水中无机污染物的迁移转化.ppt

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1、第三章水中无机污染物的迁移转化无机污染物主要通过沉淀-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，最终以一种或多种形态长期存留在环境中，造成永久性的潜在危害。1(一)颗粒物与水之间的迁移水中颗粒物矿物微粒和粘土矿物天然水中常见矿物微粒为石英、长石、云母及粘土矿物等硅酸盐矿物。粘土矿物是由其他矿物经化学风化作用而生成，主要为铝或镁的硅酸盐。金属水合氧化物腐殖质腐殖质是一种带负电的高分子弱电解质。2富里酸的结构式3(一)颗粒物与水之间的迁移水体悬浮沉积物悬浮沉积物是以矿物微粒，特

2、别是粘土矿物为核心骨架，有机物和金属水合氧化物结合在矿物微粒表面上，成为各微粒间的粘附架桥物质，把若干微粒组合成絮状聚集体（聚集体在水体中的悬浮颗粒粒度一般在数十微米以下），经絮凝成为较粗颗粒而沉积到水体底部。其他4(一)颗粒物与水之间的迁移水环境中颗粒物的吸附作用表面吸附、离子交换吸附和专属吸附由于胶体具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存在表面吸附作用，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈大，胶体的吸附作用也就愈强，属于一种物理吸附。由于环境中大部分胶体带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子

3、，因此把这种吸附称为离子交换吸附，属于物理化学吸附。5(一)颗粒物与水之间的迁移专属吸附是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键在起作用。专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上。6(一)颗粒物与水之间的迁移吸附等温线和等温式水体中颗粒物对溶质的吸附是一个动态平衡过程。在固定的温度条件下，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，可用吸附等温线来表达。水体中常见的吸附等温线有三类，即Henry型、Freundlich型、Langmuir型。Henry

4、型等温线直线型，等温式：G=kcFreundlich型等温式：G=kc1/nLangmuir型等温式：G=G0c/（A+c）7(一)颗粒物与水之间的迁移沉积物中重金属的释放诱发释放因素盐浓度升高氧化还原条件的变化降低pH值增加水中配合剂的含量8(二)水中颗粒物的聚集胶体颗粒的聚集亦可称为凝聚或絮凝。把由电介质促成的聚集称为凝聚，而由聚合物促成的聚集称为絮凝。颗粒聚集方式（1）压缩双电层凝聚（2）专属吸附凝聚（3）胶体相互凝聚（4）“边对面”絮凝（5）第二极小值絮凝9(二)水中颗粒物的聚集（6）聚合物粘结架桥絮凝（7）无机高分子的絮凝（8）絮团卷扫絮凝（9

5、）颗粒层吸附絮凝（10）生物絮凝10(三)水环境中的溶解和沉淀作用一般金属化合物在水中迁移能力可以用溶解度来衡量。天然水中各种矿物质的溶解度和沉淀作用遵守溶度积原则。平衡计算所得结果与实际观测值相差原因：然环境中非均相沉淀溶解过程的影响。特点:(1)某些非均相平衡进行得缓慢，在动态环境下不易达到平衡；(2)根据热力学对于一组给定条件所预测的稳定固相可能不一定就是所形成的相。(3)可能存在过饱和现象，即出现物质的溶解量大于溶解度极限值的情况；(4)固体溶解所产生的离子可能在溶液中进一步进行反应；(5)引自不同文献的平衡常数有差异等。11(三)水环境中的溶解

6、和沉淀作用沉淀发生通常可分为三个阶段（1）成核；（2）晶体聚集（3）晶体生长。溶解是沉淀的逆过程，其溶解速率与固体物质的性质、接触界面、溶剂性质和温度等条件有关。12(四)天然水中的氧化-还原平衡水体中氧化还原类型、速率和平衡，决定了水中重要溶质物类的性质。关于天然水及污水中的氧化-还原反应，需要特别强调:许多重要的氧化-还原反应均为微生物催化反应。例如，HCO3—在水中与H+反应生成气体CO2，HCO3—也可通过一系列复杂的细菌催化反应获得电子，生成甲烷气体。通常，在氧化-还原反应中，电子的迁移也常伴随着有质子的迁移，这就使氧化-还原和酸-碱平衡之间具

7、有相当紧密的关系。13(四)天然水中的氧化-还原平衡天然水体的pE--pH图在氧化还原体系中，有H+或OH—参与转移。pE除了与氧化态和还原态浓度有关外，还受到体系pH的影响，这种关系可以用pE-pH图来表示。pE-pH图可显示水中各形态的稳定范围及边界线。14(四)天然水中的氧化-还原平衡15(四)天然水中的氧化-还原平衡天然水的pE天然水中含有许多无机及有机氧化剂和还原剂。水中主要的氧化剂有溶解氧、Fe3+、Mn4+和S6+，其作用后本身依次转变为H2O、Fe2+、Mn2+和S2—。水中主要还原剂有种类繁多的有机化合物、Fe2+、Mn2+和S2—，在

8、还原物质的过程中，有机物本身的氧化产物是非常复杂的。由于天然水是一个复杂的氧化还