環境化學戴樹桂(第二版)課后習題答案-資料下載頁

　　

【正文】 沿該網格格點移動，計算各分子周圍立體勢場和靜電勢場的能值分布，連同對應的活性與毒性測量數據，分別進行偏最小二乘法回歸分析，建立有關活性與毒性的兩個C0MFA模型，評價模型質量，用等高圖形顯示模型的結果。與測試集34個含氟化合物的活性與毒性測量值相比較，%%，都具有良好的預測能力。《典型污染物在環境各圈層中的轉歸與效應》重點習題及參考答案1．為什么Hg2+和CH3Hg+在人體內能長期滯留？舉例說明它們可形成哪些化合物？這是由于汞可以與生物體內的高分子結合，形成穩定的有機汞絡合物，就很難排出體外。此外，烷基汞具有高脂溶性，且它在生物體內分解速度緩慢（其分解半衰期約為70d），因而會在人體內長期滯留。Hg2+和CH3Hg+ 可以與羥基、組氨酸、半胱氨酸、白蛋白形成絡合物。甲基汞能與許多有機配位體基團結合，如—COOH、—NH—SH、以及—OH等。2．砷在環境中存在的主要化學形態有哪些？其主要轉化途徑有哪些？砷在環境中存在的主要化學形態有五價無機砷化合物、三價無機砷化合物、一甲基胂酸及其鹽、二甲基胂酸及其鹽、三甲基胂氧化物、三甲基胂、砷膽堿、砷甜菜堿、砷糖等。砷的生物甲基化反應和生物還原反應是砷在環境中轉化的重要過程。主要轉化途經如下：3．試述PCDD是一類具有什么化學結構的化合物？并說明其主要污染來源。（1）PCDD這類化合物的母核為二苯并一對二噁英，具有經兩個氧原子聯結的二苯環結構。在兩個苯環上的1，2，3，4，6，7，8，9位置上可有1－8個取代氯原子，由氯原子數和所在位置的不同可能組合成75種異構體，總稱多氯聯苯并一對二噁英。其結構式如右：（2）來源：①在焚燒爐內焚燒城市固體廢物或野外焚燒垃圾是PCDD的主要大氣污染源。例如存在于垃圾中某些含氯有機物，如聚氯乙烯類塑料廢物在焚燒過程中可能產生酚類化合物和強反應性的氯、氯化氫等，從而進一步生產PCDD類化合物的前驅物。除生活垃圾外，燃料（煤，石油）、枯草敗葉（含除草劑）、氯苯類化合物等燃燒過程及森林火災也會產生PCDD類化合物。②在苯氧酸除草劑，氯酚，多氯聯苯產品和化學廢棄物的生產、冶煉、燃燒及使用和處理過程中進入環境。③另外，還可能來源于一些意外事故和戰爭。4．簡述多氯聯苯（PCBs）在環境中主要分布、遷移與轉化規律。（1）分布：由于多氯聯苯揮發性和水中溶解度較小，故其在大氣和水中的含量較少。近期報導的數據表明，在地下水中發現PCBs的幾率與地表水中相當。此外，由于PCBs易被顆粒物所吸附，故在廢水流入河口附近的沉積物中，PCBs含量較高。水生植物通?？蓮乃锌焖傥誔CBs，其富集系數為1l04～ll05。通過食物鏈的傳遞，魚體中PCBs的含量約在l～7mg/kg范圍內（濕重）。在某些國家的人乳中也檢出一定量的PCBs。（2）遷移：PCBs主要在使用和處理過程中，通道揮發進入大氣，然后經干、濕沉降轉入湖泊和海洋。轉入水體的PCBs極易被顆粒物所吸附，沉入沉積物，使PCBs大量存在于沉積物中。雖然近年來PCBs的使用量大大減少，但沉積物中的PCBs仍然是今后若干年內食物鏈污染的主要來源。（3）轉化：PCBs由于化學惰性而成為環境中持久性污染物，它在環境中主要轉化途徑是光化學分解和生物轉化。PCBs在紫外光的激發下碳氯鍵斷裂，而產生芳基自由基和氯自由基，自由基從介質中取得質子，或者發生二聚反應。PCBs生物降解時，含氯原子數目越少，越容易降解。5.？對環境的人體的危害是什么？分類：陰離子表面活性劑，陽離子表面活性劑，兩性表面活性劑，非離子表面活性劑。危害：1，使水的感官狀況受到影響，出現持久性泡沫；2，造成水體富營養化；、分散，增加廢水處理困難；4，濃度高時破壞生物群。《受污染環境的修復》重點習題及參考答案1．微生物修復所需的環境條件是什么？微生物修復技術是指通過微生物的作用清除土壤和水體中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然和人為控制條件下的污染物降解或無害化過程。在自然修復過程（natural attenuation）中，利用土著微生物（indigenous microorganism）的降解能力，但需要有以下環境條件：①有充分和穩定的地下水流；②有微生物可利用的營養物；③有緩沖pH的能力；④有使代謝能夠進行的電子受體。如果缺少一項條件，將會影響生物修復的速率和程度。特別是對于外來化合物，如果污染新近發生，很少會有土著微生物能降解它們，所以需要加入有降解能力的外源微生物（exogenous microorganism）。2．請列舉幾種強化微生物原位修復技術。原位強化修復技術包括生物強化法、生物通氣法、生物注射法、生物沖淋法及生物翻耕法等。（1）生物強化法是指在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來改善原有處理體系的處理效果，如對難降解有機物的去除等。投加的微生物可以來源于原來的處理體系，經過馴化、富集、篩選、培養達到一定數量后投加，也可以是原來不存在的外源微生物。（2）生物通氣法（bioventing）用于修復受揮發性有機物污染的地下水水層上部通氣層（Vadose Zone）土壤。這種處理系統要求污染土壤具有多孔結構以利于微生物的快速生長。另外，污染物應具有一定的揮發性，m3mol1時才適于通過真空抽提加以去除。生物通氣法的主要制約因素是影響氧和營養物遷移的土壤結構，不適的土壤結構會使氧和營養物在到達污染區之前被消耗。（3）生物注射法（biosparging）又稱空氣注射法，這種方法適用于處理受揮發性有機物污染的地下水及上部土壤。處理設施采用類似生物通氣法的系統，但這里的空氣是經過加壓后注射到污染地下水的下部，氣流加速地下水和土壤有機物的揮發和降解。也有人把生物注射法歸入生物通氣法。（4）生物沖淋法（bioflooding）將含氧和營養物的水補充到亞表層，促進土壤和地下水中的污染物的生物降解。生物沖淋法大多在各種石油烴類污染的治理中使用，改進后也能用于處理氯代脂肪烴溶劑，如加入甲烷和氧促進甲烷營養菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。（5）土地耕作法（land farming）就是對污染土壤進行耕犁處理。在處理過程中施加肥料，進行灌溉，施加石灰，從而盡可能為微生物代謝污染物提供一個良好環境，使其有充足的營養、水分和適宜的pH值，保證生物降解在土壤的各個層面上都能發生。3．請列舉幾種強化微生物異位修復技術。異位生物修復主要包括堆肥法、生物反應器處理、厭氧處理。（1）堆肥法（posting）是處理固體廢棄物的傳統技術，被用于受石油、洗滌劑、多氯烴、農藥等污染土壤的修復處理，取得了很好的處理效果。堆肥過程中，將受污染土壤與水（達到至少35%含水量）、營養物、泥炭、稻草和動物肥料混合后，使用機械或壓氣系統充氧，同時加石灰以調節pH。經過一段時間的發酵處理，大部分污染物被降解，標志著堆肥完成。經處理消除污染的土壤可返回原地或用于農業生產。堆肥法包括風道式堆肥處理、好氣靜態堆肥處理和機械堆肥處理。（2）生物反應器處理（bioreactor）是把污染物移到反應器中完成微生物的代謝過程。這是一種很有價值和潛力的處理技術，適用于處理地表土及水體的污染。生物反應器包括土壤泥漿生物反應器（soil slurry bioreactor）和預制床反應器（prepared bed reactor）。（3）厭氧處理對某些具有高氧化狀態的污染物的降解，如三硝基甲苯、多氯取代化合物（PCBs等）等，比耗氧處理更為有效。但總的來說，在生物修復中好氧方法的使用要比厭氧方法廣泛得多。主要原因是，嚴格的厭氧條件難于達到，厭氧過程中會產生一些毒性更大、更難降解的中間代謝產物。此外，厭氧發酵的終產物H2S和CH4也存在毒性和風險。4．植物修復重金屬的主要過程是什么？根據其作用過程和機理，重金屬污染土壤的植物修復技術可分為3種類型。（1）植物提?。豪弥亟饘俪e累植物從土壤中吸取一種或幾種重金屬，并將其轉移、儲存到地上部分，隨后收割地上部分并集中處理，連續種植這種植物，即可使土壤中重金屬含量降低到可接受的水平。所謂超積累植物（hyperaccumulator），是指對重金屬的吸收量超過一般植物100倍以上的植物，超積累植物積累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb含量一般在110mg/ kg(干重) 以上，積累的Mn、Zn含量一般在10mg/ kg(干重)以上。超積累植物從根際吸收重金屬，并將其轉移和積累到地上部，這個過程中包括許多環節和調控位點：①跨根細胞質膜運輸；②根皮層細胞中橫向運輸；③從根系的中柱薄壁細胞裝載到木質部導管；④木質部中長途運輸；⑤從木質部卸載到葉細胞（跨葉細胞膜運輸）；⑥跨葉細胞的液泡膜運輸。在組織水平上，重金屬主要分布在表皮細胞、亞表皮細胞和表皮毛中；在細胞水平，重金屬主要分布在質外體和液泡。（2）植物穩定：利用耐重金屬植物的根際的一些分泌物，增加土壤中有毒金屬的穩定性，從而減少金屬向作物的遷移，以及被淋濾到地下水或通過空氣擴散進一步污染環境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化還原等多種過程。（3）植物揮發：利用植物的吸收、積累和揮發而減少土壤中一些揮發性污染物，即植物將污染物吸收到體內后將其轉化為氣態物質，釋放到大氣中，目前這方面研究最多的是類金屬元素汞和非金屬元素硒。8．請說明臭氧與有機污染物反應的主要機理。（1）臭氧分子的直接氧化反應臭氧的分子結構呈三角形，中心氧原子與其它兩個氧原子間的距離相等，在分子中有一個離域π鍵，臭氧分子的特殊結構使得它可以作為偶極試劑、親電試劑和親核試劑。與有機物的直接反應機理可以分為三類：① 打開雙鍵發生加成反應。由于臭氧具有一種偶極結構，因此可以同有機物的不飽和鍵發生1，3偶極環加成反應，形成臭氧化的中間產物，并進一步分解形成醛、酮等羰基化合物和水。例如：R1C=CR2+O3 → R1C(OOH, G)+R2C=O式中的G代表OH，OCH3，OC(O)CH3基② 親電反應親電反應發生在分子中電子云密度高的點。對于芳香族化合物，當取代基為給電子基團（—OH，—NH2等）時，它與鄰位或對位碳具有高的電子云密度，臭氧化反應發生在這些位置上；當取代基是吸電子基團（如—COOH，—NO2等）時，臭氧化反應比較弱，反應發生在這類取代基的間位碳原子上，進一步與臭氧反應則形成醌打開芳環，形成帶有羰基的脂肪族化合物。③ 親核反應 親核反應只發生在帶有吸電子基團的碳原子上。分子臭氧的反應具有極強的選擇性，僅限于同不飽和芳香族或脂肪族化合物或某些特殊基團發生反應。（2）自由基的反應臭氧在堿性環境等因素作用下，產生活潑的自由基，主要是羥基自由基（?OH），與污染物反應。臭氧在催化條件下易于分解形成?OH，土壤中天然存在的金屬氧化物（αFe2O3），MnO2和Al2O3通常可以作為這種催化反應的活性位點。因此，臭氧氣體能直接或通過在土壤中形成?OH迅速氧化土壤中的許多有害污染物，使它們變得易于生物降解或者變成親水性的無害化合物。進一步的研究發現，臭氧的氧化作用可以增大土壤中的小分子酸的比例和有機質的親水性，并通過改變土壤顆粒的結構，促進有機污染物從土壤的脫附，從而提高有機物被生物降解的可能性。然而，臭氧的作用也會由于以下因素而受到限制，例如土壤有機質的競爭反應、土壤濕度、滲透性和pH值等。要提高臭氧的氧化速率和效率，必須采取其它措施促進臭氧的分解而產生活潑的羥基自由基。11．寫出Fe－PRB去除重金屬的主要機理。以零價鐵為反應活性填料的PRB占整個技術的70％，它可以用于可還原有機污染物、可還原無機陰離子，如硫酸根及硝酸根，及重金屬的去除。它的反應機理非常復雜，包括還原降解；還原沉淀（沉積）；吸附；共沉淀；表面絡合等化學過程。很多場合，即使是對一種污染物，也是多種過程同時起作用。零價鐵PRB技術用于重金屬去除最成熟的是對Cr、U和Tc的去除，有較多實際應用的工程實例，去除原理為還原沉淀。以Cr為例，生成的三價鉻，形成氫氧化鉻沉淀以及與鐵離子形成氫氧化物共沉淀。Fe0 + CrO42 + 4H2O ＝ FexCr1－x(OH)3(x≤1) ＋ 5 OH－零價鐵作用于重金屬其它主要的機理為吸附和共沉淀，零價鐵在水中放置過程中，逐漸發生腐蝕反應，生成多種形式的鐵的（氫）氧化物沉淀，這些新生的沉淀具有高度反應活性，并具有巨大表面積，可以吸附截留水中的重金屬離子。從熱力學角度出發，零價鐵對重金屬的去除還應包括還原沉積途徑，如銅離子可與零價鐵發生如下反應：Cu2+ + Fe0 = Fe2+ + Cu0。46