸鹽,進而氧化成硝酸鹽,其過程為

  第一步:氨被氧化成亞硝酸鹽

  第二步:亞硝酸鹽被氧化成硝酸鹽

  這樣,複雜的有機氮化合物就會變成無機硝酸鹽。大量的硝酸鹽會使水體中生物營養元素增多。對流動的水體來說,當生物營養元素增多時,因其可隨水流而稀釋,一般影響不大。但在湖泊、水庫、內海、海灣、河口等地區的水體,水流緩慢,停留時間長,既適於植物營養元素的積累,又適於水生植物的繁殖,這就引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖。當這些水體中植物營養物質積聚到一定程度后,水體過分肥沃,藻類繁殖特別迅速,使水生生態系統遭到破壞,這種現象稱為水體的富營養化。水體出現富營養化現象時,浮游生物大量繁殖,因佔優勢的浮游生物的顏色不同,水面往往呈現藍色、紅色、棕色等。這種現象在江河、湖泊中稱為水華,在海洋上則稱為赤潮。這些藻類有惡臭,有的還有毒,表面有一層膠質膜,魚不能食用。藻類聚集在水體上層,一方面發生光合作用,放出大量氧氣,使水體表層的溶解氧達到過飽和;另一方面藻類遮蔽了陽光,使底生植物因光合作用受到阻礙而死去。這些在水體底部的死亡的藻類屍體和底生植物在厭氧條件下腐爛、分解,又將氮、磷等植物營養元素重新釋放到水中,再供藻類利用。這樣周而復始,就形成了植物營養元素在水體中的物質循環,使它們可以長期存在於水體中。富營養化水體的上層處於溶解氧過飽和狀態,下層處於缺氧狀態,底層則處於厭氧狀態,顯然對魚類生長不利,在藻類大量繁殖的季節,會造成大量魚類的死亡。同時,大量藻類屍體沉積水體底部,會使水深逐漸變淺,年深月久,這些湖泊、水庫等水體會演變成沼澤,引起水體生態系統的變化。因此,水體的富營養化亦是水體遭受污染的一種很值得注意並應給予足夠重視的嚴重現象。

  人類排泄物(糞便、尿液)中的含氮化合物也會對水環境,特別是對地下水產生污染。進入水體的排泄物是十分複雜的有機氮化合物,由於水中微生物的分解作用,逐漸轉變成較簡單的化合物,即由蛋白質分解成肽、氨基酸等,最後產生氨。在這種降解過程中有機氮化合物不斷減少,而無機氮化合物則不斷增加。若處於無氧環境,最終產物是氨;若有氧存在則氨會進一步被氧化轉變成亞硝酸鹽與硝酸鹽。亞硝胺類化合物已是世界公認的具有危害性的一類環境化學致癌物質。硝酸鹽、亞硝酸鹽與二級胺(仲胺)是亞硝胺的前體。環境中的氨基化合物可以通過微生物的代謝活動產生二級胺。因此,人的排泄物對地下水產生的氮污染問題不容忽視。為保護地下水環境,既要對居民的排泄物進行處理,也要對養豬場等的建設和三廢排放處理等作合理規劃,更重要的是積極開展地下水環境的氮污染治理與預防方法的研究。

有毒有機污染物 -含磷有機物

  生活中洗滌劑的使用對水質的影響也不可忽視。肥皂和洗滌劑是日常生活中不可缺少的洗滌用品。肥皂為脂肪酸鈉、鉀或銨鹽,而合成洗滌劑的主要成分是表面活性劑。

  利用氫氧化鈉水溶液與脂肪(油脂)混合加熱攪拌,進行皂化反應后就生成羧酸鈉鹽及甘油:

  有機酸的鈉鹽是肥皂或香皂的主要成分,肥皂能去垢,是因為它具有一個離子端和一個很長的非極性的烴鏈。肥皂的離子端和水分子一樣是具有極性的,能溶於水;而烴鏈和脂肪一樣,是非極性的,憎水而能溶於脂肪。污垢通常是通過一層薄油膜附在衣物上。由於油在水裡不溶解,所以無法用水直接洗去油膜,而離子端能溶於水,肥皂就在水和油垢之間起了偶聯的作用,離子端又和水緊緊相連,這樣油垢就被帶走了。但肥皂也有其缺點,在硬水中會生成難溶於水的脂肪酸鈣和鎂鹽,或在酸性水中能生成難溶於水的脂肪酸而喪失去垢力。

  合成的洗滌劑分子中就同時具有親水基團和憎水基團,如烷基苯磺酸鈉,在此分子中,R通常是一個很長的烴鏈。它和硬水中的離子形成的烷基苯磺酸鹽能溶於水,因而優於肥皂。但這種化合物若具有支鏈,則不能被微生物降解,在水體里形成泡沫也會造成水體污染。為消除這種現象,又合成了能被微生物降解的去垢劑,如線型烷基苯磺酸鈉,其結構為

  日用洗滌劑中一般加有輔助劑,其中有聚磷酸鹽(如三聚磷酸鈉Na5P3O10)、硫酸鈉、碳酸鈉、羧基甲基纖維素鈉、熒光增白劑、香料等,有時還加入蛋白質分解酶。這些輔助劑的加入能改善洗滌劑的功能。三聚磷酸鹽占洗滌劑質量的50%左右,其作用是與水中鈣、鎂、鐵等離子形成配合物,防止產生沉澱,使水軟化,進一步增強洗滌劑的洗滌效率,也能使洗滌水有適當的酸鹼度,以減少對皮膚的刺激;硫酸鈉(Na2SO4)含量約佔洗滌劑的20%,其作用是促使污垢自衣物表面脫落並不再行附著;在洗滌劑組成中佔3%~10%的碳酸鈉(Na2CO3)的作用是使洗脫的污垢在水中溶解或懸浮及防鏽;羧基甲基纖維素鈉佔0.05%~0.1%,它能使油垢凝聚,懸浮水中,特別是能防止污垢再沉積在洗滌的衣物上;熒光增白劑含量為0.1%,洗滌衣物時被織物吸收後有增強洗滌衣服潔白感的效果;蛋白質分解酶的作用是使蛋白質污垢分解以便消除;香料用量一般為0.05 %~0.1%。

  洗滌劑使用后的洗滌污水會給環境帶來影響甚至危害。洗滌劑進入人體的途徑主要是由飲水、食物污染,通過消化道進入人體內,其次是皮膚接觸吸收。因表面活性劑本身對人體皮膚就有一定的刺激作用,若排入水中會使魚類中毒,當其在水體中含量達到10mg·L-1時,會引起魚類死亡和水稻減產。另外,由於合成洗滌劑本身就是一種有機物分子,在水中可進行生物降解,分解的最終產物是CO2和Na2SO4。由於在分解過程中要消耗水中的溶解氧,使水中含氧量降低,同時當洗滌劑在水體中含量達0.5mg·L-1時,水中會漂浮起泡沫,這種泡沫覆蓋水面也降低了水的復氧速度和程度,這必然會影響水生生物及魚類的生存。而洗滌劑中含量高的輔助劑磷酸鹽隨著洗滌污水匯同人類尿等生活污水中的N,C等一起排入水域中,使水中浮游生物繁殖所需的N,P等營養元素增加,造成前面討論過的湖泊、海灣的水體富營養化現象,使水區環境惡化。如今水體中磷的含量約有一半來自人的生活使用的合成洗滌劑。所以,減少洗滌劑中的含磷量是防止水體發生富營養化、保護水質的重要措施。

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