水环境化学 02

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1、第二节水中无机污染物的迁移转化无机污染物，特别是重金属和准金属等污染物，一旦进入水环境，均不能被生物降解，主要通过沉淀-溶解、氧化-还原、配合作用、胶体形成、吸附-解吸等一系列物理化学作用进行迁移转化，参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程。环境化学两个要素要记住：污染物和介质。1.水中的颗粒物矿物微粒和黏土矿物矿物微粒主要指硅酸盐矿物，其中：石英(SiO2)、长石(KAlSi3O8)等矿物微粒颗粒粗、不易碎裂，缺乏粘结性。固液界面的相互作用黏土矿物（云母、蒙脱石、高岭石）主要是铝镁的硅酸盐，由其他矿物经化学风化而成，具有晶体层状结构、有粘性、具有胶体性质，可以生成稳定的聚集体

2、。金属水合氧化物Al、Fe、Mn、Si等的水合氧化物，在天然水体中以无机高分子及溶胶等形式存在，在水环境中发挥重要的胶体化学作用。所有金属水合氧化物可以结合水中微量物质,同时本身又趋于结合在矿物微粒和有机物的界面上铝铁锰硅天然水中几种重要的易形成水合氧化物的金属重要的水合氧化物主要有：褐铁矿：Fe2O3﹒nH2O水化赤铁矿：2Fe2O3﹒H2O得到具有重要胶体作用的：针铁矿：Fe2O3﹒H2O水解[Al(OH)3]∞聚合无机高分子水铝石：Al2O3﹒H2O[FeOOH]∞聚合无机高分子三水铝石：Al2O3﹒3H2O[MnOOH]∞聚合无机高分子二氧化硅凝胶：SiO2﹒nH2O[Si

3、(OH)4]∞聚合无机高分子水锰矿：Mn2O3﹒H2O所有的金属水合氧化物都能结合水中微量物质，同时其本身又趋向于结合在矿物微粒和有机物的界面上。腐殖质带负电荷的高分子弱电解质，多含有–COOH、–OH等。在pH高，离子强度低条件下，羟基、羧基大多离解，负电荷相互排斥，构型伸展，亲水性强。在pH低、较高浓度金属离子存在下，各官能团难以离解，高分子趋于卷缩，亲水性弱，因而趋于沉淀或凝聚。悬浮沉积物其他湖泊中的藻类、污水中的细菌、病毒、废水中的表面活性剂或油滴。(1)颗粒物表面的电荷来自表面的化学反应如氢氧化物2.颗粒物的性质在较酸性的介质中，M(OH)n(s)+H+→M(OH)n-1

4、(H2O)+(s)在较碱性的介质中,M(OH)n(s)→MO(OH)-n-1(s)+H+在中等pH的介质中,M(OH)n-1(H2O)+(s)的数目=MO(OH)-n-1(s)的数目离子吸附如胶体颗粒细胞表面，+H3N(正)CO2H←+H3N(中)CO2-→H2N(负)CO2-离子置换[SiO2]+Al(Ⅲ)→[AlO2-]+Si(Ⅳ)End胶体颗粒聚集的基本原理是：两颗粒在相互接近时产生几种作用力，如范德华力引力、双电层静电斥力和水化膜阻力等，这几种作用力的综合效应使颗粒物聚集。(2)颗粒物的聚集两个概念：凝聚----由电解质促成的聚集絮凝----由聚合物促成的聚集无机高分子

5、絮凝剂以三氯化铁、硫酸铝和碱式氯化铝等为基体制备如：聚合硫酸铁（polyferricsulfate，PFS）、含硼聚硅硫酸铁、聚合硅铝酸铁等Al2(SO4)3-CPAM（阳离子聚丙烯胺）水处理中的絮凝剂有机高分子絮凝剂聚多胺，聚丙烯酰胺，阳离子型（淀粉－二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚物）,两性絮凝剂等。复合型絮凝剂生物絮凝剂表面吸附—是一种物理吸附，其吸附过程不发生化学变化，发生的关键是胶体颗粒具有巨大的比表面积，因此胶体具有巨大的表面能。3.水环境中颗粒物的吸附作用蒙脱石单位比表面积=800m2/g伊利石=30-80m2/g高岭石=10-50m2/g腐殖质=400-900m2/g无

6、定型氢氧化[Fe(OH)3]∞=300m2/g离子交换吸附—是一种物理化学吸附，主要是胶体对各种介质离子的吸附。永久负电荷可变电荷专属吸附—受化学键作用外，还受加强的憎水键、范德华力、氢键等的作用。在水环境中：配合离子、无机高分子、有机离子、有机高分子专属吸附强烈，水合氧化物胶体对金属离子有较强的专属吸附。氧化物表面配合吸附模式≡MeOH+MZ+↔≡MeOM(Z-1)++H+≡MeOH+AZ-↔≡MeA(Z-1)-+OH-一般氧化物表面有4-10个OH-/nm2水合氧化物对金属离子的专属吸附与非专属吸附的区别项目非专属吸附专属吸附发生吸附的表面净电荷的符号金属离子所起的作用吸附时所

7、发生的反应发生吸附时要求体系的pH值吸附发生的位置—反离子阳离子交换>零电位点扩散层—、0、+配位离子配位体交换任意值内层注：本表摘自陈静生主编，1987。吸附是指溶质在界面层浓度升高的现象，水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。在一定的温度下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量（G）与溶液中溶质平衡浓度(c)之间的关系用吸附等温式表达。4.吸附等温线和等温式H型（Henry）等温式（直线型）F型（Freundlich）等温式用对数表示：式中：K——分配系数