組成形態
有機結合態是由生物吸收積累起來的污染物,如農產品中的殘留
農藥,魚類富集的
汞等,可以直接或間接地對人和生物產生毒作用。在環境中還有許多金屬元素與有機質結合形成有機結合態,如甲基汞與腐植酸結合的鹽類等。這種結合常常使金屬元素的遷移性能和毒害程度發生變化。
難溶態是以
矽酸鹽、
碳酸鹽、
硫酸鹽、
硫化物、
氧化物等形態存在的難溶物質,廣泛地分布於岩石、土壤、河湖底泥和各種固體廢棄物(特別是廢渣)中,性質穩定,其中的有害物質經過風化和生物分解而釋出。
基本分類
化學組成
環境污染物的形態可以按化學組成和結構、物理性狀和結構、外形和功能等分類。
按污染物的化學組成和內部結構可以分為單質和化合態兩類。
單質是同種元素組成的物質,包括金屬、非金屬及其同素異構體,如汞(液態汞和氣態汞)、鉛、氯,以及具有多種同素異構體的硫(無定形硫、正交硫、單斜硫)、
磷(
白磷、紅磷、紫磷、黑磷)等。環境中有機污染物的種類繁多,其環境
化學行為至今還知之甚少。一些全球性污染物如多環芳烴、有機氯等,一直受到各國學者的高度重視。特別是一些有毒、難降解的有機物,通過遷移、轉化、富集或食物鏈循環,危及水生生物及人體健康。這些有機物往往含量低,毒性大,異構體多,毒性大小差別懸殊。
化合態是由兩種或兩種以上的元素組成的物質形態,可以分為有機化合態和無機化合態兩類。有機化合態的污染物的種類繁多,常見的有農藥(如有機氯、有機磷)、苯、苯酚、苯胺、聯苯胺、多氯聯苯、多環芳烴、
黴菌毒素(如
黃麴黴毒素)、有機汞(如甲基汞、苯基汞)等。無機化合態常見的有強鹼、強酸、鹽類(如鉻酸鹽、硫酸鎘)、硫化物、
氮化物、
氯化物、
氟化物、氰化物和金屬元素的氧化物等。
物理性狀
按污染物的
物理性狀和結構可以分為固體、流體(氣體和液體)、射線等形態。固體可分為晶體和無定形兩種。
晶體是具有一定外形和體積的固體物質,如氰酸鹽、
鉻酸鹽、
氯化高汞。無定形固體物質沒有一定的外形,實際上是無數微小晶體聚集而成的固體物質,如硫、二氧化鉛、五氧化二釩。流體有
液體和氣體兩種。在環境中的液體污染物種類很多,如汞和各種有機試劑。常見的有害氣體有氮、硫的氧化物;氟化氫、硫化氫、氰化氫;以及液體和固體污染物通過蒸發和升華形成的蒸汽(如汞蒸汽、四乙基鉛蒸汽、苯蒸汽)。射線是一種特殊物質和能量的存在形態,如
放射性物質在衰變過程中產生的α、β、γ射線。一种放射性物質可以同時產生多种放射線,如釷的衰變系列中有6個α輻射體,4個β輻射體和3個γ輻射體。此外,射線還有
X射線、
紫外線、
熱輻射、
微波輻射、
電磁輻射等。
外形構成
按污染物的外形和功能特點可分為離子態、代換態、膠體、有機結合態和難溶態等。
許多種污染物可溶於水形成
離子態,如
陽離子Hg2+、Cd2+、Pb2+等)、陰離子(F-、CN-、S2-等)、絡合陰離子(Cr2O崼、CrO厈、CdCl婣)等。離子態的
物質有活性大、毒性強、易於遷移的特點。
代換態是水體或
土壤溶液中存在的離子或分子態的物質,在物理化學的作用下產生的各種同價離子代換的表現形式。這種代換受質量法則制約,並與離子化合價和離子半徑有關,如濃度高的離子可以將濃度低的離子代換出來。水中的有機質、粘土微粒、腐植酸類化合物、無定形碳等均對各種離子有較強的吸附能力,可起淨化環境的作用。但以離子態、代換態存在的
污染物,廣泛地分布於水體和土壤中,對人及其他生物可以產生重大的毒性效應。
分布範圍
20世紀60年代美國學者曾把水中污染物大體劃分為八類:
①耗氧污染物(一些能夠較快被微生物降解成為二氧化碳和水的有機物);
②致病污染物(一些可使人類和動物患病的病原
微生物與
細菌);
③合成有機物;
④植物營養物;
⑤無機物及礦物質;
⑦放射性物質;
⑧熱污染。
研究意義
環境污染物形態的研究是
環境質量評價的基礎工作之一。在
環境監測工作中,測定污染物化學成分的同時,應分析其存在形態,這樣才能確切地評價環境的質量,採取有效的防治措施。因為同種污染物的不同形態具有不同的生物毒性效應和不同的遷移、轉化、富集的規律,只有充分認識它們之間的內在聯繫和運動規律,才能有意識地控制污染物的形態向著低毒、無毒的方向發展,防止污染擴散,減少危害。
污染毒性
這些污染物進入水體後通常以可溶態或懸浮態存在,其在水體中的遷移轉化及生物可利用性均直接與污染物存在形態相關。例如,水俁病就是食用了含有甲基汞的魚所致。重金屬對魚類和其他水生生物的毒性,不是與溶液中重金屬總濃度相關,主要取決於游離(水合)的金屬離子,對
鎘則主要取決於游離Cd2+濃度,對銅則取決於游離Cu2+及其氫氧化物。而大部分穩定配合物及其與膠體顆粒結合的形態則是低毒的,不過脂溶性金屬配合物是例外,因為它們能迅速透過生物膜,並對細胞產生很大的破壞作用。
近年來的研究表明,通過各種途徑進入水體中的
金屬,絕大部分將迅速轉入沉積物或懸浮物內,因此許多研究者都把沉積物作為金屬污染水體的研究對象。目前已基本明確了水體固相中金屬結合形態通過吸附、沉澱、共沉澱等的化學轉化過程及某些生物、物理因素的影響。由於金屬污染源依然存在,水體中金屬形態多變,轉化過程及其生態效應複雜,因此金屬形態及其轉化過程的生物可利用性研究仍是環境化學的一個研究熱點。
常見種類
膠體
膠體是一種常見的複雜分散體系,可分為
氣溶膠、水溶膠和固溶膠(體)等。氣溶膠有飄塵、煙氣和霧等形態。煙氣和霧混合形成的煙霧,以及各種腐爛物質、臭味物質散發的惡臭味氣體也屬此類。
水溶膠是以污染物作為分散相,而以水作為分散介質所構成的分散系統,有泡沫、乳狀液、懸浮體和膠體溶液四種形態。泡沫是一種氣液混合態,一般泡沫存在時間不長,但在含有表面活性劑(如鹼類化合物和洗滌劑等)的水溶液中形成的泡沫可以保持較長時間。泡沫可以吸附懸浮體和各種離子,並影響污染物的遷移。乳狀液是由兩種互不混溶的液體構成的液相分散體系,如苯、醚、礦物油等與水充分混合,即形成乳狀液。固體污染物分散(而不是溶解)在水中構成的分散體系,其中較粗的分散相即懸浮體。而高度分散狀態,以至呈分子分散狀態者稱為膠體溶液,如二氯化錫水解形成難溶的錫酸是一種典型的乳白色膠體溶液。在天然水中
鐵、
鋁、
錳的氫氧化物、粘土微粒、有機質(如腐植酸)是膠體的主要成分。它們可以有效地吸附水中以離子態、分子態存在的有害物質。固溶膠(體)是以固體為分散介質而以氣體、液體或另一種以至多種固體物質為分散相構成的體系,如汞齊和各種合金均為固溶膠(體),其中可以包含多種有害物質,如不鏽鋼含有錳、鉻、
鎳、
釩等。固溶膠(體)被溶蝕而釋放出有害物質,對人和生物能產生毒作用。
農藥
水中常見的農藥主要為有機氯和有機磷農藥,此外還有
氨基甲酸酯類農藥。它們通過噴施農藥、地表徑流及農藥工廠的廢水排入水體中。
有毒成分
多氯聯苯(PCBs)
多氯聯苯是聯苯氯化而成。氯原子在
聯苯的不同位置取代1—10個氫原子,可以合成210種化合物,通常獲得的為混合物。化學穩定性和熱穩定性較好,被廣泛用於作為變壓器和電容器的冷卻劑、絕緣材料、耐腐蝕的塗料等。極難溶於水,不易分解,但易溶於有機溶劑和脂肪,具有高的辛醇—水分配係數,能強烈的分配到沉積物有機質和生物脂肪中,因此,即使它在水中濃度很低時,在水生生物體內和沉積物中的濃度仍然可以很高。由於PCBs在環境中的持久性及對人體健康的危害,1973年以後,各國陸續開始減少或停止生產。
鹵代脂肪烴
大多數鹵代脂肪烴可揮發至大氣,並進行光解。在地表水中能進行生物或化學降解,但與揮發速率相比,其降解速率是很慢的。鹵代脂肪烴類化合物在水中的溶解度高,因而其辛醇—水分配係數低,在沉積物有機質或生物脂肪層中的分配的趨勢較弱,大多通過測定其在水中的含量來確定分配係數。此外,六氯環戊二烯和
六氯丁二烯,在底泥中是長效劑,能被生物積累,而
二氯溴甲烷、
氯二溴甲烷和
三溴甲烷等化合物在水環境中的最終歸宿,目前還不清楚。
單環芳香族化合物
多數單環芳香族化合物與鹵代脂肪烴一樣,在地表水中主要是揮發,然後是光解。它們在沉積物有機質或生物脂肪層中的分配趨勢較弱。在優先污染物中已發現六種化合物,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,可被生物積累。總的來說,單環芳香族化合物在地表水中不是持久性污染物,其生物降解和化學降解速率均比揮發速率低(個別除外),因此,對這類化合物吸附和生物富集均不是重要的遷移轉化過程。
苯酚類
具有高的水溶性、低辛醇—水分配係數等性質,大多數酚主要殘留在水中。然而,苯酚分子氯代程度增高時,則其化合物溶解度下降,辛醇—水分配係數增加,例如五氯苯酚等就易被生物累積。酚類化合物的主要遷移、轉化過程是生物降解和光解,在自然沉積物中的吸附及生物富集作用通常很小(高氯代酚除外)。
多環芳烴類(PAHs)
在水中溶解度很小,辛醇—水分配係數高,是地表水中滯留性污染物,主要累積在沉積物、生物體內和溶解的有機質中。已有證據表明多環芳烴化合物可以發生光解反應,其最終歸趨可能是吸附到沉積物中,然後進行緩慢的生物降解。多環芳烴的揮發過程與水解過程均不是重要的遷移轉化過程,顯然,沉積物是多環芳烴的蓄積庫,在地表水體中其濃度通常較低。
危害事例
我國民間傳說,
砷是一種興奮劑和強壯劑,飲用微量砷能夠強筋健骨(五氧化二砷,
砒霜),使婦女皮膚光潔白嫩,目前市場上就有利用含砷量很高的淤泥進行敷面美容的做法,一些生髮劑中含有砷,是否由依據,目前沒有充分的科學證據。但是來自科學的證據:砷是一種非金屬元素,有毒,經常把As、Hg、Cr、Cd、Pb並稱為
“五大毒素”,長期接觸,會患病,甚至死亡。拿破崙之死,人們曾懷疑是砷造成的。
1821年5月,拿破崙在
聖赫倫那島上死去,侍從們將其頭髮剪下交與其家人,化驗發現含有很多砷,於是關於拿破崙被毒死的說法傳播開來。20世紀80年代,有研究者證明
拿破崙頭髮中的砷來自糊牆紙,囚禁拿破崙的小屋牆紙,使用了含有砷的原料,乾燥的環境中,這種顏料不產生毒性,但是牆紙長期受潮發霉,毒菌就會使穩定的砷的無機化合物變成三甲基砷,這種三甲基砷有劇毒,即使拿破崙未接觸多牆紙,毒物也會由空氣進入人體,並逐漸累積,造成中毒。